Sensoren in der Steuerungstechnik

Zum Steuern, Regeln, Überwachen und Sichern von Maschinen und Anlagen werden Sensoren eingesetzt, die Maschinen - und Anlagenzustände, aber auch Prozesszustände erfassen.

Mit Sensoren werden z. B. Stellungen, Positionen, Kräfte, Momente, Wege, Winkel Farben, Temperaturen und Drücke erfasst.

Es wird zwischen folgenden Sensoren in der Technik unterschieden:

• Analoge Sensoren
• Digitale Sensoren
• Intelligente Sensoren (Binäre Sensoren - Kommunikationsfähig)

Die Hauptaufgaben eines Sensors sind:

• Umformung einer physikalischen Größe in eine elektrische Größe
• Signalbildung mit Verstärkung, Linearisierung und Kompensierung

Es gibt auch Sensoren, die die physikalische Größe nicht in ein elektrisches Signal umformen, sondern in eine entsprechend andere physikalische Größe. (Z. B. Druckentlastungsventil)

Vorteile und Anwendungen von Sensoren

• Einheitliche Befestigungen (EN 50025): Beschädigte Sensoren sind schnell austauschbar. Abhängig von der Bauform kann oft der elektrische Anschluss bestehen bleiben. Auch der Sensor eines anderen Herstellers kann als Ersatz verwendet werden.
• Geschützt gegen Umwelteinflüsse: Ausführung der Geräte meist ³ IP 54 (staubgeschützt, Spritzwasserschutz). Hohe mechanische Beanspruchung durch vergossene Bauteile möglich. Für aggressive Umweltbedingungen (Schmutz, Feuchtigkeit, Öl) stehen Sensoren mit getrenntem Sensorfühler (Sensorkopf) zur Verfügung. Schutzart und Vibrations- und Stoßfestigkeit geeignet für harte Einsatzbedingungen
• Langlebig und wartungsfrei: Keine bewegten Teile, kein Schaltgestänge, keine mechanischen Kontakte, kein Kontaktprellen und keine Verschleißteile bei Sensoren. Unbegrenzte, von der Schalthäufigkeit unabhängige Lebensdauer.
• Hohe Zuverlässigkeit: Auch bei Dauereinsatz, großer Schalthäufigkeit oder langsamen Schaltvorgängen.
• Hohe Schalthäufigkeit: Z. B. für Zählaufgaben, schneller Maschinentakt oder Drehzahlüberwachung.
• Berührungsloses und kraftfreies Schalten: Kein Verschleiß, keine Nachjustierung, schaltet über Jahre präzise. Keine Beschädigung der Werkstückoberfläche. Um den Sensor zu betätigen (bedämpfen, auszulösen) ist keine mechanische Kraft erforderlich.
• Schaltzustandsanzeige am Sensor: Schaltzustand wird mithilfe einer LED angezeigt.
• Hoher Schutz durch Einbau: Oberflächenbündiger Einbau des Sensors schützt ihn vor mechanischer Beschädigung.
• Großer Entfernungsbereich: Sensorausführungen für Schaltabstände von Zehntelmillimetern bis mehreren Metern.
• Berührungslose Betätigung: keine physikalische Veränderung am Betätigungselement. Erfassen von Objekten, die berührungs- und oberflächenempfindlich sind.
• Hohe Schaltfrequenz: keine physikalische Veränderung am Betätigungselement. Erfassen von Objekten, die berührungs- und oberflächenempfindlich sind. Besonders geeignet für elektronische Steuerungen
• Hohe Betätigungsgeschwindigkeit, Ansprechen auf kurze Betätigungsdauer

Allgemeine Anschlussbilder

Die Anzahl und Art der Anschlüsse ist von der technischen Ausführung abhängig.

Kriterien für die Auswahl von Sensoren

Technische Ausführungen:

• Optische Sensoren:photoelektrische Näherungsschalter für Entfernungen bis 50 m
• Induktive Sensoren: für metallische Objekte
• Kapazitive Sensoren: für leitende und nicht leitende Materialien unterschiedlicher Beschaffenheit
• Reedrelais: für Zustandsmeldungen für Türen / Fenster oder Positionen bei der Fördertechnik nur in Verbindung mit Dauermagneten.
• Ultraschallsensoren: geeignet für unterschiedlichste Materialien, Entfernungsmessungen (Analogsignale)

Sensoren stehen für viele Spannungen zur Verfügung:

• DC Gleichspannung
• AC Wechselspannung
• UC Gleich- oder Wechselspannung beliebig

Sensoren werden für die jeweilige Anforderung passend ausgewählt.

Sensor für normale Anforderung:

• Spannungsbereich DC 10 ...30 V
• 3- oder 4-Leiter-Ausführung >
• pnp oder npn-Ausgang

Sensor für SPS:

• Spannungsbereich DC 10 ...30 V
• 2-Leiter-Ausführung >
• Speziell für SPS geeignet

Sensor für erhöhte Anforderungen:

• erweiterter Spannungsbereich DC 10 ...65 V
• 2-Leiter-Allstrom-Ausführung bis AC 265V DC 320V
• Schaltfrequenz bis ca. 10 kHz

Sensor für extreme Umweltbedingungen (IP68):

• 2-Leiter-Allstrom-Ausführung UC 20 ...320 V
• 3- oder 4-Leiter-Ausführung DC 10 ...30 V
• 3-Leiter-Ausführung mit erweitertem Spannungsbereich DC 10 ...30 V

Allgemeiner Elektrischer Anschluss von Näherungsschaltern

Farb- und Anschlusskennzeichnung nach DIN EN 50044

Die Farbkennzeichnung und nummerische Kennzeichnung ist ausschließlich nur für induktive Sensoren in der DIN EN 50044 festgelegt.

Für die übrigen Näherungsschalter gibt es keine genormte Festlegung, es wird dennoch von vielen Herstellern in Anlehnung die gleiche Norm verwendet.