Technik erklärt

Sensoren und Aktoren

Wie Anlagen „sehen“ und „handeln“ — die reale Schnittstelle zwischen Prozess und Steuerung.

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Kurzdefinition

In einer automatisierten Anlage gibt es zwei grundlegende Rollen: Sensoren erfassen Zustände oder Messwerte aus der realen Welt — Aktoren setzen Befehle um und verändern den Prozess. Dazwischen liegt die Steuerung (z. B. SPS), die entscheidet, was wann passieren soll.

Merksatz: Sensoren liefern Informationen — Aktoren erzeugen Wirkung.

Warum Sensoren/Aktoren die „Realitätsebene“ sind

Viele Diskussionen über Automatisierung drehen sich um SPS-Programme, Netzwerke oder SCADA. Aber im Alltag entstehen die meisten Probleme an der Grenze zur physischen Welt: verschmutzte Sensoren, falsch montierte Schalter, klemmende Ventile, schwankende Messsignale.

Wer Anlagen wirklich verstehen will, muss wissen:

Digitale vs. analoge Signale (Grundlage)

In der Praxis begegnen Ihnen zwei große Signalwelten:

Digitale Signale (Ein/Aus)

Digitale Signale sind Zustände: 0/1, aus/an, offen/zu. Beispiele: Endschalter betätigt, Not-Aus gedrückt, Lichtschranke frei/unterbrochen.

Analoge Signale (kontinuierlich)

Analoge Signale repräsentieren einen Messwert über einen Bereich: Temperatur, Druck, Durchfluss, Füllstand, Position. Typische Standards in der Industrie sind 0–10 V und 4–20 mA. Diese Signale müssen oft skaliert werden (z. B. 4–20 mA entspricht 0–10 bar).

Typische Sensorarten (verständlich sortiert)

1) Positions- und Endlagensensoren

Sie melden, ob ein Teil eine Position erreicht hat: z. B. Zylinder ausgefahren, Klappe geschlossen, Werkstück angekommen. Häufige Varianten:

2) Lichtschranken und optische Sensoren

Optische Sensoren erkennen Objekte über Licht: Durchgang, Reflexion, Abstand. Typische Anwendungen: Werkstückerkennung, Zählung, Positionierung. Häufige Fehlerquelle: Verschmutzung, falsche Ausrichtung, Umgebungslicht.

3) Temperatur

Temperaturmessung ist zentral in vielen Prozessen. In Anlagen trifft man je nach Bereich unterschiedliche Sensorprinzipien. Wichtig ist weniger der Sensortyp als: Messbereich, Einbauort, Reaktionszeit und Robustheit.

4) Druck

Drucksensoren messen z. B. Hydraulik-/Pneumatikdruck oder Prozessdruck. Druckwerte werden oft als analoge Signale geliefert und in der SPS skaliert.

5) Füllstand und Durchfluss

In Tanks/Leitungen sind Füllstand/Durchfluss wichtige Prozessgrößen. Diese Messungen sind oft anwendungsabhängig: Medium, Temperatur, Verschmutzung, Einbaulage, Genauigkeit.

6) Drehzahl und Position (Antriebe)

Für Motoren und Antriebe sind Drehzahl/Position entscheidend. Je nach System werden Drehgeber/Encoder oder integrierte Antriebsrückmeldungen genutzt. Hier ist die Kombination aus Sensor + Signalverarbeitung + Antriebssystem entscheidend.

Aktoren: Wie Anlagen „handeln“

Aktoren setzen Steuerbefehle in physische Wirkung um. Zwei Kategorien:

1) Schaltende Aktoren (Ein/Aus)

2) Regelnde Aktoren (stufenlos/analog)

Regelnde Aktoren arbeiten oft mit Sollwerten und Rückmeldungen — das führt in Richtung Regelungstechnik, aber das Grundprinzip bleibt: Steuerung gibt Sollwert → Aktor setzt um → Sensor meldet zurück.

Signalweg: Von Sensor bis SPS (und zurück)

Ein vereinfachtes Bild:

Je nach Anlagenarchitektur kann zwischen Sensor/Aktor und SPS auch ein Netzwerk liegen (Feldbus/Industrial Ethernet).

Typische Fehlerbilder (und wie man sie strukturiert angeht)

Wenn eine Anlage „komisch“ reagiert, sind Sensoren/Aktoren sehr oft beteiligt. Ein nützlicher Ansatz ist: Signal → Logik → Wirkung getrennt prüfen.

Fehlerbild: „Sensor schaltet nicht“

Fehlerbild: „Messwert springt“ (analog)

Fehlerbild: „Aktor reagiert nicht“

Fehlerbild: „Aktor reagiert, aber falsch“

Diagnose: Was wirklich hilft

Gute Diagnose reduziert Stillstand. Praktisch hilfreich sind:

Fazit

Sensoren und Aktoren sind die reale Schnittstelle zwischen Prozess und Steuerung. Sie entscheiden im Alltag, ob eine Anlage stabil läuft, ob Diagnose möglich ist und wie schnell Störungen behoben werden können. Wer Automatisierung verstehen will, sollte nicht nur Programme und Netzwerke betrachten, sondern die „Realitätsebene“: Signale, Montage, Medienversorgung und typische Fehlerbilder.

Glossar

Sensor

Erfasst Zustände/Messwerte (z. B. Position, Temperatur, Druck) und liefert ein Signal.

Aktor

Setzt Steuerbefehle in physische Wirkung um (z. B. Motor, Ventil, Antrieb).

Digital

Ein/Aus-Signal (0/1), z. B. Endschalter oder Lichtschranke.

Analog

Kontinuierlicher Messwert, oft 0–10 V oder 4–20 mA, benötigt Skalierung.

Skalierung

Umrechnung eines Signals in eine technische Einheit (z. B. mA → bar).

EMV

Elektromagnetische Verträglichkeit: Störungen durch Umgebung/Leitungen/Schirmung.

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