Digitale Sensoren im Vergleich zu analogen Sensoren verstehen

Wenn Ihre Anwendung wissen muss, ob sich ein Teil in Position befindet oder eine Flasche einen Kontrollpunkt passiert hat, ist ein digitaler Sensor die bessere Wahl. Wenn Sie jedoch den Füllstand eines Tanks oder den Betriebsdruck einer Presse messen müssen, ist ein analoger Sensor besser geeignet.

Was ist ein digitaler Sensor?

Ein digitaler Sensor gibt einen von zwei Zuständen aus: 0 oder 1, typischerweise 0 V oder 24 V Gleichstrom. Er beantwortet eine Ja/Nein-Frage: Ist das Bauteil vorhanden? Ist die Klemme geschlossen?

Sie sind störungsresistent, einfach zu verkabeln und kostengünstiger pro Einheit. Für schnelle, umfangreiche Binärverarbeitungsaufgaben sind sie das richtige Werkzeug.

Der fotoelektrische Sensor SICK G10 ist ein praktisches Beispiel. Er unterstützt Rückstrahl-, Näherungs- und Durchlichtmessung mit einer Schaltfrequenz von bis zu 1.000 Hz. Auf einem Hochgeschwindigkeitsförderband zur Kartonerkennung ist eine solch schnelle und präzise Ausgabe genau das, was benötigt wird.

Weitere typische digitale Anwendungen sind:

• Teilezählung an Verpackungslinien mit Pepperl+Fuchs kapazitive Sensoren
• Endlagenerkennung an CNC-Achsen mit Autonics Näherungssensoren

Was ist ein analoger Sensor?

Ein analoger Sensor erzeugt ein kontinuierliches elektrisches Signal, das proportional zum Messparameter ist. Das Ausgangssignal beträgt typischerweise 4–20 mA oder 0–10 V Gleichspannung und ändert sich stetig mit der Änderung des physikalischen Zustands.

Wenn es Ihnen darum geht, das Wie viel und nicht das Ob zu wissen, ist analoge Technologie die Antwort.

IFM-Druckmessumformer gehören zu den gängigsten Beispielen für analoge Sensoren in Produktionshallen. Sie überwachen den Hydraulikdruck in Stanzpressen und liefern der SPS einen kontinuierlichen Messwert anstelle eines einfachen Schwellenwerts.

Die Ultraschallsensoren von SICK erfüllen eine ähnliche Funktion bei der Füllstandsmessung, indem sie den genauen Füllstand in Lagertanks in Echtzeit erfassen, anstatt nur Höchst- oder Tiefststände anzuzeigen.

Zur Temperaturregelung liefern Omron RTD-Transmitter kontinuierliche, hochpräzise Daten an SPSen, die die geschlossene Heizregelung in chemischen Reaktoren steuern.

Jede dieser Anwendungen benötigt einen Wert, keinen Status. Das ist es, was den analogen Signalsensor auszeichnet.

Digital vs. Analog: Ein kurzer Vergleich

Ausgabetyp

Digitale Sensoren geben ein festes Signal aus (ein/aus). Analoge Sensoren geben ein variables Signal aus, das sich mit dem gemessenen physikalischen Zustand ändert. Ihre SPS-Eingangskarte muss zum verwendeten Sensortyp passen.

Geräuschbeständigkeit

Digitale Sensoren sind unempfindlich gegenüber elektrischen Störungen und daher in Umgebungen mit schweren Maschinen zuverlässig. Analoge Sensoren sind anfälliger, weshalb bei langen Kabelstrecken im Allgemeinen 4–20 mA gegenüber 0–10 V bevorzugt werden.

Anwendungseignung

Bei den meisten Entscheidungen zwischen diskreten und analogen Sensoren trifft die Anwendung die Wahl. Digitale Sensoren eignen sich für Detektion, Zählung und Positionsbestimmung. Analoge Sensoren hingegen werden für die Prozesssteuerung eingesetzt, wo allmähliche Änderungen kontinuierlich erfasst werden müssen.

Diagnose

Digitale Sensoren mit IO-Link-Schnittstelle können Zustandsdaten melden, Fehler kennzeichnen und fernparametriert werden. Die meisten analogen Sensoren erkennen hingegen nur grundlegende Fehler wie Unterbrechungen oder Kurzschlüsse.

Wie man das richtige auswählt

Die Kernfrage ist einfach: Benötigen Sie eine Statusaktualisierung oder einen Prozesswert? Status bedeutet digital. Wert bedeutet analog.

Bei langen Kabelstrecken in Umgebungen mit starken Störungen werden die Vorteile analoger Signale (4–20 mA gegenüber 0–10 V) deutlich. Stromschleifen sind unempfindlicher gegenüber elektrischen Störungen als Spannungssignale, und ein Messwert von 0 mA deutet auf einen offenen Stromkreis hin und wird nicht als gültige Messung gewertet.

Für die Integration in Industrie 4.0 haben sich digitale Sensoren mit IO-Link als bevorzugte Lösung etabliert. Sie ermöglichen die Fernparametrierung und eine detaillierte Zustandsüberwachung. Analoge Sensoren bleiben das Rückgrat der Prozesssteuerung, wo immer eine gleichmäßige, kontinuierliche Messung wichtiger ist als die Ereigniserkennung.

Häufige Probleme bei der Auswahl mehrerer Marken

Den Unterschied zwischen analogen und digitalen Sensoren zu kennen, ist das eine. Den richtigen Sensor verschiedener Marken auszuwählen, ist eine ganz andere Herausforderung.

Die erste Hürde ist die Signalkompatibilität. Ein 0-10-V-Analogsensor funktioniert möglicherweise nicht mit einer SPS-Eingangskarte, die für 4-20 mA konfiguriert ist, was einen Signalwandler oder einen kompletten Austausch erforderlich macht.

Anschlussfehler sind die Folge. M12 ist markenübergreifend Standard, aber die Verdrahtungskonfigurationen von PNP und NPN unterscheiden sich und verursachen Installationsfehler, deren Diagnose Zeit in Anspruch nimmt.

Die Beschaffung von Ersatzteilen gestaltet sich am schwierigsten. Wenn ein Sensor mitten in der Produktion ausfällt, ist es unter Zeitdruck deutlich schwieriger, ein herstellerübergreifendes Ersatzteil zu finden, das hinsichtlich Messbereich, Ausgangstyp, Gehäuse und Montageabmessungen übereinstimmt, als nur die Teilenummer zu kennen.

IO-Link fügt eine weitere Ebene hinzu. Der Wechsel von herkömmlicher digitaler Technologie zu IO-Link erfordert IODD-Gerätebeschreibungsdateien und kompatible Masterdateien – etwas, wofür die meisten generischen Anbieter keine Beratung anbieten.

Wie SimplyBuy die Sensorbeschaffung vereinfacht

Den richtigen Sensor zu finden, ist das eine Problem. Ihn schnell zu beschaffen, die Spezifikationen zu überprüfen und ihn markenübergreifend kompatibel zu machen, ist ein anderes.

Nimm die SICK G10 Fotoelektrischer Sensor. Es handelt sich um einen Importartikel, und die meisten Lieferanten haben Schwierigkeiten, ein Angebot abzugeben, geschweige denn ihn pünktlich zu liefern. SimplyBuy bezieht ihn direkt über die Herstellerkanäle, was die Preise senkt und die Lieferzeiten erheblich verkürzt.

Das Gleiche gilt für die markenübergreifende Produktanpassung. Benötigt Ihre Produktlinie einen kompatiblen Ersatz von Pepperl+Fuchs oder IFM, Einfach kaufen Überprüft Ausgabetyp, Erfassungsbereich und Steckerbelegung, bevor die Bestellung ausgeführt wird.

Bei den meisten Artikeln gibt es keine Mindestbestellmenge, sodass Sie einen einzelnen Ersatzartikel ohne Abnahmeverpflichtung beschaffen können.

Häufig gestellte Fragen

F: Kann ich einen digitalen Sensor durch einen analogen ersetzen? 

Nur wenn Ihre SPS-Eingangskarte analoge Eingänge unterstützt und die Verkabelung entsprechend angepasst wurde. Ohne Hardwareänderungen sind sie nicht austauschbar.

F: Was eignet sich besser für die Integration von Industrie 4.0? 

Digitale Sensoren mit IO-Link werden für Diagnose und Fernparametrierung bevorzugt. Analoge Sensoren dominieren weiterhin in der Prozesssteuerung, wo kontinuierliche Messung Priorität hat.

F: Warum führt SimplyBuy Sensoren verschiedener Marken? 

In realen Produktionsanlagen werden verschiedene Marken verwendet. Die Bindung an einen einzigen Lieferanten schränkt die Ersatzteilmöglichkeiten ein und erhöht die Kosten. SimplyBuy ermöglicht eine flexible Beschaffung ohne Abstriche bei der Spezifikationsgenauigkeit.

Abschluss

Bei der Wahl zwischen digitalen und analogen Sensoren geht es nicht darum, welcher Sensor generell besser ist. Vielmehr geht es darum, den Ausgabetyp an Ihre Anwendung anzupassen, Ihre Umgebung zu berücksichtigen und von einer Plattform zu beziehen, die die Spezifikationen markenübergreifend überprüft, bevor eine Produktionslinie in Betrieb genommen wird.