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Praxiswissen Ultraschallsensoren (Teil 6) – Synchronisation von Ultraschallsensoren

Pepperl+Fuchs Ultraschallsensoren
Pepperl+Fuchs bietet ein breites Portfolion an Ultraschallsensoren – von denen viele mit einem zusätzlichen Synchronisationseingang ausgestattet sind

Bei der Installation von Ultraschallsensoren kann es vorkommen, dass in bestimmten Szenarien Mindestabstände nicht einhaltbar sind.  Um Mindestabstände zu verringern und eventuellen Fehlschaltungen vorzubeugen, bietet Pepperl+Fuchs Sensorserien mit Synchronisationseingängen. Die mit diesen Synchronisationseingängen ausgestatteten Ultraschallsensoren können im internen oder externen Synchron- oder Multiplex-Modus verwendet werden.

Synchronisationseingang von Ultraschallsensoren erklärt

Bleibt ein Synchronistationseingang offen, arbeitet der Ultraschallsensor im Normalbetrieb. Durch Anlegen von eines definierten Potenzials (L+/L–), kann der Sensor durch ein externes Triggersignal gesperrt und wieder freigegeben werden. Solange der Sensor gesperrt ist, findet kein Aussenden von Ultraschallimpulsen statt. Die Ausgänge (Analog- und Schaltausgang) sind in diesem Zustand „eingefroren“.

Sobald der Sensor über den Synchronisationseingang für mindestens einen Messzyklus wieder freigegeben wird, findet eine Aktualisierung der Ausgänge statt. Diese Eigenschaft lässt sich für einen externen Synchron- oder Multiplex-Betrieb nutzen, bei dem ein externer Taktgenerator die Sensoren triggert.

Ein interner Taktgenerator ist für den Synchron- oder Multiplex-Betrieb nicht nötig, da die Sensoren über den verbundenen Synchronisationseingang selbstständig untereinander kommunizieren. Die erforderlichen Signalpegel, Taktzeiten und die maximal mögliche Anzahl an Sensoren sind dem Datenblatt des jeweiligen Sensors zu entnehmen.


Synchron- und Gleichtaktbetrieb

Im Synchron- und Gleichtaktbetrieb senden die Ultraschallsensoren gleichzeitig den Ultraschallimpuls aus und warten auf das von einem Objekt im Erfassungsbereich reflektierte Echo. Dazu müssen die Synchronisationseingänge miteinander verbunden werden. Je nach Sensortyp/-familie und Parametrierung läuft der Gleichtaktbetrieb automatisch ab (interne Synchronisation) oder erfordert ein externes Triggersignal (externe Synchronisation).

Anwendung:

Zusammenschluss mehrerer Sensoren zu einem Verbund (Schallvorhang) zur Überwachung großer Bereiche. Bei beengten Platzverhältnissen ist ein solcher Zusammenschluss nützlich, da ein geringerer Mindestabstand zwischen den Sensoren erforderlich ist. Für die gegenüberliegende Montage sind dann lediglich die in der unten folgenden Grafik angegebenen Abstände zu beachten.

Vorteile:

  • Geringerer Verdrahtungsaufwand durch Verbinden der Synchronisationseingänge
  • Schnelle Reaktion, da jeder Näherungsschalter ständig aktiv ist

Nachteile:

  • Das Objekt ist keinem Näherungssensor eindeutig zuordenbar


Multiplexbetrieb

Der Multiplexbetrieb des Sensors ermöglicht eine zeitlich gestaffelte Abfolge von Ultraschallimpulsen, um zu verhindern, dass zwei bzw. mehrere Sensoren gleichzeitig Signale aussenden. Die Sensoren senden abwechselnd bzw. nacheinander den Ultraschallimpuls aus und warten auf ein reflektiertes Echo von einem Objekt im Erfassungsbereich. Dadurch wird eine gegenseitige Beeinflussung von Ultraschallsensoren ausgeschlossen und es müssen keine Mindestabstände zu benachbarten Sensoren mehr eingehalten werden.

Da die Sensoren nacheinander aktiviert werden, verringert sich allerdings die Ansprech-/Reaktionszeit mit jedem Sensor, der im Multiplex-Verbund ist. Auch beim Multiplexbetrieb wird zwischen internem und externem Multiplexbetrieb unterschieden. Bei internem Multiplexbetrieb müssen die Synchronisationseingänge aller Sensoren miteinander verbunden sein. Je nach Sensortyp/- Familie und Parametrierung läuft der Multiplexbetrieb automatisch oder es muss dem Sensor über das Parametriertool eine Adresse zugewiesen. Bei externem Multiplexbetrieb ist ein externes Triggersignal notwendig und der zeitliche Ablauf muss von einer externen Steuerung koordiniert werden.

Anwendung:

Bei Anlagen/Maschinen mit sehr beengten Einbauverhältnissen, Sensoren gleichen Typs in unmittelbarer Nachbarschaft sowie verschiedenen Messaufgaben, um gegenseitige Beeinflussung zu unterbinden. Mindestabstände müssen nicht eingehalten werden, auch wenn sich die Sensoren gegenüber befinden.

Vorteile:

  • Sicherer Schutz vor gegenseitiger Beeinflussung
  • Ein Objekt kann einem Sensor zugeordnet werden

Nachteile:

  • Bei externem Multiplexbetrieb zusätzlicher Aufwand für Taktgenerator
  • Längere Ansprech-/Reaktionszeit im Vergleich Gleichtaktbetrieb, da die Sensoren nacheinander arbeiten

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