Wo sich Menschen und Maschinen im selben Arbeitsbereich bewegen, schreibt die Maschinenrichtlinie (EU-Richtlinie 2006/42/EG) umfassende Schutzmaßnahmen vor. Weltweit gelten ähnliche Vorgaben, um Personen im Umfeld autonom agierender Maschinen zu schützen und zugleich Sachschäden zu verhindern. Die sichere Absolutpositionierung bei linear- oder schienengeführten Systemen gehört daher in vielen Anwendungen zu den grundlegenden Voraussetzungen.
Zur sicheren Positionsüberwachung werden redundante Systeme benötigt, die einen Abgleich zwischen unterschiedlichen Sensoren und Technologien vornehmen. Herkömmliche Systeme sind häufig komplex und kostspielig. Die Kombination aus der Auswerteeinheit Safe Evaluation Unit PUS mit einem Positioniersystem des Typs SafePXV oder WCS reduziert die Komplexität und den Integrationsaufwand durch vorgefertigte Konzepte.
Sicherheit mit nur einem Sensor
Das berührungslose Absolutpositioniersystem SafePXV nach SIL3/PLe ist mit einer millimetergenauer Positionierung über Strecken bis zu 10km für lineargeführte, hochdynamische Applikationen wie Elektrohängebahnen, Schub-Skidanlagen oder Regalbediengeräte ausgelegt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Technologien kommt es mit nur einem kameragestützten Sensor aus, da es über mehrstufige intrinsische Redundanz verfügt. Das reduziert den Bedarf an Hardware ebenso wie den Aufwand für die Systemintegration.
Die Kamera ist auf bedruckte, robuste Metallcodeleisten oder ein Kunststoffband mit dreifarbigen DataMatrix-Codes gerichtet, welches mit seiner selbstklebenden Rückseite leicht zu verlegen ist. Für gute Erkennbarkeit sind die Codes mit einer Abmessung von 15x15mm überdurchschnittlich groß formatiert. Die Kamera ist mit je einem roten und einem blauer LED-Ring ausgestattet, die in einem sicherheitsbewerteten Ablauf getrennt blitzen. So erfasst der Sensor immer nur einen Teil der farbigen DataMatrix-Codes – im blauen Licht sie die roten und schwarzen, im roten Licht die blauen und schwarzen Felder.
Diese optischen Signale werden von einem sicheren Algorithmus miteinander abgeglichen, was einer unabhängigen Plausibilitätsprüfung entspricht. Stimmt die Auswertung der erhobenen Bildinformation nicht mit der erfassten Position überein, wird eine Fehlfunktion gemeldet und die Sicherheitsschaltung ausgelöst. Da die beiden LED-Ringe direkt durch die sichere Auswerteeinheit angesteuert werden, wird automatisch auch die korrekte Funktion der Kamera-Software überprüft. Für die Bestimmung der Position auf der x-Achse genügt ein einziger DataMatrix-Code. Die Positionsdaten können selbst bei kompromittierten Bandabschnitten auf 0,2mm genau ausgegeben werden. Die Positionsbestimmung ist mit diesen Vorkehrungen bereits durch Mehrfachredundanz abgesichert. Das Codeband bietet laut Anbieter die größte auf dem Markt verfügbare Streckenlänge.
Robustes Outdoor-System
Das Messprinzip des Weg-Codier-Systems WCS hat Pepperl+Fuchs für eine zuverlässige Absolutpositionierung im Außenbereich auf Streckenlängen bis 314,5m entwickelt. Die 70mm breite, hochkant stehende Codeschiene aus Kunststoff oder Metall ist mit Aussparungen versehen. Sie kann an Steigungen sowie in Kurven platziert werden. Unterbrechungen sind genauso möglich, wie Weichen.
Im U-förmigen Lesekopf fällt das Licht einer leistungsstarken LED-Reihe auf der Innenseite durch die Ausstanzungen auf den gegenüberliegenden photoelektrischen Sensor. So wird ein rund 10cm langer Abschnitt des Schienen-Codes nach dem Prinzip der Lichtschranke unter Ausschluss jeder Fremdlichteinwirkung erfasst. Bei einer Fahrgeschwindigkeit von bis zu 12,5m/s ermittelt der Lesekopf aufgrund der gestanzten Codes in Echtzeit alle 0,8mm einen neuen absoluten Positionswert. Rauch, Staub, extreme Temperaturen und Witterungseinflüsse beeinträchtigen die Erkennung nicht.
Die Standardausführung ist in einem Gehäuse aus robustem Kunststoff untergebracht. Für den Einsatz unter besonders rauen Bedingungen bietet sich die Produktvariante WCS Outdoor mit ihrem zusätzlichen transluzenten Schutzgehäuse an. Das entspricht der Schutzklasse IP69, ist hermetisch dicht gegen Staub sowie Feuchtigkeit abgeschlossen und verträgt Salzwasser, aggressive Stoffe sowie Hochdruckreinigung. In der sicheren Ausführung sind zwei Leseköpfe hintereinander angebracht. Einer ist für die Vorwärts-, der andere für die Rückwärtsbewegung parametriert, sodass eine getrennte, redundante Signalgebung gewährleistet ist.
Redundante Auswertung
Die redundanten Positions- und Geschwindigkeitssignale von SafePXV und WCS werden von der sicheren Auswerteeinheit PUS-F161-B zweikanalig verarbeitet und bewertet. Sie steht in zwei auf diese Sensoren abgestimmten Varianten zur Verfügung. In beiden Versionen bildet das Gerät den sicheren Positionswert aus und evaluiert ihn. Daraus lässt sich ein sicherer Geschwindigkeitswert ableiten und ebenfalls evaluieren.