Qual é a diferença entre uma interface de dois fios e uma interface PNP/NPN?

Interface de dois fios

O interface de dois fios é um tipo de interface utilizado na tecnologia de automação e controlo para ligar sensores e actuadores.

Com uma interface de dois fios, o sensor ou o atuador é ligado entre dois fios: o fio de alimentação positivo (+) e o fio de retorno do sinal negativo (-). O fio de alimentação é utilizado para fornecer energia ao dispositivo, enquanto o fio de retorno do sinal é utilizado para transmitir o sinal de volta ao sistema de controlo.

Quando o sensor ou atuador numa interface de dois fios é ativado, interrompe ou liga a ligação entre os dois fios e gera um sinal.

A interface de dois fios é normalmente utilizada para sensores e interruptores simples que apenas necessitam de uma única saída binária. Este tipo de interface é relativamente fácil de implementar e é utilizado em várias aplicações, como a deteção de presença.

É importante notar que a interface de dois fios não permite a transmissão de informações adicionais ou a comunicação com o sistema de controlo. Se for necessário transmitir mais informações, por exemplo, um sinal analógico, é necessário um tipo diferente de interface.

O interface de dois fios pode ser polarizado/não polarizado com a função de comutação normalmente aberta/normalmente fechada.

Exemplo de um interface de dois fios não polarizado, normalmente aberto:

Exemplo de um interface de dois fios polarizado com função de comutação normalmente fechada:

Interface PNP/NPN

A maioria dos sensores de proximidade industriais (indutivos, capacitivos, ultra-sónicos, fotoeléctricos) são baseados em semicondutores.

Os componentes electrónicos semicondutores, como os transístores, são utilizados para comutar a saída do sensor quando um objeto é detectado.

Existem dois tipos específicos de sensores de três fios: PNP e NPN. A diferença reside no circuito interno e no tipo de transístores utilizados.

Com a interface PNP, o pino de saída do sensor, quando ativado (quando detecta a presença de um objeto), fornece uma tensão próxima da tensão de alimentação (normalmente cerca de 24 V CC em aplicações industriais). Quando o sensor não está ativado, o pino de saída apresenta uma tensão baixa ou nula.

Os dispositivos PNP têm normalmente três ligações: Alimentação (+), terra (-) e saída. A saída está ligada à carga, que por sua vez está ligada à terra. Isto significa que a carga é activada quando é aplicada uma tensão à saída.

Exemplo de uma interface PNP normalmente aberta:

Um sensor NPN funciona de tal forma que, quando detecta um objeto ou um estado alvo, fecha o circuito entre a saída do sensor e a terra. Isto significa que a saída do sensor está ligada à terra (tensão negativa da fonte).

Quando o sensor é ativado (quando detecta um objeto), a saída do sensor é ligada à terra, fazendo com que a tensão de saída caia para um valor baixo ou 0V.

Exemplo de uma interface NPN normalmente fechada:

Essencialmente, um sensor PNP liga a carga à alimentação, enquanto um sensor NPN liga a carga à terra.

Nota: Ao ligar a um PLC, deve ter-se em atenção que o sensor tem de ter o tipo de saída que o PLC espera. A fase de entrada do PLC reconhece normalmente o estado do sensor (ligado ou desligado). No entanto, espera um sensor PNP ou NPN.

Transição de uma interface de dois fios para PNP/NPN

Ao mudar de um interface de dois fios para um interface PNP/NPN, é importante verificar a compatibilidade do dispositivo com o novo interface. Alguns sensores e actuadores podem ser apenas de dois fios e não podem ser simplesmente convertidos para um interface PNP/NPN.

Se o dispositivo for compatível com um interface PNP/NPN, os requisitos de alimentação eléctrica devem ser determinados. A linha de alimentação positiva (+) deve ser ligada à fonte de alimentação e a linha de sinal negativa (-) ao dispositivo. Deve ser assegurado que estão corretamente ligados e isolados.

Ao converter para uma interface NPN, é importante ligar a terra (GND) ao dispositivo. A terra serve como ponto de referência para os sinais numa interface NPN.

As definições do dispositivo devem ser verificadas para este efeito. Alguns dispositivos têm a opção de comutar entre diferentes interfaces através de um interrutor ou de um interface de configuração. Deve-se verificar se o dispositivo está corretamente configurado para o interface PNP/NPN.

Uma vez efectuadas as alterações, o dispositivo deve ser testado e verificado para garantir que funciona corretamente com a nova interface. É necessário ter em conta que podem ser necessárias alterações adicionais ao sistema, tais como a alteração das entradas/saídas do sistema de controlo ou a adaptação do programa.