Bei der Auswahl eines Druckschalters wird häufig zuerst auf Messbereich, Prozessanschluss und Medium geachtet. Mindestens ebenso wichtig ist jedoch der elektrische Ausgang. Ein Druckschalter mit falscher Ausgangslogik kann trotz passendem Druckbereich nicht mit dem vorgesehenen SPS-Eingang zusammenarbeiten.
Besonders häufig werden PNP- und NPN-Transistorausgänge verwechselt. Hinzu kommen potenzialfreie Schaltkontakte, Relaisausgänge, Schließer- und Öffnerfunktionen sowie moderne IO-Link-Ausführungen. Die Bezeichnungen beschreiben unterschiedliche elektrische Eigenschaften und dürfen nicht miteinander gleichgesetzt werden.
Vor der Bestellung müssen deshalb die Versorgungsspannung, die Eingangsschaltung der SPS, der benötigte Schaltzustand, der maximale Laststrom und die Art der angeschlossenen Last bekannt sein. Soll der Druckschalter nicht nur einen Digitaleingang ansteuern, sondern beispielsweise ein Ventil, ein Schütz oder eine Warnleuchte direkt schalten, sind zusätzliche Belastungs- und Schutzanforderungen zu beachten.
Inhaltsverzeichnis
- Welche Aufgabe hat der Schaltausgang?
- PNP, NPN und Relais im direkten Vergleich
- Wie funktioniert ein PNP-Ausgang?
- Wie funktioniert ein NPN-Ausgang?
- PNP- und NPN-Druckschalter an eine SPS anschließen
- Relaisausgang und potenzialfreier Kontakt
- Schließer, Öffner und Wechsler unterscheiden
- Laststrom, Spannungsabfall und Reststrom
- Ventile, Schütze und andere induktive Lasten
- Open Collector, Pull-up und Pull-down
- M12-Stecker und Anschlussbelegung
- Wann ist IO-Link sinnvoll?
- Typische Verdrahtungs- und Bestellfehler
- Fehlersuche bei ausbleibendem SPS-Signal
- Praxisbeispiel an einer Hydraulikanlage
- Ausgangssignal richtig auswählen
- Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Welche Aufgabe hat der Schaltausgang?
Ein elektronischer Druckschalter erfasst den anliegenden Druck mit einem Sensor und vergleicht ihn mit einem eingestellten Schaltpunkt. Wird dieser Grenzwert erreicht, ändert der elektrische Ausgang seinen Zustand.
Der Ausgang kann beispielsweise:
- einen Digitaleingang einer SPS ansteuern,
- eine Warnmeldung auslösen,
- eine Pumpe freigeben oder sperren,
- einen Kompressor abschalten,
- ein Ventil oder Koppelrelais ansteuern,
- einen Minimal- oder Maximaldruck melden,
- einen Druckbereich über eine Fensterfunktion überwachen.
Der Druckschalter liefert dabei nicht zwangsläufig eine eigene belastbare Versorgung für den angeschlossenen Verbraucher. Ein Transistorausgang ist vor allem als elektronisches Steuersignal gedacht. Ob er eine Last direkt schalten kann, hängt vom zulässigen Ausgangsstrom, vom Einschaltstrom und von der Lastart ab.
Bei einem Druckschalter mit zwei Schaltausgängen können beispielsweise ein Voralarm und eine Abschaltung realisiert werden. Alternativ kann ein Ausgang als Schaltsignal und der zweite als Analogausgang für den kontinuierlichen Druckwert konfiguriert sein.
PNP, NPN und Relais im direkten Vergleich
| Merkmal | PNP-Ausgang | NPN-Ausgang | Relais- oder Schaltkontakt |
|---|---|---|---|
| Funktionsprinzip | Schaltet die positive Versorgung zum Ausgang | Schaltet den Ausgang gegen 0 V | Öffnet oder schließt einen elektrischen Kontakt |
| Alternative Bezeichnung | Plus-schaltend, sourcing, High-Side | Minus-schaltend, sinking, Low-Side | Potenzialfreier Kontakt, sofern entsprechend ausgeführt |
| Typische Versorgung | Gleichspannung, häufig 24 V DC | Gleichspannung, häufig 24 V DC | Je nach Gerät AC oder DC; elektronisches Gerät benötigt eventuell eine eigene Versorgung |
| Typische Anwendung | SPS-Digitaleingang mit Bezug zu 0 V | SPS-Digitaleingang mit Bezug zur positiven Versorgung | Galvanisch getrenntes Schalten, unterschiedliche Spannungen oder höhere Lasten |
| Schaltgeschwindigkeit | Hoch, ohne mechanischen Verschleiß | Hoch, ohne mechanischen Verschleiß | Bei elektromechanischen Kontakten langsamer und verschleißbehaftet |
| Elektrische Trennung | Normalerweise nicht potenzialfrei | Normalerweise nicht potenzialfrei | Bei einem echten Relaiskontakt üblicherweise potenzialfrei |
| Wichtige Grenze | Maximaler Ausgangsstrom und gemeinsame Masse beachten | Maximaler Ausgangsstrom und gemeinsame Versorgung beachten | Kontaktbelastbarkeit, Einschaltstrom und Schalthäufigkeit beachten |
PNP und NPN bezeichnen die elektrische Transistorlogik. Schließer und Öffner beschreiben dagegen das logische Schaltverhalten. Ein PNP-Ausgang kann daher ebenso als Schließer oder Öffner konfiguriert sein wie ein NPN-Ausgang.
Auch ein Relaisausgang kann als Schließer, Öffner oder Wechsler ausgeführt sein. Die Begriffe müssen bei der Bestellung getrennt betrachtet werden.
Wie funktioniert ein PNP-Ausgang?
Ein PNP-Ausgang ist Plus-schaltend. Wenn der Druckschalter aktiv wird, verbindet seine Ausgangsstufe den Signalausgang mit der positiven Versorgungsspannung. Bei einer Versorgung mit 24 V DC liegt am aktiven Ausgang daher annähernd die positive Versorgungsspannung an.
Der Stromweg verläuft vereinfacht:
+24 V → Druckschalter → Schaltausgang → SPS-Eingang oder Last → 0 V
Die angeschlossene Last befindet sich somit zwischen dem Schaltausgang und 0 V. Der PNP-Druckschalter liefert beziehungsweise „sourct“ den Strom zum Eingang.
PNP-Ausgänge sind in vielen europäischen Maschinen- und Automatisierungsanlagen verbreitet. Das bedeutet jedoch nicht, dass jeder SPS-Eingang automatisch zu jedem PNP-Sensor passt. Eingangsspannung, Schaltschwellen, gemeinsames Bezugspotenzial und zulässiger Reststrom müssen mit dem Datenblatt der SPS-Karte abgeglichen werden.
Typische PNP-Verdrahtung
| Anschluss | Verbindung |
|---|---|
| Versorgung L+ | +24 V DC |
| Versorgung L− | 0 V |
| Schaltausgang Q | SPS-Digitaleingang |
| Bezugspotenzial der SPS | 0 V beziehungsweise M |
Schaltet der Druckschalter, wird der SPS-Eingang mit einer positiven Spannung angesteuert. Eine fehlende gemeinsame 0-V-Verbindung ist eine häufige Ursache dafür, dass die SPS trotz leuchtender Schaltanzeige kein Signal erkennt.
Wie funktioniert ein NPN-Ausgang?
Ein NPN-Ausgang ist Minus-schaltend. Im aktiven Zustand verbindet die Ausgangsstufe das Signal mit 0 V. Die Last beziehungsweise der SPS-Eingang muss daher von der positiven Versorgung aus mit Strom versorgt werden.
Der Stromweg verläuft vereinfacht:
+24 V → SPS-Eingang oder Last → Schaltausgang des Druckschalters → 0 V
Der NPN-Ausgang nimmt den Strom auf und leitet ihn gegen Masse ab. Daher wird er auch als „sinking“ oder Low-Side-Ausgang bezeichnet.
Typische NPN-Verdrahtung
| Anschluss | Verbindung |
|---|---|
| Versorgung L+ | +24 V DC |
| Versorgung L− | 0 V |
| Schaltausgang Q | SPS-Digitaleingang |
| Gemeinsamer Anschluss der Eingangskarte | Typischerweise positive Versorgung |
Ein NPN-Druckschalter kann nicht ohne Prüfung an einen für PNP-Sensoren ausgelegten SPS-Eingang angeschlossen werden. Im ungünstigen Fall bleibt der Eingang dauerhaft aus, zeigt einen undefinierten Zustand oder reagiert auf Rest- und Leckströme.
PNP- und NPN-Druckschalter an eine SPS anschließen
Entscheidend ist nicht nur die Ausgangsart des Druckschalters, sondern das Zusammenspiel mit der Eingangsschaltung der SPS. Vor der Auswahl sollte das Datenblatt des Digitaleingangs geprüft werden.
Folgende Angaben sind wichtig:
- Nennspannung des Digitaleingangs,
- zulässiger Spannungsbereich für Signal „0“ und Signal „1“,
- Eingangsstrom,
- gemeinsamer Anschluss der Eingangsgruppe,
- PNP- oder NPN-Kompatibilität,
- galvanische Trennung der Eingangskanäle,
- Filter- beziehungsweise Entprellzeit,
- Diagnose auf Drahtbruch oder Kurzschluss.
Bei einem PNP-Sensor wird der SPS-Eingang im aktiven Zustand typischerweise positiv angesteuert. Bei einem NPN-Sensor wird der Eingang gegen 0 V gezogen. Eingang und Ausgang müssen daher elektrisch komplementär ausgelegt sein.
Auch wenn der Druckschalter und die SPS jeweils mit 24 V DC arbeiten, kann die Verdrahtung inkompatibel sein. Die gemeinsame Nennspannung allein beweist nicht, dass die Schaltlogik zusammenpasst.
Relaisausgang und potenzialfreier Kontakt
Ein Relaisausgang arbeitet anders als ein PNP- oder NPN-Transistorausgang. Das Relais betätigt einen mechanischen Kontakt, der von der Sensorelektronik galvanisch getrennt sein kann. Dadurch lässt sich ein externer Stromkreis öffnen oder schließen, ohne dessen Potenzial direkt mit der Versorgung des Druckschalters zu verbinden.
Ein potenzialfreier Kontakt ist sinnvoll, wenn:
- unterschiedliche Versorgungsspannungen getrennt bleiben sollen,
- eine Wechselspannung geschaltet werden muss,
- eine bestehende Steuerung nur einen klassischen Kontakt erwartet,
- eine galvanische Trennung erforderlich ist,
- der Druckschalter einen vorhandenen mechanischen Schalter ersetzen soll.
Ein Relaiskontakt ist jedoch nicht unbegrenzt belastbar. Die zulässigen Werte unterscheiden sich für Gleich- und Wechselspannung sowie für ohmsche, induktive und kapazitive Lasten. Ein Kontakt, der einen bestimmten ohmschen Strom schalten darf, kann für eine Spule mit hohem Einschalt- oder Abschaltimpuls ungeeignet sein.
Zu beachten ist außerdem, dass nicht jeder als „Kontakt“ bezeichnete Ausgang ein elektromechanisches Relais enthält. Mechanische Druckschalter betätigen häufig direkt einen Mikroschalter. Elektronische Geräte können Relais, Halbleiterrelais oder Transistorausgänge besitzen. Maßgeblich ist immer das Schaltbild im Datenblatt.
Schließer, Öffner und Wechsler unterscheiden
| Schaltfunktion | Zustand ohne Betätigung | Zustand bei erreichtem Schaltpunkt | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Schließer, NO | Kontakt offen beziehungsweise Ausgang inaktiv | Kontakt geschlossen beziehungsweise Ausgang aktiv | Meldung „Mindestdruck erreicht“ oder Freigabe |
| Öffner, NC | Kontakt geschlossen beziehungsweise Ausgang aktiv | Kontakt offen beziehungsweise Ausgang inaktiv | Abschaltung oder Überwachung nach Ruhestromprinzip |
| Wechsler, SPDT | Gemeinsamer Kontakt mit einem Kontakt verbunden | Umschaltung auf den zweiten Kontakt | Gleichzeitige Ein- und Ausschaltlogik |
Bei elektronischen Druckschaltern lässt sich die NO-/NC-Funktion häufig parametrieren. „Öffner“ bedeutet dann nicht zwingend, dass ein mechanischer Kontakt vorhanden ist. Es beschreibt lediglich, welches logische Ausgangssignal unterhalb und oberhalb des Schaltpunktes ausgegeben wird.
Für eine sicherheitsorientierte Abschaltlogik wird häufig das Ruhestromprinzip bevorzugt: Im fehlerfreien Zustand liegt ein Signal an. Bei Grenzwertüberschreitung, Leitungsunterbrechung oder Versorgungsausfall fällt das Signal ab. Ob damit tatsächlich eine sicherheitsgerichtete Funktion erreicht wird, hängt jedoch von der gesamten Sicherheitskette und den Zulassungen der Komponenten ab.
Laststrom, Spannungsabfall und Reststrom
Transistorausgänge besitzen einen maximal zulässigen Schaltstrom. Dieser Wert darf weder dauerhaft noch beim Einschalten überschritten werden. Der Strombedarf eines SPS-Digitaleingangs ist meist gering, während Magnetventile, Leuchten oder Relais deutlich höhere Ströme aufnehmen können.
Bei der Auslegung sind zu prüfen:
- maximaler Dauerstrom des Schaltausgangs,
- Kurzschluss- und Überlastschutz,
- Einschaltstrom der Last,
- Spannungsabfall am aktiven Ausgang,
- Rest- beziehungsweise Leckstrom im ausgeschalteten Zustand,
- zulässige Schaltfrequenz,
- Umgebungstemperatur und mögliche Stromreduzierung.
Ein aktiver Transistorausgang verhält sich nicht wie ein ideal geschlossener Kontakt. An seiner Ausgangsstufe bleibt ein kleiner Spannungsabfall bestehen. Bei niedriger Versorgungsspannung kann dadurch an der angeschlossenen Last zu wenig Spannung anliegen.
Im ausgeschalteten Zustand kann außerdem ein geringer Reststrom fließen. Dieser ist bei normalen SPS-Eingängen meist unkritisch, kann aber empfindliche elektronische Lasten oder hochohmige Eingänge beeinflussen.
Ventile, Schütze und andere induktive Lasten
Spulen in Magnetventilen, Schützen oder Koppelrelais speichern magnetische Energie. Wird der Strom abgeschaltet, kann eine hohe Gegenspannung entstehen. Ohne geeignete Schutzbeschaltung belastet sie den Transistorausgang oder Relaiskontakt des Druckschalters.
Bei Gleichspannung werden häufig Freilaufdioden, Suppressordioden oder geeignete Varistoren eingesetzt. Bei Wechselspannung können beispielsweise RC-Glieder oder Varistoren erforderlich sein. Die Schutzbeschaltung muss zur Spannung, Polarität und geforderten Abschaltzeit passen.
Eine einfache Freilaufdiode reduziert die Abschaltüberspannung wirksam, kann aber das Abfallen eines Magnetventils oder Relais verzögern. Bei schnellen Abschaltvorgängen kann daher eine andere Schutzschaltung sinnvoller sein.
Reicht der zulässige Ausgangsstrom des Druckschalters nicht aus, sollte ein Koppelrelais, ein geeignetes Halbleitermodul oder eine SPS-Ausgangsstufe zwischengeschaltet werden. Der Druckschalter steuert dann nur den kleinen Eingangsstrom des Koppelglieds.
Open Collector, Pull-up und Pull-down
Bei einem Open-Collector- oder Open-Drain-Ausgang stellt der Druckschalter nicht in jedem Zustand selbst ein vollständiges High- und Low-Signal bereit. Die externe Last oder Eingangsschaltung muss den erforderlichen Gegenpfad herstellen.
Bei einem NPN-Open-Collector-Ausgang wird der Ausgang im aktiven Zustand gegen 0 V geschaltet. Ein Pull-up-Widerstand oder die Eingangsschaltung der SPS zieht das Signal im inaktiven Zustand auf die positive Versorgung.
Bei einem entsprechenden PNP-Ausgang stellt die externe Schaltung einen Pfad gegen 0 V bereit. In industriellen SPS-Anwendungen übernimmt der Digitaleingang häufig gleichzeitig die Funktion der erforderlichen Last, sodass kein separater Widerstand eingebaut werden muss.
Ein zu hochohmiger Eingang kann jedoch dazu führen, dass Leckströme einen scheinbaren Schaltzustand erzeugen. Ein zu kleiner Widerstand belastet dagegen den Ausgang unnötig stark. Pull-up- und Pull-down-Widerstände dürfen deshalb nicht ohne Berechnung ergänzt werden.
Moderne Push-Pull-Ausgänge können sowohl Strom liefern als auch aufnehmen. Einige Druckschalter lassen sich dadurch per Parametrierung zwischen PNP- und NPN-Verhalten umschalten.
M12-Stecker und Anschlussbelegung
Viele elektronische Druckschalter besitzen einen 4- oder 5-poligen M12-Stecker. Eine häufig verwendete Belegung ist:
| Pin | Häufige Funktion |
|---|---|
| Pin 1 | L+ beziehungsweise positive Versorgung |
| Pin 3 | L− beziehungsweise 0 V |
| Pin 4 | Schaltausgang Q1 oder IO-Link-C/Q |
| Pin 2 | Zweiter Schaltausgang oder Analogausgang |
| Pin 5 | Modellabhängige Zusatzfunktion |
Diese Belegung ist verbreitet, aber nicht für jedes Gerät verbindlich. Besonders Pin 2 und Pin 5 können je nach Ausführung unterschiedliche Funktionen besitzen. Kabeladerfarben, Pinbelegung und Ausgangskonfiguration müssen immer anhand des gerätespezifischen Anschlussbildes geprüft werden.
Auch ein passender M12-Stecker garantiert keine elektrische Kompatibilität. Zwei Geräte können mechanisch miteinander verbunden werden, obwohl die Pins unterschiedliche Funktionen oder Spannungen führen.
Wann ist IO-Link sinnvoll?
Bei einem klassischen PNP- oder NPN-Ausgang erhält die SPS im Wesentlichen die Information „Schaltpunkt erreicht“ oder „Schaltpunkt nicht erreicht“. IO-Link ermöglicht zusätzlich den digitalen Austausch von Prozesswerten, Parametern, Status- und Diagnoseinformationen.
Damit können abhängig vom Druckschalter beispielsweise übertragen oder eingestellt werden:
- aktueller Druckwert,
- Schalt- und Rückschaltpunkt,
- Hysterese oder Fensterfunktion,
- Ein- und Ausschaltverzögerung,
- Einheit und Dämpfung,
- Minimal- und Maximalwert,
- Temperatur- oder Gerätestatus,
- Überlast- und Diagnosemeldungen.
Für IO-Link wird ein geeigneter IO-Link-Master benötigt. In der Standard-I/O-Betriebsart kann derselbe Anschluss bei vielen Geräten weiterhin als konventioneller Schaltausgang verwendet werden. Die konkret verfügbaren Betriebsarten sind jedoch modellabhängig.
IO-Link ist besonders sinnvoll, wenn viele baugleiche Druckschalter eingesetzt, Einstellungen automatisch auf Ersatzgeräte übertragen oder zusätzliche Diagnoseinformationen in der SPS ausgewertet werden sollen.
Typische Verdrahtungs- und Bestellfehler
PNP-Druckschalter wird an einen NPN-Eingang angeschlossen
Ausgang und Eingang arbeiten mit derselben Schaltpolarität und bilden keinen korrekten Strompfad. Die SPS erkennt den Schaltzustand nicht zuverlässig.
Gemeinsames Bezugspotenzial fehlt
Druckschalter und SPS werden aus unterschiedlichen Netzteilen versorgt, deren 0-V-Potenziale nicht verbunden sind. Der Transistorausgang hat dadurch keinen definierten Bezug zum SPS-Eingang.
PNP wird mit Schließer verwechselt
PNP beschreibt die elektrische Polarität des Ausgangs. Schließer beziehungsweise Öffner beschreibt dessen logische Funktion. Beide Angaben werden für eine eindeutige Bestellung benötigt.
Ein Magnetventil wird direkt geschaltet
Der Nennstrom scheint unterhalb des zulässigen Ausgangsstroms zu liegen, der Einschaltstrom oder die induktive Abschaltspannung wird jedoch nicht berücksichtigt.
Der Relaiskontakt wird nach dem ohmschen Maximalwert ausgewählt
Eine induktive Last kann den Kontakt wesentlich stärker belasten. Die zulässige Gebrauchskategorie und die Herstellerangaben für die konkrete Lastart sind entscheidend.
Pinbelegung wird nur anhand der Aderfarbe angenommen
Vorkonfektionierte Leitungen verwenden häufig standardisierte Farben. Trotzdem muss die Zuordnung am Stecker und am Druckschalter geprüft werden.
Analogausgang und Schaltausgang werden verwechselt
Ein 4–20-mA- oder 0–10-V-Ausgang liefert einen kontinuierlichen Messwert und gehört auf einen Analogeingang. Ein PNP- oder NPN-Ausgang liefert ein binäres Signal für einen Digitaleingang.
Fehlersuche bei ausbleibendem SPS-Signal
Zeigt der Druckschalter den richtigen Druck und einen aktiven Schaltzustand an, die SPS erkennt jedoch kein Signal, sollte systematisch geprüft werden:
- Versorgung messen: Liegt die richtige Spannung zwischen L+ und L− direkt am Druckschalter an?
- Ausgangskonfiguration kontrollieren: Ist der Ausgang auf PNP, NPN, Push-Pull, IO-Link oder Analogbetrieb eingestellt?
- Schaltlogik prüfen: Ist der Ausgang als Schließer, Öffner, Hysterese- oder Fensterfunktion parametriert?
- Ausgangsspannung messen: Bei PNP zwischen Ausgang und 0 V, bei NPN abhängig von der Schaltung zwischen Ausgang und positiver Versorgung messen.
- SPS-Eingang kontrollieren: Ist die Karte für die verwendete Ausgangslogik geeignet und korrekt versorgt?
- Bezugspotenziale prüfen: Sind die erforderlichen 0-V- beziehungsweise Versorgungspotenziale verbunden?
- Pinbelegung vergleichen: Stimmen Gerätestecker, Kabel und SPS-Klemme mit dem Anschlussplan überein?
- Last abklemmen: Prüfen, ob Überlast oder Kurzschluss den Ausgang abschaltet.
- Schaltpunkt simulieren: Druck kontrolliert oberhalb und unterhalb des Schalt- und Rückschaltpunktes verändern.
Besitzt der Druckschalter zusätzlich einen 4–20-mA-Ausgang, kann dieser mit einem geeigneten Multimeter oder dem Druck UPS4E Stromschleifen-Kalibrator geprüft werden. Ein plausibler Analogwert bei fehlendem Schaltsignal weist auf ein Problem in der Ausgangskonfiguration, Verdrahtung oder Digitaleingangskarte hin.
Praxisbeispiel: Druckfreigabe an einer Hydraulikanlage
Eine Hydraulikpumpe soll einen Bearbeitungsvorgang erst freigeben, wenn ein Systemdruck von 120 bar erreicht ist. Die Steuerung besitzt 24-V-DC-Digitaleingänge für Plus-schaltende Sensoren.
Für die Anwendung wird ein elektronischer Druckschalter mit PNP-Ausgang ausgewählt. Der Schaltpunkt wird auf 120 bar und der Rückschaltpunkt auf 110 bar eingestellt. Die Hysterese verhindert, dass die Freigabe bei kleinen Druckschwankungen ständig ein- und ausgeschaltet wird.
Die Versorgung des Druckschalters wird mit +24 V und 0 V verbunden. Der PNP-Ausgang wird auf einen Digitaleingang der SPS geführt. Der gemeinsame Anschluss der Eingangsgruppe liegt auf 0 V.
Bei der Inbetriebnahme zeigt der Druckschalter bei 125 bar einen aktiven Ausgang an, die SPS bleibt jedoch auf „0“. Eine Messung ergibt am Ausgang gegenüber 0 V ungefähr 24 V.
Die Kontrolle im Schaltschrank zeigt, dass der gemeinsame Anschluss der SPS-Eingangsgruppe versehentlich auf +24 V gelegt wurde. Die Eingangskarte war damit für eine NPN-Verdrahtung beschaltet. Nach der Korrektur auf 0 V erkennt die SPS das PNP-Signal ordnungsgemäß.
Das Beispiel zeigt, dass ein funktionsfähiger Druckschalter allein nicht genügt. Ausgangslogik, Versorgung, gemeinsame Potenziale und SPS-Eingang müssen als vollständiger Stromkreis betrachtet werden.
Ausgangssignal richtig auswählen
Für die Auswahl sollten mindestens folgende Angaben geklärt werden:
- Versorgungsspannung des Druckschalters,
- PNP-, NPN- oder universeller SPS-Eingang,
- Schließer-, Öffner- oder Wechslerfunktion,
- Anzahl der benötigten Schaltpunkte,
- maximaler Last- und Einschaltstrom,
- ohmsche, induktive oder kapazitive Last,
- erforderliche galvanische Trennung,
- Gleich- oder Wechselspannung im Lastkreis,
- zusätzlicher 4–20-mA- oder 0–10-V-Ausgang,
- IO-Link-Anbindung und Diagnosebedarf,
- Anschlussart und Pinbelegung,
- gewünschte Hysterese, Fensterfunktion und Verzögerung.
| Anforderung | Meist geeigneter Ausgang |
|---|---|
| Direkte Anbindung an einen europäischen 24-V-SPS-Eingang | Häufig PNP, Eingangsdaten dennoch prüfen |
| Steuerung erwartet ein gegen 0 V schaltendes Signal | NPN |
| AC-Spannung oder getrenntes Potenzial schalten | Relais beziehungsweise geeigneter potenzialfreier Kontakt |
| Hohe Last oder Magnetventil schalten | Koppelrelais oder separate Ausgangsstufe |
| Schaltzustand und kontinuierlichen Druckwert erfassen | Schaltausgang plus 4–20 mA oder 0–10 V |
| Zentrale Parametrierung und Diagnose | IO-Link |
| Bestehenden mechanischen Druckschalter ersetzen | Schließer, Öffner oder Wechsler mit passender Kontaktbelastbarkeit |
Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
Elektronische Druckschalter
Die Kategorie elektronische Druckschalter umfasst unterschiedliche Geräte mit PNP-, NPN-, Analog- und IO-Link-Ausgängen.
Die verfügbaren Ausgänge unterscheiden sich je nach Modell und Ausführung. Vor der Bestellung müssen deshalb nicht nur Messbereich und Prozessanschluss, sondern auch Ausgangsanzahl, Schaltlogik, Laststrom, Steckerbelegung und Versorgung festgelegt werden.
IDS350 mit umschaltbarem PNP-/NPN-Ausgang und IO-Link
Der IDS350 ist ein elektronischer Druckschalter mit Edelstahlsensor und IO-Link-Schnittstelle.
Sein Signalausgang kann abhängig von der Konfiguration als IO-Link, PNP, NPN, 0–10 V oder 4–20 mA betrieben werden. Dadurch eignet sich das Gerät besonders für Maschinen und Anlagen, bei denen verschiedene Steuerungssysteme oder Ausgangsarten unterstützt werden müssen.
Schaltpunkte und weitere Parameter können über das Menü oder IO-Link eingestellt werden. Zusätzlich können Prozess-, Status- und Diagnoseinformationen an die übergeordnete Steuerung übertragen werden.
WIKA PSD-4
Der WIKA PSD-4 ist ein elektronischer Druckschalter mit Digitalanzeige für Anwendungen wie Werkzeugmaschinen, Hydraulik, Pneumatik, Pumpen und Kompressoren.
Je nach Ausführung stehen frei konfigurierbare PNP-/NPN-Schaltausgänge sowie 4–20-mA- oder 0–10-V-Analogsignale zur Verfügung. Optional kann das Gerät über IO-Link in ein Automatisierungssystem eingebunden werden.
Der PSD-4 ist damit geeignet, wenn neben dem binären Grenzsignal auch ein kontinuierlicher Druckwert oder eine digitale Parametrierung benötigt wird.
WIKA PSM02 mit mechanischem Schaltkontakt
Der WIKA PSM02 ist ein kompakter mechanischer Druckschalter mit einstellbarem Schaltpunkt und einstellbarer Hysterese.
Er ist als Schließer, Öffner oder Wechsler erhältlich. Damit eignet er sich für Anwendungen, bei denen ein klassischer elektrischer Kontakt anstelle eines PNP- oder NPN-Transistorausgangs benötigt wird.
Die zulässige Kontaktbelastung muss passend zur Versorgung und Last geprüft werden. Bei induktiven Verbrauchern oder hoher Schalthäufigkeit kann ein zusätzliches Koppelrelais beziehungsweise eine Schutzbeschaltung erforderlich sein.
Druckschalter und Differenzdruckschalter
Die übergeordnete Kategorie Druckschalter / Differenzdruckschalter enthält neben elektronischen Geräten auch mechanische Druckschalter, Differenzdruckschalter, Druckwächter und Ausführungen für besondere Anwendungen.
Mechanische Geräte sind häufig sinnvoll, wenn ein einfacher potenzialfreier Kontakt, eine robuste Grenzwertüberwachung oder der Betrieb ohne elektronische Signalverarbeitung benötigt wird. Elektronische Druckschalter bieten dagegen eine höhere Flexibilität bei Schaltpunkten, Hysterese, Anzeige, Analogausgang und Kommunikation.
Fazit: Ausgangslogik und SPS-Eingang müssen zusammenpassen
PNP-, NPN- und Relaisausgänge erfüllen unterschiedliche elektrische Aufgaben. Ein PNP-Ausgang schaltet die positive Versorgung zum Eingang, während ein NPN-Ausgang den Strom gegen 0 V ableitet. Ein Relais- oder mechanischer Kontakt öffnet beziehungsweise schließt dagegen einen getrennten Stromkreis.
Schließer und Öffner sind keine Alternativen zu PNP und NPN. Sie beschreiben die logische Funktion des jeweiligen Ausgangs. Für eine eindeutige Bestellung werden daher beispielsweise Angaben wie „PNP, Schließer“ oder „potenzialfreier Wechsler“ benötigt.
Vor dem Anschluss an eine SPS müssen Eingangsschaltung, gemeinsame Potenziale, Schaltschwellen und Pinbelegung geprüft werden. Die gleiche Versorgungsspannung allein garantiert noch keine Kompatibilität.
Transistorausgänge sind vor allem für SPS-Eingänge und kleine Steuerlasten vorgesehen. Magnetventile, Schütze und andere induktive Verbraucher dürfen nur direkt geschaltet werden, wenn Ausgangsstrom, Einschaltstrom und Schutzbeschaltung ausdrücklich passen.
IO-Link bietet zusätzliche Möglichkeiten für Parametrierung, Diagnose und Übertragung des kontinuierlichen Druckwertes. Für einfache Grenzwertaufgaben kann dagegen ein klassischer PNP-Ausgang oder ein mechanischer Schaltkontakt die wirtschaftlichere Lösung sein.
Häufige Fragen zu PNP-, NPN- und Relaisausgängen
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen PNP und NPN?
Ein PNP-Ausgang schaltet im aktiven Zustand die positive Versorgung zum Ausgang. Ein NPN-Ausgang verbindet den Ausgang im aktiven Zustand mit 0 V.
Kann ich einen PNP-Druckschalter an jeden 24-V-SPS-Eingang anschließen?
Nein. Der Digitaleingang muss für ein Plus-schaltendes Signal ausgelegt und mit dem richtigen Bezugspotenzial verbunden sein. Das Datenblatt der SPS-Karte ist maßgeblich.
Ist PNP dasselbe wie Schließer?
Nein. PNP beschreibt die elektrische Ausgangsstufe. Schließer beschreibt die logische Funktion. Ein PNP-Ausgang kann je nach Gerät als Schließer oder Öffner parametriert werden.
Wann benötige ich einen Relaisausgang?
Ein Relais- oder potenzialfreier Kontakt ist sinnvoll, wenn galvanisch getrennte Stromkreise, Wechselspannung oder eine bestehende Kontaktsteuerung geschaltet werden sollen.
Kann ein Druckschalter ein Magnetventil direkt schalten?
Nur wenn Dauerstrom, Einschaltstrom, Betriebsspannung und induktive Abschaltenergie innerhalb der Ausgangsspezifikation liegen. Häufig ist ein Koppelrelais oder eine separate Ausgangsstufe die robustere Lösung.
Warum leuchtet die Schalt-LED, aber die SPS erkennt kein Signal?
Mögliche Ursachen sind eine falsche PNP-/NPN-Konfiguration, fehlendes Bezugspotenzial, eine falsche Pinbelegung, ein ungeeigneter SPS-Eingang oder ein überlasteter Ausgang.
Was bedeutet Push-Pull-Ausgang?
Ein Push-Pull-Ausgang kann das Signal aktiv in Richtung der positiven Versorgung und in Richtung 0 V treiben. Je nach Gerät kann er als PNP-, NPN- oder automatisch erkannter Ausgang konfiguriert werden.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Geräteauswahl?
Benötigt werden Druckbereich, Medium, Temperatur, Prozessanschluss, Versorgungsspannung, SPS-Eingangstyp, PNP-/NPN- oder Kontaktanforderung, Schließer-/Öffnerfunktion, Laststrom, Lastart, Anschlussbelegung sowie Anforderungen an Analogausgang und IO-Link.