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Sicher positionieren – mit nur einem Sensor

01 Die neue Generation von Positioniersystemen ermöglicht eine sichere Absolut-Positionierung nach SIL3/PL e mit nur einem einzigen Sensor

01 Die neue Generation von Positioniersystemen ermöglicht eine sichere Absolut-Positionierung nach SIL3/PL e mit nur einem einzigen Sensor

02 Über das Datamatrix-Codeband lässt sich eine exakte Positionierung und Spurverfolgung realisieren

02 Über das Datamatrix-Codeband lässt sich eine exakte Positionierung und Spurverfolgung realisieren

03 Durch das erweiterte Lesefenster sowie den großen Tiefenschärfebereich sind enge   Kurvenradien sowie Steigungs- und Gefällstrecken problemlos möglich

03 Durch das erweiterte Lesefenster sowie den großen Tiefenschärfebereich sind enge Kurvenradien sowie Steigungs- und Gefällstrecken problemlos möglich

Im Rahmen der Maschinenrichtlinie sind Anforderungen formuliert, die gewährleisten sollen, dass alle in Verkehr gebrachten Maschinen und Anlagen sicher sind. Mit der neuen Generation von Positioniersystemen von Pepperl+Fuchs lässt sich der geforderte Level SIL3/PL e erreichen – und das mit nur einem einzigen Sensor.
Bisher war eine sichere Absolut-Positionierung nach SIL3/ PL e wegen dem erheblichen Aufwand und den hohen Kosten kaum wirtschaftlich realisierbar. So mussten Maschinenbauer dafür erforderlich, redundante Systeme mit unterschiedlichen Sensoren beziehungsweise unterschiedlicher Technologie aufbauen. Darüber hinaus war eine Plausibilitätsprüfung der Daten in der sicheren Steuerung notwendig und die gesamte Entwicklung musste vom TÜV begleitet sowie abgenommen werden.
Zweifarbig codiert
Bei den Positioniersystemen „safePGV“ und „safePXV“ (Bild 1) von Pepperl+Fuchs ist dies alles in einem Sensor enthalten. Die Sicherheitstechnologie kombiniert einen 2D-Lesekopf mit einem dreifarbigen Datamatrix-Codeband (Bild 2), bei dem sich zwei Datamatrix-Codes in Rot und Blau überlagern. Der 2D-Lesekopf hat zwei unterschiedlich farbige LED-Ringe – ebenfalls in Rot und Blau, die getrennt voneinander aktiviert werden und dann jeweils nur einen Datamatrix-Code auslesen.
Das eigentliche Gehirn dieser Positioniersysteme ist die innovative Firmware. Durch sie werden die unterschiedlichen LED-Farben mit einem als sicher zu bewerteten Algorithmus angesteuert. Jeder Code wird dann unabhängig im Sicherheitsteil des Sensors direkt auf Plausibilität überprüft. Dabei muss die mathematisch zufällige Blitzfolge mit der späteren Position übereinstimmen. Da die Ansteuerung der unterschiedlichen LED über den Sicherheitsteil realisiert wird, weiß die Kameraauswertung nicht, mit welcher Beleuchtungsfarbe gerade aufgenommen wird. Sie vergleicht daher lediglich die aufgenommenen Daten mit dem Erwartungswert. Auf diese Weise wird stetig geprüft, ob die Software in der Kamera noch korrekt funktioniert. Die Firmware des Systems plausibilisiert also bereits im Sensor alle Daten und gibt sie erst dann über Profisafe an die sichere Steuerung weiter. Dort lassen sie sich direkt, ohne Prüfung, weiterverarbeiten. Das Ergebnis ist eine zuverlässige Sensor-Technologie, die sich permanent selbst kontrolliert; realisiert, in einem System, das maximale Sicherheitsanforderungen erfüllt und dabei hoch effizient ist.
Bewährte Kombination
Bei der Absolut-Positionierung setzt Pepperl+Fuchs bereits seit Jahren auf die Kombination aus 2D-Lesekopf und Datamatrix-Codeband. In unzähligen Applikationen konnten sich die Systeme seither bewähren und wurden dabei konsequent weiter optimiert. Das gilt auch für die neueste Generation der Positioniersysteme, die jetzt über deutlich größere Lesefenster von 120 mm × 80 mm verfügt. Für die Praxis bedeutet das eine Weiterentwicklung, die gleich mehrfache Redundanz gewährleistet. So ist nicht nur jeder einzelne Code in puncto Daten bereits redundant in sich. Durch das große Fenster ist es möglich, stets fünf Datamatrix-Codes gleichzeitig zu erfassen. Dies stellt selbst bei stark verschmutzten oder beschädigten Codes eine optimale Funktionalität sicher. Die Positioniersysteme „safePGV“ und „safePXV“ sind damit besonders zuverlässig – ein entscheidender Vorteil im Hinblick auf Anlagenverfügbarkeit und Effizienz.
Das erweiterte Lesefenster hat aber noch zusätzliche Vorteile. In Kombination mit dem großen Tiefenschärfebereich ermöglicht es gute Lesbarkeit und damit hohe Toleranz bei der Streckenführung. Enge Kurvenradien, Steigungs- und Gefällstrecken sind mit den Codebändern problemlos realisierbar (Bild 3) – und das auf einer Entfernung von über 10 km. Dabei können die Codebänder bis zu 75 mm unterbrochen sein, ohne dass sich das auf die Performance auswirkt, was gerade bei langen Streckenverläufen von Vorteil ist, wenn beispielsweise Dehnungsfugen in Gebäuden zu überbrücken sind.
In der Praxis
Der „safePXV“ eignet sich vor allem für die sichere Absolut-Positionierung von Elektrohängebahnen (EHB), Regalbediengeräten in der Lager- und Fördertechnik oder Drehtischen im Maschinenbau sowie für den Aufzugsbau und für Windenergieanlagen. Bei der Entwicklung des Systems war neben Sicherheit und Zuverlässigkeit auch die einfache Handhabung von großer Bedeutung. So ist die Montage denkbar schnell und unkompliziert möglich. Das Codeband wird bereits in passender Länge geliefert und ist nur noch aufzukleben. Nachdem das Gerät grob darauf ausgerichtet wurde, lässt sich das System direkt über die Steuerung parametrieren.
Der „safePGV“ bietet sich für die Navigation von fahrerlosen Transportsystemen (FTS) in der Lager- und Fördertechnik, der Zuführung sowie der Produktion an. Dafür liefert der Sensor neben der Absolut-Positionierung alle Werte, die zur sicheren Steuerung notwendig sind. Durch Ausgabe der Y-Position sowie des Winkels lassen sich Spurabweichungen permanent korrigieren. Darüber hinaus gewährleistet das System dank sicherer X-Position zu jeder Zeit den notwendigen Sicherheitsabstand zwischen den fahrerlosen Transportsystemen und damit auch den Schutz aller daran beschäftigten Personen. Die notwendigen Daten dafür stellt das Protokoll immer bereit. So ist das neue Positioniersystem für alle Navigationsoptionen gerüstet und damit auch eine sichere Investition in die Zukunft.
Vor allem aber ist mit dieser neuen Generation von Positioniersystemen die sichere Absolut-Positionierung nach SIL3/PL e mit nur einem einzigen Sensor möglich. Ein entscheidender Schritt um den Schutz von Mensch und Anlagen künftig noch zuverlässiger sicherzustellen. (no)

Dipl.-Ing. (FH) Armin Hornberger ist Leiter Produktmanagement Industrial Vision Components bei der Pepperl+Fuchs GmbH in Mannheim. ahornberger@de.pepperl-fuchs.com

Dipl.-Ing. (FH) Armin Hornberger ist Leiter Produktmanagement Industrial Vision Components bei der Pepperl+Fuchs GmbH in Mannheim. ahornberger@de.pepperl-fuchs.com