Індуктивний датчик NPN чи PNP: як підключити кінцевик до контролера ЧПУ

Індуктивний датчик на верстаті з ЧПУ працює кінцевиком або датчиком нуля (home): він спрацьовує, коли до його торця підходить металевий прапорець, без дотику. Але не кожен датчик підходить до будь-якого входу. Датчик NPN під час спрацювання з’єднує сигнальний провід з мінусом, датчик PNP подає на нього плюс, і вхід контролера має бути розрахований саме на цей сигнал. Нижче розібрано, чим відрізняються NPN і PNP, NO і NC, як читати маркування LJ12A3-4-Z/BX, FOTEK і Omron, як підключити датчик до контролера Mach3 USB, плати LPT і DSP-контролера RichAuto, що робити з PNP-датчиком і з входом 5 В, скільки датчиків можна поставити на один вхід і на якій відстані датчик помітить прапорець зі сталі, нержавійки чи алюмінію.

Як працює індуктивний датчик

Котушка в торці датчика створює змінне магнітне поле. Коли в поле потрапляє метал, у ньому наводяться вихрові струми, вони забирають енергію поля, і схема датчика перемикає вихід. Так принцип описує Omron у технічному посібнику з датчиків наближення. Датчик реагує лише на метал: пластик, дерево і скло він не помічає. Механічних контактів немає, вихід напівпровідниковий: транзистор NPN або PNP.

На фрезерному верстаті індуктивні датчики ставлять датчиками нуля (home), за якими контролер знаходить початок координат верстата, і кінцевиками крайніх положень (limit), які зупиняють вісь перед упором. Датчик має гістерезис: точка відпускання далі за точку спрацювання, в Omron TL-W5MC1 і FOTEK серії PS/PL різниця до 10% дистанції, тобто до 0,5 мм для датчика на 5 мм. Тому нуль шукають, підводячи прапорець до датчика завжди з одного боку і на одній швидкості.

NPN і PNP: у чому різниця

Літери NPN і PNP позначають тип вихідного транзистора. Для підключення важливо інше: куди цей транзистор під’єднує сигнальний (чорний) провід під час спрацювання.

NPN: вихід замикається на мінус

Транзистор NPN стоїть між чорним проводом і мінусом живлення (синій провід). Коли метал у зоні, транзистор відкривається і з’єднує чорний провід з 0 В. Навантаження, тобто вхід контролера або котушку реле, вмикають між плюсом живлення і чорним проводом. Так намальовані вихідні кола NPN в Omron (TL-W5MC1, TL-Q5MC1) і FOTEK. Струм іде з навантаження в датчик, тому Pepperl+Fuchs і Balluff називають такий вихід sinking (струм, що втікає).

PNP: на вихід подається плюс

Транзистор PNP стоїть між плюсом (коричневий провід) і чорним проводом. Під час спрацювання на чорному проводі з’являється напруга живлення датчика, а навантаження вмикають між чорним проводом і мінусом. Струм іде з датчика в навантаження, такий вихід називають sourcing (струм, що витікає).

Відкритий колектор і внутрішній резистор

В Omron TL-W5MC1 і TL-Q5MC1 вихід з відкритим колектором (NPN open collector): коли металу немає, чорний провід усередині датчика ні до чого не під’єднаний. У FOTEK серії PS/PL на схемі виробника між виходом і плюсом стоїть резистор 4,7 кОм у моделі NPN, а в моделі PNP такий самий резистор стоїть між виходом і мінусом. Balluff називає його вихідним опором (output resistance). Від нього залежить, яка напруга опиниться на вході контролера, коли датчик не спрацював: у FOTEK NPN це повна напруга живлення датчика через 4,7 кОм. Для оптронного входу зі спільним плюсом це байдуже, для входу 5 В без розв’язки небезпечно, докладніше про це нижче.

Параметр	NPN	PNP
Під час спрацювання чорний провід з’єднується	з мінусом (0 В)	з плюсом живлення
Навантаження вмикається між	плюсом і чорним проводом	чорним проводом і мінусом
Назва у виробників датчиків	sinking	sourcing
Активний рівень сигналу	низький	високий
Відповідний вхід	зі спільним плюсом: спрацьовує при замиканні на мінус	зі спільним мінусом: спрацьовує, коли на нього надходить плюс
Приклади	LJ12A3-4-Z/BX, FOTEK PL-05N, Omron TL-W5MC1, TL-Q5MC1	LJ12A3-4-Z/BY, FOTEK PL-05P, Omron TL-Q5MB1

Плутанина sink і source у контролерів

Виробники датчиків відносять слова sink і source до виходу датчика, а деякі виробники контролерів до входу. В інструкції ПЛК Delta DVP-ES2 режим входу SINK намальовано зі спільним виводом S/S на +24 В і транзистором NPN, а режим SOURCE з виводом S/S на 0 В і транзистором PNP. Виходить, що вхід SINK за Delta працює з датчиком NPN, який сам теж називається sinking. Тому тип датчика обирають не за словом sink чи source, а за тим, куди під’єднаний спільний вивід входів і що треба зробити з клемою входу, щоб він спрацював.

NO і NC: нормально відкритий і нормально закритий

NO (normally open, нормально відкритий) означає, що без металу вихід вимкнений, а з появою металу в зоні вмикається. NC (normally closed, нормально закритий) працює навпаки: вихід увімкнений, поки металу немає, і вимикається, коли метал підходить. Такі визначення дає Omron. Для виходу NPN «увімкнений» означає «чорний провід з’єднаний з мінусом», для PNP «на чорному проводі плюс».

Різниця стає важливою при обриві проводу. Обірваний провід контролер бачить як вимкнений вихід. У датчика NO вимкнений вихід означає «металу немає», тому обрив залишиться непоміченим: вісь доїде до упору, а кінцевик не спрацює. У датчика NC вимкнений вихід означає «метал є», тому обрив контролер побачить як спрацювання кінцевика і зупинить вісь. Для кінцевиків крайніх положень із цієї причини логічніше NC. Для датчика нуля підходить і NO: якщо він не спрацює, вісь зупиниться за кінцевиком, якщо кінцевик стоїть на цій осі.

Варіант NC у тих самих серіях позначається іншою літерою: AX і AY у LJ12A3, NB і PB у FOTEK, C2 і B2 в Omron TL-W, C2 в Omron TL-Q. Проводка в NO і NC однакова, при заміні датчика змінюють лише налаштування входу в програмі: у Mach3 це галочка Active Low.

Як читати маркування датчика

LJ12A3-4-Z/BX і LJ12A3-4-Z/BY

Датчики LJ12A3 випускають кілька китайських фабрик, а позначення в них спільні. За таблицею моделей у datasheet серії маркування читається так:

Частина маркування	Значення
LJ12A3	серія циліндричних датчиків у металевому корпусі з різьбою M12×1
4	дистанція спрацювання 4 мм, датчик неекранований (non-flush). Моделі LJ12A3-2 спрацьовують на 2 мм, зате екрановані (flush) і допускають встановлення врівень з металом
Z	живлення постійним струмом 6-36 В. Суфікс -5V у кінці (LJ12A3-4-Z/BX-5V) позначає виконання на 5 В. Літера J (наприклад LJ12A3-4-J/EZ) позначає моделі на змінну напругу 90-250 В
B	контакт NO. A означає NC, C означає два виходи NO і NC
X	вихід NPN. Y означає PNP
EX, DX	двопровідні моделі постійного струму: EX з контактом NO, DX з контактом NC

Отже, LJ12A3-4-Z/BX це датчик M12 на 4 мм з живленням 6-36 В, виходом NPN і контактом NO, а LJ12A3-4-Z/BY такий самий датчик з виходом PNP. За datasheet Finglai стандартна мішень для LJ12A3-4 це пластина з маловуглецевої сталі 12×12×1 мм, робочий зазор 0-3,2 мм, частота перемикання 500 Гц, захист від переполюсування є. Захист виходу від короткого замикання одні datasheet на LJ12A3 вказують, а інші ні (у Finglai і в специфікації Iduino на сайті Conrad записано «Short circuit protection: No»), тому розраховувати на нього не можна.

FOTEK PL-05N і PL-05P

У FOTEK цифри після дефіса позначають дистанцію: 05 це 5 мм, 08 це 8 мм. Літера N означає NPN NO, NB це NPN NC, P це PNP NO, PB це PNP NC. Серія PL це видовжений прямокутний корпус, моделі PL-05 екрановані. За специфікацією FOTEK датчики постійного струму живляться від 10-30 В, вихід витримує до 150 мА, є захист від короткого замикання і переполюсування, гістерезис менше 10% дистанції. Колір чутливої грані підказує тип виходу: у NPN вона червона, у PNP зелена.

Omron TL-W5MC1, TL-Q5MC1 і TL-Q5MB1

У позначеннях Omron цифра після літери серії це дистанція (5 мм), а закінчення показує вихід: C1 це NPN NO, C2 NPN NC, B1 PNP NO, B2 PNP NC. TL-W це плаский корпус, TL-Q прямокутний 17×17 мм. За документацією Omron обидва датчики спрацьовують на 5 мм від сталевої пластини (18×18×1 мм для TL-W5MC1, 15×15×1 мм для TL-Q5MC1), робочий зазор 0-4 мм, живлення 12-24 В при допустимому діапазоні 10-30 В. Вихід TL-W5MC1 витримує 100 мА при 24 В, вихід TL-Q5MC1 і TL-Q5MB1 50 мА. У датчиків з таким самим маркуванням від інших виробників діапазон живлення може відрізнятися, тому його перевіряють за етикеткою конкретного датчика.

Датчик	Корпус	Вихід і контакт	Дистанція	Живлення за документацією виробника
LJ12A3-4-Z/BX	циліндр M12	NPN, NO	4 мм	6-36 В
LJ12A3-4-Z/BY	циліндр M12	PNP, NO	4 мм	6-36 В
FOTEK PL-05N	прямокутний 17×17 мм	NPN, NO	5 мм	10-30 В
FOTEK PL-05P	прямокутний 17×17 мм	PNP, NO	5 мм	10-30 В
Omron TL-W5MC1	плаский	NPN, NO	5 мм	10-30 В
Omron TL-Q5MC1	прямокутний 17×17 мм	NPN, NO	5 мм	10-30 В
Omron TL-Q5MB1	прямокутний 17×17 мм	PNP, NO	5 мм	10-30 В

Кольори проводів: коричневий, синій, чорний

Кольори жил датчиків кодуються за IEC 60757: BN (коричневий) це плюс живлення, BU (синій) це мінус 0 В, BK (чорний) це вихід. У чотирипровідних датчиків з двома виходами NO і NC, наприклад LJ12A3-4-Z/CX, додається WH (білий) провід другого виходу. Цими самими кольорами підписані схеми підключення Omron, FOTEK і RichAuto.

Двопровідні датчики

У двопровідного датчика живлення і сигнал ідуть однією парою проводів: його вмикають послідовно з навантаженням, як механічний вимикач. Omron називає дві особливості, які треба перевірити. Перша це струм витоку: через вимкнений датчик TL-W5MD тече до 0,8 мА, і вхід не повинен на нього реагувати. Друга це залишкова напруга: на увімкненому TL-W5MD залишається до 3,3 В, і входу має вистачити решти напруги. Крім того, TL-W5MD працює при струмі навантаження від 3 до 100 мА, отже вхід має споживати не менше 3 мА. Вхідний струм оптронних входів в інструкціях до BSMCE04U і BL-USBMach не вказано, тому для цих плат простіше взяти трипровідний датчик. Паралельно двопровідні датчики Balluff вмикати не рекомендує: у такій схемі пропадають імпульси.

Входи контролера: спільний плюс і спільний мінус

Входи контролерів ЧПУ, про які йдеться нижче, розв’язані оптронами. Усередині кожного входу стоїть світлодіод оптрона з резистором. Один вивід світлодіода під’єднаний до спільного проводу входів, другий виведений на клему входу. Вхід спрацьовує, коли через світлодіод тече струм, а для цього на клемі входу має опинитися потенціал, протилежний спільному виводу.

Вхід зі спільним плюсом: під датчики NPN

Спільний вивід світлодіодів під’єднаний до плюса живлення входів (+12-24 В). Щоб вхід спрацював, його клему замикають на мінус цього живлення: механічним контактом або транзистором датчика NPN. Так влаштовані входи:

• контролера Mach3 USB BSMCE04U-PP: чотири входи з оптронною розв’язкою, живлення входів подається на клеми 24V і DCM, на схемах підключення кінцевик стоїть між входом і DCM;
• плати Mach3 USB BL-USBMach: входи In1-In5 розв’язані оптронами і працюють лише за поданого живлення 12-24 В, кнопки і кінцевики на схемі виробника замикають вхід на GND;
• плати оптороз’язки Mach3 LPT: живлення 12-24 В, усі входи через оптрони, P10 аварійна кнопка, P11 датчик інструменту, P12, P13 і P15 кінцевики, усі замикаються на GND;
• DSP-контролера RichAuto A11: входи X1-X8 активні за низьким рівнем, розв’язка датчиків живиться від клем 24V+ і GND напругою 10-24 В.

Датчик NPN під’єднується до такого входу напряму і працює для нього як кінцевик, що замикає вхід на мінус.

Вхід зі спільним мінусом: під датчики PNP

Спільний вивід з’єднаний з мінусом, а вхід спрацьовує, коли на його клему надходить плюс. Так вмикаються, наприклад, входи ПЛК Delta DVP-ES2, коли їхній спільний вивід S/S з’єднаний з 0 В. Датчик PNP під’єднується до такого входу напряму, датчик NPN ні.

Вхід з виводом S/S: приймає обидва типи

На еквівалентній схемі входу Delta DVP-ES2 в оптрона два зустрічні світлодіоди, тому струм через вхід може текти в будь-який бік. Якщо спільний вивід S/S з’єднати з +24 В, вхід працює з датчиками NPN, якщо з 0 В, з датчиками PNP. Вивід S/S спільний для групи входів, тому датчики NPN і PNP в одній групі не змішують.

Як підключити датчик NPN до контролера ЧПУ

Для всіх входів зі спільним плюсом правило одне: датчик живиться від того самого джерела, від якого живляться входи, мінус датчика з’єднаний зі спільним проводом входів, а чорний провід іде на вхід.

Контролер	Коричневий (BN)	Синій (BU)	Чорний (BK)
Mach3 USB BSMCE04U-PP	+24 В того блока живлення, який поданий на клему 24V	DCM	IN1-IN4
Mach3 USB BL-USBMach	+12-24 В живлення плати	GND	In1-In5
Плата оптороз’язки Mach3 LPT	+12-24 В живлення плати	GND	P12, P13, P15 (кінцевики), P11 (датчик інструменту)
RichAuto A11	24V+ роз’єму J8 (контакт 9)	GND роз’єму J8 (контакт 10)	X1-X3 (датчики нуля X, Y, Z), X6 (апаратний кінцевик)

Клему Shield роз’єму J8 у RichAuto для мінуса датчиків не використовують, це прямо вказано в інструкції. У Mach3 входи призначають у меню Config, Ports and Pins. У BSMCE04U усі цифрові входи розташовані на порту 3. У прикладі з інструкції IN1 віддано аварійній кнопці, IN2 усім кінцевикам, IN3 усім датчикам нуля, IN4 датчику інструменту, а галочки Active Low у цих входів зняті. Якщо під час підходу металу індикатор входу на екрані Diagnostics не загоряється або світиться постійно, галочку Active Low для цього входу перемикають.

Входи IN5-IN12 на роз’ємі пульта BSMCE04U для датчиків не підходять: за інструкцією вони розраховані на 5 В максимум (рекомендовано 3,3 В) і не підтримують функцій нуля і кінцевиків. Входи IN6-IN14 плати BL-USBMach не розв’язані оптронами, до них можна під’єднувати лише контакти без напруги і без стороннього спільного проводу.

Живлення 5 В для цих датчиків не підходить: нижня межа в LJ12A3 6 В (крім окремого виконання із суфіксом -5V), у FOTEK і Omron 10 В. Найзручніше 24 В. Це верхня межа живлення входів у перелічених плат і номінальне живлення датчиків Omron (12-24 В), а RichAuto прямо називає датчик нуля на 24 В найкращим вибором. Відповідне джерело 24 В є серед блоків живлення для верстата.

Як підключити датчик PNP до входу під NPN

Напряму ніяк. На вході зі спільним плюсом з одного боку світлодіода оптрона вже є +24 В. Датчик PNP під час спрацювання подає на клему входу той самий плюс, різниці потенціалів на світлодіоді немає, струм не тече, і вхід не спрацьовує, хоча світлодіод на самому датчику загоряється. Якщо всередині датчика стоїть резистор між виходом і мінусом (у FOTEK PL-05P це 4,7 кОм), струм входу може текти через цей резистор, поки металу немає. Тоді вхід показує спрацювання без металу і відпускання при металі.

Робочих варіантів три.

• Замінити датчик на NPN тієї самої серії: LJ12A3-4-Z/BX замість /BY, PL-05N замість PL-05P, TL-Q5MC1 замість TL-Q5MB1.
• Поставити проміжне реле. Таку схему для PNP наводить RichAuto в інструкції A11: чорний провід датчика вмикає котушку реле 24 В (у прикладі Omron MY2NJ DC24V), а нормально відкритий контакт реле замикає вхід на мінус джерела 24 В. Струм котушки реле Omron MY2N на 24 В за документацією 36,3 мА, це менше за 50 мА, допустимі для виходу TL-Q5MB1, і менше за 150 мА у FOTEK PL-05P. Паралельно котушці ставлять діод, як Delta показує для індуктивного навантаження постійного струму, або беруть реле з вбудованим діодом (в Omron це виконання MY2N-D2).
• Підключити датчик до входу зі спільним мінусом або з виводом S/S, якщо такий вхід є в контролері.

Реле додає затримку: час спрацювання реле Omron MY до 20 мс. Під час пошуку нуля на швидкості 600 мм/хв, тобто 10 мм/с, вісь за цей час проходить до 0,2 мм. Для кінцевика це не важливо, а для датчика нуля розкид затримки позначається на повторюваності, тому нуль через реле шукають на малій швидкості.

Датчик 24 В і вхід 5 В

Це питання виникає з входами, які працюють від 5 В без оптрона: роз’єм пульта BSMCE04U, входи IN6-IN14 плати BL-USBMach, плати на мікроконтролерах. Тут можливі три ситуації.

• Датчик PNP до такого входу напряму не під’єднують: під час спрацювання він видає на чорний провід напругу свого живлення, тобто 12-24 В на вхід, розрахований на 5 В.
• Датчик NPN з відкритим колектором (TL-W5MC1, TL-Q5MC1) лише з’єднує вхід з мінусом, а високий рівень задає підтягувальний резистор самої плати. Але для цього мінус датчика доведеться з’єднати з мінусом плати, тобто відмовитися від розв’язки, а BL-USBMach для входів IN6-IN14 це прямо забороняє.
• Датчик NPN з внутрішнім резистором на плюс (FOTEK PL-05N, 4,7 кОм) у вимкненому стані подає на вхід напругу свого живлення через цей резистор. Від датчика на 24 В на вхід 5 В надійде напруга, вища за допустиму.

Чи є в датчику резистор на плюс, перевіряють мультиметром: подайте на датчик живлення, нічого не під’єднуйте до чорного проводу і без металу виміряйте напругу між чорним і синім проводом. Якщо прилад показує напругу живлення, резистор є.

Надійний спосіб для будь-якого датчика і будь-якого входу 5 В це окремий оптрон. Світлодіод оптрона живиться від кола 24 В датчика, транзистор оптрона замикає вхід 5 В на мінус плати, і спільних проводів у двох кіл немає. Для датчика NPN світлодіод вмикають між +24 В і чорним проводом, для PNP між чорним проводом і мінусом. Розрахунок для оптрона Sharp PC817: пряма напруга світлодіода 1,2 В при 20 мА, допустимий струм 50 мА, коефіцієнт передачі струму не менше 50% при 5 мА. Для струму світлодіода 10 мА резистор дорівнює (24 - 1,2) / 0,01 = 2280 Ом, найближчий номінал 2,2 кОм дає 10,4 мА. На резисторі розсіюється 22,8 × 0,0104 = 0,24 Вт, тому ставлять резистор на 0,5 Вт. Підтягування входу 5 В через 10 кОм споживає 0,5 мА, а транзистор оптрона вже при 5 мА через світлодіод пропускає не менше 2,5 мА, тобто запас за струмом більше ніж п’ятикратний. Другий спосіб, проміжне реле, описано в розділі про PNP.

Кілька кінцевиків на один вхід: паралельно чи послідовно

У BSMCE04U чотири універсальні входи, тому в прикладі виробника на IN2 під’єднано всі кінцевики, а на IN3 усі датчики нуля. Як з’єднувати датчики на одному вході, залежить від типу контакту.

Датчики NO паралельно

Датчики NPN NO з’єднують паралельно: коричневі проводи на плюс, сині на мінус, чорні разом на один вхід. Будь-який датчик, що спрацював, замикає вхід на мінус. Omron у посібнику з датчиків наближення допускає паралельне з’єднання трипровідних датчиків: не менше трьох датчиків, а можливість чотирьох і більше залежить від моделі. Balluff радить розв’язати виходи діодами, інакше під час спрацювання одного датчика загоряються світлодіоди на всіх. Паралельна схема має недолік: контролер не знає, який датчик спрацював, і не дізнається про обрив проводу будь-якого з них.

Датчики NC послідовно

Механічні кінцевики NC з’єднують послідовно: коло розмикається, якщо спрацював будь-який з них або обірвався провід. З трипровідними датчиками послідовна схема працює гірше, бо живлення кожного наступного датчика проходить через вихід попереднього. За Omron треба виконати дві умови: напруга живлення мінус залишкова напруга всіх датчиків не нижча за напругу спрацювання навантаження, а струм навантаження плюс споживання решти датчиків не більший за допустимий струм виходу. Для TL-Q5MC1 (вихід 50 мА, споживання 10 мА, залишкова напруга до 1 В) коло з чотирьох датчиків забирає 30 мА на живлення трьох останніх, на вхід залишається 20 мА, а напруга падає на 4 В. Крім того, під час увімкнення такого кола датчики видають короткі хибні імпульси, Omron вказує їхню тривалість 1 мс.

Тому індуктивні датчики NC практичніше під’єднувати на окремі входи або через реле, а коло NC на одному вході збирати з механічних кінцевиків.

Дистанція спрацювання і матеріал прапорця

Дистанцію в позначенні датчика (4 мм у LJ12A3-4, 5 мм у FOTEK PL-05 і Omron TL-W5MC1, TL-Q5MC1) виміряно на стандартній мішені, сталевій пластині завтовшки 1 мм. Робочий зазор беруть меншим. Omron визначає його як відстань, на якій датчик працює стабільно з урахуванням впливу температури і напруги, і для датчиків на 5 мм вказує 0-4 мм. Datasheet Finglai для LJ12A3-4 вказує 0-3,2 мм. В обох випадках це 80% від номіналу.

Інші метали датчик помічає ближче. Balluff наводить коефіцієнти перерахунку дистанції для матеріалів мішені. Нижче вони перераховані для LJ12A3-4, робочий зазор взято як 80% від нижньої межі.

Матеріал прапорця	Коефіцієнт за Balluff	Дистанція LJ12A3-4	Робочий зазор
Сталь	1,0	4 мм	до 3,2 мм
Нержавна сталь	0,60-1,00	2,4-4 мм	до 1,9 мм
Латунь	0,35-0,50	1,4-2 мм	до 1,1 мм
Алюміній	0,30-0,45	1,2-1,8 мм	до 0,9 мм
Мідь	0,25-0,45	1-1,8 мм	до 0,8 мм

Графік у документації Omron для TL-W5MC1 показує ту саму картину: за мішені зі стороною від 30 мм сталь датчик помічає на 5 мм, нержавійку SUS304 на 3,5 мм, а латунь, алюміній і мідь на 1,8-2,4 мм. Прапорець, менший за стандартну мішень, датчик теж помічає ближче, це видно на тому самому графіку.

Тому до алюмінієвої каретки надійніше прикрутити сталевий прапорець завтовшки від 1 мм і не менший за стандартну мішень датчика (12×12 мм для LJ12A3-4 за Finglai, 15×15 мм для TL-Q5MC1, 18×18 мм для TL-W5MC1), ніж виставляти зазор менше міліметра до алюмінію.

Метал навколо датчика і сусідні датчики

LJ12A3-4, Omron TL-W5MC1 і TL-Q5MC1 неекрановані: поле виходить і в боки, тому метал поруч із чутливою поверхнею впливає на спрацювання. Omron наводить мінімальні зазори до навколишнього металу: для TL-Q5MC1 20 мм, для TL-W5MC1 5 мм збоку від датчика і 20 мм перед чутливою поверхнею, якщо метал стоїть з двох боків і спереду. Торець LJ12A3-4 не втоплюють у металевий кронштейн. Урівень з металом ставлять лише екрановані моделі на кшталт LJ12A3-2, у яких дистанція 2 мм.

Два датчики поруч заважають один одному. Для TL-Q5MC1 і TL-W5MC1 Omron вимагає не менше 60 мм між датчиками, встановленими пліч-о-пліч, і 120 мм між датчиками, спрямованими один на одного. Якщо датчик нуля і кінцевик на одному кінці осі стоять ближче, їх розносять або беруть моделі з іншою частотою генератора: в Omron вони позначаються цифрою 5 у кінці, наприклад TL-W5MC15.

Кабель датчика Omron радить прокладати в окремому металевому рукаві, якщо поруч проходить силова лінія. На верстаті такі лінії це кабелі крокових двигунів і шпинделя.

Типові помилки і несправності

• Датчик PNP на вході зі спільним плюсом. Світлодіод на датчику світиться, а вхід не спрацьовує або спрацьовує навпаки. Рішення: датчик NPN або проміжне реле.
• Чорний провід NPN-датчика під’єднано до плюса. Під час спрацювання транзистор замикає +24 В на мінус. Omron забороняє замикати навантаження накоротко: датчик може згоріти. У частини LJ12A3 захисту виходу від короткого замикання немає, для TL-W5MC1 у документації Omron вказано лише захист від переполюсування і пригнічувач імпульсних завад.
• Датчик живиться від 5 В. Це нижче за допустимий діапазон: LJ12A3 від 6 В (якщо це не виконання -5V), FOTEK і Omron від 10 В. Нижче діапазону виробник роботу датчика не гарантує.
• Немає спільного мінуса. Струм виходу NPN має повернутися в джерело, яке живить вхід. Якщо мінус датчика не з’єднаний зі спільним проводом входів (DCM, GND), коло не замикається і вхід не спрацьовує.
• Зазор для сталі при алюмінієвому прапорці. LJ12A3-4 із зазором 3 мм алюміній не помітить: за коефіцієнтами Balluff дистанція до алюмінію 1,2-1,8 мм.
• Неекранований датчик утоплено в метал або він стоїть поруч з іншим датчиком. Omron попереджає, що без вказаних зазорів характеристики датчика погіршуються.
• Двопровідний датчик замість трипровідного. Струм витоку може тримати вхід увімкненим, а залишкова напруга заважати йому ввімкнутися.

Часті запитання

Чим відрізняється датчик NPN від PNP?

Під час спрацювання датчик NPN з’єднує чорний провід з мінусом, а PNP подає на нього плюс живлення. NPN під’єднують до входів зі спільним плюсом, PNP до входів зі спільним мінусом. Проводи живлення в обох однакові: коричневий плюс, синій мінус.

Який датчик потрібен для контролера Mach3 USB?

NPN. У BSMCE04U-PP і BL-USBMach входи зі спільним плюсом і спрацьовують при замиканні на мінус (DCM або GND), тому датчик NPN під’єднується до них напряму.

Що краще для кінцевика: NO чи NC?

Для кінцевика крайнього положення NC: при обриві проводу контролер побачить спрацювання і зупинить вісь. З датчиком NO обрив залишиться непоміченим. Для датчика нуля підходять обидва варіанти.

Чи можна поставити датчик PNP замість NPN?

Лише з проміжним реле або на вхід зі спільним мінусом. Напряму на вході зі спільним плюсом датчик PNP не працює: він подає на вхід той самий плюс, який уже є на спільному виводі.

Як підключити LJ12A3-4-Z/BX?

Коричневий провід на +12-24 В живлення входів, синій на спільний провід входів (DCM у BSMCE04U, GND у BL-USBMach і плати LPT), чорний на вхід. Датчик живиться від 6-36 В, тому від 5 В працює лише виконання LJ12A3-4-Z/BX-5V.

Як підключити індуктивний датчик до реле?

У датчика NPN котушку реле вмикають між коричневим (плюс) і чорним проводом, у PNP між чорним і синім (мінус). Струм котушки має бути меншим за допустимий струм виходу: 50 мА в TL-Q5MC1, 150 мА у FOTEK. Паралельно котушці ставлять діод.

Як підключити індуктивний датчик до входу 5 В або Arduino?

Через оптрон: світлодіод оптрона з резистором 2,2 кОм живиться від кола 24 В датчика, транзистор оптрона замикає вхід 5 В на мінус плати. Датчик PNP напряму до входу 5 В не під’єднують, NPN з внутрішнім резистором на плюс теж.

Як підключити двопровідний індуктивний датчик?

Послідовно з входом, як механічний вимикач. Вхід має споживати не менше за мінімальний струм навантаження датчика (3 мА в Omron TL-W5MD), не реагувати на струм витоку (до 0,8 мА) і спрацьовувати при залишковій напрузі на датчику (до 3,3 В).

Як дізнатися, NPN чи PNP датчик, якщо маркування немає?

Подайте на датчик живлення і ввімкніть резистор 2-10 кОм між чорним і коричневим проводом. Якщо під час піднесення металу на резисторі з’являється напруга живлення, датчик NPN. Якщо ні, перенесіть резистор між чорним і синім проводом: поява напруги при металі означає PNP. У FOTEK тип видно за кольором чутливої грані: червона в NPN, зелена в PNP.

Чи потрібен підтягувальний резистор?

Для оптронних входів зі спільним плюсом ні: струм через світлодіод задає резистор усередині плати, а на схемах виробників кінцевик під’єднується між входом і спільним проводом без додаткових елементів. Підтягування потрібне, коли датчик NPN з відкритим колектором працює на вхід без власного джерела струму.

Скільки датчиків можна під’єднати на один вхід?

Датчики NO паралельно: Omron гарантує роботу не менше трьох, більше залежить від моделі. Датчики NC послідовно обмежені струмом виходу і падінням напруги, у TL-Q5MC1 за живлення 24 В чотири датчики в колі залишають на вхід 20 мА і 20 В.

Підсумки

Тип датчика обирають за входом контролера. Контролери Mach3 USB BSMCE04U-PP і BL-USBMach, плата оптороз’язки Mach3 LPT і DSP-контролер RichAuto A11 мають входи зі спільним плюсом, до них напряму під’єднується датчик NPN: коричневий провід на плюс живлення входів, синій на їхній спільний провід, чорний на вхід. Датчик PNP на такому вході працює лише через проміжне реле. Живлення датчиків 12-24 В від того самого джерела, що і входи, а вхід 5 В без розв’язки під’єднують через оптрон. Для кінцевиків крайніх положень логічніше NC, для датчиків нуля підходить NO. Робочий зазор беруть 80% від номінальної дистанції, а до алюмінієвих деталей кріплять сталевий прапорець. Датчики NPN і PNP у різних корпусах зібрані в розділі кінцевих датчиків для верстатів з ЧПУ.