NPN和PNP傳感器與PLC連接方法探討

蔣發倫，徐明燦

（重慶三峽職業學院智能制造學院，重慶404155）

1 光電傳感器的結構與工作原理

NPN與PNP型傳感器其內部本質就是由NPN或PNP三極管為主構成的電子器件，利用三極管飽和導通和截止的開關特性，輸出兩種狀態，屬于開關型傳感器。NPN與PNP型傳感器一般有3條引出線，即電源線VCC（紅色）、OV（藍色）線，OUT信號（黑色）輸出線[1]。

如圖1（a）所示，NPN型傳感器接線時，棕色接電源正極，藍色接負極，黑色接負載。當傳感器通電工作后，沒有信號時，傳感器中的三極管處于截止狀態，集電極和發射極開路，此時信號輸出線和電源正極等電位，傳感器輸出端是高電平。當有信號觸發時，傳感器中的三極管處于飽和狀態，集電極和發射極近似短路，此時信號輸出線和OV線連接，相當于傳感器輸出是低電平，實際是約為0 V。

PNP傳感器工作原理如圖1（b）所示，它的引腳接線方法與NPN完全一樣，還是棕色接電源正極，藍色接負極，黑色接負載。傳感器通電工作后，當沒有信號時，傳感器中的三極管處于截止狀態，集電極和發射極開路，此時信號輸出線和電源負極等電位，傳感器輸出的是低電平。當有信號觸發時，傳感器中的三極管處于飽和狀態，集電極和發射極近似短路，此時信號輸出線和電源正極連接，傳感器輸出的是高電平。可以看出，PNP工作時輸出電平跟NPN剛好是相反的。

圖1 NPN和PNP傳感器工作原理及接線

2 PLC輸入接口特性

PLC在連接光電傳感器之前，首先要了解PLC的輸入類型，它分為漏型和源型輸入。漏型指的是信號漏掉，也就是信號的流出；而源型則相反，是指信號的流入。信號的流入與流出需要有一個參考點，判斷電流是從這個參考點流入還是流出的，不同的PLC對于使用的這個參考點是不一樣的。

三菱PLC信號輸入是以輸入點X作為參考點，直流信號從這個輸入點（X點）的流入還是流出來判斷是源型接法還是漏接法。信號從X點流出稱為漏型接法，信號從X點流入稱為源型接法[2]。

觀察圖2（a），可以看出公共端和X端在輸入電路中，公共端為流入，X端則為流出。電流的方向剛好相反。

下面以三菱FX3U機型為例，輸入端電路連接如圖2所示，主要分析一下漏型的工作原理。

圖2 輸入端電路連接示意圖

漏型輸入型PLC電路如圖2（a）所示，輸入端的電源采用PLC提供的24 V直流電源，接線時，公共端S/S接直流電源的正極（+24 V），輸入X端通過開關接PLC內部電路，內部電路并聯后接24 V直流電源的負極（0 V），根據電子技術基本知識可以看出，當輸入端信號開關斷開時，輸入端為高電平，該端的指示燈不亮；當開關接通時，該輸入端為低電平，該端的指示燈亮，電流從該端流出，所以稱為漏型輸入。

源型輸入型PLC電路如圖2（b）所示，輸入端接線剛好與漏型相反，公共端接直流電源的負極（0 V），輸入X端通過開關并聯后接直流電源的正極（+24 V），所以得到的結論相反，當開關接通時，該輸入端為高電平，該端的指示燈亮，電流從該端流入，為漏型輸入。

對于三菱FX3U機型，通過圖2可以看出，由于內部的光電三極管中發光管是兩個反向發光二極管并聯，當輸入回路的電源極性改變時，它都可以發光工作，所以對于該機型來說，既可以作漏型輸入，也可以作源型輸入。市場上大部分的PLC都可以作兩型輸入，但也有少量PLC只能作一種類型的輸入，具體到每一種PLC，在使用前，要通過看說明書或查資料搞清楚其輸入類型。

三菱PLC分為漏型和源型兩種，漏型連接輸入信號時，PLC的公共端S/S接直流電的正極，當信號有效時，輸入端為低電平；而源型則相反，PLC的公共端S/S接直流電的負極，當信號有效時，輸入端為高電平。

而在西門子PLC中以輸入端的公共端M作為參考點，以信號從輸入信號端的公共端（M點）流入稱為源型輸入，以信號從輸入信號端的公共端（M點）流出，稱為漏型輸入。因此，這也是為什么會出現在三菱的PLC中稱為源型接法，但卻在西門子PLC里面卻是稱為漏型接法的原因，這點特別容易混淆。

3 NPN、PNP傳感器與三菱PLC的連接

3.1 NPN型傳感器和三菱FX3U類型PLC的接線方式

NPN型傳感器一般有3個輸出引腳，分別是電源正（棕）、電源負（藍）和信號線（黑）。在和PLC連接時，將傳感器的棕色線和藍色線分別接24 V電源的正負極，而信號線則和PLC的輸入端X連接，PLC公共端S/S接直流電極的正極，接線方式如圖3（a）所示。

在圖3（a）中，NPN型傳感器內部本質是有一個NPN三極管，根據電子技術基礎知識，當傳感器沒有檢測到信號時，內部的三極管截止，則傳感器輸出端（PLC輸入端）為高電平；當傳感器檢測到信號時，內部的三極管飽和導通，則傳感器輸出端（PLC輸入端）變為低電平。

圖3 NPN、PNP傳感器與三菱PLC連接示意圖

3.2 PNP型傳感器和三菱FX3U類型PLC的接線方式

PNP型傳感器一般也是3個輸出引腳，也是電源正（棕）、電源負（藍）和信號線（黑）。在和PLC連接時，將傳感器的棕色線和藍色線分別接24 V電源的正負極，而信號線則和PLC的輸入端X連接，接線方式如圖3（b）所示。

在圖3（b）中，PLC公共端S/S接直流電源的負極，PNP型傳感器內部本質是有一個PNP三極管，當傳感器沒有檢測到信號時，內部的三極管截止，則傳感器的輸出端（PLC輸入端）為低電平；當傳感器檢測到信號時，內部的三極管飽和導通，則傳感器的輸出端變為高電平。

對于三菱FX3U類型的PLC來說，即可以采用漏型輸入，也可以采用源型輸入，上面兩種接法都可以，這是經過實踐證明了的。歸納總結前面的結論，無論是NPN型傳感器還是PNP型傳感器，它們與PLC連接時接線方法都是一樣的，棕色線接電源正極，藍色線接電源負極，黑色線接PLC的輸入端，不同的是PLC輸入端24 V電源線與PLC的公共端接線不同，具體的是采用漏型輸入（NPN）時PLC的公共端接24 V電源的正極；采用源型輸入（PNP）時PLC的公共端接24 V電源的負極。

4 NPN、PNP傳感器與西門子PLC的連接

對于西門子PLC，它的漏型和源型定義與三菱剛好相反，所以西門子的源型接光電傳感器時的接線方法等效于三菱漏型輸入接光電傳感器時的接線方法[3]。

下面我們看一下西門子中常用的PLC分別是什么輸入類型，通過查閱資料，其中S7-200系列、S7-200 smart和S7-1200的輸入端既支持源型,也支持漏型，所以既可以接NPN傳感器,也可以接PNP的傳感器。下面以源型輸入為例（如圖4所示）。

PLC的公共端M接直流電源的正極，電流方向為流入，所以稱為源型輸入。可以看出，西門子源型接法時輸入端的電流方向為流出，與三菱的漏型接法工作原理是一樣的，只是叫法不同罷了。同理可知西門子漏型接法與三菱的源型接法工作原理也是一樣的，在此不作過多解說。

圖4 NPN傳感器與西門子源型輸入PLC的連接

對于其他類型的西門子PLC的輸入方式，查閱資料如下：S7-300的DI模塊很多，具體參數需要在硬件組態中查看，S7-300的大部分DI模塊均為漏型（應該選取PNP型的傳感器），接線時PLC的公共端必須要接直流電源的負極[4]。在硬件組態時不提示源型還是漏型，就是默認為漏型的意思，如：321-1BL00。S7-300的源型DI模塊（應該選取NPN傳感器），如：6ES7 321-1BH50-0AA0。源型/漏型兩用式DI模塊（既可NPN也可以PNP型傳感器），如：6ES7 321-1BP00-0AA0。

S7-1500系列中現推出的DI模塊有漏型，接PNP型傳感器，PLC的公共端要接直流電源的負極，如：6ES7 523-1BL00-0AA0。也有支持源型的DI模塊，接NPN型傳感器，PLC的公共端要接直流電源的正極，如：6ES7 131-6BF60-0AA0。

5 結語

經過上面對光電傳感器接線方法的研究，最后得出結論，對于NPN光電傳感器，當它與三菱PLC相連時，應當與漏型輸入的PLC相連，當它與西門子PLC相連時，應當與源型輸入的PLC相連，此時PLC的公共端都應該與24 V直流電源的正極相連，所有輸入信號的公共端應該與24 V直流電源的負極相連。對于PNP光電傳感器則剛好相反，所以只要記住NPN的接線方法就行了。另外在接線前還要搞清楚所用PLC的輸入類型是漏型還是源型，還是兩種輸入都可以，搞清楚后接線就不會錯了。