Sensores Inductivos Tipo PNP y NPN: Qué Son y Cómo Funcionan

En el ámbito de la automatización industrial, los sensores inductivos son componentes esenciales, ya que permiten detectar objetos metálicos sin contacto físico. Estos sensores son muy utilizados en aplicaciones donde se requiere una detección precisa y fiable. Dos de los tipos más comunes de sensores inductivos son los sensores PNP y sensores NPN.

El concepto de PNP y NPN es muy común en la industria, especialmente al seleccionar sensores para procesos de control con un PLC, así como en el diseño de esquemas y cableados. Es crucial que entiendas bien este tema, ya que en el campo de la automatización industrial y a lo largo de tu carrera profesional, tomarás decisiones basadas en esta terminología con frecuencia. Al principio puede resultar un poco confuso, pero con la práctica y al realizar algunos montajes, te familiarizaras con las diferencias entre ambos tipos de sensores.

En este artículo, exploraremos qué son, cómo funcionan, sus aplicaciones, cómo se conectan tanto a sistemas sin PLC como a un PLC, cómo identificarlos sin etiquetas y qué precauciones tomar al seleccionarlos.

¿Qué es un Sensor Inductivo?

Un sensor inductivo es un dispositivo electrónico que utiliza un campo electromagnético para detectar objetos metálicos sin contacto físico. Estos sensores son ideales en aplicaciones donde se requiere una larga vida útil, ya que no tienen partes móviles y, por lo tanto, son resistentes al desgaste. Los sensores inductivos solo detectan objetos metálicos, por lo que no son adecuados para la detección de materiales no metálicos como plásticos o madera.

¿Qué es un Sensor Inductivo Tipo PNP y NPN?

La diferencia entre los sensores inductivos PNP y NPN radica en cómo se comporta la salida del sensor en relación con la alimentación del circuito:

Sensor Inductivo Tipo PNP

• En un sensor inductivo PNP, cuando detecta un objeto metálico, la salida se conecta al polo positivo del suministro (es decir, se activa la salida de voltaje positivo).
• Los sensores PNP son conocidos como “salida de conmutación positiva”.
• En un diagrama de conexión, la carga se coloca entre el terminal de salida del sensor y la tierra (negativo).

Sensor Inductivo Tipo NPN

• En un sensor inductivo NPN, cuando detecta un objeto, la salida se conecta al polo negativo del suministro (es decir, se activa la salida de voltaje negativo o tierra).
• Los sensores NPN son conocidos como “salida de conmutación negativa”.
• En el diagrama de conexión, la carga se coloca entre el terminal de salida del sensor y el suministro positivo.

Diferencias Clave entre PNP y NPN

Primero, es importante aclarar que la elección entre un sensor PNP y NPN no está relacionada con si el sensor tiene una salida normalmente abierta (NO) o normalmente cerrada (NC). La selección de uno u otro depende del tipo de circuito en el que se utilizará.

Una de las diferencias clave entre los sensores PNP y NPN radica en el diseño interno de sus circuitos, el tipo de transistor que utilizan y cómo gestionan la energía en la salida. Ambos sensores difieren en la manera en que direccionan el flujo de corriente.

En cuanto al flujo de corriente:

• En un transistor NPN, la corriente de salida fluye desde el colector hacia el emisor, la salida entrega un voltaje negativo o se conecta a tierra cuando se activa.
• En un transistor PNP, la corriente de salida fluye desde el emisor hacia el colector, lo que resultaría en un voltaje positivo en la activación. Si la salida esta activa y colocases la punta positiva de un medidor de voltaje en la salida del Sensor y la negativa en el borne negativo de la fuente obtendrías una lectura de 24 Vdc, ahora si llevas la punta negativa al borne positivo tendrías zero voltios, esto debido a que la diferencial de potencial seria zero.

Cabe destacar que tanto los transistores NPN como PNP tienen tres terminales: colector, base y emisor. En los diagramas de circuito, el emisor siempre está representado con una flecha: la flecha apunta hacia el transistor NPN y en dirección opuesta en el caso del transistor PNP.

Aplicaciones de los Sensores Inductivos PNP y NPN

Los sensores inductivos son comúnmente usados en industrias como la automotriz, manufactura, embalaje, manejo de materiales y más, para tareas como:

• Detección de presencia o ausencia: Verificar la presencia de objetos metálicos en una línea de producción.
• Posicionamiento: Detectar la posición de piezas metálicas en sistemas robóticos o maquinarias.
• Contadores de piezas: Contar objetos metálicos que pasan por una cinta transportadora.
• Protección de máquinas: Detectar la apertura de puertas metálicas en sistemas de seguridad.

¿Cuándo usar PNP o NPN?

• Los sensores PNP suelen ser más comunes en Europa y en sistemas diseñados para funcionar con lógica positiva.
• Los sensores NPN son más utilizados en Asia y en aplicaciones donde se prefiere la lógica negativa.

Conexión de Sensores Inductivos a una Carga no Asociada a un PLC

Cuando no se utiliza un PLC y se necesita conectar el sensor directamente a una carga (por ejemplo, un relé, una lámpara o un motor pequeño), el procedimiento varía según el tipo de sensor:

Conexión de un Sensor PNP:

1. Conecta el terminal de alimentación positiva (+Vcc) del sensor al suministro de voltaje.
2. Conecta el terminal de tierra (GND) al negativo del suministro.
3. Conecta la carga entre la salida del sensor (salida positiva) y la tierra (negativo). En este caso, la salida del sensor proporcionará un voltaje positivo cuando detecte un objeto, activando la carga.

Conexión de un Sensor NPN:

1. Conecta el terminal de alimentación positiva (+Vcc) del sensor al suministro de voltaje.
2. Conecta el terminal de tierra (GND) al negativo del suministro.
3. Conecta la carga entre la salida del sensor (salida negativa) y el suministro positivo. En este caso, la salida del sensor proporcionará un camino a tierra cuando detecte un objeto, activando la carga.

Conexión de Sensores Inductivos a un PLC

Cuando se conectan sensores inductivos a un PLC, las entradas del PLC son diseñadas para recibir señales de 24V DC. Los métodos de conexión son diferentes para los sensores PNP y NPN:

Conexión de un Sensor PNP a un PLC:

1. Conecta el terminal de alimentación positiva (+Vcc) del sensor a la fuente de alimentación de 24V DC.
2. Conecta el terminal de tierra (GND) a la tierra de la fuente de alimentación.
3. Conecta la salida del sensor PNP a una entrada del PLC. En este caso, la entrada del PLC recibirá un voltaje positivo cuando el sensor detecte un objeto, lo que corresponde a un estado “encendido” (ON).

Conexión de un Sensor NPN a un PLC:

1. Conecta el terminal de alimentación positiva (+Vcc) del sensor a la fuente de alimentación de 24V DC.
2. Conecta el terminal de tierra (GND) a la tierra de la fuente de alimentación.
3. Conecta la salida del sensor NPN a una entrada del PLC. En este caso, la entrada del PLC recibirá un camino a tierra cuando el sensor detecte un objeto, lo que también corresponde a un estado “encendido” (ON).

NOTA IMPORTANTE: Ambos sensores se conectan de la misma manera a la fuente de voltaje, lo que varia es el tipo de salida en función al tipo de sensor. Es importante tener en cuenta que si el PLC seleccionado no esta diseñado para recibir señales negativa/a tierra no podrá procesar los cambios desde el sensor, como es este caso.

Identificación de Sensores PNP y NPN Sin Etiquetas

En ocasiones, los sensores no tienen etiquetas que indiquen claramente si son PNP o NPN. Existen algunos métodos prácticos para identificar el tipo de sensor:

1. Consultando el Manual: Si el sensor viene con documentación, allí generalmente se especifica si es PNP o NPN.
2. Uso de un Multímetro: Mide la salida del sensor cuando se activa. Si la salida entrega un voltaje positivo en relación con la tierra, es un sensor PNP. Si entrega un voltaje negativo (o se conecta a tierra), es un sensor NPN.
3. Colores de los Cables: Generalmente, el cable negro es la salida, el marrón es positivo (+Vcc) y el azul es negativo (GND). A veces, el tipo de salida puede estar indicado en la posición del cable negro.

Precauciones al Seleccionar Sensores Inductivos

Al momento de elegir un sensor inductivo para una aplicación específica, es importante tener en cuenta varios factores para evitar problemas o fallos en el sistema:

1. Compatibilidad con el PLC o Sistema: Asegúrate de que el tipo de sensor (PNP o NPN) sea compatible con las entradas del PLC o el sistema de control. Algunos PLCs solo aceptan entradas PNP o NPN, por lo que seleccionar el sensor incorrecto puede causar problemas.
2. Tensión de Alimentación: Verifica que la tensión de alimentación del sensor sea compatible con la fuente de alimentación del sistema (generalmente 24V DC).
3. Distancia de Detección: La distancia de detección del sensor debe ser adecuada para la aplicación. Un sensor con una distancia de detección demasiado corta podría no detectar correctamente los objetos, mientras que uno con una distancia excesiva podría activarse por error.
4. Condiciones Ambientales: Asegúrate de que el sensor sea resistente a las condiciones ambientales en las que operará, como altas temperaturas, humedad, polvo o exposición a productos químicos.
5. Corriente de la Carga: Verifica que el sensor pueda manejar la corriente de la carga conectada (si no se conecta a un PLC). Si la carga excede la capacidad del sensor, será necesario utilizar un relé o un transistor intermedio.

Conclusión

Los sensores inductivos PNP y NPN son componentes fundamentales en la automatización industrial para la detección sin contacto de objetos metálicos. Conocer sus características, aplicaciones y cómo conectarlos correctamente es clave para garantizar su correcto funcionamiento en un sistema de control. A la hora de seleccionarlos, es esencial tener en cuenta la compatibilidad con el sistema o PLC, las condiciones ambientales y las características eléctricas del equipo.