光電開關串聯使用？工程師，別踩坑，危險還失效！

• 時間：2025-10-02 04:43:53
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你是不是也曾想過：為了省幾個輸入點或者“簡化”線路，把兩個光電開關的輸出信號線像串燈一樣連起來？這個看似“聰明”的想法，在實際工業自動化現場，卻可能釀成大禍！ 輕則設備誤動作、生產線突然停機，重則安全防護失效引發安全事故。那么，光電開關到底是什么？它的串聯使用究竟隱藏著怎樣的致命陷阱？

一、 關鍵前提：理解光電開關的“輸出信號本質”

要徹底解答“能不能串聯”，首先必須拆解光電開關的核心——輸出類型。市面上主流光電開關的輸出端（OUT）類型通常有以下兩種，其工作原理天差地別：

1. NPN型輸出： 輸出“負邏輯”。當光電開關被遮擋（或亮通時觸發，取決于模式），它的輸出端（OUT）內部會“接通”到電源負（GND）。理解成“內部開關讓輸出點連通了負極”。此時，輸出點（OUT）的電壓被拉低至接近0V（低電平）。

• 輸出狀態： 觸發時 OUT ≈ 0V（有效信號）；未觸發時 OUT ≈ 懸空（信號無效）。

1. PNP型輸出： 輸出“正邏輯”。當光電開關被遮擋（或亮通時觸發），它的輸出端（OUT）內部會“接通”到電源正（V+）。理解成“內部開關讓輸出點連通了正極”。此時，輸出點（OUT）的電壓被拉高至接近電源電壓（高電平）。

• 輸出狀態： 觸發時 OUT ≈ V+（有效信號）；未觸發時 OUT ≈ 懸空（信號無效）。

核心差異在于：NPN輸出有效時“灌電流”（從外部流入電流到開關），PNP輸出有效時“拉電流”（從開關流出電流到外部）。

二、 致命誤區：簡單串聯連接的硬傷

設想將兩個相同類型（比如都是NPN常開）的光電開關的輸出端（OUT1和OUT2）串聯起來，再接到PLC的輸入點。這種方案存在幾個無法回避的嚴重問題：

1. 信號沖突與“懸空”死鎖： 假設開關A未被遮擋（輸出“懸空”），開關B被遮擋（輸出“低電平”0V）。由于A是懸空，相當于斷開的開關。此時，哪怕B處于有效狀態（0V），這個0V也無法通過斷開的A傳遞到PLC輸入點。PLC輸入端由于沒有被拉到有效的低電平（或高電平），處于浮空不確定狀態，極易引入干擾誤判。更糟糕的是，當兩個開關都未被遮擋時，輸出點都是“懸空”態，PLC輸入點完全處于無有效信號狀態。

2. 電流路徑的瓶頸： 以兩個NPN開關串聯為例。即使它們都同時被遮擋，試圖輸出低電平（0V）。但是，串聯意味著電流從PLC輸入點（假設內部有弱上拉電阻）流出后，必須依次通過OUT1、開關A內部的晶體管、開關B內部的晶體管，最后才能到達GND。這個路徑非常狹窄：

• NPN有效輸出時導通的是“集電極-發射極”到GND的路徑。 兩個開關串聯，就相當于兩個晶體管（CE極）串聯再接到GND。
• 每個內部的晶體管都有限流電阻和一定的導通電阻，串聯后總導通內阻增大數倍。
• PLC輸入點需要一定的最小輸入電流（如幾mA）才能可靠識別為低電平。串聯帶來的高導通電阻，極有可能導致流經PLC輸入點的電流過小，低于其識別閾值，PLC無法可靠識別到低電平有效信號！

1. 電壓降搗鬼： 如前所述，串聯路徑上的高內阻會在其上產生不可忽視的壓降。假設電源是24V，PLC識別低電平的閾值是3V。理想情況開關觸發后輸出是0V。但串聯后，假設每個內部有1K歐姆的等效電阻，PLC輸入等效負載上拉電阻10K，那么當兩個都觸發時：

• 總回路電流 I = 24V / (1K + 1K + 10K) ≈ 2mA （遠低于很多PLC所需的最小輸入電流）。
• PLC輸入點電壓 ≈ 2mA * 10K = 20V！這仍然是一個接近電源電壓的高電平，PLC根本無法識別出“有觸發信號”！

1. 邏輯關系混亂： 你原本期望的是“兩個開關都觸發”（邏輯“與”）時才給PLC信號。然而，即使在電流足夠這種理想（極少見）的情況下：

• 只要其中一個開關未被觸發（輸出懸空），相當于斷開了電流通路，信號就無法傳遞（PLC無輸入）。
• 只有兩個開關都同時觸發（即導通到GND）時，PLC才有可能（但受制于電流問題，通常不能）收到信號。
• 這看似實現了“與”，但其代價是信號可靠性極低（電流瓶頸、電壓問題），且完全無法區分是“一個沒觸發”還是“兩個都觸發但電流不夠PLC識別不了”這種故障狀態。

三、 可靠方案：并行與邏輯的優雅實現

既然物理串聯行不通，如何安全可靠地實現“兩個開關都觸發才動作”的邏輯（與門）呢？標準且可靠的方法是：

1. 獨立接線： 將每個光電開關的輸出（OUT）端各自獨立地連接到PLC的不同輸入點（如 I0.0 和 I0.1）。電源正（V+）和電源負（GND）可以共用。
2. PLC內部“與”邏輯： 在PLC編程時，利用觸點（或指令）實現兩個輸入點狀態（I0.0 和 I0.1）的“與”運算。只有兩個輸入點都檢測到有效信號（例如，對于NPN開關，兩個點都為低電平）時，程序中的“與”邏輯結果才為真，去執行后續動作（如啟停電機）。

優點顯而易見：

• 信號獨立可靠： 每個開關的狀態獨立、清晰、完整地傳遞給PLC，不受另一個開關狀態或線路連接方式的物理影響。
• 高抗干擾性： 每個信號路徑獨立，避免串擾和不確定懸空狀態。
• 診斷方便： PLC能監控每一個輸入點的實時狀態，一旦某個開關出問題（比如線斷了、被卡住無法感應到物體），能準確判斷故障點。
• 安全性高： 尤其對于安全回路（如急停、安全門聯鎖），必須做到信號獨立、可診斷。物理串聯是安全規范嚴格禁止的！

**四、 特殊場景：選擇導通型