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Safety-Lösung

Einfach sicherer: Absolut-Positionierung nach SIL 3/PL e mit nur einem Sensor

| Autor: Armin Hornberger*

Seit Jahrzehnten setzt man bei Pepperl+Fuchs Maßstäbe in der Produktentwicklung. Jetzt ist dem Mannheimer Unternehmen erneut eine clevere Lösung gelungen: Eine neue Generation von Positioniersystemen ermöglichen erstmals die sichere Absolut-Positionierung nach SIL 3/PL e mit nur einem einzigen Sensor.

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Mit dem von Pepperl+Fuchs neu entwickelten Positioniersystem Safe PXV lassen sich engste Kurvenradien und Steigungen realisieren.
Mit dem von Pepperl+Fuchs neu entwickelten Positioniersystem Safe PXV lassen sich engste Kurvenradien und Steigungen realisieren.
(Bild: Pepperl+Fuchs)

Bereits 2011 hat man bei Pepperl+Fuchs in Sachen Positioniersysteme neue Wege eingeschlagen und die Technologie seither kontinuierlich weiterentwickelt. Bisher mangelte es aber noch an effizienten Safety-Lösungen für die Absolut-Positionierung und sichere Navigation. Wo nämlich Maschinen und Anlagen durch elektrische oder elektronische Systeme und Sensoren gesteuert werden, kann das erhebliche Gefahren für den Menschen zur Folge haben. Aus diesem Grund müssen hier hohe gesetzliche Auflagen erfüllt werden, die im Rahmen der Maschinenrichtlinie formuliert sind.

Mit dem Safe PGV und dem Safe PXV hat Pepperl+Fuchs jetzt eine Generation Positioniersysteme entwickelt, die den dort geforderten Level SIL 3/PL e erstmals hoch effizient mit einem einzigen Sensor erreicht.

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Absolut-Positionierung bekommt mehr Sicherheit

Anlagenbetreibern war es bisher kaum möglich, die sichere Absolut-Positionierung nach SIL 3/PL e zu realisieren. Der Aufwand und die damit verbundenen Kosten waren schlicht zu groß, da redundante Systeme mit unterschiedlichen Sensoren bzw. unterschiedlicher Technologie erforderlich waren. Darüber hinaus war eine aufwendige Plausibilitätsprüfung der Daten in der sicheren Steuerung notwendig; außerdem musste der TÜV die Entwicklung begleiten und abnehmen.

All das leisten nun die Positioniersysteme Safe PGV und Safe PXV effizient mit nur einem einzigen Sensor. Eine neue Generation von Sicherheitslösungen, die im Grunde auf einer seit Jahren bewährten Technologie basiert: Der zuverlässigen Kombination, eines 2D-Lesekopfs und des DataMatrix-Codes. Das einzigartig neue bei der Safety-Variante ist allerdings, dass sich zwei DataMatrix-Codes in Rot und Blau überlagern. Entsprechend ist auch der 2D-Lesekopf mit zwei LED-Ringen in Rot und Blau ausgestattet. In jedem der Codes befinden sich Positions- und Sicherheitsinformationen, die farbig sichtbar gemacht werden und so von der Kamera auslesbar sind.

Die neue Firmware ist das eigentliche Gehirn der Positioniersysteme. Über einen als sicher bewerteten Algorithmus steuert sie die LED-Farben. Jeder ausgelesene Code wird dann unabhängig im Sicherheitsteil des Sensors direkt auf Plausibilität überprüft. Dabei muss die mathematisch zufällige Blitzfolge mit der tatsächlichen Position übereinstimmen. Weil die LEDs über den Sicherheitsteil angesteuert werden, weiß die Kameraauswertung nie, mit welcher Beleuchtungsfarbe gerade aufgenommen wird. Es wird lediglich der Erwartungswert mit den tatsächlich aufgenommenen Daten des Codes abgeglichen.

Dass die Software in der Kamera noch korrekt arbeitet wird dabei kontinuierlich geprüft und gewährleistet. Die Firmware plausibilisiert folglich die Daten bereits selbst im Sensor bevor sie sie über Profisafe an die sichere Steuerung übergibt. Die sichere X-Position lässt sich daher ohne weitere Prüfung direkt dort weiterverarbeiten.

Bewährte Technologie, kontinuierlich optimiert

Auf Basis jahrelanger Erfahrung wurde die Technologie der Absolut-Positionierung bei Pepperl+Fuchs beständig weiterentwickelt. Das zeigt zum Beispiel das Lesefenster der neuen Safety-Generation, das auf nun 120 x 80 mm vergrößert wurde. Für die Praxis bedeutet das eine Weiterentwicklung, die gleich mehrfache Redundanz gewährleistet: Zum einen ist jeder einzelne Code in sich redundant in Bezug auf die enthaltenen Daten. Zum anderen können durch die Größe des Fensters stets bis zu fünf DataMatrix-Codes gleichzeitig erfasst werden. So ist selbst bei stark verschmutzten oder beschädigten Codes die Funktionalität jederzeit sichergestellt. Safe PGV und Safe PXV sind damit zuverlässig und sicher – ein entscheidender Vorteil im Hinblick auf Effizienz und Verfügbarkeit von Anlagen.

Auch in anderer Hinsicht ist das deutlich größere Lesefenster von Vorteil. Kombiniert mit großem Tiefenschärfebereich ermöglicht es hohe Toleranz bei der Streckenführung: Engste Kurvenradien, Steigungen und Gefälle sowie Entfernungen von bis zu 100 km sind realisierbar. Auch dürfen die Codebänder ohne die geringste Auswirkung auf die Performance bis zu 75 mm unterbrochen sein. Entscheidend ist das bei Anlagen mit langen Streckenverläufen, da sich Dehnungsfugen in Gebäuden ohne jede Störung überbrücken lassen.

Bei der Entwicklung des Systems war zudem auch die einfache Handhabung ein wichtiger Punkt. Daraus folgt eine schnelle und unkomplizierte Montage. Das in passender Länge gelieferte Codeband muss nur aufgeklebt und der Lesekopf grob darauf ausgerichtet werden. Die weitere Parametrierung kann mittels Profinet-GSDML-Datei direkt über die Sicherheitssteuerung erfolgen.

Positioniersysteme – branchenübergreifend einsetzbar

Safe PXV ist insbesondere für die sichere Absolut-Positionierung von Elektrohängebahnen (EHB) in der Automobilbranche geeignet. Etwa dort, wo Heber die Gehänge in andere Stockwerke bringen müssen. Die Sensoren melden zuverlässig, ob sich Heber und Gehänge in der gewünschten Position befinden. Erst dann kann das Gehänge einfahren und auch hier meldet ein Safe PXV, wann es die sichere Position erreicht hat. Neben dem Plus an Sicherheit nach SIL3/PL e ist hier auch eine erhebliche Kosten- und Zeitersparnis möglich, da an jeder Position statt bisher zwei nur noch ein Sensor verbaut wird.

Auch bei Krananlagen wird mit dieser Safety-Technologie die Arbeitssicherheit deutlich verbessert. So lassen sich über den Einsatz des Safe PXV absolut zuverlässig Sicherheitsbereiche definieren, um Güter gefahrlos abzusenken. Bei Brückenkranen in großen Hallen werden beispielsweise die seitlichen Fahrschienen sowie die Laufkatze und die Achse auf der sie sich bewegt damit ausgestattet. Über das DataMatrix-Codeband können die Sensoren dann die genaue Position an die sichere Steuerung melden.

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Safe PGV wiederum lässt sich zur Navigation von fahrerlosen Transportsystemen (FTS) in der Lager- und Fördertechnik, der Zuführung und der Produktion einsetzen. Der Sensor liefert dafür neben der sicheren X-Position auch alle Werte, die für eine zuverlässige Fahrzeugsteuerung erforderlich sind. Zum Beispiel in der Automobilfertigung kann so jederzeit ein Mindestabstand zwischen den Fahrzeugen und damit der Schutz aller daran beschäftigten Personen gewährleistet werden. Anlagenbetreiber können neben den sicheren Daten auch auf Winkel und Y-Positionen zugreifen und Spurabweichungen jederzeit problemlos korrigieren. Das Positioniersystem ist so für alle Navigationsoptionen gerüstet.

Diese wenigen Beispiele lassen bereits die große Bandbereite der branchenübergreifenden Anwendungsmöglichkeiten erahnen. Mit der neuen Generation von Positioniersystemen wurden wichtige Safety-Lösungen entwickelt, die erstmals die sichere Absolut-Positionierung nach SIL 3/PL e mit nur einem einzigen Sensor ermöglichen. Einfach und hoch effizient lässt sich so der zuverlässige Schutz von Mensch und Anlagen sicherstellen.

* Armin Hornberger, Leiter Produktmanagement IVC im Geschäftsbereich Fabrikautomation, Pepperl+Fuchs

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