Esquema de cableado del sensor de proximidad: conexiones PNP, NPN, de 2 hilos y de 4 hilos

Si has buscado “esquema de cableado de un sensor de proximidad”, probablemente tengas ante ti una de estas dos cosas: o bien un sensor nuevo y una entrada que necesita que funcione, o bien un sensor viejo cuya etiqueta se borró hace años. Ambos trabajos requieren la misma habilidad. Tienes que leer el esquema de cableado entendiendo qué hace realmente la salida del sensor, en lugar de memorizar un esquema y esperar que coincida con tu unidad.

Esta guía recorre todo el proceso: el bucle de tres hilos que comparten todos los esquemas, los tipos de salida que determinan cómo se realiza el cableado (PNP, NPN, de 2 hilos, de 4 hilos, relé), cómo identificar un sensor sin etiqueta y emparejarlo con la tarjeta de entrada de tu PLC, y qué datos debes anotar antes de pedir un recambio. Los sensores inductivos, capacitivos y fotoeléctricos se conectan todos de la misma manera. El principio de detección no modifica el esquema de cableado, por lo que todo lo que se indica a continuación es válido para los tres tipos.

Cómo leer un esquema de cableado de un sensor de proximidad: los tres cables y el bucle

Todo esquema de un sensor de proximidad de CC, por muy recargado que sea, representa un circuito dibujado de tres formas distintas: una fuente de alimentación, un interruptor y una carga. El sensor es el interruptor. La única pregunta a la que responde un esquema de cableado es dónde se sitúa ese interruptor en el circuito. En el caso de un sensor de tres hilos, la respuesta siempre aparece representada con los mismos tres colores.

Un sensor de proximidad de corriente continua de 3 hilos tiene exactamente tres conexiones, normalizadas según la norma EN 60947-5-2 (Base de conocimientos de Pepperl+Fuchs):

• Brown (BN): oferta positiva
• Azul (BU): alimentación negativa / 0 V
• Negro (BK): salida conmutada

El marrón y el azul son los cables de alimentación; son siempre los mismos en todos los sensores de tres hilos que encontrarás. El cable negro es donde está toda la acción. Es la salida del interruptor y, por sí solo, no hace nada. Un interruptor solo funciona cuando hay una carga conectada al otro lado. El cable de salida debe conectarse a través de la carga (una entrada de PLC, una bobina de relé o un contactor) de vuelta a la opuesto raíl de alimentación. Un sensor con los cables marrón y azul conectados a la alimentación, pero con un cable negro sin terminar, es un interruptor que no tiene nada que conmutar.

Hay dos cosas más que debes tener en cuenta antes de continuar. En primer lugar, este código de colores es una convención de la norma EN 60947-5-2, no una ley de la física: los sensores antiguos, algunos modelos de CA y una minoría de unidades económicas utilizan otros colores. Cuando el esquema y los cables no coincidan, fíate del esquema y compruébalo con un multímetro (el método de identificación se explica en las siguientes secciones). En segundo lugar, si has buscado “esquema de cableado de sensor de proximidad inductivo” o “esquema de cableado de sensor fotoeléctrico”, deja de buscar otro esquema. El elemento sensor (bobina inductiva, placa capacitiva o receptor óptico) se encuentra dentro de la carcasa y nunca aparece en el cableado. Solo lo hace la etapa de salida.

Los tipos de salida determinan el cableado: PNP/NPN de 3 hilos, de 2 hilos, de 4 hilos, relé

Los tres cables son los mismos en todos los esquemas. Lo que varía de un esquema a otro es a qué carril se conecta el cable de salida negro. Ese es el tipo de salida del sensor, y es el único dato que determina qué esquema se aplica a tu unidad.

PNP y NPN de 3 hilos (los tipos más comunes)

La mayoría de los sensores de proximidad industriales que se comercializan hoy en día son del tipo de corriente continua de 3 hilos, y los de 3 hilos se presentan en dos variantes de salida que comparten los mismos colores:

• PNP (salida de “sourcing”): cuando el sensor detecta su objetivo, el cable negro se conecta a la positivo carril. La salida fuentes corriente a la carga. El otro extremo de la carga queda a 0 V.
• NPN (salida de “descenso”): cuando el sensor detecta su objetivo, el cable negro pasa a la negativo carril. La salida fregaderos corriente de la carga. El otro extremo de la carga se conecta a +24 V.

Hay un recurso mnemotécnico que perdura tras el trabajo de campo: PNP = activado Ppositivo, NPN = conmutado NNegativo. Los colores de los cables son idénticos: marrón al +, azul al − y negro a la entrada. Si se comparan uno al lado del otro un esquema PNP y un esquema NPN, solo difieren en un detalle: el punto en el que se conecta el extremo más alejado de la carga.

La mayoría de los sensores de CC de 3 hilos admiten una tensión de alimentación de entre 10 y 30 V CC aproximadamente (comprueba en la placa de características el rango de tu unidad antes de conectarla a la corriente), y la gran mayoría se suministran en configuración normalmente abierta (NO). La salida cambia de estado cuando un objetivo entra en el rango de detección. Existen versiones normalmente cerradas (NC), que son habituales en circuitos de seguridad y antiatrapamiento, tal y como se explica en la sección de pedidos más adelante.

Tipos de 2 hilos y de CA

Un sensor de proximidad de dos hilos no tiene un cable de salida independiente. El interruptor del sensor está conectado en serie con la carga, exactamente igual que un interruptor de límite o un interruptor de flotador. La corriente circula a través del sensor, atraviesa la carga y vuelve. La alimentación y la señal comparten los mismos dos cables. Esa topología en serie da lugar a las dos características que suelen confundir a la gente:

• Corriente de fuga fuera del estado. Un sensor de dos hilos no puede ser un interruptor totalmente abierto; necesita una pequeña corriente para alimentar sus propios componentes electrónicos cuando está “apagado”. Esa fuga suele estar en el rango de 1 a 2 mA (algunos modelos indican valores más bajos, otros más altos: consulta la ficha técnica) corriente en estado de corte). Si la entrada del PLC o el relé del otro extremo necesita menos corriente que esa para desactivarse, la entrada nunca detecta el estado “apagado” y el sensor parece estar permanentemente encendido. Esta es la clásica queja del “sensor de dos hilos que nunca se desactiva”. La solución habitual sobre el terreno es un «bleeder»: una resistencia de 10 kΩ conectada en paralelo a la entrada (dimensionada para la tensión, con una potencia mínima de 0,5 W a 24 V) para que la fuga tenga por dónde salir.
• Caída de tensión en estado activo. Cuando está “encendido”, un dispositivo de la serie provoca una caída de tensión en su propio circuito. La carga recibe la tensión de alimentación menos la tensión residual del sensor, por lo que una carga de 24 V que esté al límite de su capacidad podría no funcionar correctamente. Comprueba siempre que la carga pueda soportar dicha caída de tensión.

Los sensores de 2 hilos de CC son sensibles a la polaridad (invertir los cables marrón y azul puede dañar muchas unidades; comprueba si cuentan con protección integrada contra la polaridad inversa). Los sensores de CA de dos hilos (normalmente de 110 a 240 V CA) no tienen polaridad. Se pueden conectar en cualquier sentido, por lo que los antiguos interruptores de proximidad de CA son tan habituales en los trabajos de adaptación. Los modelos de CA siguen la misma lógica de corriente de fuga, pero con una salida tipo triac, y, por lo general, están siendo sustituidos por modelos de CC en los cuadros nuevos.

Salida de 4 hilos y salida de relé

• Sensores de 4 hilos llevar dos cables de alimentación y dos cables de salida: normalmente, una salida normalmente abierta y otra normalmente cerrada (o, en algunos diseños, salidas PNP y NPN complementarias) que se activan simultáneamente. Conecta el par que necesites; la salida que no se utilice simplemente se deja sin conectar. Utiliza un modelo de 4 hilos cuando tu circuito necesite realmente ambos estados: por ejemplo, una señal de “pieza presente” para el PLC y una señal de “pieza ausente” para un indicador.
• Sensores con salida de relé Coloca un contacto seco real dentro de la carcasa. La salida es un contacto aislado que conmuta corriente alterna o continua, independientemente de la propia alimentación del sensor. Ese aislamiento hace que las unidades con salida de relé sean las más fáciles de adaptar a cualquier entrada, a cambio de una respuesta más lenta y una vida útil mecánica limitada. Son más adecuadas para la detección de baja frecuencia (puertas, posiciones, nivel) que para el recuento a alta velocidad.

Antes de realizar el cableado: identifica el tipo de salida y elige la tarjeta de entrada adecuada

La mayoría de los fallos en el cableado no son fallos en el cableado. Son desajuste fallos. El sensor funcionaba bien, el esquema era correcto, pero simplemente no coincidían en qué línea de alimentación se conectaba la salida. En esta sección se aclara esto antes de encender nada: identifica qué tipo de sensor tienes, identifica cuáles son los requisitos de la entrada y, solo entonces, conecta ambos entre sí.

Paso 1 — Identifica el sensor: ¿no tiene etiqueta? Utiliza un medidor

Si el sensor tiene una placa de identificación, comprueba en ella el tipo de salida: PNP, NPN, CC de dos hilos o el código de modelo del fabricante que corresponda a uno de ellos. Si la etiqueta está desgastada o el sensor procede de una línea fuera de servicio, realiza la prueba de dos hilos:

1. Alimenta el sensor: el cable marrón a +24 V y el azul a 0 V, mediante una pequeña fuente de alimentación de corriente continua.
2. Ajusta el multímetro a voltios de corriente continua. Coloca la sonda roja en +24 V y la sonda negra en el cable negro (de salida).
3. Acerca un objeto (un perno de acero sirve para los modelos inductivos) a la superficie de detección y lee el voltaje mientras se detecta, y vuelve a leerlo cuando ya no se detecte.

Si el valor se sitúa cerca de los 24 V cuando se detecta y cerca de los 0 V cuando no se detecta, la salida se desplaza hacia el rail negativo cuando está activa. Eso es un NPN unidad. Si ocurre lo contrario (cerca de 0 V cuando se detecta, cerca de 24 V cuando no hay señal), la salida pasa a ser positiva. Eso es un PNP unidad. Una lectura que nunca varía indica que se trata de una unidad normalmente cerrada (conecta y desconecta el dispositivo de prueba y compara los resultados) o de un sensor averiado. Ten en cuenta que, en algunos diseños, una salida sin carga puede presentar una tensión flotante ambigua. Si las lecturas parecen imprecisas, realiza la prueba con una pequeña carga conectada (una bobina de relé o una entrada de PLC).

Los comprobadores específicos para sensores lo hacen automáticamente: conecta los cables marrón, azul y negro, y se enciende un indicador PNP/NPN. Si sustituyes los sensores con regularidad, el comprobador se amortiza en diez minutos, ya que te ahorra tener que ir probando a ciegas.

Paso 2 — Identificar la entrada: si es una fuente o un sumidero, y por qué todo el mundo discute sobre ello

Esta es la frase que desata todas las discusiones sobre PNP y NPN en todos los foros: El fabricante del sensor denomina la salida según su transistor (PNP o NPN), y el fabricante del PLC denomina la entrada según la dirección de la corriente que admite (fuente o sumidero). Ambos términos describen la misma combinación desde perspectivas opuestas.

• A Sensor PNP fuentes corriente por su cable negro, por lo que acciona un hundimiento entrada (la corriente fluye hacia la entrada).
• En Sensor NPN fregaderos corriente desde su entrada, por lo que alimenta un abastecimiento entrada.

“Los términos ”fuente“ y ”sumidero“ siempre se definen en función del dispositivo que se esté analizando. Por eso, lo que para un ingeniero es un ”sensor de fuente que necesita una entrada de sumidero“ es, para otro, un ”módulo de entrada de sumidero», y por eso los catálogos y las publicaciones en foros parecen contradecirse entre sí. Cuando una ficha técnica te resulte confusa, dibuja el bucle de corriente. La corriente de la salida PNP debe fluir en el terminal de entrada de la tarjeta y el terminal común de la misma. Sea cual sea el nombre que la tarjeta dé a esa disposición, si el bucle se cierra de esa forma, coinciden.

En la práctica, las convenciones regionales se dividen claramente en dos:

• Europa y América del Norte Utilizar de forma estándar sensores PNP con entradas de tipo «sinking». La mayoría de las entradas digitales de los sistemas Siemens S7-1200/S7-1500 y Rockwell ControlLogix/CompactLogix son entradas de tipo «sinking» de tipo 1, diseñadas para sensores PNP de 3 hilos (compatibilidad de Siemens SiePortal con las entradas de tipo 1 del S7-1200: referencia del foro; El modelo 1756-IB16 de Rockwell es un módulo de entrada de polaridad negativa conectado a sensores PNP de salida positiva, según los datos técnicos del modelo 1756-TD002: Documentación de Rockwell).
• Japón y gran parte de Asia Desde el principio se estandarizaron los sensores NPN con entradas de polarización positiva. Los controladores de Mitsubishi y Omron suelen incluir tarjetas de entrada diseñadas para que se conecte el polo negativo. Esto se debe a que la etapa de salida requiere un transistor menos, no a una diferencia de rendimiento.

La única precaución técnica relacionada con el NPN: una salida NPN está “activada” cuando su transistor está conectado a tierra, por lo que un cortocircuito a tierra en el cable de señal parece una señal válida. En circuitos en los que un “encendido” falso resulta peligroso (enclavamientos de seguridad, supervisión de paradas de emergencia), se prefieren las salidas PNP o de relé. De este modo, si se rompe o se produce un cortocircuito en un cable, el fallo se produce en la posición de “apagado” o, al menos, es detectable.

Paso 3 — Ya has comprado el tipo equivocado. Soluciones sobre el terreno, por orden de permanencia

A todo el mundo le pasan estos desajustes: un lote entero pedido como PNP para una tarjeta de salida a tierra, un sensor NPN sacado del almacén para una entrada de alimentación. Existen tres soluciones, que difieren en cuanto a su carácter permanente.

1. Relé de interfaz (la solución duradera). La salida del sensor acciona una pequeña bobina de relé; el contacto del relé acciona la entrada. Tanto una salida PNP conectada a una entrada de fuente como una salida NPN conectada a una entrada de sumidero se convierten correctamente de esta forma. El coste es de un relé y un poco de espacio en el panel, pero la conversión está aislada eléctricamente, es inmune a los problemas relacionados con los niveles lógicos y resulta fácil de entender para el personal de mantenimiento en el futuro.
2. Resistencia pull-up/pull-down (la solución rápida, con limitaciones reales). Un sensor NPN conectado a una entrada de fuente puede forzarse con una resistencia pull-up desde el terminal de entrada hasta +24 V; un sensor PNP conectado a una entrada de sumidero, con una resistencia pull-down hasta 0 V. Los valores iniciales típicos son de 10 kΩ (0,5 W a 24 V). Pero esto tiene un coste: la resistencia añade una carga de corriente permanente a la salida del sensor, por lo que un valor insuficiente provoca un sobrecalentamiento y, con el tiempo, destruye el transistor de salida. Si utilizas esta solución provisional, mide la corriente real, elige una resistencia con una potencia nominal de al menos el doble de la disipación calculada y considérala una solución temporal hasta que llegue la unidad correcta.
3. Sustituye el módulo de entrada. Merece la pena cuando hay muchos sensores que comparten una misma tarjeta.

¿Por qué suele producirse una discrepancia directa? no ¿Puede provocar algún daño? La impedancia interna de una entrada de PLC limita la corriente a unos pocos miliamperios, lo cual es seguro. El modo de fallo de una conexión incorrecta es que “la entrada nunca se active” o que “la entrada se active siempre”, no que se produzca humo. Por eso también un sensor mal conectado puede parecer averiado cuando en realidad funciona perfectamente. El cableado incorrecto no quema el sensor; simplemente nunca completa un circuito que la entrada pueda detectar.

¿Vas a cambiar un sensor? Siete datos técnicos que debes anotar antes de hacer el pedido

Una vez que hayas identificado el tipo del sensor antiguo y los requisitos de tu tarjeta de entrada, es al realizar el pedido del recambio cuando realmente surgen los problemas de incompatibilidad comprado. Un sensor que coincida en siete puntos se instala en cuestión de minutos. Un sensor que coincida en seis llega, no funciona y se devuelve. Antes de hacer el pedido, anota lo siguiente:

Revisa esa lista línea por línea comparándola con el código de tipo de la tarjeta de entrada antes de hacer clic en «pedir». Dos observaciones. En primer lugar, NC no es una preferencia; es una decisión relacionada con el circuito. En un circuito de detección de parada o de seguridad, un sensor que se abre en caso de rotura del cable es la opción más segura, por lo que NC es la opción adecuada en esos casos, mientras que NO se utiliza en aplicaciones de recuento y detección de presencia. En segundo lugar, si la unidad antigua era de 2 hilos y la nueva es de 3 hilos (o viceversa), el cableado de entrada cambia por completo. Un cambio de 2 a 3 hilos requiere revisar detenidamente el cableado común de la entrada, no limitarse a volver a cablear en las mismas posiciones.

Cuando llegue el recambio, bastan tres minutos de comprobación para evitar tener que volver a desplazarse. En primer lugar, comprueba el orden de los cables comparándolo con el esquema, con la alimentación desconectada. A continuación, conecta la alimentación y activa la salida conectándola a una carga conocida: ¿se activa? Por último, conéctalo a la entrada real y comprueba que la entrada detecta la transición, incluyendo la comprobación de fugas de dos hilos realizada anteriormente, por si el sensor antiguo se hubiera “atascado en la posición de encendido”.”

El comercio de sustitución: almacenamiento por tipo de producto, no por marca

Cada uno de los pasos de identificación y clasificación mencionados anteriormente se debe a una característica estructural del sector del mantenimiento. Un sensor de proximidad desgastado se sustituye por uno del mismo tipo, no de la misma marca. A la máquina de la planta no le importa qué logotipo se haya moldeado en la unidad defectuosa. Lo que le importa es que el tipo de salida, el estado, la tensión, el cableado y la distancia de detección de la pieza de recambio coincidan con lo que indica el esquema de cableado original. Cuando falta la etiqueta y el proveedor original ha cesado su actividad, el “tipo” es la única especificación que se puede recuperar.

La consulta sobre la sustitución es una cuestión de tipo, no de marca

Para los distribuidores y las empresas comerciales que prestan servicio a los mercados de reparación y mantenimiento, este hecho reestructura la lógica de la gestión de almacén. La consulta que se recibe con mayor frecuencia no es “¿vendéis la marca X?”, sino “el sensor de nuestra máquina envolvedora se ha estropeado, ayudadnos a encontrar uno compatible”. El presupuesto que se lleva esa consulta especifica el tipo de salida, el estado, la alimentación, el cableado y la distancia de detección, y indica a cuál de las dos tarjetas de entrada posibles del cliente se adapta. Un presupuesto que solo indique una marca y un precio hace que el cliente acuda al siguiente proveedor para volver a plantear la misma pregunta. La lista de siete puntos anterior es la diferencia entre ambos presupuestos. Por eso, “anotar el tipo” es la habilidad que evita que los pedidos de recambio se conviertan en devoluciones.

La gestión de existencias sigue la misma lógica, y la división regional de la sección anterior se convierte en una decisión de inventario. Si los paneles de tus clientes se fabricaron en Europa o en Norteamérica, la base instalada es abrumadoramente PNP con entradas de tipo ’sinking». Mantén en stock la línea PNP de 3 hilos como opción predeterminada, junto con unidades de 2 hilos de CC y de salida de relé para máquinas más antiguas. Si tus clientes utilizan equipos fabricados en Japón o en Asia (Mitsubishi, Omron y sus numerosos compatibles), la base instalada es abrumadoramente NPN con entradas de alimentación, y una línea NPN es la opción por defecto, no un pedido especial. La mayoría de las carteras de clientes mixtas necesitan tener en stock ambos tipos de raíles, además de una pequeña sección de productos de CA de 2 hilos para las máquinas antiguas auténticas.

Almacenamiento por región — y la comercialización de la competencia en intercambio

Hay un límite que conviene dejar claro. Esta lógica de almacenamiento se adapta al distribuidor pequeño y completo que abastece a los mercados de reparaciones y de lotes reducidos: aquella clientela que encarga una docena de unidades de diversos tipos y las agrupa en un contenedor. No se adapta al suministro de proyectos de línea completa, en los que un integrador compra sensores a granel según una lista de materiales. Tampoco se adapta al reabastecimiento directo desde fábrica. Esos compradores ya conocen el modelo que necesitan. El mercado de recambios es aquel en el que el conocimiento del modelo recae en tu lado del mostrador. Y ese conocimiento, expresado como “dime qué necesita tu máquina y te diré qué unidad encaja”, es un servicio, no una página de catálogo. El proveedor que responde primero a la pregunta sobre el modelo se lleva el pedido. El proveedor que solo responde a la pregunta sobre el precio acaba siendo comparado con otros.

Si en este momento estás mirando fijamente un sensor con la etiqueta desgastada o un esquema de cableado apenas legible, no tienes por qué resolverlo tú solo. OMCH busca sensores de recambio a partir de la marca y el número de modelo, de planos o de una muestra física: envíanos tus especificaciones o la unidad antigua, y nuestros ingenieros de selección confirmarán el tipo de salida, el estado y el cableado que necesita tu circuito antes de que realices el pedido. Empieza con la lista de comprobación de siete puntos (envíalo aquí).

Referencias

1. Pepperl+Fuchs. “Sensores inductivos: conexiones eléctricas”. Base de conocimientos: colores de los cables y asignación de los conectores según la norma EN 60947-5-2. https://www.pepperl-fuchs.com/
2. Rockwell Automation. “Especificaciones de los módulos de E/S ControlLogix 1756 — Datos técnicos (1756-TD002)”. PDF: módulos de entrada de tipo «sinking» y cableado de sensores PNP. https://literature.rockwellautomation.com/
3. Siemens. “Conexión de E/S digital al S7-1214C”. Hilo del foro de soporte de SiePortal: entradas de tipo 1 y conexión de sensores de 3 hilos. https://sieportal.siemens.com/