Simulador de sensores PNP y NPN

Conectar un sensor de tres hilos a un PLC parece fácil hasta que la entrada no se enciende. Aquí puedes conectar un sensor inductivo PNP o NPN a una fuente de 24 V y a la entrada de un PLC, cable a cable, y ver por dónde va la corriente, qué tensión hay en cada punto y por qué funciona o no. Equivócate todo lo que quieras: aquí no se quema nada.

Cómo se usa

• Montaje: empieza con un PNP o un NPN bien conectados, o sin cables para conectarlo tú desde cero.
• El sensor: elige el tipo de salida (PNP o NPN) y el contacto (NA o NC). Es un inductivo M12 con 4 mm de alcance nominal.
• La pieza: cambia el material y arrastra la distancia. La franja azul de la regla marca hasta dónde detecta.
• La tarjeta: bidireccional, como las entradas integradas de la CPU S7-1200, o solo PNP, como muchas tarjetas de periferia.
• Cableado: elige a qué borne va cada cable. Los trazos amarillos que avanzan muestran por dónde circula la corriente, en sentido convencional (de + a −). Aunque no detecte nada, por el marrón y el azul circula el consumo propio del sensor, unos 10 mA.
• Medidas: son las que darías con el multímetro en el sensor, en la entrada respecto a 0 V y entre la entrada y su común. La entrada lee un 1 a partir de unos 15 V (2,5 mA) y un 0 por debajo de 5 V; entre medias está la zona indefinida.

PNP y NPN en una frase

Los dos tienen tres cables: marrón a +24 V, azul a 0 V y negro de señal. La diferencia está en qué hace el negro cuando el sensor detecta:

Una forma de recordarlo: en PNP la P va con el positivo, y en NPN la N va con el negativo.

Sink y source: el lío de los nombres

Sink (sumidero) y source (fuente) dicen hacia dónde va la corriente visto desde quien lo dice. Un sensor PNP da corriente (salida source) y la entrada que lo recibe la absorbe (entrada sink). Con un NPN es al revés. El lío viene de que unos fabricantes nombran la tarjeta por cómo trabaja la entrada y otros por el sensor que admite: «entrada sink» y «entrada para PNP» pueden ser exactamente lo mismo. Lo seguro es mirar el esquema de conexión del manual de la tarjeta, que dibuja dónde va el común.

Algunas tarjetas, como las entradas integradas de la CPU S7-1200, admiten la corriente en los dos sentidos (por dentro llevan un optoacoplador bidireccional) y valen para PNP o NPN según dónde conectes el común. Muchas tarjetas de periferia, en cambio, solo la dejan pasar en un sentido. Por eso un NPN en una tarjeta «solo PNP» da las tensiones correctas y, aun así, no enciende la entrada. Pruébalo en el simulador.

Por qué en Europa casi todo es PNP

Piensa en un cable de señal pelado que roza el chasis de la máquina, que está unido a tierra y, normalmente, al 0 V. Con un PNP, ese roce es un cortocircuito: el sensor se protege y la entrada se queda en 0. Con un NPN, tocar 0 V es justo lo que hace el sensor al detectar, así que la entrada se activa sola y el PLC cree que hay una pieza. Un fallo que da una señal falsa es mucho peor que uno que deja la señal a cero. Por eso en Europa se usa casi siempre PNP con el común a 0 V. En máquinas de origen asiático es habitual el NPN: compruébalo antes de pedir un recambio.

Ojo: ni PNP ni NPN convierten un sensor normal en un elemento de seguridad. Las puertas, las barreras y las paradas de emergencia se vigilan con sensores y relés de seguridad, no con entradas normales del PLC.

Distancia de detección y materiales

La distancia nominal (Sn) de un sensor inductivo se mide con una placa de acero normalizada. Con otros metales detecta más cerca: hay que multiplicar Sn por el factor de reducción que da el fabricante. Valores orientativos:

Para que funcione siempre, se trabaja dentro de la distancia asegurada (Sa), que es el 81 % de Sn: con un sensor de 4 mm, la pieza debe pasar a 3,2 mm o menos. Un sensor enrasado, que se puede montar metido en el metal, tiene menos alcance que uno no enrasado del mismo tamaño. Y todos tienen histéresis: se desactivan un poco más lejos de donde se activan, para que la salida no tiemble cuando la pieza vibra justo en el límite.

NA o NC

Un sensor NA (normalmente abierto) activa la salida cuando detecta. Un NC hace lo contrario: la tiene activada mientras no detecta y la quita al detectar. El NC se usa cuando interesa que un cable roto se trate como la situación segura. Por ejemplo, en un sensor de nivel máximo de un depósito: si es NC, tanto «depósito lleno» como «cable roto» dejan la entrada a 0 y la bomba para. También hay sensores de cuatro hilos con una salida NA y otra NC.

Cómo buscar la avería de un sensor

1. Mira el LED de alimentación. Si está apagado, mide entre marrón y azul en el propio sensor o en su conector. Si no hay 24 V, busca el cable cortado o el fusible.
2. Acerca una pieza y mira el LED de salida. Si no se enciende, revisa la distancia, el material y que la cara del sensor esté limpia y sin golpes.
3. Si el LED se enciende pero el PLC no se entera, mide entre I0.0 y 1M, no entre I0.0 y 0 V. Con un PNP deberías ver unos 22 o 23 V al detectar.
4. Si hay tensión entre I0.0 y 1M pero no se enciende el LED de la entrada, la tarjeta no la lee: o no es del tipo que corresponde, o esa entrada está dañada.
5. Si el LED de salida parpadea, en muchos sensores es un aviso de cortocircuito o sobrecarga: busca el negro pelado o pellizcado. Mira el manual, porque otros parpadean cuando la pieza pasa justo en el límite del alcance.

Para entender el tema a fondo: Componentes: aparamenta, sensores y neumática, con teoría y test.