Как подключить датчики NPN и PNP к входам ПЛК CP1E

В обозначении контроллера OMRON CP1E буквы T и T1 выбирают тип транзисторных выходов, а у входов есть только буква D — входы постоянного тока, буквы, выбирающей NPN или PNP, нет: по схемам руководства по аппаратной части CP1E (W479) один и тот же вход 24 В DC работает и с датчиком NPN, и с датчиком PNP. Меняется одно — к какому полюсу источника подключён общий провод COM входной колодки. Ниже — схемы из руководства и данные датчиков OMRON, которые сверяют со входом контроллера.

Что принимает вход CP1E

Встроенные входы ПЛК CP1E рассчитаны на постоянное напряжение 24 В и, по таблице характеристик даташита P061, на двух- и трёхпроводные датчики. Входы разного назначения отличаются сопротивлением и порогом включения: у младших адресов, которые бывают входами быстрых счётчиков и прерываний, порог выше.

Сколько входов у конкретной модели и какие из них быстрые, зависит от процессорного модуля: сноска к таблице входов в даташите так и говорит, что доступные биты определяет модель.

NPN: COM на плюс источника

У датчика с выходом NPN открытый коллектор: транзистор подключает выход к 0 В, а нагрузку ставят между плюсом питания и выходом. Так нарисована схема выхода NPN в даташите фотоэлектрических датчиков E3Z (CSM_E3Z_DS_E_18_10): коричневый провод — питание 12–24 В, чёрный — выход, синий — 0 В, нагрузка — между коричневым и чёрным. Для CP1E этой нагрузкой служит вход, поэтому на схеме «NPN open-collector outputs» из W479 общий провод COM подключён к плюсу источника, а чёрный провод датчика — к клемме входа.

Та же полярность COM указана в руководстве для датчиков с токовым выходом NPN и для устройств с выходом по напряжению. Для последних W479 отдельно показывает перечёркнутую схему с COM на минусе: так их подключать нельзя.

PNP: COM на минус источника

У датчика PNP транзистор подаёт на выход плюс питания, и нагрузку E3Z-□8□ даташит ставит между чёрным и синим проводами. Вход CP1E снова оказывается этой нагрузкой, только теперь общий провод COM подключают к 0 В источника — схема «PNP current outputs» в W479.

Типовой ток входа CP1E — 5 или 7,5 мА, а выход трёхпроводного E3Z по даташиту выдерживает до 100 мА при напряжении цепи нагрузки не выше 26,4 В; остаточное напряжение на включённом выходе — не больше 1 В при токе меньше 10 мА. Открытый коллектор PNP или NPN, по выбору модели, есть и у индуктивных E2E NEXT в трёхпроводном исполнении (даташит D120), и у других серий раздела «Датчики» — их выходные данные смотрят в даташите своей серии.

Двухпроводный датчик: три проверки по W479

Двухпроводный датчик стоит в цепи входа последовательно: на схеме «Two-wire, DC outputs» плюс источника идёт на COM, а датчик — между клеммой входа и минусом. В выключенном состоянии через вход течёт ток утечки датчика, а во включённом на датчике остаётся остаточное напряжение — оба числа есть в его даташите. Руководство W479 требует, чтобы выполнялись три условия, иначе возможны ошибки работы:

Сопротивление резистора для второго условия руководство считает по формуле R ≤ (V_CC − V_R) / (I_OUT(min) − I_ON), для третьего — R ≤ R_IN × V_OFF / (I_leak × R_IN − V_OFF); мощность в обоих случаях берут с четырёхкратным запасом: W ≥ (V_CC − V_R)² / R × 4.

Числа для проверки дают два документа. У индуктивных E2E NEXT DC 2-wire даташит D120 даёт утечку до 0,8 мА и допустимый ток 3–100 мА; остаточное напряжение, измеренное на 100 мА с двухметровым кабелем, — 3 В у исполнений, чувствительных к полярности, и 5 В у неполярных и у исполнений удвоенной дистанции. У CP1E выключенный вход — это ток не больше 1 мА, включённый — от 3 мА при 17,0 В на входах CIO 0.00…0.07 и при 14,4 В на остальных. Первое условие записано в руководстве так: V_ON ≤ V_CC − V_R.

Включение питания и броски тока

Четвёртое предупреждение W479 касается пуска: если датчик получает питание, когда контроллер уже опрашивает входы, бросок тока датчика может дать ложный сигнал. Руководство советует выдержать в программе паузу, пока датчик не выйдет на режим. В примере программы питание датчика заведено на вход CIO 0.00, таймер отсчитывает 100 мс — время, за которое, по руководству, выходит на режим бесконтактный датчик OMRON (Proximity Sensor), — и только после этого сигнал датчика на CIO 0.01 включает выход CIO 100.00.

Питание датчиков от контроллера

У модели CP1E-NA20 с питанием от сети и у моделей на 30, 40 и 60 точек с питанием от сети есть выход 24 В DC на 300 мА, и W479 разрешает питать от него только устройства ввода, а не нагрузку выходов. По W479 (разделы 1-3-1 и 2-3-5) его нет у CP1E-E10/14/20(S) и N14/20 и у всех моделей с питанием 24 В DC. Если к контроллеру с таким выходом подключены модули расширения, доступны могут быть не все 300 мА — расчёт приведён в руководстве. Ещё одно требование W479: при подключении к контроллеру компьютера плюс внешнего источника 24 В не заземляют — заземляют его 0 В или не заземляют источник вовсе.

Провода и прокладка

Для входов и выходов W479 рекомендует провод от AWG22 до AWG18 (0,32–0,82 мм²), винты клемм M3 затягивают моментом 0,5 Н·м, наконечники — шириной не больше 6,2 мм, голые многожильные концы в клемму не ставят. Сигнальные провода не прокладывают в одном коробе с силовыми; если иначе нельзя, берут экранированный кабель и соединяют экран с клеммой GR. Выбор контроллера по числу входов и связи описан в разделе «Программируемые логические контроллеры», датчики — в разделах «Фотоэлектрические датчики» и «Индуктивные датчики».

Документы

CP1E CPU Unit Hardware User’s Manual (Cat. No. W479-E1-08, на английском) — схемы подключения входов, условия для двухпроводных датчиков, внешний источник 24 В, провода. Даташит CP1E CPU Units (Cat. No. P061-E1-15) — характеристики входов. Даташит E3Z (CSM_E3Z_DS_E_18_10) — выходы NPN и PNP и цвета проводов. Даташит E2E NEXT DC 2-Wire and 3-Wire (Cat. No. D120-E1-15) — ток утечки и остаточное напряжение двухпроводных исполнений.