Verfügbare Ausgangsarten

Die jeweilige Ausgangsart des Sensors gibt Auskunft, ob es sich um einen binären (schaltenden) Sensor mit 2 definierten Zuständen, analogen Ausgangswerten oder um einen datenübertragenden (messenden) Sensor handelt. Im Folgenden erfahren Sie, für welche Ausgangsarten induktive Sensoren angeboten werden und wie diese Ausgänge funktionieren.

Hinweis: Informationen zum elektrischen Anschluss unterschiedlicher Sensorausführungen nach Ausgangsart finden Sie unter Sensoranschluss.

In diesen Bereich fallen klassische induktive Näherungsschalter, also einfache Ein-/Aus-Schalter. Sie können zwischen zwei definierten Zuständen wechseln und so z. B. Aktuatoren wie Ventile, Klappen, Signalleuchten usw. steuern. Induktive Näherungsschalter können an Digitaleingänge von speicherprogrammierbaren Steuerungen angeschlossen werden.

1. Sensor mit NPN-Ausgang (Signal „negativ“)

Ein NPN-Ausgang des Sensors verbindet im geschalteten Zustand den Ausgangsanschluss mit Masse. Die Last wird zwischen der Versorgungsspannung +U_B und dem NPN-Ausgang des Sensors angeschlossen.

2. Sensor mit PNP-Ausgang (Signal „positiv“)

Ein PNP-Ausgang des Sensors verbindet im geschalteten Zustand den Ausgangsanschluss mit der Versorgungsspannung des Sensors. Die Last wird zwischen PNP-Ausgang des Sensors und Masse L- angeschlossen.

Hinweis: Tendenziell werden Sensoren mit PNP-Ausgang häufiger eingesetzt, u. a. um Erdschlüsse auszuschließen.

3. Sensor mit Zweidrahtfunktion

Induktive Sensoren mit Zweidrahtfunktion nutzen diese gebräuchliche Ausgangsart mit nur 2 Ausgangsleitungen zur Stromversorgung und Signalübertragung.

Der Sensor wird in Reihe zur angeschlossenen Last betrieben. In einer Reihenschaltung ist es irrelevant, in welcher Reihenfolge Sensor und Last angeordnet sind.

Funktionsweise

Ein Sensor mit Zweidrahtfunktion ist ein aktives Bauteil, das Energie benötigt, um zu funktionieren. Diese elektrische Energie bezieht der Sensor über die beiden Anschlussdrähte. Gleichzeitig signalisiert der Sensor über dieselben Anschlussdrähte seinen Schaltzustand.

Ein Sensor mit Zweidrahtfunktion wird gerne in der Funktionsweise mit einem mechanischen Schalter gleichgesetzt. Dennoch funktioniert ein solcher Sensor anders als ein mechanischer Schalter, der je nach Bedämpfungssituation des Sensors geöffnet oder geschlossen ist.  Über einen geöffneten mechanischen Schalter fließt kein Strom. Die angeschlossene Last wird nicht bestromt. Umgekehrt fällt über einem geschlossenen mechanischen Schalter im Idealfall keine Spannung ab. Die gesamte Versorgungsspannung liegt über der Last an.

Als aktives Bauteil benötigt ein Sensor mit Zweidrahtfunktion dagegen zu jeder Zeit Spannung und Strom. Auch im geschlossenen Zustand fällt eine nicht zu vernachlässigende Spannung über dem Sensor ab, die an der angeschlossenen Last fehlt. Im geöffneten Zustand fließt ein Strom durch den Sensor und die angeschlossene Last. Beim Betrieb eines Sensors mit Zweidrahtfunktion gibt es somit nie die eindeutigen Zustände „geöffnet“ und „geschlossen“.

Sensor mit Zweidrahtfunktion werden zumeist an Digitaleingängen einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) betrieben. Diese Digitaleingänge weisen abhängig von ihrem Typ gemäß EN 61131-2 einen Eingangswiderstand auf, der bei der Wahl des Sensors mit Zweidrahtfunktion beachtet werden muss. Standardsensoren mit Zweidrahtfunktion von Pepperl+Fuchs können an Digitaleingängen vom Typ 2 betrieben werden. Digitaleingänge vom Typ 3 erfordern einen niedrigen Reststrom. Sensoren mit Zweidrahtfunktion mit Z4L- (bzw. Z8L-) Endstufen sind für den Betrieb an Digitaleingängen vom Typ 3 geeignet.

Gelegentlich werden Sensoren mit Zweidrahtfunktion an diskreten Lasten betrieben. Dabei ist der individuelle Widerstandswert der Last zu beachten. In den technischen Daten zu Sensoren mit Zweidrahtfunktion gibt es dazu keine direkten Angaben, da der Widerstandswert von der anlagenseitigen Betriebsspannung und dem minimalen und maximalen Betriebsstrom des Sensors abhängt.

4. Sensor mit Relaiskontaktausgang

Ein Sensor mit Relaiskontaktausgang verfügt über einen binären Ausgang, der ein Relais steuert. Das Schalten erfolgt über einen getrennten Steuerstromkreis im Gegensatz zum Arbeitsstromkreis als „gesteuerter“ Kreis.

Funktionsweise

Sensoren mit Relaiskontaktausgang verfügen über mindestens vier Anschlüsse. Zwei Anschlüsse dienen der Versorgung der Sensorelektronik. Die restlichen Anschlüsse führen potenzialfreie Relaiskontakte nach außen. Dies sind zwei Anschlüsse im Fall eines Öffner-/Schließerkontakts und drei Anschlüsse im Fall eines Umschaltkontakts. Relaiskontakte sind mechanische Kontakte, die i. d. R. eine höhere Strombelastbarkeit als elektronische Schaltausgänge haben. Dafür unterliegen Relaiskontakte mechanischem Verschleiß. Auch die Schaltfrequenz ist auf wenige Schaltvorgänge pro Sekunde begrenzt. Wichtiges Merkmal eines Relaiskontakts ist seine Potenzialfreiheit.

5. Sensor mit NAMUR-Ausgangssignal

Ein Sensor dieser Ausgangsart erzeugt Ausgangssignale, die der zusätzlichen Sicherheitsfunktion nach NAMUR-Spezifikationen entsprechen, z. B. ein entsprechend konstruierter Näherungsschalter oder ein Drehgeber.

Funktionsweise

NAMUR-Sensoren sind 2-Draht-Sensoren, die den Schaltzustand über bestimmte, in der Norm EN 60947-5-6 festgelegte, Stromwerte darstellen. In der Regel werden NAMUR-Sensoren an Trennschaltverstärker angeschlossen, die Stromwerte des NAMUR-Sensors interpretieren und in diskrete Schaltausgänge überführen. Zusammen mit einem geeigneten Trennschaltverstärker bilden NAMUR-Sensoren einen eigensicheren Stromkreis für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Neben der Schaltausgangssteuerung übernimmt der Trennschaltverstärker zusätzlich eine Kurzschluss- und Leitungsbruchüberwachung.

2 Varianten:

Traditionell haben NAMUR-Sensoren eine stetige Ausgangskennlinie. NAMUR-Sensoren mit dieser Ausgangscharakteristik sind in der Typenbezeichnung mit "N" gekennzeichnet.

Bereich 0: Nicht betätigter Bereich
Roter Bereich zwischen 0/I: Unzulässiger Bereich des Schaltverstärkers
Bereich I: Betätigter Bereich
Bereich ≤ 0.15 mA: Leitungsbruch
Bereich ≥ 6.5 mA: Kurzschluss

Daneben bietet Pepperl+Fuchs NAMUR-Sensoren mit binärem Schaltverhalten. NAMUR-Sensoren mit dieser Ausgangscharakteristik sind in der Typenbezeichnung mit "N0" (Öffnerverhalten) oder "N1" (Schließerverhalten) gekennzeichnet.

Bereich 0: Nicht betätigter Bereich
Roter Bereich zwischen 0/I: Unzulässiger Bereich des Schaltverstärkers
Bereich I: Betätigter Bereich
Bereich ≤ 0.15 mA: Leitungsbruch
Bereich ≥ 6.5 mA: Kurzschluss

6. Sensor mit digitalem Stromausgang

Ein Sensor mit digitalem Stromausgang ist ein konventioneller, binärer induktiver Sensor. Das Schaltsignal wird in Form von zwei diskreten Stromwerten ausgegeben.

Funktionsweise

Binäre induktive Sensoren werden üblicherweise für eine Anwesenheitserkennung verwendet. Der Objekterkennungszustand wird als Binärsignal (Schaltsignal) übertragen.

Ausgangsstrom 5 mA: kein Objekt erkannt 
Ausgangsstrom 10 mA: Objekt erkannt

Induktive Sensoren mit den folgenden Ausgangsarten können mehrere Signale oder Zustandsinformationen über die zurückgesendeten Strom- bzw. Spannungswerte erfassen („messen“) und übermitteln.

1. Sensor mit analogem Stromausgang (4 mA … 20 mA)

Bei dieser Ausgangsart handelt es sich um einen induktiven Analogsensor, der eine physikalische Größe erfasst, z. B. die Entfernung eines metallischen Objekts, und diesen Messwert gewandelt als analogen Stromwert am Analogausgang bereitstellt.

Funktionsweise

Sensoren mit analogem Stromausgang werden z. B. zur Abstandsmessung zwischen Sensor und Bedämpfungselement eingesetzt.

2. Sensor mit analogem Spannungsausgang (z. B. 0 V … 10 V)

Dieser Sensortyp ist eine weitere Art induktiver Analogsensor, der eine physikalische Größe erfasst, z. B. die Entfernung eines metallischen Objekts, und diesen Messwert gewandelt als analogen Spannungswert am Analogausgang bereitstellt.

Funktionsweise

Sensoren mit analogem Spannungsausgang werden z. B. zur Abstandsmessung zwischen Sensor und Bedämpfungselement eingesetzt.

3. Sensor mit AS-Interface

Sensor, der für die industrielle Feldbuskommunikation mit AS-Interface verwendet werden kann. Der Schaltzustand und ggf. weitere Daten werden über AS-Interface übertragen.

Funktionsweise

AS‑Interface ist ein Standard der Feldbuskommunikation der unteren Feldebene für die industrielle Kommunikation. AS-Interface funktioniert nach dem Master/Sekundärgerät-Prinzip und wird genutzt, um Daten und Energie auf einer zweiadrigen Leitung zu übertragen. Der Kommunikationsstandard ist kostengünstig und flexibel und wird daher in Fabriken und Automationsanlagen oft verwendet. Folglich sind Sensoren für AS-Interface in vielen industriellen Anwendungen mit bereits bestehenden AS-Interface Strukturen einsetzbar. Dank der AS-Interface-Flachkabel mit Durchdringungstechnik können sie schnell und ohne großen Anschlussaufwand in diese bestehenden Strukturen eingebunden werden.

4. IO-Link-Sensor

Ein IO-Link-Sensor arbeitet mit Ein-/Ausgangssignalen für die Bereitstellung von Daten auf einem standardisierten M8- bzw. M12-Stecker zur intelligenten (IO-Link-)Kommunikation von Sensoren und Aktoren auf Feldebene.

Funktionsweise

IO-Link ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Ein Sensor ist direkt einem IO-Link-Master zugeordnet. Durch die Identifizierung des Sensors und die Übertragung zahlreicher Daten sind IO-Link-Sensoren besonders für den Einsatz in Internet-of-Things-Anwendungen (IoT) geeignet. IO-Link-Sensoren können auch in der SIO-Betriebsart (SIO = standard input and output) genutzt werden. Damit sind diese Sensoren auch in herkömmlichen Anwendungen ohne IO-Link-Kommunikation einsetzbar.