Hell- und Dunkelschaltlogik bei photoelektrischen Sensoren

Light-on und Dark-on beschreiben, wann ein photoelektrischer Sensor seinen Schaltausgang aktiviert. Sie beschreiben weder die Transistorpolarität noch die Verdrahtungsart oder ob ein Objekt physisch vorhanden ist. Diese Unterscheidung verhindert viele Fehler bei der Inbetriebnahme, da dieselbe optische Bedingung bei Einweglichtschranken, Reflexionslichtschranken und diffus reflektierenden Sensoren Gegenteiliges bedeuten kann.

Mit dem empfangenen Licht beginnen

Im Light-on-Modus, häufig als LO abgekürzt, schaltet der Ausgang ein, wenn der Empfänger genügend Licht erkennt, um seine Schaltschwelle zu überschreiten. Im Dark-on-Modus oder DO schaltet der Ausgang ein, wenn das empfangene Licht unter diese Schwelle fällt. Banner Engineering gibt dieselben grundlegenden Definitionen in seinen offiziellen Schulungsunterlagen zu photoelektrischen Sensoren an.

Die Begriffe beziehen sich auf den optischen Empfänger, nicht auf den Raum. Ein dunkles Ziel kann in einer gut beleuchteten Fabrik den reflektierten Strahl unter die Schwelle absenken. Dasselbe kann durch Staub auf einer Linse geschehen. Ein glänzendes Objekt kann mehr Licht zurückwerfen als erwartet. Bei der Inbetriebnahme muss daher die tatsächliche optische Reserve nachgewiesen werden, statt nur zu beobachten, ob die Sensor-LED einmal den Zustand wechselt.

Die Sensorgeometrie verändert die Bedeutung des Ausgangs

Einweglichtschranken

Bei einem Einweglichtschrankenpaar befinden sich Sender und Empfänger einander gegenüber. Wenn sich kein Objekt dazwischen befindet, empfängt der Empfänger normalerweise den Strahl. Light-on erzeugt daher bei freiem Strahl ein eingeschaltetes Ausgangssignal, während Dark-on ein eingeschaltetes Ausgangssignal erzeugt, wenn ein Objekt den Strahl unterbricht.

Reflexionslichtschranken

Ein Reflexionssensor sendet Licht zu einem Reflektor und empfängt den zurückkehrenden Strahl im selben Gehäuse. Die Logik ähnelt dem Betrieb einer Einweglichtschranke: Ein unbehinderter Reflektor erzeugt die Lichtbedingung, und ein Ziel, das den Strahlengang kreuzt, erzeugt normalerweise die Dunkelbedingung. Hochreflektierende Objekte, transparente Materialien, eine schlechte Ausrichtung oder ein beschädigter Reflektor können dieses einfache Modell jedoch komplizieren.

Diffuse Sensoren

Ein diffuser Sensor nutzt das Ziel selbst, um Licht zurückzuwerfen. Hier erzeugt ein in den Erfassungsbereich eintretendes Objekt normalerweise die Lichtbedingung. Light-on kann daher „Objekt vorhanden“ entsprechen, was das Gegenteil einer typischen Einweglichtschranken-Installation ist. Hintergrund- und Vordergrundausblendung erweitern die optische Geometrie, daher muss das genaue Schaltverhalten anhand der Anleitung des ausgewählten Modells überprüft werden.

LO/DO nicht mit PNP/NPN verwechseln

LO und DO definieren die optische Bedingung, die den Ausgang ansteuert. PNP und NPN beschreiben das elektrische Verhalten des Ausgangstransistors. Ein PNP-Sensor speist bei Aktivierung Strom in den SPS-Eingang ein. Ein NPN-Sensor zieht bei Aktivierung Strom ab. Beide elektrischen Ausgangsarten können für Light-on oder Dark-on konfiguriert werden.

Der gemeinsame Anschluss des SPS-Eingangs muss zum ausgewählten Ausgangstyp passen. Ein korrekt ausgewählter Light-on-/Dark-on-Modus kann eine nicht passende Eingangsschaltung nicht korrigieren. Überprüfen Sie vor dem Einschalten die Versorgungsspannung, die Leiterfunktion, den Ausgangstyp, den Laststrom, den gemeinsamen Eingang sowie, ob der Sensor über einen konfigurierbaren Ausgang oder zwei komplementäre Ausgänge verfügt.

Für zugehörige Steuerungs- und Eingangshardware bietet die Kollektion SPS- und PAC-Systeme der Website Beispiele für Geräte, die diese diskreten Signale empfangen. Das SPS-Programm sollte einen Variablennamen verwenden, der die Prozessbedeutung beschreibt, etwa PartAtStop, statt eines unverarbeiteten Namens wie SensorDark.

Wählbare und komplementäre Ausgänge

Einige Sensoren verfügen über eine Einstelltaste, einen externen Teach-Eingang, einen Schalter oder einen Softwareparameter zur Auswahl von LO oder DO. Andere stellen gleichzeitig zwei Ausgänge bereit: Einer arbeitet bei Licht, der andere bei Dunkelheit. Das Schaltbild bestimmt, welches Verhalten verfügbar ist. Kabelfarben sind übliche Konventionen, aber kein Beweis für die Funktion.

Ein externer Teach-Leiter kann abhängig von Impulsdauer und Verdrahtung den Betriebsmodus auswählen, einen Schwellenwert-Teach starten, die Tasten sperren oder mehrere Funktionen ausführen. Ein offener Leiter erzeugt nicht bei allen Produktfamilien denselben Zustand. Befolgen Sie die genaue Produktanleitung, statt Annahmen von einem ähnlichen Sensor zu übertragen.

Den Modus anhand des sicheren Prozesszustands auswählen

Ingenieure wählen LO oder DO manchmal nur, um die Kontaktplanlogik bequemer zu gestalten. Besser ist es, zunächst die Reaktion der Maschine auf Lichtverlust, Spannungsverlust, Kabelbruch, eine verschmutzte Linse, einen ausgefallenen Sender und einen ausgefallenen Empfänger zu betrachten. Viele dieser Fehler erscheinen als Dunkelbedingung, aber nicht jeder Sensorausgang kann sie von einem tatsächlich unterbrochenen Strahl unterscheiden.

Für eine Schutz- oder Personenschutzfunktion sind ein Standard-Fotoelektrik-Sensor und eine gewöhnliche SPS-Logik kein Ersatz für sicherheitsbewertete Sensorik und Sicherheitslogik. Bei der Prozesserfassung sollte der gewählte Modus dennoch, soweit praktikabel, häufige Fehler sichtbar machen. Wo ein einzelner Ausgang nicht genügend Informationen liefern kann, können Diagnosebits, komplementäre Kanäle, Plausibilitätstimer oder ein zweiter Sensor erforderlich sein.

Arbeitsablauf bei der Inbetriebnahme

1. Zuerst die Wahrheitstabelle erstellen

Listen Sie den Lichtzustand des Empfängers, den Zielzustand, die Sensor-Ausgangs-LED, den elektrischen Ausgang, das SPS-Eingangsbit und die Maschineninterpretation auf. Berücksichtigen Sie einen freien Strahlengang, ein vorhandenes Ziel, eine abgedeckte Linse, ein getrenntes Kabel und abgeschaltete Spannung. Dadurch werden invertierte Annahmen sichtbar, bevor sich die Maschine bewegt.

2. Das elektrische Verhalten überprüfen

Messen Sie die Sensorspannungsversorgung und bestätigen Sie, dass sich der SPS-Eingang am Anschluss ändert. Prüfen Sie die Spannung sowohl im aktiven als auch im inaktiven Zustand. Achten Sie auf Leckstrom, Eingangsschwelle, gemeinsam genutzte Bezugspunkte sowie unerwartetes Verhalten durch Prüflampen oder zwischengeschaltete Geräte.

3. Mit Produktionsmustern einlernen

Verwenden Sie die dunkelsten, hellsten, kleinsten, transparentesten oder reflektierendsten erwarteten Teile sowie den tatsächlichen Hintergrund. Der offizielle QS18-Leitfaden zur Einstellung von Light-on und Dark-on von Banner veranschaulicht, dass das Einlernen anhand der beobachteten Bedingungen eine Schwelle festlegt. Das genaue Verfahren und die Strategie zur Schwellenwertbildung bleiben modellspezifisch.

4. Die Betriebsreserve prüfen

Bewegen Sie das Ziel über die gesamte zulässige Position, drehen Sie es bei variierender Ausrichtung und testen Sie bei maximaler Entfernung. Verschmutzen Sie die Linse nur mit einem kontrollierten Testverfahren. Ein Sensor, der während der Einrichtung einmal schaltet, kann dennoch anfangen zu flackern, wenn Vibrationen, Staub oder die Produktfarbe die Überschussverstärkung verringern.

5. Wiederherstellung und Neustart testen

Unterbrechen Sie die Sensorspannung, trennen Sie das Signal, unterbrechen Sie den Strahl und stellen Sie das System kontrolliert wieder her. Bestätigen Sie Alarme, Entprellzeit, Ablaufwiederherstellung und Neustartverhinderung. Stellen Sie sicher, dass Wartungspersonal erkennen kann, ob ein Fehler optischer, elektrischer, netzwerkbezogener oder logischer Natur ist.

Fehlerbehebung bei invertierter oder instabiler Erfassung

Wenn das SPS-Bit verkehrt herum erscheint, prüfen Sie zuerst den optischen Modus, anschließend die PNP-/NPN-Schaltung und zuletzt eine mögliche Invertierung im Programm. Wenn der Ausgang flattert, überprüfen Sie Ausrichtung, Erfassungsabstand, Zustand des Reflektors, Zielkontrast, Vibrationen, Verschmutzung, Stabilität der Versorgung und Teach-Reserve. Ein Wechsel von LO zu DO kann das Symptom umkehren, ohne das schwache optische Signal zu beheben.

Vergleichen Sie beim Austausch eines Sensors mehr als nur Erfassungsreichweite und Steckertyp. Prüfen Sie Erfassungsprinzip, Strahltyp, Ausgangspolarität, LO-/DO-Konfiguration, Ansprechzeit, Schutzart, Teach-Methode und Steckerbelegung. Die Wissensbibliothek enthält zusätzliche Hinweise zur Verdrahtung und Inbetriebnahme für die Integration von Feldgeräten in industrielle Steuerungen.

Die Prozessbedeutung ausdrücklich festlegen

Light-on und Dark-on sind präzise optische Begriffe, wenn Ingenieure sie von Objektanwesenheit und Ausgangspolarität getrennt halten. Eine kurze Wahrheitstabelle, korrekte elektrische Prüfungen, das Einlernen mit Produktionsmustern und gezielte Fehlertests machen aus dieser Terminologie ein vorhersehbares Maschinenverhalten.