Phân biệt Sink và Source – Hướng dẫn chuyên sâu về đấu nối thiết bị điện trong Tự động hóa công nghiệp 

Tổng quan về Sink và Source

Giới thiệu

Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp và các hệ thống điều khiển hiện đại, việc đấu nối chính xác các thiết bị là nền tảng cho sự vận hành ổn định và an toàn. Đặc biệt với các hệ thống điều khiển logic khả trình (PLC), cảm biến và cơ cấu chấp hành, hai thuật ngữ “Sink” và “Source” xuất hiện thường xuyên và đóng vai trò cốt lõi. Sự hiểu biết sâu sắc về hai khái niệm này không chỉ là yêu cầu kỹ thuật cơ bản mà còn là yếu tố quyết định đến hiệu quả và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống.

Sự nhầm lẫn giữa Sink và Source là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến các lỗi đấu dây, gây ra tình trạng hệ thống không hoạt động, mất thời gian khắc phục sự cố, hoặc thậm chí làm hỏng hóc các module I/O và thiết bị ngoại vi đắt tiền. Bài viết này nhằm mục đích giải mã một cách toàn diện, cung cấp một cái nhìn rõ ràng và chính xác về sự khác biệt giữa Sink và Source, từ nguyên tắc cơ bản đến các ứng dụng thực tiễn, giúp các kỹ sư, kỹ thuật viên và sinh viên ngành tự động hóa tự tin trong việc thiết kế, lắp đặt và bảo trì hệ thống.

Định nghĩa cốt lõi – chiều dòng điện quy ước

Về bản chất, Sink và Source là các thuật ngữ kỹ thuật được sử dụng để mô tả và xác định chiều điều khiển của dòng điện một chiều (DC) trong một mạch logic kỹ thuật số. Một điểm quan trọng cần nhấn mạnh ngay từ đầu là các thuật ngữ này chỉ áp dụng cho các mạch điện một chiều (DC). Lý do là vì khái niệm này phụ thuộc hoàn toàn vào sự tồn tại của các cực tính dương (+) và âm (-) cố định, điều không có trong mạch điện xoay chiều (AC).

Để hiểu một cách trực quan, ta có thể sử dụng phép ẩn dụ về dòng chảy của nước. Trong vật lý, nước luôn chảy từ nơi có thế năng cao xuống nơi có thế năng thấp. Tương tự, dòng điện quy ước (conventional current) được hình dung là chảy từ điểm có điện thế cao (cực dương của nguồn điện) đến điểm có điện thế thấp hơn (cực âm của nguồn điện).

• Source (Nguồn): Giống như một nguồn nước ở trên cao, một thiết bị “Sourcing” là thiết bị cung cấp hoặc đẩy dòng điện ra khỏi nó để đi vào tải. Nó hoạt động như một nguồn cấp điện áp dương.
• Sink (Ống dẫn): Giống như một ống dẫn nước ở dưới thấp, một thiết bị “Sinking” là thiết bị tiếp nhận hoặc hút dòng điện từ tải vào nó. Nó hoạt động bằng cách cung cấp một đường nối về mass (ground) hoặc cực âm.

Từ phép ẩn dụ này, một quy tắc cơ bản và bất biến được hình thành: trong bất kỳ kết nối nào giữa hai thiết bị DC để tạo thành một mạch hoàn chỉnh, một thiết bị phải đóng vai trò là Sourcing và thiết bị còn lại phải là Sinking. Không thể có hai thiết bị cùng Sourcing hoặc cùng Sinking kết nối với nhau và tạo thành một mạch hoạt động được.

Bảng tóm tắt so sánh Sink và Source

Để cung cấp một cái nhìn tổng quan và nhanh chóng, bảng dưới đây tóm tắt các đặc điểm phân biệt cốt lõi giữa hai khái niệm. 

Bảng 1: So sánh tổng quan Sink và Source

Đặc tính	Sinking	Sourcing
Vai trò trong mạch	Cung cấp đường nối về mass (0V / Âm)	Cung cấp nguồn điện áp ( / Dương)
Hướng dòng điện (so với thiết bị)	Dòng điện chảy VÀO thiết bị từ tải	Dòng điện chảy RA từ thiết bị đến tải
Loại Transistor liên quan	NPN	PNP
Thuật ngữ tương đương	Kéo xuống (Pull-down), Chuyển mạch âm (Switched Negative)	Đẩy lên (Pull-up), Chuyển mạch dương (Switched Positive)
Cách đấu dây chân chung (Common)	Thường nối với cực dương () của nguồn (kiểu châu Á) hoặc cực âm (0VDC) (kiểu IEC)	Thường nối với cực âm (0VDC) của nguồn (kiểu IEC) hoặc cực dương () (kiểu châu Á)

Nguyên tắc cơ bản – Dòng điện và vai trò của Transistor

Để hiểu sâu hơn về cách các mạch Sink và Source hoạt động, chúng ta cần xem xét thành phần điện tử cốt lõi thực hiện việc chuyển mạch: transistor. Trong các hệ thống tự động hóa DC, transistor lưỡng cực (BJT) là “công tắc” điện tử phổ biến nhất, thay thế cho các rơ-le cơ khí trong nhiều ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao và độ bền.

Transistor lưỡng cực (BJT) – Công tắc điện tử của thế giới tự động hóa

Transistor là một linh kiện bán dẫn có khả năng khuếch đại hoặc chuyển mạch tín hiệu điện tử và công suất điện. Không giống như rơ-le cơ khí có các bộ phận chuyển động, transistor hoạt động hoàn toàn ở trạng thái rắn, cho phép nó chuyển mạch với tốc độ cực nhanh (micro giây), tuổi thọ cao và không gây ra tia lửa điện.

Một transistor BJT có ba chân: Base (Cực gốc – B), Collector (Cực góp – C), và Emitter (Cực phát – E). Bằng cách điều khiển một dòng điện nhỏ đi vào hoặc ra khỏi chân Base, ta có thể điều khiển một dòng điện lớn hơn nhiều chạy giữa Collector và Emitter. Có hai loại BJT chính là NPN và PNP, và chính sự khác biệt trong cấu trúc của chúng đã định hình nên các cấu hình mạch Sinking và Sourcing.

Transistor NPN và cấu hình Sinking

Transistor NPN được cấu tạo từ một lớp bán dẫn loại P kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại N. Nguyên tắc hoạt động của nó là: một dòng điện nhỏ chạy từ chân Base (B) đến chân Emitter (E) sẽ cho phép một dòng điện lớn hơn nhiều chạy từ chân Collector (C) xuống chân Emitter (E).

Chính cấu trúc và nguyên lý hoạt động này làm cho transistor NPN trở thành lựa chọn lý tưởng cho các mạch Sinking. Trong cấu hình này, transistor NPN đóng vai trò như một công tắc nối với cực âm (mass/ground). Khi được kích hoạt, nó tạo ra một đường dẫn có điện trở thấp, cho phép dòng điện từ tải “chìm” (sink) về mass.

Trong một sơ đồ mạch Sinking điển hình, tải (ví dụ: một đèn báo) được nối giữa nguồn dương () và chân Collector (C) của transistor NPN. Chân Emitter (E) được nối trực tiếp với mass (0V). Khi một tín hiệu điều khiển dương được đặt vào chân Base (B), transistor sẽ “bật”. Điều này hoàn thành mạch, cho phép dòng điện chạy từ nguồn , qua tải, vào chân Collector và thoát ra qua chân Emitter để về mass. Do đó, module Sinking hoặc thiết bị Sinking sử dụng transistor NPN để thực hiện việc chuyển mạch ở phía cực âm của tải.

Transistor PNP và cấu hình Sourcing

Ngược lại với NPN, transistor PNP được cấu tạo từ một lớp bán dẫn loại N kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại P. Nguyên tắc hoạt động của nó là: một dòng điện nhỏ chạy từ chân Emitter (E) ra khỏi chân Base (B) (thường bằng cách kéo chân Base xuống mức điện áp thấp) sẽ cho phép một dòng điện lớn hơn nhiều chạy từ chân Emitter (E) đến chân Collector (C).

Cấu trúc này làm cho transistor PNP trở thành lựa chọn lý tưởng cho các mạch Sourcing. Trong cấu hình này, transistor PNP hoạt động như một công tắc nối với nguồn điện áp dương. Khi được kích hoạt, nó “đẩy” (source) dòng điện từ nguồn dương đến tải.

Trong một sơ đồ mạch Sourcing điển hình, chân Emitter (E) của transistor PNP được nối với nguồn dương (). Tải được nối giữa chân Collector (C) và mass (0V). Khi chân Base (B) được kéo xuống mức điện áp thấp (ví dụ, nối với 0V), transistor sẽ “bật”. Điều này cho phép dòng điện chạy từ nguồn , vào chân Emitter, thoát ra qua chân Collector, đi qua tải và cuối cùng về mass. Vì vậy, module Sourcing hoặc thiết bị Sourcing sử dụng transistor PNP để thực hiện việc chuyển mạch ở phía cực dương của tải. Mối liên hệ giữa loại transistor và chức năng mạch (NPN = Sinking, PNP = Sourcing) không phải là một quy ước ngẫu nhiên, mà là kết quả trực tiếp từ cấu trúc vật lý và nguyên lý hoạt động cố hữu của chúng.

Phân tích chi tiết Module I/O của PLC – Sink và Source trong thực tế

Các module Input/Output (I/O) là thành phần không thể thiếu của một hệ thống PLC, đóng vai trò là giao diện giữa bộ xử lý trung tâm (CPU) và các thiết bị trường như cảm biến, công tắc, van điện từ, và động cơ. Việc hiểu rõ cách các module này được cấu hình theo kiểu Sink hay Source là chìa khóa để đấu dây chính xác.

Cấu trúc chung của Module I/O PLC

Các module I/O thường được thiết kế với nhiều kênh đầu vào hoặc đầu ra, ví dụ như 8, 16, hoặc 32 điểm. Để đơn giản hóa việc đấu dây và giảm số lượng chân cắm, các kênh này thường được nhóm lại và chia sẻ một hoặc nhiều chân chung, được gọi là “Common” (COM) hoặc “Source/Sink” (SS). Chính cách đấu dây của chân Common này sẽ quyết định toàn bộ nhóm I/O đó sẽ hoạt động theo kiểu Sink hay Source. Việc cấu hình sai chân Common là một lỗi nghiêm trọng, có thể khiến cả một nhóm I/O không hoạt động hoặc hoạt động sai logic.

Module Input Sinking (Đầu vào nhận)

• Nguyên tắc: Một module Input Sinking được thiết kế để “nhận” dòng điện từ một thiết bị ngoại vi. Về cơ bản, module này cung cấp một đường nối về mass (0V) cho tín hiệu đầu vào. Nó “mong đợi” nhận được một tín hiệu điện áp dương () từ thiết bị bên ngoài để kích hoạt đầu vào.
• Đấu dây: Chân chung (COM/SS) của module được nối với cực âm (0VDC) của nguồn cấp. Tín hiệu đầu vào (ví dụ: X0) được kích hoạt khi nó nhận được một tín hiệu  từ thiết bị ngoại vi. Dòng điện sẽ chảy từ thiết bị ngoại vi, vào chân X0, đi qua mạch cảm biến bên trong PLC (thường là một optocoupler) và trở về nguồn qua chân COM.
• Thiết bị tương thích: Do module Input Sinking cần nhận một tín hiệu dương, nó phải được kết nối với một thiết bị ngoại vi có khả năng Sourcing (cung cấp nguồn dương), chẳng hạn như cảm biến PNP hoặc một nút nhấn có một đầu nối với .

Module Input Sourcing (Đầu vào cấp)

• Nguyên tắc: Ngược lại với Sinking, một module Input Sourcing “cấp” một dòng điện nhỏ ra ngoài. Nó cung cấp một điện áp dương tại các chân đầu vào và “mong đợi” mạch được hoàn thành bằng cách kéo chân đầu vào đó xuống mass (0V) bởi thiết bị ngoại vi
• Đấu dây: Chân chung (COM/SS) của module được nối với cực dương () của nguồn cấp. Tín hiệu đầu vào (ví dụ: X0) được kích hoạt khi thiết bị ngoại vi tạo một đường dẫn nối chân X0 với 0VDC. Dòng điện sẽ chảy từ chân COM, qua mạch cảm biến bên trong PLC, ra khỏi chân X0 và đi qua thiết bị ngoại vi để về mass.
• Thiết bị tương thích: Do module Input Sourcing cần một đường dẫn về mass để kích hoạt, nó phải được kết nối với một thiết bị ngoại vi có khả năng Sinking (nối về mass), chẳng hạn như cảm biến NPN hoặc một nút nhấn có một đầu nối với 0VDC

Module Output Sinking (Đầu ra nhận)

• Nguyên tắc: Một module Output Sinking hoạt động như một công tắc nối với mass. Khi một đầu ra được kích hoạt, module sẽ cung cấp một đường dẫn cho dòng điện từ tải “chìm” về cực âm của nguồn
• Đấu dây: Một đầu của tải (ví dụ: van solenoid) được nối cố định với nguồn dương (). Đầu còn lại của tải được nối vào chân output của PLC (ví dụ: Y0). Chân COM của nhóm output đó được nối với cực âm (0VDC) của nguồn. Khi PLC bật đầu ra Y0, nó sẽ nối chân Y0 với chân COM, hoàn thành mạch điện. Dòng điện sẽ chảy từ , qua tải, vào chân Y0 và ra ở chân COM để về mass.
• Tải tương thích: Tải trong trường hợp này cần được cấp nguồn dương và được điều khiển bằng cách đóng/ngắt đường về mass.

Module Output Sourcing (Đầu ra cấp)

• Nguyên tắc: Một module Output Sourcing hoạt động như một công tắc nối với nguồn dương. Khi một đầu ra được kích hoạt, module sẽ “cấp” điện áp dương () cho tải.
• Đấu dây: Một đầu của tải được nối cố định với mass (0VDC). Đầu còn lại của tải được nối vào chân output của PLC (ví dụ: Y0). Chân cấp nguồn cho module (thường được ký hiệu là  hoặc ) được nối với cực dương () của nguồn. Khi PLC bật đầu ra Y0, nó sẽ nối chân Y0 với nguồn  bên trong module. Dòng điện sẽ chảy từ nguồn  của module, ra ở chân Y0, đi qua tải và cuối cùng về mass.
• Tải tương thích: Tải trong trường hợp này cần được nối với mass và được điều khiển bằng cách cấp/ngắt nguồn dương.

Lựa chọn và kết nối cảm biến 

Sự tương thích giữa module I/O của PLC và các thiết bị ngoại vi là yếu tố quyết định sự thành công của việc đấu nối. Một sai lầm trong việc lựa chọn loại cảm biến hoặc đấu nối cơ cấu chấp hành có thể khiến hệ thống không hoạt động.

Cảm biến công nghiệp

Cảm biến công nghiệp là các thiết bị thu thập thông tin từ môi trường sản xuất, chẳng hạn như sự hiện diện của vật thể (cảm biến tiệm cận, quang), áp suất, nhiệt độ, v.v.. Trong phạm vi của bài viết này, chúng ta tập trung vào các cảm biến kỹ thuật số 3 dây, loại phổ biến nhất trong các ứng dụng PLC. Cảm biến 3 dây thường có các màu dây tiêu chuẩn:

• Nâu: Nối với nguồn dương (, thường là )
• Xanh dương: Nối với nguồn âm (0VDC / GND)
• Đen: Dây tín hiệu ngõ ra (Output)

Xem thêm: Cảm biến là gì? Phân loại các dòng cảm biến

Cảm biến PNP (Sourcing)

• Định nghĩa: Một cảm biến PNP là một thiết bị Sourcing. Tên gọi PNP có thể được ghi nhớ là “Positive-Negative-Positive” hoặc một cách dễ nhớ hơn là “Switched Positive” (Chuyển mạch dương). Khi cảm biến được kích hoạt (ví dụ, phát hiện vật thể), dây tín hiệu ngõ ra (màu đen) của nó sẽ được nối với nguồn dương (). Do đó, nó “cung cấp” (sources) một tín hiệu điện áp dương.
• Logic hoạt động: Trạng thái không tác động, ngõ ra là 0V (hoặc hở mạch). Trạng thái có tác động, ngõ ra là .
• Kết nối: Để hoạt động, cảm biến PNP phải được kết nối với một Module Input Sinking của PLC. Module Sinking sẽ nhận tín hiệu  này và hoàn thành mạch.

Xem thêm: đại lí cung cấp bộ lập trình PLC uy tín chính hãng tại Mạnh Tùng

Cảm biến NPN (Sinking)

• Định nghĩa: Một cảm biến NPN là một thiết bị Sinking. Tên gọi NPN có thể được ghi nhớ là “Negative-Positive-Negative” hoặc “Switched Negative” (Chuyển mạch âm). Khi cảm biến được kích hoạt, dây tín hiệu ngõ ra (màu đen) của nó sẽ được nối với nguồn âm (0VDC). Do đó, nó “kéo” (sinks) chân tín hiệu của PLC xuống mass.
• Logic hoạt động: Trạng thái không tác động, ngõ ra ở trạng thái trở kháng cao (hở mạch). Trạng thái có tác động, ngõ ra là 0VDC.
• Kết nối: Cảm biến NPN phải được kết nối với một Module Input Sourcing của PLC. Module Sourcing sẽ cấp một dòng điện nhỏ ra chân input, và khi cảm biến NPN kích hoạt, nó sẽ tạo đường dẫn cho dòng điện này về mass, qua đó kích hoạt đầu vào của PLC.

Bộ truyền động – Tay và Chân của hệ thống

Bộ truyền động là các thiết bị thực hiện hành động vật lý dựa trên tín hiệu điều khiển từ PLC, ví dụ như van solenoid, rơ-le, contactor, đèn báo, còi, v.v.. Từ góc độ Sink/Source, một cơ cấu chấp hành DC được xem như một “tải” (load). Việc nó tương thích với module Output Sinking hay Sourcing phụ thuộc vào cách nó được đấu nối trong mạch.

• Để kết nối với Module Output Sourcing, một đầu của bộ truyền động phải được nối với 0VDC. Module sẽ cấp nguồn dương để kích hoạt nó.
• Để kết nối với Module Output Sinking, một đầu của bộ truyền động phải được nối với Module sẽ cung cấp đường về mass để kích hoạt nó.

Ma trận tương thích kết nối

Quy tắc cơ bản và không thể vi phạm là Sourcing phải kết nối với Sinking. Một mạch không thể hoạt động nếu cả hai đầu đều cố gắng cung cấp điện áp (Sourcing-Sourcing) hoặc cả hai đều cố gắng nối về mass (Sinking-Sinking). Bảng dưới đây là công cụ kiểm tra nhanh và chính xác để tránh các lỗi kết nối phổ biến nhất.

Bảng 2: Ma trận tương thích kết nối PLC và Thiết bị ngoại vi

	Thiết bị Sourcing (ví dụ: Cảm biến PNP)	Thiết bị Sinking (ví dụ: Cảm biến NPN)
Module Input Sinking PLC	ĐÚNG (Kết hợp tiêu chuẩn)	SAI (Không tương thích)
Module Input Sourcing PLC	SAI (Không tương thích)	ĐÚNG (Kết hợp tiêu chuẩn)

Hướng dẫn đấu dây thực hành và các sơ đồ mạch tiêu chuẩn

Phần này cung cấp các sơ đồ đấu dây chi tiết cho các trường hợp phổ biến nhất, minh họa rõ ràng cách áp dụng các nguyên tắc đã thảo luận. Một điểm cần lưu ý đặc biệt là sự không nhất quán trong thuật ngữ giữa các nhà sản xuất, đặc biệt là đối với “Input Sinking”. Báo cáo này sẽ làm rõ sự khác biệt này.

Sơ đồ 1: Cảm biến PNP (Sourcing) kết nối với Module Input Sinking

Đây là cấu hình rất phổ biến ở Bắc Mỹ và Châu Âu.

• PLC: Chân chung (COM) của module input được nối với cực âm (0VDC) của nguồn.
• Cảm biến PNP: Dây Nâu nối với , dây Xanh nối với 0VDC, và dây Đen (tín hiệu) nối vào chân Input (ví dụ: X0) của PLC.
• Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến PNP được kích hoạt, nó sẽ xuất ra tín hiệu  trên dây Đen. Tín hiệu này đi vào chân X0 của PLC. Vì chân COM của PLC đã được nối với 0VDC, một dòng điện sẽ chạy từ chân X0, qua mạch optocoupler bên trong PLC, đến chân COM và về mass, qua đó kích hoạt đầu vào. Đây là cấu hình “Sinking Input” theo tiêu chuẩn IEC.

Sơ đồ 2: Cảm biến NPN (Sinking) kết nối với Module Input Sourcing

Đây là cấu hình phổ biến ở châu Á.

• PLC: Chân chung (COM hoặc S/S) của module input được nối với cực dương () của nguồn.
• Cảm biến NPN: Dây Nâu nối với , dây Xanh nối với 0VDC, và dây Đen (tín hiệu) nối vào chân Input (ví dụ: X0) của PLC.
• Nguyên lý hoạt động: Module Input Sourcing cấp một dòng điện nhỏ từ chân COM () ra chân X0. Khi cảm biến NPN được kích hoạt, nó sẽ nối dây Đen với 0VDC, tạo ra một đường dẫn cho dòng điện từ chân X0 chạy qua cảm biến về mass. Sự sụt áp tại chân X0 sẽ kích hoạt đầu vào của PLC.

Lưu ý quan trọng về sự không nhất quán: Một số nhà sản xuất châu Á (ví dụ: Mitsubishi) gọi cấu hình trong Sơ đồ 2 là “Sink” hoặc “Sink logic” vì đầu vào được kích hoạt bằng cách kéo xuống (sinking) 0V. Tuy nhiên, theo định nghĩa của IEC và nhiều nhà sản xuất phương Tây, module này đang cấp nguồn (sourcing) ra chân input, do đó nó là một “Sourcing Input Module”. Sự nhầm lẫn này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc luôn tham khảo sơ đồ đấu dây cụ thể của nhà sản xuất thay vì chỉ dựa vào tên gọi “Sink” hay “Source”.

Sơ đồ 3: Đấu nối Module Output Sourcing với Tải

• PLC: Chân cấp nguồn cho module (thường là ) được nối với . Chân Output (ví dụ: Y0) được nối với một đầu của tải (ví dụ: đèn báo).
• Tải: Đầu còn lại của tải được nối với 0VDC.
• Nguyên lý hoạt động: Khi PLC kích hoạt đầu ra Y0, module sẽ cấp điện áp  cho tải. Dòng điện chạy từ chân Y0, qua tải, và về mass, làm cho tải hoạt động.

Sơ đồ 4: Đấu nối Module Output Sinking với Tải

• PLC: Chân chung (COM) của module output được nối với 0VDC. Chân Output (ví dụ: Y0) được nối với một đầu của tải.
• Tải: Đầu còn lại của tải được nối với .
• Nguyên lý hoạt động: Khi PLC kích hoạt đầu ra Y0, module sẽ nối chân Y0 với chân COM (0VDC), hoàn thành mạch điện. Dòng điện chạy từ nguồn , qua tải, vào chân Y0 và về mass qua chân COM, làm cho tải hoạt động.

Khi nào nên dùng Sink, khi nào nên dùng Source?

Việc lựa chọn giữa cấu hình Sink và Source không chỉ là một vấn đề kỹ thuật mà còn liên quan đến các yếu tố về an toàn, tiêu chuẩn khu vực và tính linh hoạt của hệ thống. Đây là một quyết định thiết kế quan trọng, ảnh hưởng đến triết lý an toàn khi xảy ra sự cố (fail-safe).

Yếu tố An toàn

Yếu tố an toàn là ưu tiên hàng đầu trong thiết kế hệ thống điều khiển công nghiệp. Một trong những sự cố phổ biến là dây tín hiệu bị chập hoặc chạm vào vỏ máy, vốn thường được nối đất (ground).

• An toàn của Output Sourcing (PNP): Cấu hình này thường được coi là an toàn hơn và là tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ và Châu Âu. Trong cấu hình này, PLC chuyển mạch phía dương () của tải. Nếu dây tín hiệu từ PLC đến tải bị chập xuống vỏ máy (nối đất), nó sẽ tạo ra một mạch ngắn trực tiếp giữa nguồn  và đất. Điều này sẽ ngay lập tức làm nổ cầu chì hoặc ngắt aptomat (circuit breaker), đưa hệ thống về trạng thái tắt an toàn.
• An toàn của Output Sinking (NPN): Trong cấu hình này, tải được cấp nguồn  liên tục và PLC chuyển mạch phía âm (0V). Nếu dây tín hiệu từ PLC đến tải (nối giữa tải và chân Y0) bị chập xuống vỏ máy (nối đất), nó sẽ hoàn thành mạch điện và kích hoạt cơ cấu chấp hành ngoài ý muốn. Ví dụ, một xi lanh khí nén có thể đột ngột di chuyển, gây nguy hiểm cho người vận hành và thiết bị. Do đó, cấu hình này được coi là có rủi ro cao hơn trong trường hợp xảy ra sự cố chạm đất.

Tiêu chuẩn khu vực và nhà sản xuất

Sự lựa chọn giữa Sink và Source cũng bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các tiêu chuẩn và thông lệ của từng khu vực địa lý.

• Bắc Mỹ và Châu Âu: Ưu tiên sử dụng cấu hình Sourcing (PNP) cho cả cảm biến và module output vì lý do an toàn đã nêu ở trên.Các nhà sản xuất lớn như Siemens và Allen-Bradley thường mặc định các sản phẩm của họ theo tiêu chuẩn này.
• Châu Á: Cấu hình Sinking (NPN) lại rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi. Các nhà sản xuất hàng đầu của Nhật Bản như Mitsubishi và Omron thường thiết kế hệ thống của họ xung quanh cảm biến NPN và module input tương ứng.

Sự khác biệt này có thể bắt nguồn từ lịch sử phát triển, chi phí sản xuất (transistor NPN từng có chi phí thấp hơn), hoặc các triết lý thiết kế hệ thống khác nhau.

Tính linh hoạt và các yếu tố khác

Ngày nay, nhiều nhà sản xuất PLC cung cấp các module I/O linh hoạt, có thể được cấu hình để hoạt động như cả Sink hoặc Source, mang lại sự tiện lợi cho các nhà tích hợp hệ thống.Điều này cho phép một loại module duy nhất có thể tương thích với cả cảm biến PNP và NPN chỉ bằng cách thay đổi cách đấu dây chân Common.

Một số kỹ sư cho rằng mạch Sinking dễ thiết kế hơn và có thể linh hoạt hơn trong một số trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như điều khiển các tải có điện áp khác nhau trên cùng một module output bằng cách sử dụng các nguồn cấp riêng cho từng tải.

Bảng tóm tắt Ưu và Nhược điểm

Bảng dưới đây cung cấp một công cụ ra quyết định, tóm tắt các ưu và nhược điểm của hai cấu hình, đặc biệt là đối với các module output.

Bảng 3: So sánh Ưu và Nhược điểm của cấu hình Output Sink và Source

Tiêu chí	Cấu hình Sourcing (PNP)	Cấu hình Sinking (NPN)
An toàn (Khi chập đất đầu ra)	An toàn hơn. Gây ngắn mạch, ngắt cầu chì, đưa hệ thống về trạng thái tắt	Nguy hiểm hơn. Có thể kích hoạt tải ngoài ý muốn, gây ra các chuyển động không lường trước
Phổ biến	Bắc Mỹ, Châu Âu	Châu Á
Khả năng tương thích	Phù hợp với các tải cần cấp nguồn dương.	Phù hợp với các tải cần nối về mass.
Chẩn đoán lỗi	Tương đối dễ dàng. Khi output ON, có thể đo được điện áp  tại chân ra.	Khó hơn một chút. Khi output ON, cần đo thông mạch giữa chân ra và mass.

Ví dụ một số sản phẩm trong Module Input/Output có sử dụng kết nối Sink / Source như:

Tên sản phẩm	Mã sản phẩm
Module S7-1200 DIGITAL I/O SM 1223 16DI/16DO	6ES7223-1PL32-0XB0
Module S7-1200, DIGITAL I/O SM 1223 8DI/8DO	6ES7223-1PH32-0XB0
Module S7-1200, DIGITAL I/O SM1223, 16DI/16DO	6ES7223-1BL32-0XB0
Module S7-1200 SM 1223 8DI/8DO	6ES7223-1BH32-0XB0

Các lỗi thường gặp và phương pháp khắc phục sự cố

Hiểu rõ các lỗi đấu dây phổ biến liên quan đến Sink và Source là kỹ năng quan trọng giúp tiết kiệm thời gian và tránh hỏng hóc thiết bị. Việc khắc phục sự cố đòi hỏi tư duy logic về trạng thái mạch thay vì chỉ kiểm tra điện áp đơn thuần.

Lỗi 1: Không tương thích giữa Module và Thiết bị

• Mô tả: Đây là lỗi cơ bản nhất: kết nối một thiết bị Sourcing (cảm biến PNP) với một module Input Sourcing, hoặc một thiết bị Sinking (cảm biến NPN) với một module Input Sinking.
• Hậu quả: Mạch sẽ không bao giờ hoàn thành. PLC sẽ không bao giờ nhận được tín hiệu, dù cảm biến hoạt động bình thường.
• Khắc phục: Luôn tuân thủ quy tắc vàng: Sourcing phải kết nối với Sinking. Sử dụng Bảng 2 (Ma trận tương thích) làm danh sách kiểm tra trước khi đấu dây. Đọc kỹ tài liệu kỹ thuật của cả module PLC và thiết bị ngoại vi.

Lỗi 2: Đấu sai chân Chung (Thường gặp)

• Mô tả: Đấu dây chân COM/SS của module không đúng với cấu hình mong muốn. Ví dụ, muốn cấu hình module input cho cảm biến NPN (Sourcing input) nhưng lại đấu chân COM vào 0VDC thay vì .
• Hậu quả: Toàn bộ nhóm I/O chia sẻ chân COM đó sẽ không hoạt động hoặc hoạt động ngược với logic dự kiến.
• Khắc phục: Luôn xác minh yêu cầu đấu dây chân COM từ sơ đồ mạch của nhà sản xuất PLC. Đây là bước kiểm tra quan trọng nhất trước khi cấp nguồn.

Lỗi 3: Trộn lẫn Sink và Source trên cùng một Common

• Mô tả: Cố gắng kết nối cả cảm biến PNP và NPN vào các chân input khác nhau nhưng lại thuộc cùng một nhóm chia sẻ chung một chân COM.
• Hậu quả: Điều này là không thể về mặt kỹ thuật. Vì chân COM chỉ có thể được nối với một cực của nguồn cấp ( hoặc 0VDC) tại một thời điểm, nên chỉ một loại cảm biến có thể hoạt động chính xác.
• Khắc phục: Phải dành riêng từng nhóm common cho một loại cấu hình duy nhất. Tất cả các thiết bị kết nối với cùng một common phải là Sinking hoặc tất cả phải là Sourcing.

Lỗi 4: Bỏ qua Điện trở Kéo lên (Pull-up Resistor)

• Mô tả: Một số thiết bị, đặc biệt là cảm biến NPN, có ngõ ra dạng “hở collector” (open collector). Khi không được kích hoạt, ngõ ra của chúng không phải là một mức điện áp xác định mà ở trạng thái trở kháng cao (hay còn gọi là “lơ lửng”). Nếu kết nối cảm biến này với một module Input Sourcing không có sẵn điện trở kéo lên bên trong, PLC có thể không nhận diện được trạng thái “TẮT” một cách đáng tin cậy.
• Hậu quả: Tín hiệu đầu vào có thể bị nhiễu, chập chờn, hoặc không ổn định, dẫn đến hoạt động sai của chương trình PLC.
• Khắc phục: Trong trường hợp này, cần phải thêm một điện trở kéo lên (pull-up resistor) bên ngoài. Điện trở này (thường có giá trị khoảng ) được nối giữa chân tín hiệu (dây Đen của cảm biến) và nguồn dương . Nó có tác dụng “kéo” điện áp của chân tín hiệu lên mức cao () một cách rõ ràng khi cảm biến ở trạng thái tắt, đảm bảo PLC đọc đúng trạng thái logic.

Xem thệm: Các cách thức kết nối Sink và Source của PLC S7-1200

Kết luận 

Việc nắm vững sự khác biệt giữa Sink và Source là một kỹ năng nền tảng và thiết yếu đối với bất kỳ ai làm việc trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Nó không chỉ đảm bảo hệ thống hoạt động đúng thiết kế mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho máy móc và con người.

---

Cảm ơn quý khách đã truy cập vào website MTEE.VN. Kính chúc quý khách nhận được những thông tin hữu ích và có những trải nghiệm tuyệt vời trên trang.