NPN和PNP传感器与PLC连接方法探讨

蒋发伦，徐明灿

（重庆三峡职业学院 重庆 404000）

1 引言

在现代工业控制中，大量使用光电传感器，要想能熟练地使用、维修及更换它，必须掌握光电传感器的结构、它与PLC连接时如何与PLC的输入类型配合，接线时的工作原理及连接时的规律，本文对这几方面的相关知识进行阐述。

2 光电传感器的结构及工作原理

NPN与PNP型传感器其内部本质就是由NPN或PNP三极管为主构成的电子器件，利用三极管饱和导通和截止的开关特性，输出两种状态，属于开关型传感器。NPN与PNP型传感器一般有三条引出线，即电源线VCC（红色）、0V（蓝色）线，out信号（黑色）输出线[1]。

如图1（a）所示，NPN型传感器接线时，棕色接电源正极，蓝色接负极，黑色接负载。当传感器通电工作后，没有信号时，传感器中的三极管处于截止状态，集电极和发射极开路，此时信号输出线和电源正极等电位，传感器输出端是高电平。当有信号触发时，传感器中的三极管处于饱和状态，集电极和发射极近似短路，此时信号输出线和0V线连接，相当于传感器输出是低电平，实际是约为0V。

对于PNP传感器工作原理如图1（b）所示，它的引脚接线方法与NPN完全一样，还是棕色接电源正极，蓝色接负极，黑色接负载。传感器通电工作后，当没有信号时，传感器中的三极管处于截止状态，集电极和发射极开路，此时信号输出线和电源负极等电位，传感器输出的是低电平。当有信号触发时，传感器中的三极管处于饱和状态，集电极和发射极近似短路，此时信号输出线和电源正极连接，传感器输出的是高电平。可以看出，PNP工作时输出电平跟NPN刚好是相反的。

图1 PNP传感器的结构及工作原理

3 PLC输入类型

PLC在连接光电传感器之前，首先要了解PLC的输入类型，它分为漏型和源型输入。漏型意思指的是信号漏掉，也就是信号的流出；而源型则相反，是指信号的流入。信号的流入与流出需要有一个参考点，判断电流是从这个参考点流入还是流出的，不同的PLC对于使用的这个参考点是不一样的[2]。

三菱PLC信号输入是以输入点X作为参考点，直流信号从这个输入点（X点）的流入还是流出来判断是源型接法还是漏接法。信号从X点流出称为漏型接法，信号从X点流入称为源型接法。

观察图2（a），可以看出公共端和X端在输入电路中，公共端为流入，X端则为流出，所以为漏形输入。反之如图2（b），输入X的电流为流入，所以为源型输入。

下面我们以三菱FX3U机型为例，输入端电路连接如图2（a）所示，主要分析一下漏型的工作原理。

对于漏型输入型PLC来说，如图2（a）电路所示，输入端的电源采用PLC提供的24V直流电源，接线时，公共端S/S接直流电源的正极（+24V），输入X端通过开关接PLC内部电路，内部电路并联后接24V直流电源的负极（0V），根据电子技术基本知识可以看出，当输入端信号开关断开时，输入端为高电平，该端的指示灯不亮；当开关接通时，该输入端为低电平，该端的指示灯亮，电流从该端流出，所以称为漏型输入。

对于源型输入型PLC，如图2（b）电路所示，输入端接线刚好与漏型相反，公共端接直流电源的负极（0V），输入X端通过开关并联后接直流电源的正极（+24V），所以得到的结论相反，当开关接通时，该输入端为高电平，该端的指示灯亮，电流从该端流入，为漏型输入。

图2 PLC传输类型

对于三菱FX3U机型，通过上图可以看出，由于内部的光电三极管中发光管是两个反向发光二极管并联，当输入回路的电源极性改变时，它都可以发光工作，所以对于该机型来说，即可以作漏型输入，也可以作源型输入。市场上大部分的PLC都可以作两型输入，但也有少量PLC只能作一种类型的输入，具体到每一种PLC，在使用前，要通过看说明书或查资料搞清楚其输入类型。

由上面叙述可知，对于三菱PLC分为漏型和源型两种，漏型连接输入信号时，PLC的公共端S/S接直流电的正极，当信号有效时，输入端为低电平；而源型则相反，PLC的公共端S/S接直流电的负极，当信号有效时，输入端为高电平。

4 NPN和PNP传感器与三菱PLC连接类型

4.1 NPN型传感器和三菱FX3U类型PLC的接线方式

NPN型传感器一般具有三个输出引脚，分别是电源正（棕）、电源负（蓝）和信号线（黑）。在和PLC连接时，将传感器的棕色线和蓝色线分别接24V电源的正负极，而信号线则和PLC的输入端X连接，PLC公共端S/S接直流电极的正极。

在图1（a）中，根据电子技术基础知识，当传感器没有检测到信号时，内部的三极管截止，则传感器输出端（PLC输入端）为高电平；当传感器检测到信号时，内部的三极管饱和导通，则传感器输出端（PLC输入端）变为低电平。

4.2 PNP型传感器和三菱FX3U类型PLC的接线方式

PNP型传感器一般也是三个输出引脚，也是电源正（棕）、电源负（蓝）和信号线（黑）。在和PLC连接时，将传感器的棕色线和蓝色线分别接24V电源的正负极，而信号线则和PLC的输入端X连接，接线方式图1（b）所示。

在图1（b）中，PLC公共端S/S接直流电源的负极，当传感器没有检测到信号时，内部的三极管截止，则传感器的输出端（PLC输入端）为低电平；当传感器检测到信号时，内部的三极管饱和导通，则传感器的输出端变为高电平。

对于三菱FX3U类型的PLC来说，即可以采用漏型输入，也可以采用源型输入，上面两种接法都可以，这是经过实践证明了的。归纳总结前面的结论，无论是NPN型传感器还是PNP型传感器，它们与PLC连接时接线方法都是一样的，棕色线接电源正极，蓝色线接电源负极，黑色线接PLC的输入端，不同的是PLC输入端24V电源线与PLC的公共端接线不同，具体的是采用漏型输入（NPN）时PLC的公共端接24V电源的正极；采用源型输入（PNP）时PLC的公共端接24V电源的负极。

5 光电传感器与PLC连接接线方法

经过以上对光电传感器接线方法的研究可知，对于NPN光电传感器，当它与三菱PLC相连时，应当与漏型输入的PLC相连，此时PLC的公共端都应该与24V直流电源的正极相连，所有输入信号的公共端应该与24V直流电源的负极相连。对于PNP光电传感器则刚好相反，所以需要记住NPN的接线方法。另外，在接线前还要清楚所用PLC的输入类型是漏型还是源型，还是两种输入都可以，避免接线错误。

西门子PLC中是以输入端的公共端M作为参考点，以信号从输入信号端的公共端（M点）流入称为源型输入，反之则称为漏型输入[3]。因此，这也是为什么会出现在三菱的PLC中称为源型接法，但却在西门子PLC里面却是称为漏型接法。