Ultraschallsensoren funktionieren nach dem Echo-Laufzeitverfahren, wobei der integrierte Schallwandler zyklisch als Sender, und nach der Reflexion der ausgesendeten Schallwellen z.B. an einem Objekt, als Empfänger fungiert. Geräte mit Analogausgang geben ein zur gemessenen Laufzeit proportionales Strom- bzw. Spannungssignal aus. Für Geräte mit Schaltausgang wird stattdessen eine Schaltschwelle festgelegt. Während der Schallwandler als Sender arbeitet, kann er keine Signale empfangen. Daher erfassen Ultraschalltaster Objekte im Nahbereich nur unzuverlässig oder gar nicht. Der sogenannte Blindbereich (Totzone) verhindert somit sowohl validierbare Messungen als auch zuverlässige Objekterfassungen.
Einfaches Umschalten von Tast- auf Reflexbetrieb
Für Ultraschallsensoren gilt zudem das Reflexionsgesetz, also Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Mitunter lenken daher unregelmäßige, strukturierte, runde oder schräge Objektoberflächen bei Ultraschalltastern mit Schaltausgang das Signalecho derart um, dass es nicht auf den Empfänger trifft. Solche Ultraschallsensoren lassen sich indes jetzt aufgrund der IO-Link-Schnittstelle einfach vom Taster zur Reflexschranke umschalten, wodurch sich vielfältige Möglichkeiten ergeben, die Geräte auf einen Hintergrund anstatt auf ein zu erfassendes Objekt einzustellen. Alle Abweichungen von einem solchen Hintergrund (Objekt im Detektionsbereich) werden somit sicher erfasst und führen zu einem Schaltverhalten. Neben einer zuverlässigen Erkennung von Objekten unabhängig von ihrer Oberfläche, existiert im Reflexbetrieb zudem keine Totzone.
Neue Betriebsmöglichkeiten
Auch die Inbetriebnahme von Sensoren mit Schaltausgang wird durch IO-Link leichter, da über die Schnittstelle verschiedene, frei wählbare Betriebsmodi bereitstehen. So können im Fenster-Modus zwei Grenzwerte festgelegt werden, die den Bereich definieren, der auf die Anwesenheit eines Objektes geprüft werden soll. Im 2-Punkt-Modus werden die Zustände ‚Objekt vorhanden‘ und ‚Objekt nicht vorhanden‘ eingelernt, worauf das Gerät automatisch den korrekten Schaltpunkt für die Abfrage setzt. Das dynamischen Teachen wurde hingegen eigens für die Sensoreinstellung bei bewegten Objekten entwickelt. Nach Aktivierung des Autoteach-Modus erfasst der Sensor automatisch die Zustände für ‚Objekt vorhanden‘ und ‚Objekt nicht vorhanden‘ und generiert hieraus eine Schaltschwelle. Grundsätzlich wird durch IO-Link die Installation und Inbetriebnahme von Ultraschallsensoren entscheidend vereinfacht und zudem deren Einsatzflexibilität gesteigert. Neben dem einfachen Umschalten von Tast- auf Reflexbetrieb und der Wahl der Betriebsmodi bei Geräten mit Schaltausgang gehören hierzu auch eine Reihe an Zusatzfunktionen, z.B. eine aktivierbare Temperaturkompensation, um stets eine konstante Messgenauigkeit zu erzielen. Darüber hinaus liefern die Sensoren wertvolle Informationen, etwa den tatsächlichen Messwert bzw. Abstand des Gerätes zu einem Objekt oder den Zustand des Signalausgangs. Somit ist u.a. unmittelbar ersichtlich, ob ein Sensor betriebsbereit ist und sich in einer für eine zuverlässige Detektion notwendigen Reichweite zu einem Objekt befindet. Dank IO-Link liefern Geräte mit Schaltausgang daher die gleichen Informationen, wie ein Ultraschallsensor mit Analogausgang. Darüber hinaus bietet die IO-Link-Schnittstelle weitere Optionen für individuelle Geräteeinstellungen, z.B. Einschaltvorgänge, Betriebsstundenzähler, Zeitfunktionen, Schaltanzahlzähler, Erfassung der aktuellen und maximalen Gerätetemperatur, minimaler und maximaler Objektabstand oder die Hystereseeinstellung.
Erhöhte Flexibilität durch IO-Link
Die Vorzüge von IO-Link werden bei den Ultraschallsensoren mit Analogausgang durch ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten noch deutlicher. So lässt sich das standardmäßige abstandsproportionale Messsignal im Bereich von 4-20mA über IO-Link auf 0-20mA oder 0-10V umschalten. Der Anwender erhält damit nun mehr Freiheiten bei der Wahl der für eine Applikation geeigneten Messsignale. Zusätzlich zum Analogausgang integrieren die Sensoren einen Teach-Eingang. Über die Definition des Start- und Endpunktes eines Messbereichs hinaus, können diesem Eingang via IO-Link mehrere Funktionen zugewiesen werden. Auf dieses Weise wird der Teach-Eingang z.B. zum Schaltausgang, sodass sämtliche Funktionen und Einstelloptionen genutzt werden können, die ansonsten nur bei den Geräten mit Schaltausgang zur Verfügung stehen. Eine weitere Besonderheit: Sofern mehrere Geräte auf engem Raum nebeneinander montiert werden, stehen zur Unterdrückung der gegenseitigen Beeinflussung mit dem Synchronisations- und dem Multiplexbetrieb zwei Funktionen über den Teach-Eingang zur Auswahl. Im Synchronisationsbetrieb erzeugen alle Sensoren zur gleichen Zeit einen Schallimpuls und schalten danach auf Empfang. Alle Geräte arbeiten somit im Einklang. Im Multiplexbetrieb erzeugt hingegen nur ein Sensor einen Schallimpuls und schaltet danach zur Auswertung des Echos auf Empfang, bevor der nächste Sensor aktiv wird. Allein schon mit diesen beiden Funktionen erhält die jüngste Gerätegeneration nun Betriebseigenschaften, die es zuvor bei Ultraschallsensoren ohne IO-Link-Schnittstelle gar nicht gab.
