Pepperl+Fuchs safePGV: Ein Sensor genügt für sichere Absolutposition

Das safePGV-System für spurgebundene Navigation.

Die hohen Anforderungen der Maschinenrichtlinie zu erfüllen, kann beträchtlichen Aufwand erfordern. Redundante Systeme, die auf dem Abgleich zwischen unterschiedlichen Sensoren und Technologien beruhen, sind komplex und kostspielig. Die notwendige Plausibilitätsprüfung der Daten in der sicheren Steuerung benötigt zudem zertifizierte Bausteine für die jeweiligen Steuersysteme. Mit ihrem neuen technischen Ansatz schaffen die Systeme safePGV und safePXV von Pepperl+Fuchs hier eine drastische Vereinfachung der Technik und ermöglichen so eine deutliche Kostensenkung.

Die neue Checker Funktion – Anzahl gelesener Codes + Codebandqualität in sieben Stufen.

Redundanz durch Mehrfarbigkeit und Selbstprüfung

Die identische technische Basis für beide Systeme besteht aus einem dreifarbigen DataMatrix-Band nach dem Standard ECC 200 und einer Kamera, die mit roter und blauer LED-Beleuchtung ausgestattet ist. Die Codes sind mit 15 x 15 mm Fläche überdurchschnittlich groß und tragen allein damit schon zur Robustheit des Gesamtsystems bei. Die Mehrfarbigkeit ist eine der Grundlagen seiner Redundanz: Die verschiedenfarbigen LED der Sensor-Kamera blitzen getrennt in einem sicherheitsbewerteten Ablauf. Mit dieser Maßnahme wird zum einen während der Hochlaufphase (Power On) das Gerät sicher und im laufenden Betrieb ständig überprüft. Die Kamera „sieht“ immer nur einen Teil der farbigen DataMatrix-Codes: Im blauen Licht kann sie die roten und schwarzen, im roten die blauen und schwarzen Felder erkennen.

Ein sicherer Algorithmus der systeminternen Firmware gleicht diese optischen Signale miteinander ab. Das entspricht einer unabhängigen Plausibilitätsprüfung, da die Kameraauswertung lediglich die unabhängig aufgenommenen Codes mit dem Erwartungswert vergleicht, die jeweilige Beleuchtungsfarbe aber nicht kennt. Stimmt die Auswertung der durch zufällige Blitzfolge erhobenen Bildinformation nicht mit der erfassten Position überein, wird eine Fehlfunktion gemeldet. Da die beiden LED-Ringe direkt durch den Sicherheitsteil angesteuert werden, wird automatisch auch die korrekte Funktion der Kamera-Software überprüft.

Die bereits überprüfte Information gelangt durch die im Sensorgehäuse integrierte PROFINET PROFIsafe-Schnittstelle mit dem entsprechenden Protokoll zur sicheren Steuerung. Ein zusätzlicher Funktionsbaustein wird nicht mehr benötigt, die Positionsdaten gemäß SIL 3 und PL e können unmittelbar weiterverarbeitet werden.

Das safePXV System im Einsatz an einer Elektrohängebahn.

Zuverlässige Erfassung auch bei beschädigtem Codeband

Ein einziger Code des DataMatrix-Bandes genügt, um die Position auf der X-Achse zu bestimmen. Beschädigte Codes werden toleriert, da das 120 x 80 mm große Lesefenster immer mehrere Codes erfasst. Auch bei kompromittierten Bandabschnitten werden Positionsdaten auf 0,2 mm genau ausgegeben. Die Positionsbestimmung ist somit durch Mehrfachredundanz abgesichert. Als einzige auf dem Markt verfügbaren Produkte schaffen die Systeme safePXV und safePGV dies jeweils mit nur einer 2D-Kamera. Das spart nicht nur Hardware, sondern bietet auch im Hinblick auf die Positionsbestimmung Vorteile: Systeme mit zwei Kameras erhalten an einer Weiche abweichende Positionssignale und benötigen zusätzliche Vorkehrungen zur Absicherung der Daten.

Der große Tiefenschärfebereich der Kamera ermöglicht einen Einbau mit bis zu 130 mm Abstand zum Codeband. Das selbstklebende Band kann bis 100.000 m lang sein, womit es die größte auf dem Markt verfügbare Ausdehnung erreicht. Die Positionsbestimmung bleibt immer redundant und funktioniert selbst bei völliger Zerstörung einzelner Codes. Bis zu einer Strecke von 75 mm kann das Codeband sogar ganz unterbrochen sein. Als zusätzliche Absicherung dient die Zusatzfunktion „Checker“, mit welcher sowohl der safePXV- als auch der safePGV-Sensor die Qualität der einzelnen Codes benotet und die Anzahl der gelesenen Codes ausgibt. Nähert sich die Qualität des Codebandes einem kritischen Wert, kann durch vorbeugende Wartung gezielt eingegriffen werden.

Für lineargeführte und fahrerlose Systeme

Das safePXV-System ist insbesondere für lineargeführte Applikationen wie Elektrohängebahnen (EHB), Schub-Skidanlagen oder Regalbediengeräte geeignet. Neben der Absolutpositionierung kommt es dort auch auf die Einhaltung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit an, bei den Schub-Skids dürfen keine für Menschen riskante Lücken entstehen. Weitere Anwendungsfelder sind Krananlagen, mobile Roboter, Regalbediengeräte, Drehtische und Aufzüge.

Das safePGV-System dient der Navigation fahrerloser Transportsysteme (FTS) in der Lager- und Fördertechnik. Der Sensor liefert neben der sicheren X-Position auch weitere Werte wie Winkel- und Spurabweichung, Abstand in Z-Richtung und Geschwindigkeit für die zuverlässige Fahrzeugsteuerung. In der Automobilfertigung kann dieses System z. B. eingesetzt werden, um einen sicheren Mindestabstand zwischen den FTS-Fahrzeugen zu gewährleisten. Es erlaubt zudem eine sichere Umschaltung von Schutzfeldern, wenn für die Annäherung der Fahrzeuge an Übergabestellen optische Scanner für die freie Navigation benutzt werden. Damit ist das System zukunftssicher für alle Navigationsoptionen gerüstet.

Einfache Handhabung und Zusatzfunktionen

Die SSPS kann aus den Sensordaten beider Systeme weitere Parameter wie Geschwindigkeit oder Beschleunigung errechnen. Damit lässt sich die Maschinensteuerung verfeinern oder eine kontinuierliche Zustandsanalyse durchführen. Auch Optionen wie sichere Beschleunigung, sichere Geschwindigkeit oder sicherer Stopp können genutzt werden.

Das in passender Länge gelieferte Codeband muss nur aufgeklebt und der Lesekopf darauf ausgerichtet werden. Eine am unteren Rand befindliche Positionsmarkierung dient dem exakten Positionieren des Codebandes während der Anbringung. Die Eigenschaften der Sensoren werden in der GSDML-Datei beschrieben. Sie enthält die Daten der Sensoren, die benötigt werden, um diese am Profinet-Netzwerk zu betreiben. Für die weitere Parametrierung kann man die Profinet-GSDML-Datei direkt über die Sicherheitssteuerung nutzen. Zusätzliche Diagnosedaten dienen dazu, Störungen zu erkennen und zu beheben. Eine anlagenweite Diagnose hilft, ungeplante Stillstandzeiten zu vermeiden.

Für die Busanschaltung wird keine zusätzliche Box benötigt. Die Sensoren arbeiten ohne bewegliche Teile im Lesekopf völlig verschleißfrei. Mechanisch höchst robust, gewährleisten sie bei minimalem Wartungsaufwand praktisch durchgängige Verfügbarkeit.