Ratgeber
Sensoren und Aktoren spielen eine überaus wichtige Rolle sowohl in der industriellen Fertigung als auch im Smart Home. Sie folgen dem klassischen Prinzip von Ursache und Wirkung: Bestimmte Ereignisse lösen bestimmte Aktionen aus. Dass zwischen den beiden Komponenten eine zuverlässige Verbindung bestehen muss, liegt auf der Hand. Wobei die drahtgebundene Kopplung nach wie vor der potenziell störempfindlichen Funkverbindung überlegen ist. Vorausgesetzt, die Steckverbinder sind technisch einwandfrei. Lesen Sie hier, was genau Sensoren und Aktoren machen und welche Verbindungstechnik für sie zur Verfügung steht.
Sensoren sind vergleichbar mit Augen, Ohren, der Haut und der Zunge. Sie reagieren auf äußere Eindrücke.
So gibt es beispielsweise Umwelt-Sensoren zum Messen von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Luftzusammensetzung.
Bewegungssensoren reagieren auf Infrarotstrahlung oder Erschütterungen oder nutzen Ultraschall zur Abstandsmessung.
Magnetsensoren reagieren wie ein Schaltrelais in Anwesenheit eines magnetischen Feldes, und eine Laser-Lichtschranke misst die Unterbrechung des Strahls selbst auf große Entfernungen.
Sie sehen: Es gibt quasi keine physikalischen oder chemischen Eigenschaften, die nicht von Sensoren erfasst werden können. Und zwar sowohl quantitativ als auch qualitativ.
Aktoren oder Aktuatoren setzen die von Sensoren kommenden elektrischen Signale in Arbeit um.
Während Sensoren menschlichen Sinnesorganen entsprechen, lassen sich Aktoren mit Muskeln vergleichen.
So kann beispielsweise der Aktuator ein Motor sein, der die Wintergartenabschattung bei Sonneneinstrahlung automatisch heraus- und bei Regen hereinfährt.
Die entsprechenden Sensoren wären dann ein Lichtsensor und ein Regensensor. Oder die Sirene: Sobald ein Fenster geöffnet wird, schickt der am Rahmen befestigte Magnetsensor ein Signal, die Sirene heult los. Im industriellen Bereich finden sich Aktuatoren als Stellantriebe, Hydraulik- oder Pneumatikzylinder und als elektromechanische Hub- und Verstellsysteme.
Sensoren und Aktuatoren sind üblicherweise nicht unmittelbar miteinander verbunden, im einfachsten Fall ist zwischen ihnen ein Relais geschaltet. Das löst aus und setzt damit beispielsweise einen Stellmotor in Gang, wenn das vom Sensor gelieferte analoge elektrische Signal ein bestimmtes Niveau erreicht. Seit Jahrzehnten allerdings verbinden so genannte Prozessrechner Sensoren und Aktuatoren, im industriellen Umfeld überwiegend durch die speicherprogrammierbare Steuerung, kurz SPS. Es handelt sich dabei um Computer mit zahlreichen Eingängen für analoge und digitale Sensoren sowie mit Ausgängen für Aktuatoren. Die externen Komponenten werden durch den Programmcode im Arbeitsspeicher fortlaufend überwacht und gesteuert.
Als standardisiertes Kommunikationselement wird häufig ein so genannter Feldbus verwendet. Darunter ist eine Familie von industriellen Computernetzwerken zu verstehen, die für verteilte Echtzeitsteuerung sorgt. Feldbusprofile sind von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission als IEC 61784/61158 genormt. Ein solcher Feldbus verbindet die SPS mit den Komponenten in der Anlage der Feldebene. Dazu gehören Sensoren, Aktoren, Elektromotoren, Konsolenleuchten, Schalter, Ventile und Schütze. Er ersetzt die direkten Verbindungen über Stromschleifen oder digitale Ein- und Ausgangssignale. Eines der bekanntesten und sehr häufig eingesetzten Feldbus-Protokolle ist Profibus DP zur Ansteuerung von Sensoren und Aktuatoren in der Fertigungstechnik.
In der Gebäudeautomation wiederum ist das KNX-System recht häufig zu finden. Es handelt sich dabei um einen offener Standard nach EN 50090 beziehungsweise ISO/IEC 14543. KNX-Geräte können Komponenten der Heizungs-, Klima- und Lüftungstechnik ebenso steuern wie Beleuchtungen, Sicherheitssysteme und Displays. Die Kommunikation erfolgt wahlweise über Twisted-Pair-Netzwerkkabel, Powerline-, RF- oder IP-Verbindungen.
Eine Verbindung zwischen elektronischen Komponenten ist nur so gut wie ihre schwächsten Glieder – und die sind erfahrungsgemäß Stecker und Buchsen beziehungsweise Lötstellen und Schraub- oder Steckverbindungen. Insofern ist es außerordentlich wichtig, sowohl auf die Kompatibilität der Kontakte als auch auf deren mechanische und elektrische Robustheit zu achten. Ansonsten könnte der berühmte Wackelkontakt selbst High-Tech-Anlagen zum Stillstand bringen.
Wir stellen Ihnen hier die wichtigsten Bauelemente rund um die Verbindungstechnik vor. Da die weitaus meisten Verbindungssysteme bestimmten Normen oder von Herstellern vorgegebenen Mustern entsprechen, kann diese Übersicht allerdings nur als Orientierungshilfe dienen.
Ein Must-Have für jeden Werkzeugkasten
In den Werkzeugkasten eines Anlagenbauers gehört verschiedenstes Equipment, darunter auch Sensor-Aktor Steckverbinder! Warum die Steckverbinder in Ihren Werkzeugkasten gehören, erfahren Sie in unserem Ratgeber!