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Näherungssensoren und Näherungsschaltern werden in der SPS Programmierung als präzise Schalter (Endschalter, Nullpunktschalter, Referenzschalter), zum Zählen (Produkten, Ereignissen, Zuständen) oder zum erkennen und unterscheiden von verschiedenen Materialen (Holz, Metall, Kunststoffe)  verwendet. Dabei Arbeiten Näherungssensoren bzw. Näherungsschalter berührungslos, verschleißfrei, mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit. 

 unterschied von induktiver und kapazitiver Näherungsschalter

Verschiedene Arten von Näherungssensoren und Näherungsschaltern

  • Induktive Näherungsschalter: Sie reagieren sowohl bei ferromagnetischen als auch bei nicht magnetischen metallischen Gegenständen und bei Graphit.
  • Kapazitive Näherungsschalter: Sie reagieren sowohl auf metallische wie auch nicht metallische Werkstoffe. 
  • Magnetische Näherungsschalter (z.B.:Reedkontakt) : Sie reagieren auf ein Magnetfeld.
  • Optische Näherungsschalter: Sie reagieren auf Lichtreflexion.
  • Lichtschranken: Sie werten die Unterbrechung eines Lichtstrahles aus.
  • Ultraschall-Näherungsschalter: Sie werten die Reflexion eines Ultraschallsignals an einem Hindernis aus.

Unterschiedliche Näherungsschalter kann man in aller Regel von außen nicht unterscheiden. Links ein induktiver und rechts ein kapazitiver Näherungsschalter, von außen sehen beide gleich aus. Meist einziger "äußerlicher Unterschied" ist die Stellschraube für die Empfindlichkeit, diese Einstellmöglichkeit haben vor allem kapazitive Näherungsschalter. 

unterschied von induktiven und kapazitiven Näherungsschalter

Vorteile von induktiven und kapazitiven Näherungssensoren und Näherungsschaltern gegenüber mechanischen Schaltern:

  • Messen berührungslos und voll elektronisch.
    • Keine Abnutzungserscheinungen und damit auch keine schleichenden Fehlmessungen.
    • Keine Berührung zum auslösen des Näherungsschalters nötig. 
    • Reagieren deutlich weniger auf Temperaturänderungen
    • Die Lebensdauer und die reproduzierbare Genauigkeit sind auch über lange Zeiträume sehr hoch.
    • Die Wiederholgenauigkeit kann um Faktor 10 ... 100 besser sein als bei mechanischen Schaltern.
  • Die Sensoren sind normalweise voll gekapselt und erreichen oft IP68, können also bedenkenlos auch dauerhaft unter Wasser eingesetzt werden.
  • Die Sensoren sind unempfindlich gegenüber Erschütterungen, halten also hohe G-Belastungen (Schläge etc.) aus.
  • Die Sensoren können Änderungen hinter anderen Objekten messen.
  • Die Sensoren können Rotationsbewegungen bzw. Drehzahlen messen. 
  • Die Sensoren werden einfach mit zwei Muttern und zwei Zahn-/Unterlegscheiben befestigt und können so sehr genau ausgerichtet und stabil befestigt werden. 

LED um den Schaltzustand anzuzeigen, Stellschraube um die Empfindlichkeit des Auslösepunktes einzustellen und Typenschild auf einem Näherungssensor.

unterschied zwischen induktiven und kapazitiven Näherungsschalter SPS Steuerung

Unterschiede zwischen Induktive und kapazitive Näherungssensoren und Näherungsschaltern:

  • Induktive Näherungssensoren reagieren nur auf Metalle, insbesondere auf Eisen/Stahl.
    • Induktive Näherungssensoren arbeiten mit einem Oszillator. Dieser erzeugt mittels Schwingkreis ein elektromagnetisches Wechselfeld, das aus der aktiven Fläche des Sensors austritt. In jedem sich frontseitig nähernden Metallobjekt werden Wirbelströme induziert, welche dem Oszillator Energie entziehen. Dadurch resultiert am Oszillatorausgang eine Pegeländerung, der über einen Schmitt-Trigger die Ausgangsstufe schaltet. 
  • Kapazitive Näherungssensor reagieren auf sehr viele Materialien, so zum Beispiel auf: dünnes Alublech, Glasflasche, Wasser oder einen Menschlichen Finger.
    • Kapazitive Sensoren arbeiten mit elektrischen Feldern. Sie registrieren Änderungen der Permittivität in der Umgebung schalten einen Ausgang entsprechend um. Meistens haben diese Sensoren eine einstellbare Empfindlichkeit um das zu "erkennende" Objekt sicher zu erkennen. 

Von außen sind beide Näherungsschalter gleich. Durch das lange Gewinde außen am Gehäuse kann der Sensor und damit der Messbereich sehr genau und einfach eingestellt werden. 

unterschied zwischer induktiven und kapazitiver Näherungsschalter SPS Steuerung

 

Unterschied zwischen Näherungsschalter (digital) und Näherungssensor (analog):

  •  Näherungsschalter, ändern beim auslösen ihren Schaltzustand. Eine Näherungsschalter hat damit zwei Zustände, geöffnet oder geschlossen. So kann mit einer SPS nur "festgestellt" werden ob das Objekt im Messbereich ist oder nicht. 
  • Näherungssensor, ändern beim näherkommen oder entfernenden eines Objektes die Spannung oder den Strom am Ausgang. Damit kann mit einer SPS "festgestellt" werden wie weit ein Objekt tatsächlich entfernt ist. Hat der Sensor einen 4-20ma Ausgang kann in der SPS festgelegt werden dass bei 12ma der Gegenstand 4cm entfernt ist. 

 Möglichkeiten der Messung mit Näherungsschalter und Näherungssensor: 

 Erfassung linearer Bewegung, am Sensor vorbei.

Induktive Kapazitive Näherungsschalter Näherungssensor in der SPS Regelung und Steuerungstechnik 3

 Erfassung linearer Bewegung, auf den Sensor zu bzw. vom Sensor weg.

Induktive Kapazitive Näherungsschalter Näherungssensor in der SPS Regelung und Steuerungstechnik 2

 Erfassung von Rotationsbewegung 1

Induktive Kapazitive Näherungsschalter Näherungssensor in der SPS Regelung und Steuerungstechnik 1

 

 Erfassung von Rotationsbewegung 2

Induktive Kapazitive Näherungsschalter Näherungssensor in der SPS Regelung und Steuerungstechnik 4

Schaltzeichen, Darstellung im Schaltplan von Induktive und kapazitive Näherungsschaltern:

Allgemeines Schaltplansymbol, hier aus dem Programm QElectroTech. Das Viereck mit den beiden Linien kann in verschiedenen Schaltplaneditoren unterschiedliche groß dargestellt werden.  

Induktive Kapazitive Näherungsschalter Näherungssensor in der SPS Regelung und Steuerungstechnik 5

Das Symbol kann im Schaltplan noch durch ein Fe für Eisen (oben) oder das kapazitive Symbol (unten) ergänzt werden. Dadurch wird dargestellt ob es sich um einen Induktiven (Fe) oder kapazitiven (Symbol) Sensor handelt. Natürlich kann der Schalter als Öffner und als Schließer dargestellt werden. 

Induktive Kapazitive Näherungsschalter Näherungssensor in der SPS Regelung und Steuerungstechnik 6

In aller Regel werden die Näherungsschaltern aber vollständig mit allen drei Anschlüssen VCC +, GND -, und dem geschalteten Ausgang gezeichnet. Hier einige verschiedene kapazitive Näherungsschalter. 

Induktive Kapazitive Näherungsschalter Näherungssensor in der SPS Regelung und Steuerungstechnik 7  Anschluss von Näherungsschaltern 

Induktive und kapazitive Näherungsschalter sind aktive elektronische Komponenten, die mit Spannung versorgt werden müssen. Die meisten Näherungssensoren haben einen relativ großen Spannungsbereich, entweder von 6-24 Volt AC/DC oder von 12 bis 230 Volt AC/DC. Es gibt aber auch Sensoren die mit weniger als 5 Volt arbeiten. Ein Näherungsschalter benötigt also immer beide Pole (+ oder L / - oder N) einer Spannung um einen Ausgang zu schalten. Wird der Näherungsschalter an eine SPS oder einen Uc Controller angeschlossen ändert sich die Schaltung (egal ob PNP oder NPN) nicht. Es ändert sich aber das anliegende Signal wenn KEIN Gegenstand im Messbereich ist.

  • Bei einem PNP Sensor  ist das Signal NC geschlossen, wenn kein Gegenstand im Messbereich ist.
  • Bei einem NPN ist das Signal NO als geöffnet, wenn kein Gegenstand im Messbereich ist.

 Anschluss NPN Näherungsschalter an SPS Uc Controller 1

 Wird keine SPS angeschlossen sondern direkt ein Relais angeschlossen ändert sich zwischen PNP und NPN der Anschluss des Relais. Beim NPN wird der OUT mit dem Ausgang (A2,N) des Relais verbunden, beim PNP wird der OUT mit dem Eingang (A1,L) des Relais verbunden.  

 Anschluss NPN Näherungsschalter an SPS Uc Controller 2

Anschlussbeispiel eines Näherungsschalter an eine Siemens S7 1200AC/DC/DC als NC und NO.

 Die Näherungsschalter bekommt die gleiche Spannungsversorgung wie die S7 1200. Der geschaltete Ausgang des Sensors geht dann direkt auf den Eingang der SPS. Wird eine andere Spannung wie die SPS für den Sensor verwendet muss ein Potenzial zwischen SPS und Näherungsschalter verbunden werden. Anschluss NPN Näherungsschalter an SPS Uc Controller 3

 Anschlussbeispiel eines Näherungsschalter an eine Siemens Logo 8.2, 12/24 als NC und NO.

Die Näherungsschalter bekommt die gleiche Spannungsversorgung wie die Logo. Der geschaltete Ausgang des Sensors geht dann direkt auf den Eingang der SPS. Wird eine andere Spannung wie die SPS für den Sensor verwendet muss ein Potenzial zwischen SPS und Näherungsschalter verbunden werden. 

Anschluss NPN Näherungsschalter an SPS Uc Controller 4

Ein PNP und NPN Näherungsschalter an einer Siemens Logo 8.3. Obwohl kein Objekt im Erfassungsbreich ist der NPN ein und PNP aus. Das ist auch der einzige Unterschied von PNP und NPN. Für den Planer und Programmiere ist dies aber entscheidend. So kann mit einem NPN viel einfacher eine Überwachung des Sensors und der Kabel programmiert werden. Ist der Sensor defekt oder Kabel unterbrochen ist der Zustand AUS, es muss nur die Plausibilität geprüft werden. 

Induktive Kapazitive Näherungsschalter Näherungssensor in der SPS Regelung und Steuerungstechnik 8

goodness

And all my life You have been faithful
And all my life You have been so, so good
With every breath that I am able
Oh, I will sing of the goodness of God

Ronnie

schwäbischer tüftler und bastler, kraftsportler, 41 Jahre, 1 Frau, 4 Kinder und 1003 Ideen. 

ronnie berzins at mee

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