Diferencias entre PNP y NPN en Cableado de Automatismos Industriales

En el Universo de la automatización industrial, trae consigo términos importantes y conceptos especializados que son vitales en la comprensión de estas tecnologías. En los procesos de automatización es común utilizar diversos tipos de sensores, entre ellos los sensores de proximidad, los cuales son utilizados por las máquinas para captar señales e interactuar con el mundo real, al igual como lo hace un ser humano. Existen dos tipos de salidas para esos tipos de sensores PNP y NPN. Por ello, es importante conocer sus diferencias porque podrían ser clave en la elección de un PLC. Además, de necesitar diseñar esquemas y vías de cableado, entender la diferencia entre un transistor y otro es vital. A continuación, te enseñaremos sus características y como conectarlos a un PLC, aquí te dejo el enlace para que veas los tipos vídeo1 y la conexión de un sensor a un plc vídeo2. 

El concepto PNP y NPN es bastante utilizado en la industria a la hora de seleccionar sensores para un proceso de control con un PLC, y sobre todo a la hora de diseñar esquemas y cableados. Es sumamente importante que te quede bien claro este tema, pues en el campo de los automatismos industriales y tu vida profesional vas a estar constantemente tomando decisiones frente a esta terminología. Este concepto al principio puede llegar a confundirnos un poco, pero una vez practiques y realices un par de montajes, notaras la diferencia entre ambos. Existen diferentes tipos de sensores de proximidad y es importante conocer su simbología y aplicaciones, si quieres conocer los diferentes tipos de sensores de proximidad ingresa >aquí.

1. Diferencias entre PNP y NPN

Primero que todo, debes de saber que PNP y NPN no tienen nada que ver si el sensor tiene salida normalmente abierto (NO) o normalmente cerrado (NC), para seleccionar un sensor PNP versus un sensor NPN debes tener en cuenta el tipo de circuito en el que vas a usará el sensor.

Una de la diferencia más relevante entre PNP y NPN radica en el diseño único de sus circuitos interiores, el tipo de transmisor que se utiliza y su salida.  Ambos sensores se diferencian por la forma en que asignan la energía.

Como el voltaje en PNP y NPN, ambos tienen corrientes opuestas en la salida. En su propio diseño podemos observar que:

• En el transistor NPN la corriente de salida fluye desde el colector al emisor.
• En el transistor PNP la corriente de salida fluye desde el emisor al colector.

Nota: Los transistores NPN y PNP tienen cada uno tres conductores, un colector, una base y un emisor, como se muestra en la imagen de debajo, Figura 1. En los diagramas de circuitos el emisor siempre aparece como una flecha. La flecha apunta hacia un transistor NPN y hacia un transistor PNP.

Por ejemplo, si tienes un sensor de 3 hilos, donde:

Si el sensor fuera:

• PNP, su Salida sería Positiva (+)
• NPN, su Salida sería Negativa (–)

2. Diagrama de conexión de los sensores PNP y NPN

Nota: En los esquemas anteriores observas que la salida del sensor es conectada una carga (contactor o relé), pero, es importante señalar lo siguiente: para conectar la salida del sensor a una carga, debes de considerar la corriente de salida máxima del sensor la cual se encuentra en la ficha técnica del instrumento, la omisión de este procedimiento puede ocasionar un mal funcionamiento y por ende la avería del sensor.

3. ¿Cómo encienden y apagan?

Ambos sensores tienen una función específica:

• NPN: Para encender, el NPN va percibiendo el aumento de energía en su base, se activa hasta conducirse desde el colector al emisor. El proceso de apagado es a la inversa: al disminuir la corriente, se activa cada vez menos hasta que no hay conducción y se apaga.
• PNP: Este sensor es opuesto en función al NPN. La corriente avanza desde la base hasta tierra. Conforme sucede esto, el transistor está encendido y conduce.

 

 

 

4. Cuándo utilizo PNP o NPN?

Existen diferentes factores que pues considerar para seleccionar el tipo de sensor PNP y NPN, entre ellos:

1. Circuito de control a implementar
2. Tipo de Salida del sensor
3. Tipo de entrada que recibe el PLC
4. Velocidad de conmutación

Ahora bien, si hablamos de seleccionar un sensor para usar con un PLC, básicamente necesitamos saber qué tipo de entrada que llega a nuestro PLC y que esta coincida con el tipo de entrada de la tarjeta de nuestro PLC, para ello puedes consultar el manual del fabricante o esquemas de cableado. (ver tabla 1 ejemplo de PLC siemens). Hoy día, puedes configurar el tipo de entrada de tu PLC, aunque normalmente será necesario que todas las entradas de una tarjeta de entrada en particular se configuren de la misma manera, veamos el siguiente ejemplo:

Ejemplo:

• Sensor Inductivo Proximidad: LJ12A3-4-Z / BY: Interruptor de proximidad de tipo inductivo con interruptor de transistor Normalmente Abierto (NA)PNP. Salida a la detección. P / N: LJ12A3-4-Z / BY:
  • Tipo: Inductivo
  • Forma: Cilindro
  • Potencia: 6-36VDC
  • Corriente de salida: 300mA
  • Frecuencia de respuesta: 0.5KHz
  • Rango de detección: 4 mm
  • Material detectado: hierro / aleaciones de acero.
  • Diámetro: 12 mm L: 64 mm WT: .08
• PLC: Siemens – CPU 1214C AC/DC/RELAY  Controlador lógico programable PLC:
  • Alimentación: 85 – 264VAC
  • Programación con STEP 7 V14 o superior
  • Numero de Puertos PROFINET: 1
  • Current consumption (rated value): 100 mA; CPU only
  • Onboard I/O: 14 digital inputs 24 V DC
  • 10 digital outputs 30 V DC/ 250VAC; 2 A 2
  • Analogue inputs 0-10 V
  • Alimentación de sensores: 24 V

Nota: Teniendo en cuenta las fichas técnica anteriores, se puede apreciar lo siguiente: Sensor tipo Inductivo, salida es PNP, contacto NA y la corriente de salida 300 mA  y PLC con entradas digitales digital inputs 24 V DC y alimentación de sensores 24VDC. Con esos datos podemos concluir que son compatibles: La salida del sensor, con las entradas del PCL.

En cuanto a las ventajas parece ser que el NPN es más rápido en conmutación, ya que trabaja con referencia 0V, tiene menor inmunidad al ruido y menor caída de tensión. Existen diferentes terminologías para caracterizar las entradas y salidas digitales: por ejemplo, lectura P o conmutación P (PNP), lectura M o conmutación M (NPN), así como “Sinking”/”Sourcing” en inglés y también lógica positiva o lógica negativa.   

Además, las entradas y salidas se pueden caracterizar o asignar de la siguiente manera:

• El estado lógico
• La señal eléctrica
• El cableado o la conexión

La tabla 1 muestra la relación entre las denominaciones de las terminologías y las asignaciones:

 

5. Cableado de Entradas/Salidas NPN y PNP a un de PLC.

En Latinoamérica y Europa es más común utilizar PNP, mientras que en Asia es más común encontrar NPN como se muestra a continuación. Muchas tarjetas de entrada de PLC modernas se pueden configurar y cablear para que sean “sumidero” o “fuente”, aunque normalmente será necesario que todas las entradas de una tarjeta de entrada en particular se configuren de la misma manera.

1. Cableado de Entradas:
2. Cableado de Salidas:

 

6. Ejemplo de Cableado de sensores en PLC Reales

-Ejemplo para cablear un sensor Óptico PNP de tres hilos, salida contacto NO a un PLC s7-1200 1214C DC/DC/DC:

-Ejemplo de para cablear un sensor PNP salida contacto (NC) y NPN de tres hilos, contacto NO a un PLC MICROLOGIX: