Optoelektronische Sensorik Welcher Sensortyp für stationäre und mobile Anwendungen passt

Dort, wo Personen häufig in einen Gefahrenbereich eintreten oder Material zugeführt wird, sollten Sicherheit, Anwenderfreundlichkeit und Produktivität miteinander in Einklang gebracht werden. Optische Schutzeinrichtungen sind dabei die richtige Wahl. Doch wann wird welcher Sensortyp eingesetzt?

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Als Faustformel gilt: Immer dann, wenn mit optischen Verfahren gut gearbeitet werden kann und eine eher saubere Maschinenumgebung vorliegt, sind Scanner oder Lichtgitter eine sehr gute Wahl. Sie alle sichern zweidimensionale Flächen, wie Zugänge und Bodenflächen und detektieren entweder statische (Lichtgitter) oder nicht statische Hindernisse (FTS). Dabei deckt die Überwachung von dynamischen Hindernissen ggf. auch statische Anwendungsbereiche – Stichwort: Zutrittskontrolle oder Hintertretschutz – mit ab.

Im Einzelfall sind es daher mehrere Kriterien, die darüber entscheiden, welche Schutztechnologie genutzt werden kann oder soll.

• Soll eine Eingriffsstelle oder ein Zugang zu einer Applikation sicher, mit hoher Auflösung und mit kurzen Reaktionszeiten überwacht werden, sind Lichtgitter die richtige Wahl.

• Sollen jedoch ganze Bereiche mit verschiedenen Schutzfeldern oder sehr große Bereiche – Scanner decken bis zu 40 m ab – abgesichert werden, dann eignet sich hierzu die Scannertechnologie, die – anders als Lichtgitter – eine präzise Kantenschärfe bieten und jegliche Art von Gegenstand erfassen können.

Lichtgitter im Fokus: Barrierefrei und robust

Sicherheitslichtgitter finden vor allem Anwendung, wenn barrierefreie Sicherheitslösungen umgesetzt werden müssen. Dies ist der Fall, wenn Prozesse nicht zu hundert Prozent vollautomatisch ablaufen, es also offene Zugänge bzw. Eingriffsstellen an der Maschine gibt. Um den Schutzbetrieb aufrecht zu halten und dennoch Material durch das Lichtgitter zu führen, stehen erweiterte Funktionen wie Blanking, Kaskadierung oder Muting bereit.

• Blanking kennt zwei Varianten: Das Ausblenden bestimmter Lichtgitterstrahlen, weil ein Objekt – z. B. ein Förderband – permanent in das Schutzfeld ragt (Fixed Blanking). Bewegt sich das Objekt, dann kommt Floating Blanking zum Einsatz.

• Übergreif- und Hintertretschutz-Anwendungen ermöglicht die Kaskadier-Funktion der Lichtgitter, mit der sich Schutzfelder ohne Totzonen aneinanderreihen lassen.

• Beim Muting werden die Lichtgitterstrahlen nur zeitweise im laufenden Betrieb überbrückt, um Material durch das Schutzfeld zu führen.

Eine weitere Anforderung, die Lichtgitter gut erfüllen, ist die Schockbeständigkeit. Diese muss essenziell funktional abgedeckt werden, wenn es um raue Umgebungen geht, in denen Vibration oder Kollision vorherrschen. Nur so lässt sich eine höhere Verfügbarkeit der Anlage gewährleisten.

Mit kurzen Ansprechzeiten von bis zu 6 ms und einer absoluten Totzonenfreiheit sichern die Lichtgitter von Pilz auch solche Gefahrenzonen ab. Die mechanische Belastbarkeit und damit hohe Verfügbarkeit zeichnet die extrem schockresistenten Lichtgitter Psen Opt II aus. Als einzige auf dem Markt sind sie mit einer Schockbeständigkeit von 50 g ausgerüstet – d. h. sie erreichen eine Beschleunigung von bis zu 50 g und übererfüllen damit sogar die höchste Schock-Klasse. Das prädestiniert sie für einen Einsatz in Roboterapplikationen, Verpackungsmaschinen und Pressen.

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4 Fragen an Tobias Ulmer, Produktmanager Sensorik bei Pilz

Tobias Ulmer ist Produktmanager Sensorik bei Pilz

Pilz bietet die Lichtgitter Psen Opt II auch kombiniert mit der sicheren Kleinsteuerung Pnoz Multi 2 an. Wann sollte ein Anwender darauf zurückgreifen?

Wenn in den Prozess eingegriffen werden muss. Die Absicherung mit Lichtgittern sorgt durch ihre Muting-Funktion dafür, dass in einem Schutzfeld definierte Ausnahmen zugelassen sind. Nicht alle Lichtgitter bieten aber diese Funktion. Hier kommt Pnoz Multi 2 ins Spiel: Im Softwaretool Pnoz Multi Configurator kann der Anwender für sequentielles, paralleles sowie Kreuz- und L-Muting entsprechende Lichtgitter-Funktionsbausteine wählen. Pnoz Multi 2 besitzt entsprechende Anschlüsse und ist direkt mit den Sicherheits-Lichtgittern kompatibel. Wer zum Beispiel Psen Opt II Lichtgitter einsetzt, kann in Verbindung mit der sicheren konfigurierbaren Kleinsteuerung Pnoz Multi 2 Muting leicht konfigurieren und umsetzen. Die Safety ist hierbei auch ein Pluspunkt: Sowohl Psen Opt II als auch Pnoz Multi 2 schalten die gefahrbringende Bewegung aus.

Welche Anwendungen oder Branchen adressieren Sie mit dieser Komplettlösung aus Steuerung und Sensorik?

Alle Anwendungen, bei denen prozess- oder fertigungsbedingt aktiv in den Produktionsprozess eingegriffen werden muss. Unser Fokus liegt beim Packaging zum Beispiel auf der sicheren Kartonagenzufuhr. Wir bieten eine TÜV-Süd-zertifizierte Lösung zur Überwachung für Sicherheitsanforderungen für PL d bzw. Kat. 3 nach EN ISO 13849-1 oder SIL CL 2 nach EN IEC 62061 mit Pnoz Multi 2 oder dem Sicherheitsrelais my Pnoz im Verbund. Wer Pnoz Multi 2 einsetzt, kann mit nur einem Basisgerät bei Bedarf gleichzeitig zwei Kartonage-Magazine überwachen. Ganz generell: Eine Komplettlösung bietet immer dann, wenn eine Zugangsabsicherung zur Diskussion steht, Vorteile. Zum Beispiel auch an Roboterzellen oder bei der Absicherung von Pressenarbeitsplätzen – Stichwort Taktbetrieb.

Wo liegt der Nutzen bzw. Mehrwert für den Anwender?

Wird die Kleinsteuerung eingesetzt, können gleich weitere Sicherheitsfunktionen mit überwacht werden, zum Beispiel Not-Halt oder Schutztüren. Zudem kann die Applikation mit einem Softwaretool erstellt werden, das per drag and drop Sicherheitsfunktionen zusammenstellt. Sicherheitsschaltungen werden mit einem Passwort-Schutz versehen. Dieser erlaubt über drei Ebenen einen gestaffelten Zugriff: Schaltpläne können Anwender jederzeit flexibel bearbeiten, ändern oder erweitern, fertige Konfigurationen können vor ungewollten Änderungen geschützt werden. Sicher sind sie immer: Das Softwaretool prüft erstellte Sicherheitsschaltungen auf Fehlerquellen und vergibt CRC-Checksummen zur höheren Sicherheit. Das einfache und sichere Engineering spart Zeit – und damit Kosten.

Welchen Anwendungen verlangen eher eine andere Steuerung?

Die bestimmende Größe für die Auswahl des passenden Sicherheitssystems ist immer der Funktionsumfang der Anlage. Nehmen wir die Feuerungstechnik: Bei Waffelbackmaschinen steuert und überwacht ein Basisgerät Pnoz m B1 Burner bis zu sechs Brenner unabhängig voneinander. Bei einer Kaltwalzanlage eines Stahlproduzenten aber, bei der neben Sicherheitsfunktionen für 50 Hauptbrenner sowie 30 Anfahrbrenner auch Standardfunktionen der bestehenden Maschinensteuerung umgesetzt werden müssen, kommt das Automatisierungssystem PSS 4000 zum Einsatz. Und andersherum gedacht: Bei der sicheren Kartonagenzufuhr kann auch ein my Pnoz die passendere Steuerungsvariante sein, wenn es sich um eine ‚einfache‘ Anwendung handelt.

Das Interview führte Ines Stotz

Laserscanner: Mobiles Plus

Sicherheits-Laserscanner dagegen eignen sich zur Bereichsabsicherung von statischen oder mobilen Gefahrenbereichen als Zutrittskontrolle oder auch für Hintertretschutz-Anwendungen.

Der Sicherheits-Laserscanner Psen Scan von Pilz zum Beispiel bietet eine zweidimensionale Flächenüberwachung mit einem Öffnungswinkel von 275° und einer Schutzfeldreichweite von bis zu 5,5 m, auch für den Bereich vertikaler Applikationen. Dank parametrierbarer Konfigurations-Sets ist das System flexibel: Bis zu 70 unterschiedliche Sets sind definierbar, die je aus mehreren Schutz- und Warnzonen verschiedener Anordnungen bestehen. Wie bei Lichtgittern kann ein Teil der Anlage oder der Ware unter vordefinierten Bedingungen in der Schutzfläche bewegt werden – ohne Maschinenstopp. Dafür sorgt die dynamische oder die partielle Mutingfunktion.

Ein Plus: Laserscanner lassen sich auch mobil einsetzen und dienen der Absicherung des Schutzraumes vor einem fahrerlosen Transportsystemen (FTS). Laserscanner wie von Pilz, für die ROS (Robot Operating System)-Pakete aus dem Open Source Framework zur Verfügung stehen, können auch für die dynamische Navigation von FTS – zum Beispiel anhand von SLAM – Simultaneous Localisation and Mapping – genutzt werden. Ein genaues Navigieren und die Anpassung an unterschiedliche Geschwindigkeiten stehen bei dieser Schutztechnologie im Fokus. Damit, sowie mit Funktionen wie Stand-by-Modus, sorgt die Scannertechnologie so für eine effizientere Überwachung mobiler Anwendungen. Geringerer Stromverbrauch, der Kosten einspart, inklusive.

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Das kann Radartechnologie

Während Scanner oder Lichtgitter prädestiniert für eher saubere Maschinenumgebungen sind, vertragen Radarsensoren raue Umgebungen mit Schmutzbelastung und Stäuben und lassen sich auch bei extremen Temperaturunterschieden und Wettereinflüssen einsetzen. Zudem kann Radartechnologie, die alle Materialien durchdringt, auch in Betracht gezogen werden, wenn es darum geht, nicht nur Flächen zu überwachen, sondern auch Objekte in einem 3-dimensionalen Raum zu erkennen.

Mit dem sicheren Radarsystem Psen Radar von Pilz etwa lässt sich eine Fläche von 4 x 15 m überwachen, wobei der tatsächliche Schutzraum dabei von der Anordnung, Installationshöhe und Neigung der Sensoren abhängig ist. Diese Lösung umfasst je nach Anwendung bis zu sechs Radarsensoren, eine Control Unit und die konfigurierbare sichere Kleinsteuerung Pnoz Multi 2.

Am Einsatzort können Schutzraum sowie System modular eingerichtet werden: Mehrere Sensoren, von denen jeder individuell konfiguriert werden kann, lassen sich frei miteinander kombinieren. Je nach Eigenschaft des zu überwachenden Bereichs kann entweder ein weiter oder ein schmaler Schutzraum eingerichtet werden.

Besonderes Feature: Mit der Self-Teaching-Background-Funktion lassen sich innerhalb des Warn- und Schutzraums Änderungen vornehmen, die nicht sofort eine neue Konfiguration erforderlich machen. Beispielsweise, wenn ganz banal noch eine Werkzeugkiste abzustellen ist.

Wie die Lichtgitter ermöglicht es auch hier ein integriertes Muting für das gesamte System oder für einzelne Sensoren, den Radarsensor für Applikationen mit Materialfluss einzusetzen, mit Vorteilen für den Output der Anlage.

Gleich welcher Sensortyp: Ein Service, der den gesamten Einkaufs- und Installationsprozess umfasst, spart weitere Zeit und Kosten für Planung und Umsetzung. Wenn von der Auswahl der passenden Komponenten bis hin zur Inbetriebnahme vor Ort Experten wie bei Pilz dem Anwender zur Seite stehen, lassen sich Projekte rund um die Volumen- bzw. Flächenüberwachung effizienter durchführen.

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