光电开关串联使用？工程师，别踩坑，危险还失效！

• 时间：2025-10-02 04:43:53
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你是不是也曾想过：为了省几个输入点或者“简化”线路，把两个光电开关的输出信号线像串灯一样连起来？这个看似“聪明”的想法，在实际工业自动化现场，却可能酿成大祸！ 轻则设备误动作、生产线突然停机，重则安全防护失效引发安全事故。那么，光电开关到底是什么？它的串联使用究竟隐藏着怎样的致命陷阱？

一、 关键前提：理解光电开关的“输出信号本质”

要彻底解答“能不能串联”，首先必须拆解光电开关的核心——输出类型。市面上主流光电开关的输出端（OUT）类型通常有以下两种，其工作原理天差地别：

1. NPN型输出： 输出“负逻辑”。当光电开关被遮挡（或亮通时触发，取决于模式），它的输出端（OUT）内部会“接通”到电源负（GND）。理解成“内部开关让输出点连通了负极”。此时，输出点（OUT）的电压被拉低至接近0V（低电平）。

• 输出状态： 触发时 OUT ≈ 0V（有效信号）；未触发时 OUT ≈ 悬空（信号无效）。

1. PNP型输出： 输出“正逻辑”。当光电开关被遮挡（或亮通时触发），它的输出端（OUT）内部会“接通”到电源正（V+）。理解成“内部开关让输出点连通了正极”。此时，输出点（OUT）的电压被拉高至接近电源电压（高电平）。

• 输出状态： 触发时 OUT ≈ V+（有效信号）；未触发时 OUT ≈ 悬空（信号无效）。

核心差异在于：NPN输出有效时“灌电流”（从外部流入电流到开关），PNP输出有效时“拉电流”（从开关流出电流到外部）。

二、 致命误区：简单串联连接的硬伤

设想将两个相同类型（比如都是NPN常开）的光电开关的输出端（OUT1和OUT2）串联起来，再接到PLC的输入点。这种方案存在几个无法回避的严重问题：

1. 信号冲突与“悬空”死锁： 假设开关A未被遮挡（输出“悬空”），开关B被遮挡（输出“低电平”0V）。由于A是悬空，相当于断开的开关。此时，哪怕B处于有效状态（0V），这个0V也无法通过断开的A传递到PLC输入点。PLC输入端由于没有被拉到有效的低电平（或高电平），处于浮空不确定状态，极易引入干扰误判。更糟糕的是，当两个开关都未被遮挡时，输出点都是“悬空”态，PLC输入点完全处于无有效信号状态。

2. 电流路径的瓶颈： 以两个NPN开关串联为例。即使它们都同时被遮挡，试图输出低电平（0V）。但是，串联意味着电流从PLC输入点（假设内部有弱上拉电阻）流出后，必须依次通过OUT1、开关A内部的晶体管、开关B内部的晶体管，最后才能到达GND。这个路径非常狭窄：

• NPN有效输出时导通的是“集电极-发射极”到GND的路径。 两个开关串联，就相当于两个晶体管（CE极）串联再接到GND。
• 每个内部的晶体管都有限流电阻和一定的导通电阻，串联后总导通内阻增大数倍。
• PLC输入点需要一定的最小输入电流（如几mA）才能可靠识别为低电平。串联带来的高导通电阻，极有可能导致流经PLC输入点的电流过小，低于其识别阈值，PLC无法可靠识别到低电平有效信号！

1. 电压降捣鬼： 如前所述，串联路径上的高内阻会在其上产生不可忽视的压降。假设电源是24V，PLC识别低电平的阈值是3V。理想情况开关触发后输出是0V。但串联后，假设每个内部有1K欧姆的等效电阻，PLC输入等效负载上拉电阻10K，那么当两个都触发时：

• 总回路电流 I = 24V / (1K + 1K + 10K) ≈ 2mA （远低于很多PLC所需的最小输入电流）。
• PLC输入点电压 ≈ 2mA * 10K = 20V！这仍然是一个接近电源电压的高电平，PLC根本无法识别出“有触发信号”！

1. 逻辑关系混乱： 你原本期望的是“两个开关都触发”（逻辑“与”）时才给PLC信号。然而，即使在电流足够这种理想（极少见）的情况下：

• 只要其中一个开关未被触发（输出悬空），相当于断开了电流通路，信号就无法传递（PLC无输入）。
• 只有两个开关都同时触发（即导通到GND）时，PLC才有可能（但受制于电流问题，通常不能）收到信号。
• 这看似实现了“与”，但其代价是信号可靠性极低（电流瓶颈、电压问题），且完全无法区分是“一个没触发”还是“两个都触发但电流不够PLC识别不了”这种故障状态。

三、 可靠方案：并行与逻辑的优雅实现

既然物理串联行不通，如何安全可靠地实现“两个开关都触发才动作”的逻辑（与门）呢？标准且可靠的方法是：

1. 独立接线： 将每个光电开关的输出（OUT）端各自独立地连接到PLC的不同输入点（如 I0.0 和 I0.1）。电源正（V+）和电源负（GND）可以共用。
2. PLC内部“与”逻辑： 在PLC编程时，利用触点（或指令）实现两个输入点状态（I0.0 和 I0.1）的“与”运算。只有两个输入点都检测到有效信号（例如，对于NPN开关，两个点都为低电平）时，程序中的“与”逻辑结果才为真，去执行后续动作（如启停电机）。

优点显而易见：

• 信号独立可靠： 每个开关的状态独立、清晰、完整地传递给PLC，不受另一个开关状态或线路连接方式的物理影响。
• 高抗干扰性： 每个信号路径独立，避免串扰和不确定悬空状态。
• 诊断方便： PLC能监控每一个输入点的实时状态，一旦某个开关出问题（比如线断了、被卡住无法感应到物体），能准确判断故障点。
• 安全性高： 尤其对于安全回路（如急停、安全门联锁），必须做到信号独立、可诊断。物理串联是安全规范严格禁止的！

**四、 特殊场景：选择导通型