Wie richte ich einen Ultraschallsensor mit Schaltausgang ein? Verdrahtungs- und Testmethoden für Einsteiger
Warum einen Ultraschallsensor mit Schaltausgang wählen?
Der Schaltausgang ist der einfachste und am weitesten verbreitete Signaltyp für Ultraschallsensoren und ist üblicherweise in PNP- oder NPN-Konfigurationen erhältlich. Er verfügt nur über zwei Zustände: EIN (hoher oder niedriger Pegel, je nach Logik) und AUS. Dadurch eignet er sich ideal für die Anwesenheits-/Abwesenheitserkennung und zur Feststellung, ob ein Objekt einen vordefinierten Erfassungsbereich betreten oder verlassen hat.
Typische Anwendungen sind:
Erkennen der Anwesenheit von Artikeln auf einer Produktionslinie
Überwachung, ob der Flüssigkeitsstand einen bestimmten Punkt erreicht
Zählen von Objekten, die eine definierte Position passieren
Grundlegende Objektpositionierung innerhalb eines angegebenen Bereichs
Hauptvorteile des Schaltausgangs:
Einfachheit: Die Verdrahtung ist unkompliziert. Der Sensorausgang kann direkt an SPS, Relais oder digitale Eingangspins von Mikrocontrollern angeschlossen werden.
Geschwindigkeit: Geeignet für Szenarien, die schnelles, binäres Feedback ohne komplexe Datenverarbeitung erfordern.
Vielseitigkeit: Ideal für schwellenwertbasierte Steuerungsaufgaben, wie das Öffnen automatischer Türen, das Auslösen von Kollisionsvermeidungssystemen oder das Aktivieren von Not-Aus-Funktionen.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass dieser Ausgabetyp keine tatsächlichen Entfernungswerte liefert. Er eignet sich am besten für Anwendungen, bei denen keine präzise Entfernungsmessung erforderlich ist.
Ultraschallsensor mit Schaltausgang: Ein Überblick
Ein Ultraschallsensor mit Schaltausgang arbeitet nach dem Prinzip der Laufzeitmessung. Der Sensor vergleicht die gemessene Distanz mit einem benutzerdefinierten Schwellenwert und gibt entsprechend ein binäres (digitales) Signal aus. Befindet sich das erkannte Objekt innerhalb des Schwellenwertbereichs, ändert der Sensor seinen Ausgangszustand und ermöglicht so den Einsatz in Alarmen, Steuerlogik oder Geräteaktivierung.
Funktionsprinzip: Distanzmessung und Schwellwertschaltung
1. Ultraschallübertragung und Echoerkennung
Der Sensor sendet über seinen Sender hochfrequente Ultraschallimpulse (normalerweise 20–40 kHz, für Menschen unhörbar) aus. Diese Wellen breiten sich durch die Luft aus, werden von nahegelegenen Objekten reflektiert und vom eingebauten Empfänger des Sensors empfangen.
Durch Messen des Zeitintervalls (Δt) zwischen Impulsaussendung und Echoempfang berechnet der Sensor die Entfernung des Objekts mithilfe der Formel:
d = v × Δt / 2,
wobei v die Schallgeschwindigkeit in Luft ist (~340 m/s, mit angewendeter Temperaturkompensation).
2. Schwellenwertvergleich und digitale Ausgabe
Der Benutzer kann eine Schaltschwelle per Potentiometer, Taster oder Kommunikationsschnittstelle konfigurieren.
Ein Mikrocontroller (MCU) im Sensor vergleicht kontinuierlich die in Echtzeit gemessene Entfernung mit dem Schwellenwert.
Wenn die Distanz ≤ Schwellenwert ist, schaltet der Ausgang auf High- oder Low-Pegel (je nach Logik) – was auf die Anwesenheit eines Objekts hinweist.
Wenn die Entfernung > Schwellenwert ist, wird die Ausgabe zurückgesetzt und zeigt an, dass kein Objekt erkannt wurde.
3. Ausgabesignalformat
Der Ausgang ist ein standardmäßiges digitales GPIO-Signal, geeignet für:
Direkte Steuerung von Relais, Anzeigen, Summern usw.
Eingabe in SPS, Mikrocontroller oder andere digitale Steuerungssysteme.
Einstellvorgang für Ultraschallsensoren mit Schaltausgang
Ultraschallsensoranschluss
1. Sensor montieren und Kabel anschließen
Montieren Sie zunächst den Ultraschallsensor sicher am gewünschten Einbauort. Verbinden Sie den Sensor mit dem entsprechenden Kabel mit der Anlage und achten Sie dabei auf eine feste und zuverlässige Verbindung an der Anschlussschnittstelle.
2. Verdrahtung des 5-adrigen Kabels
Die fünf Drähte des Sensors sollten gemäß den Standardfarbcodes angeschlossen werden:
Braun: Anschluss an die positive Stromversorgung (+V)
Blau: An die negative Stromversorgung (0 V) anschließen
Schwarz: Schaltausgangssignal (Switching Output)
Grau: Teach-in-Leitung zum Einstellen der Erkennungspunkte
Weiß: Reserviert für zukünftige Verwendung oder optionale Funktionen (genaue Anweisungen finden Sie im Produkthandbuch)
Ultraschall-Entfernungsmessung
3. Einlernvorgang für die Schaltpunktkonfiguration (Fenstermodus)
Der Sensor ermöglicht die Konfiguration von zwei Schaltpunkten innerhalb des Erfassungsbereichs, um ein definiertes Erfassungsfenster zu schaffen:
Erster Erfassungspunkt (A1):
Platzieren Sie das Zielobjekt an Position A1, die den Startpunkt des gewünschten Erfassungsbereichs darstellt.
Schließen Sie die graue Teach-in-Leitung vorübergehend an 0V (Minuspol) an. Warten Sie, bis die Kontroll-LED des Sensors (typischerweise grün) dreimal blinkt, und trennen Sie dann die Leitung. Damit ist der erste Schaltpunkt eingestellt.
Zweiter Erfassungspunkt (A2):
Bewegen Sie das Objekt an die Position A2, die den Endpunkt des Erkennungsfensters darstellt.
Schließen Sie das graue Kabel vorübergehend an +V (Pluspol) an. Sobald die LED erneut dreimal blinkt, trennen Sie das Kabel.
In diesem Stadium hat der Sensor die Zweipunktkonfiguration für den Fenstermodus erfolgreich abgeschlossen und das System ist betriebsbereit.
Empfohlene Ultraschallsensoren
- Modell: CSB30-2000-J60-E3-V15
- Erfassungsbereich: 100-2000 mm
- Erfassungsbereich: 100-2000 mm
Blindzone: 0 100 mm
Auflösung: 0,17 mm
Auflösung: 0,17 mm
- Wiederholgenauigkeit ±0,15 % vom Skalenendwert
- Absolute Genauigkeit: ±1% (integrierte Temperaturdriftkompensation)
Reaktionszeit: 82 ms
Reaktionszeit: 82 ms
- Schalthysterese: ±2 mm
Schaltfrequenz: 10 Hz
- Eingabetyp: Mit Synchronisations- und Lernfunktion
- Ausgangstyp: E3/E5: 1 PNP-Schaltausgang, NO/NC
Gewicht: 105 g
- Betriebsspannung: 10-30 V DC, Verpolungsschutz
- Betriebsspannung: 10-30 V DC, Verpolungsschutz
- Überlastschutz: 200 mA, rotes und grünes Licht blinken gleichzeitig
- Lastimpedanz: I / 0-300 Ohm , U / > 1k Ohm
Leerlaufstrom: ≤ 30 mA
- Material: Kupfer vernickelt, Kunststoffbeschläge, glasgefülltes Epoxidharz
- Anschlussart: 5-poliger M12-Stecker
Schutzklasse: IP 67
Umgebungstemperatur: 25 °C ~ + 70 °C (248 ~ 343 K)
Verwandte Sensoren
Erfassungsbereich: 100–2000 mm Material: Kupfer vernickelt, Kunststoffbeschläge Anschlussart: 5-poliger M12-Stecker Ausgabemethode: 1 PNP-Schaltausgang, NO/NC
Erfassungsbereich: 30–300 mm, 50–500 mm, 60–1000 mm Material: Kupfer vernickelt, Kunststoffbeschläge Anschlussart: 5-poliger M12-Stecker
Erfassungsbereich: 20–120 mm. Material: Kupfer, vernickelt. Anschlusstyp: 4-poliger M12-Stecker. Ausgabemethode: 1 NPN-Schaltausgang, NO/NC.
Nuttiefe: 68 mm Schlitzbreite: 5 mm Material: Metall, Aluminium Anschlussart: 4-poliger M8-Stecker
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