Definition und Funktionsweise:
Ein Optokoppler (auch Opto-Isolator, Opto-Trennschalter, Photokoppler) ist ein elektronisches Bauteil, das dazu dient, elektrische Signale zwischen zwei Stromkreisen zu übertragen, die galvanisch voneinander getrennt sind. Das bedeutet, es gibt keine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangskreis.
Die Übertragung des Signals erfolgt dabei optisch (mittels Licht):
- Im Eingangskreis befindet sich eine Lichtquelle, typischerweise eine Leuchtdiode (LED).
- Im Ausgangskreis befindet sich ein lichtempfindlicher Sensor (z.B. ein Phototransistor, Photodiode, Phototriac), der auf das von der LED ausgestrahlte Licht reagiert.
- Wenn ein elektrisches Signal an die LED im Eingangskreis angelegt wird, leuchtet diese. Das Licht trifft auf den Sensor im Ausgangskreis und aktiviert diesen, wodurch ein elektrisches Signal im isolierten Kreis erzeugt wird.
Relevanz in der Automatisierungstechnik:
Optokoppler sind unverzichtbare Komponenten in der industriellen Automatisierung, insbesondere in SPS-I/O-Modulen und anderen Schnittstellen, da sie die Sicherheit und Störfestigkeit von Systemen erheblich verbessern:
- Galvanische Trennung: Schützt empfindliche Steuerungselektronik (SPS-CPU) vor hohen Spannungen, Stromspitzen, Masseschleifen und elektromagnetischen Störungen (Rauschen), die aus dem Feld kommen können.
- Störfestigkeit (EMV): Verhindert die Übertragung von Störungen von der Feldseite in die Steuerung oder umgekehrt.
- Potentialtrennung: Ermöglicht den sicheren Betrieb von Geräten oder Stromkreisen mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen.
- Schutz vor elektrischem Schlag: Trägt zur Sicherheit des Personals bei, indem es eine sichere Trennung zwischen gefährlichen Spannungen und berührbaren Teilen gewährleistet.
- Standard in I/O-Modulen: Digitale Eingangs- und Ausgangsmodule von SPSen verwenden standardmäßig Optokoppler zur galvanischen Trennung zwischen der SPS-internen Logik und der Feldverdrahtung.
Vorteile:
- Hohe Isolationsspannung: Können sehr hohe Spannungsunterschiede überbrücken.
- Schnelle Schaltzeiten: Geeignet für schnelle digitale Signale.
- Verschleißfrei: Keine beweglichen Teile.
- Kompakt.
Optokoppler sind ein grundlegendes Bauteil, das die Zuverlässigkeit und Sicherheit von elektrischen Schnittstellen in der Automatisierung maßgeblich beeinflusst.
→ Siehe auch: Galvanische Trennung, Digitaleingang, Digitalausgang, SPS, EMV-Richtlinie, Trennverstärker
