PLC - Conexiones PNP y NPN

Por lo que respecta el cableado de E/S digitales (DC) en un PLC, uno de los conceptos básicos a tener en cuenta es el tipo de conexión utilizada...

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En este artículo, se ahondará en la lógica de cableado PNP y NPN para saber cuál utilizar en cada caso y que consideraciones se deben tomar.
Es necesario tener esto muy presente para cualquier proceso de selección y diseño en un proyecto de automatización. Es una terminología que se utiliza a diario, por lo que se debe conocer y saber aplicar. 

¿DIFERENCIAS?

Normalmente, la lógica de cableado PNP o NPN viene determinada por la naturaleza y el diseño interno del circuito utilizado (tipo de transistor).
Siendo así, en la mayoría de casos, es indiferente utilizar un conexionado u otro.
Generalmente, todos los PLCs (y sensores) admiten ambas posibilidades. 
No obstante, hay algunas diferencias básicas a tener en cuenta: 

- Conexión PNP (sourcing): Común negativo, señal positiva
Se caracteriza por presentar una mayor inmunidad al ruido (interferencias). 
Es la más estándar en Europa y América. 

- Conexión NPN (sinking): Común positivo, señal negativa
Se considera más rápida en conmutación y suele presentar menor caída de tensión.
Más comúnmente utilizada en Asia.

¿CABLEADO DE ENTRADAS?

Lo más habitual es que las entradas digitales de PLC sean compatibles tanto para PNP como NPN. Generalmente, el uso de un conexionado u otro, depende de como cableemos el común de la unidad en el autómata. 
Véase el siguiente esquema en el que se presenta cada uno de los casos: 

Con la lógica PNP, alimentamos el común del PLC (COM) a 0Vdc y la señal que enviamos a las entradas (1 y 2) es de 24Vdc.
En NPN la lógica es negada. Llevamos los 24Vdc al común y los 0Vdc a las entradas. 

Normalmente, se decide una de las opciones dependiendo de los sensores a conectar, dado que se deberá mantener la lógica en todo el bloque de entradas que comparta un mismo común.
Es muy habitual encontrarse con detectores y fotocélulas de 3 hilos, PNP o NPN:

En la imagen adjunta, se puede ver el esquema de cableado para un sensor en PNP y NPN respectivamente. El pin BK es la salida  y BU/BN la alimentación (negativo/positivo) del sensor. Se ve claramente la diferencia en ambos casos...
Así pues, la entrada de PLC a la que conectemos el sensor deberá cablearse acorde a la naturaleza del mismo. 

¿CABLEADO DE SALIDAS?

Con las salidas (transistor), si que es necesario especificar si las queremos PNP o NPN.
Adjunto esquema en cada uno de estos casos:

Con la lógica PNP, alimentamos la unidad del autómata y el común de la carga serán los 0Vdc (externamente). Entonces, se activará la salida (1) mediante una señal de 24Vdc. 

En NPN la lógica es la inversa. Los 24Vdc son comunes para todas las salidas y la señal que utiliza el PLC para activar la salida es de 0Vdc.

Pensad que los actuadores únicamente requieren la diferencia de potencial (+24Vdc) para activarse... Un mismo actuador puede trabajar tanto en PNP como NPN.
Es indiferente si cerramos el circuito por el positivo o negativo de la alimentación. Solo deberemos tener en cuenta la polaridad al conectar la carga. 
Por esta razón, la decisión de utilizar un tipo conexionado u otro en las salidas será de quien diseñe la máquina (al escoger el modelo de PLC). 

¿EJEMPLOS PRÁCTICOS?

Para poder asimilar lo que se ha presentado a lo largo de este artículo, creo de interés analizar algunos casos reales de conexión de E/S digitales. 
He seleccionado tres esquemas simples de las unidades de un fabricante para revisar el concepto de PNP y NPN:

- Bloque de 16 entradas digitales DC:

En este ejemplo, se ve claramente que las entradas (A0-B7) se pueden conectar tanto en PNP como NPN, en función de como se cablee el común (A8 y B8).

También es importante comentar que en este caso hay dos comunes pero internamente están puenteados. No podría ser uno positivo y otro negativo...

- Bloque de 16 salidas digitales DC sourcing (PNP):

En este otro caso, las salidas (A0-B7) deben conectarse en PNP.
Véase que el común de todas las señales es el negativo de la fuente (debe referenciarse en A8). Las salidas darán una señal positiva (B8) para cerrar el circuito y activar la carga.

- Bloque de 16 salidas digitales DC sinking (NPN):

 En este último ejemplo, las salidas (A0-B7) deben conectarse en PNP.
El común de todas las señales es el positivo de la alimentación (referenciado en B8).
Las salidas darán una señal negativa (A8) para cerrar el circuito y activar la carga.