Lesefenster und Codes gewährleisten Safety-Anwendungen nach „SIL 3/PL e“

Große Lesefenster und Codes gewährleisten Safety-Anwendungen nach „SIL 3/PL e“, denn diese erfordern die Einhaltung höchster Sicherheitsrichtlinien, um Mensch und Maschine jederzeit optimal zu schützen. Während dieses Sicherheitslevel bisher mit einem hohen Kosten- und Zeitaufwand verbunden war, realisieren es Anwender in Zukunft so einfach wie nie: mit den neuen und weltweit einzigartigen Positioniersystemen „safePXV“ und „safePGV“.

Im Jahre 2011 präsentierte Pepperl+Fuchs erstmals den Sensor PCV (Position Coded Vision), dabei kombinierte man eine 2-D-Kamera als Lesekopf mit einem DataMatrix-Codeband zur Absolut-Positionierung. Der Lesekopf extrahiert dabei die Informationen im DataMatrix-Code, identifiziert die aktuelle Position und berechnet anschließend die exakte Position in Relation zur Kameramitte hochgenau. Dabei bietet das System erstmals höchste Datensicherheit, da immer mehrere Codes gleichzeitig gelesen werden.

Ebenfalls auf Basis dieser Technologie folgte 2014 der neu entwickelte PGV (Position Guided Vision), eine Lösung zur Navigation von fahrerlosen Transportsystemen (FTS). Nach wie vor ist die Technologie, bei der die Positionierung auf Basis eines 2-D-Codes erfolgt, einzigartig und bietet ganz erhebliche Vorteile gegenüber einer 1-D-Codelösungen. Beispielsweise hat der Anwender die Möglichkeit neben der X- auch die Y-Achse auszuwerten und zur Positionierung zu nutzen.

In den vergangenen Jahren wurden beide Systeme kontinuierlich optimiert und weiterentwickelt. So wurde Ende letzten Jahres mit dem neuen PXV bereits die zweite Generation des PCV-Nachfolgemodels vorgestellt werden.

Trotz der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Positioniergeräte zeigte sich aber auch immer wieder, dass es in der Praxis an zusätzlichen Safety-Lösungen für die Absolut-Positionierung und sichere Navigation fehlte. Denn wo Maschinen oder Anlagen durch elektrische oder elektronische Systeme und Sensoren gesteuert werden, können von diesen Einrichtungen gefahren für den Menschen ausgehen. Zum Schutz dort arbeitender Personen müssen hohe gesetzliche Auflagen erfüllt werden. Entsprechende Anforderungen sind im Rahmen der Maschinenrichtlinie festgelegt. Sie sollen gewährleisten, dass alle in Verkehr gebrachten Maschinen und Anlagen sicher sind. Mit dem safePGV und dem safePXV hat Pepperl+Fuchs eine neue Generation von Positioniersystemen entwickelt, die erstmals den dafür geforderten Level SIL 3/PL e erreichen – und das mit nur einem einzigen Sensor.

Innovative Sicherheits-Lösung
Was aber ist genau ist das bahnbrechend neue an dieser Entwicklung? Nun, zunächst einmal war sichere Absolut-Positionierung nach SIL 3/PL e für Anlagenbetreiber bislang kaum realisierbar, da sie mit ganz erheblichem Aufwand und hohen Kosten verbunden war. So war es dafür erforderlich, redundante Systeme mit unterschiedlichen Sensoren beziehungsweise unterschiedlicher Technologie aufzubauen. Darüber hinaus war eine Plausibilitätsprüfung der Daten in der sicheren Steuerung notwendig und die gesamte Entwicklung musste vom TÜV begleitet sowie abschließend abgenommen werden.

All das leistet im Falle des neuen safePGV und des safePXV von Pepperl+Fuchs ein einziges Positioniersystem mit nur einem Sensor. Basis der neuen Sicherheitstechnologie ist die seit Jahren bewährte und besonders zuverlässige Kombination aus einem 2-D-Lesekopf und dem DataMatrix-Code. Allerdings kommt hier ein spezielles Band mit zwei sich überlagernden DataMatrix-Codes in Rot und Blau zum Einsatz. Der 2-D-Lesekopf ist mit zwei unterschiedlich farbigen LED-Ringen – ebenfalls in Rot und Blau – ausgestattet. Durch die zweifarbigen Codes in Verbindung mit der zweifarbigen Beleuchtung entsteht die einzigartige Sicherheitslösung. In jedem einzelnen Code befinden sich Positions- und Sicherheitsinformationen, die durch die LED-Beleuchtung in Rot beziehungsweise Blau sichtbar gemacht werden und so von der Kamera auslesbar sind.

Das eigentliche Gehirn dieser Positioniersysteme ist die innovative, neue Firmware. Durch sie werden die unterschiedlichen LED-Farben mit einem als sicher zu bewertenden Algorithmus angesteuert. Jeder Code wird dann unabhängig im Sicherheitsteil des Sensors direkt auf Plausibilität überprüft. Dabei muss die mathematisch zufällige Blitzfolge mit der tatsächlichen Position übereinstimmen. Da die Ansteuerung der unterschiedlichen LEDs über den Sicherheitsteil realisiert wird, weiß die Kameraauswertung nicht, mit welcher Beleuchtungsfarbe gerade aufgenommen wird. Sie gleicht daher lediglich den Erwartungswert mit den tatsächlich aufgenommenen Daten des Codes ab.

Auf diese Weise wird stetig geprüft, ob die Software in der Kamera noch korrekt funktioniert. Die Firmware des Systems plausibilisiert also bereits im Sensor selbst alle Daten und gibt sie erst dann über PROFIsafe an die sichere Steuerung weiter. Daher kann die sichere X-Position dort direkt, ohne Prüfung weiterverarbeitet und zur Prozesssteuerung verwendet werden. Eine einzigartige und absolut zuverlässige Sensor-Technologie, die sich permanent selbst kontrolliert. Entstanden ist so ein System, das erstmals die hohen Sicherheitsanforderungen nach SIL 3/PLe erfüllt – und das hoch effizient mit nur einem Sensor.

Die neue Safety-Generation im Detail
Optimal geeignet ist der neue safePXV für lineare sichere Absolut-Positionierung von Elektrohängebahnen (EHB), für Regalbediengeräte in der Lager- und Fördertechnik, Drehtische im Maschinenbau sowie für den Aufzugsbau und für Windräder im Bereich erneuerbarer Energien. 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 muss einfach aufgeklebt werden. Anschließend wird der Lesekopf lediglich grob darauf ausgerichtet und die weitere Parametrierung kann mittels PROFINET-GSDML-Datei direkt über die Sicherheitssteuerung erfolgen.

Der neue safePGV wurde optimiert für die Navigation von fahrerlosen Transportsystemen (FTS) in der Lager- und Fördertechnik, der Zuführung und der Produktion. Damit geht die Lösung noch weit über die reine Positionierung hinaus. Der Sensor liefert neben der sicheren X-Position auch alle Werte, die für eine zuverlässige Fahrzeugsteuerung erforderlich sind. So kann beispielsweise in der Automobilfertigung jederzeit ein Mindestabstand zwischen den Fahrzeugen sichergestellt und der Schutz aller daran beschäftigten Personen gewährleistet werden. Zusätzlich zu den sicheren Daten kann der Anlagenbetreiber auch einfach und flexibel auf Winkel sowie Y-Positionen zugreifen. Spurabweichungen können daher jederzeit problemlos korrigiert werden. So ist das neue Positioniersystem für alle Navigationsoptionen gerüstet und damit auch eine sichere Investition in die Zukunft.

Das entscheidende Plus an Sicherheit am Beispiel Krananlage
Im Bereich von Krananlagen ist es mit der neuen Safety-Technologie sehr effizient und ohne großen Aufwand möglich, die Arbeitssicherheit deutlich zu erhöhen. Hier kann man über den Einsatz des safePXV einen Sicherheitsbereich absolut zuverlässig definieren, in dem dann die Güter gefahrlos abgesenkt werden. Bei Brückenkranen in großen Hallen etwa müssen dafür die seitlichen Fahrschienen mit der neuen Safety-Technologie ausgestattet werden. Über das DataMatrix-Codeband können die Sensoren dann zuverlässig ihre genaue Position an die sichere Steuerung melden. Da beide Seiten der Krananlage mit dem safePXV ausgestattet sind, kann auch der Gleichlauf sicher gewährleistet werden. Um die genau Position des Ladegutes innerhalb der Krananlage und eine sichere Absolut-Positionierung zu gewährleisten, werden darüber hinaus die Laufkatze und die Achse, auf der sie sich bewegt, mit Sensor beziehungsweise dem DataMatrix-Codeband versehen.

Auch beim Ent- und Umladen von Containern in Hafenanlagen kann die neue Technologie die Sicherheit deutlich erhöhen. Hier kommen häufig Portalkrane zum Einsatz um die Fracht auf LKWs zu verladen. Dabei ist die sichere Absolut-Positionierung entscheidend, um die Container exakt zu platzieren und weder Fahrzeuge zu beschädigen, noch Personen zu gefährden. Mit sehr geringem Aufwand kann auch diese Krananlage durch den neuen safePXV so aufgerüstet werden, dass über die beiden Laufrichtungen der Anlage sichere X- beziehungsweise Y-Positionen ermittelt und an die sichere Steuerung gemeldet werden.