Cosa sono i sensori digitali (discreti) a 3 fili e come si collegano al PLC? Quanti tipi di sensore digitale ci sono in commercio e come vengono impiegati nell’automazione industriale? Cosa significa PNP e NPN?
Benvenuto in questa lezione, oggi parliamo dei sensori a 3 fili PNP e NPN, componenti tra i più utilizzati nell’automazione industriale e non solo.
Ecco cosa impariamo in questa lezione:
Lo stato dei processi, variabili digitali discrete.
Come funzionano gli ingressi discreti nel PLC.
Collegamento degli ingressi digitali a tre fili al PLC.
Ingressi digitali PLC di tipo sinking e sourcing.
Sensori discreti a 3 fili in corrente continua e alternata.
Sensori a 3 fili PNP e NPN.
Collegamento dei moduli digitali comunemente utilizzati nell’industria.
Lo stato dei processi, variabili digitali discrete.
Quando rappresentiamo la realtà dei processi produttivi trasformandola in dati comprensibili dal plc, un grosso ruolo viene svolto dal dato “digitale”, ovvero una variabile che assume lo stato zero o uno, fornendo quindi quello che chiamiamo valore “discreto”.
Nell’automazione industriale, uno stato discreto può rappresentare per esempio il comando di un’utenza, il suo stato d’allarme, o qualsiasi informazione che può essere rappresentata come VERO o FALSO, secondo la logica booleana.
Quando lavoriamo con i PLC e i controllori ma anche con tutta una serie di strumentazione utilizzata nell’automazione industriale, tra i componenti più installati sulle linee troviamo i sensori discreti, che possono essere interruttori, rilevatori di prossimità, ma anche organi di comando come pulsanti e selettori.
Tra i sensori digitali troviamo per esempio gli switch di livello, di pressione, di flusso, di temperatura, insomma tutto ciò che può fornire un segnale zero o uno; i sensori possono essere semplici apparecchi a 2 fili oppure a 3 fili come quelli di cui ci occupiamo oggi.
Nella prossima immagine vediamo un esempio schematico di applicazione dove al plc viene portato un ingresso digitale che arriva da un micro di rilevazione presenza a induzione. Questo tipo di processo può essere utile per contare quanti oggetti passano sotto il rilevatore.
Come vediamo nella figura sopra, nel primo circuito in alto a destra abbiamo un ingresso digitale di tipo sinking. L’alimentazione 24 VDC viene portata allo switch, il quale rappresenta il nostro oggetto in campo come il pulsante oppure il rilevatore di prossimità; quando questo si attiva la tensione viene portata all’ingresso digitale del modulo PLC che chiude il circuito verso terra. In questo caso la corrente circola dall’esterno verso il plc.
Nel secondo disegno in figura invece abbiamo l’alimentazione che viene portata al modulo di ingresso digitale e da questo a un capo del componente in campo. Quando il circuito viene chiuso dall’oggetto in campo la corrente circola dal modulo plc verso l’apparecchio.
Per esprimere ciò che abbiamo appena visto con altre parole, possiamo dire che nel collegamento di tipo sourcing l’alimentazione viene fornita dal plc, in quello sinking dal componente in campo.
Sensori discreti a 3 fili in corrente continua e alternata.
La maggior parte dei sensori digitali vengono oggi utilizzati con tensioni in corrente continua, tuttavia ci sono applicazioni in cui occorre lavorare con corrente alternata; per questo ci sono moduli di diverso tipo che adotteremo di volta in volta.
Quando si lavora con oggetti in corrente continua, in alcuni casi è necessario rispettare la polarità (positivo e negativo), in questo caso sulle istruzioni dell’apparecchio viene indicato, inoltre i fili hanno sempre il colore che segue lo standard, per esempio marrone per il positivo e blue per il negativo.
Se invertiamo le polarità del collegamento rischiamo di danneggiare l’apparecchio oppure il canale dell’ingresso digitale del PLC, per questo occorre fare attenzione.
Quando lavoriamo invece con oggetti semplici non polarizzati come i pulsanti e i selettori non c’è nessuna polarità da rispettare.
Sensori a 3 fili PNP e NPN.
I sensori digitali a 3 fili si dividono in due categorie: PNP (Positivo - negativo - positivo) e NPN (negativo - positivo - negativo). A seconda del modello di sensore utilizzato, dovremmo collegarlo a una apposita scheda di ingressi digitali del PLC, che sarà di tipo sourcing o sinking, a seconda del fatto che essa debba fornire l’alimentazione (solitamente 24VDC) oppure no.
Normalmente le schede di ingressi digitali comuni come quelle della Siemens sono di tipo Sinking, per cui l’alimentazione viene portata ai sensori PNP, come vedremo più avanti in questa lezione.
Come vediamo nella figura sopra, i sensori a tre fili hanno sempre i colori marrone per l’alimentazione, blue per il negativo e nero per il segnale.
Nel collegamento PNP l’alimentazione viene portata al sensore ed eventualmente anche al modulo di ingressi del plc per farlo funzionare, tuttavia è il sensore che manda il 24V sull’ingresso a cui è collegato.
Nel collegamento NPN invece è la scheda del PLC che svolge il ruolo di “sorgente” per l’alimentazione dell’ingresso digitale, per cui l’alimentazione deve essere collegata a questa.
Collegamento dei moduli digitali comunemente utilizzati nell’industria.
Ora che abbiamo visto come si collegano i sensori discreti ai PLC, diamo un’occhiata al collegamento di questi come avviene nella realtà, prendendo come esempio il modulo di ingressi digitali della Siemens per i PLC della serie S7 chiamato SM321, e utilizzato largamente nei sistemi Simatic S7-300.
Il modello di scheda ingressi digitali che osserveremo è 6ES7321-1BL00-0AA0, ed essa ci permette di collegare 32 ingressi digitali.
Nella prossima figura vediamo l’esempio dell’ingresso digitale attivato da un interruttore di livello chiamato LL6. All’apparecchio in campo viene portata l’alimentazione (filo 0622) e il comune identico a quello del modulo del plc (0602).
