Pilz: Sichere Radarsysteme und optoelektronische Sensorik für mehr Produktivität

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. Der Radarsensor kann dagegen nicht nur raue Umgebungen mit Schmutzbelastung und Stäuben gut vertragen, er ist auch in Umgebungen mit extremen Temperaturunterschieden und Wettereinflüssen die ideale Schutzmaßnahme. Der Einsatz der Radartechnologie sollte auch in Betracht gezogen werden, wenn es darum geht, Objekte in einem 3-dimensionalen Raum zu erkennen.

Schutzbedürfnis und Präzision ­entscheiden mit über Einsatz
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 abgesichert werden, dann eignet sich hierzu die Scannertechnologie, die darüber hinaus auch mit einer Präzision der Kantenschärfe aufwarten kann. Dabei ist es im Wesentlichen so, dass Scanner jegliche Art von Gegenstand erfassen. Der Radarsensor dagegen erkennt materialspezifisch Objekte – Wasser und Metall und Bewegungen, auf die er reagiert. Er bietet vor allem in rauen Umgebungen Vorteile in der Anwendung.

Barrierefreier Schutz
Sicherheitslichtgitter finden vor allem dann Anwendung, wenn barrierefreie Sicherheitslösungen umgesetzt werden müssen. Dies ist der Fall wenn offene Zugänge bzw. Eingriffsstellen an der Maschine gegeben sind, über die der Bediener in den Prozess eingreifen muss – z. B. beim Zu- und Abführen von Produkten oder Teilen. Hier verlangt die sicherheitstechnische Betrachtung dieser Prozesse besondere Beachtung.

Bei Lichtgittern schützt ein unsichtbares Infrarot-Schutzfeld vor dem Zugriff oder Zutritt in gefährliche Maschinenbereiche: Wird ein Lichtstrahl unterbrochen, löst das sofort einen sicheren Abschaltbefehl aus. Je nach Anforderung erfüllen Lichtgitter gemäß EN/IEC 61496-1/-2 „Sicherheit von Maschinen – Berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen“ Finger-, Hand- und Körperschutz. Diese haben kurze Reaktionszeiten im Millisekunden-Bereich, so dass der Sicherheitsabstand infolge der Reaktionszeit minimiert wird.

Erweiterte Funktionen bei ­Lichtgittern
Um den Schutzbetrieb aufrecht zu halten und dennoch Material durch das Lichtgitter zu führen, haben sich erweiterte Funktionen wie Blanking, Muting oder Kaskadierung durchgesetzt. Beim Blanking gibt es je nach Anforderung zwei Varianten: Entweder werden bestimmte Lichtgitterstrahlen ausgeblendet, weil ein Objekt permanent in das Schutzfeld ragt. Dann liegt ein Fixed Blanking vor. Bewegt sich das ins Schutzfeld ragende Objekt, etwa bei einem Kabel, dann kommt Floating Blanking zum Einsatz.

Darüber hinaus lassen sich auch Übergreif- und Hintertretschutz-Anwendungen mit Lichtgittern umsetzen. Das ermöglicht die Kaskadier-Funktion der Lichtgitter, mit der Schutzfelder ohne Totzonen aneinandergereiht werden können.

Beim Muting dagegen werden die Lichtgitterstrahlen nur zeitweise im laufenden Betrieb überbrückt, um Material durch das Schutzfeld zu führen. D. h., die Muting-Sensoren erkennen das Material und die Lichtschranke wird vorübergehend, automatisch und unter Sicherheitsbedingungen im Maschinenzyklus unterbrochen.

Pilz Sicherheits-Lichtgitter PSENopt II zum Beispiel sind direkt kompatibel mit der konfigurierbaren Kleinsteuerung PNOZmulti 2. Deren Funktions-Bausteine erlauben eine individuelle Anpassung an die gewünschten Funktionen, bspw. der Mutingbaustein, der in die Kleinsteuerung integriert werden kann.

Nahezu unverwüstlich, immer dicht am Geschehen
Eine weitere Anforderung, die Lichtgitter gut erfüllen, ist die Schockbeständigkeit. Die Norm EN/IEC 61496 definiert in ihrer aktuellen Version zwei Schockklassen: Die Klasse 3M4 definiert Beschleunigungswerte bis 15 g und die Klasse 3M7 Beschleunigungen bis 25 g. Schockbeständigkeit 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 PSENopt II aus. Als einzige auf dem Markt sind sie mit einer Schockbeständigkeit von 50 g ausgerüstet – d. h. PSENopt II Lichtgitter erreichen eine Beschleunigung von bis zu 50 g und übererfüllen damit sogar die höchste Klasse. Mit diesem weltweit ersten Typ 3 Lichtgitter lassen sich zudem speziell Anwendungen bis PL d nach EN/IEC 61496-1/-2 umsetzen. Die extrem robusten Lichtgitter kommen daher auch bevorzugt bei Roboterapplikationen, Verpackungsmaschinen und Pressen zum Einsatz.

Flächen sicher überwachen
Sicherheitslaserscanner eignen sich zur Bereichsabsicherung von statischen oder mobilen Gefahrenbereichen, als Zutrittskontrolle oder für Hintertretschutz-Anwendungen. Prinzipiell sind sie dann eine geeignete Wahl, wenn eine hohe Kantenschärfe eingefordert wird, sich das Schutzfeld präzise definieren lassen muss und eine „saubere“ Maschinenumgebung vorliegt.

Der Sicherheits-Laserscanner PSENscan von Pilz zum Beispiel bietet eine zweidimensionale Flächenüberwachung mit einem Öffnungswinkel von 275 Grad und einer Schutzfeldreichweite von bis zu 5,5 m, auch für den Bereich vertikaler Applikationen. Zudem verfügen die Sicherheits-Laserscanner über einen Master/Slave-Betrieb, so dass sich bis zu vier Scanner in Reihe anschließen lassen. Dank parametrierbarer Konfigurations-Sets ist das System flexibel: Es können bis zu 70 unterschiedliche Sets definiert werden, die jeweils aus mehreren Schutz- und Warnzonen in verschiedenen Anordnungen bestehen. Über digitale Ein- und Ausgänge, die auch 17-polige Varianten und eine Master Encoder-Variante umfassen, lassen sich die Konfigurationen umsetzen und bis zu drei getrennte Sicherheitszonen gleichzeitig überwachen.

Wie bei Lichtgittern kann aber auch ein Teil der Anlage oder die Ware selbst unter bestimmten, vorher definierten Bedingungen in der Schutzfläche bewegt werden, ohne dass es zu einem Maschinenstopp kommt. Dafür sorgt die dynamische bzw., wenn erforderlich, auch die partielle Mutingfunktion, die der Sicherheits-Laserscanner bietet.

Sicherheitslaserscanner für ­produktivere Manöver
Laserscanner bieten sich auch im Bereich der Fahrerlosen Transportsysteme (FTS) an: Anders als Lichtgitter lassen sie sich mobil einsetzen und dienen dort der Absicherung des Schutzraumes vor einem FTS. Laserscanner wie von Pilz, für die ROS (Robot Operating System) Pakete aus dem Open Source Framework ROS zur Verfügung stehen, sind zudem auch für die dynamische Navigation von FTS – zum Beispiel anhand von SLAM (Simultaneous Localisation and Mapping) – einsetzbar.

Da FTS nicht immer mit derselben Geschwindigkeit unterwegs sind, muss die Gefahr durch sich verändernde Geschwindigkeiten berücksichtigt werden. Sicherheitslaser-Scanner bieten hier ein Höchstmaß an Sicherheit, weil sich die Schutzfelder an unterschiedliche Tempi von FTS dynamisch anpassen lassen. Das FTS kann Hindernisse so präziser umfahren.

Volumenüberwachung besser über Radartechnologie
Radartechnologien erreichen eine etwas geringere Auflösung und Kantenschärfe am Rand des Schutzfeldes und reagieren mit einer Response-Zeit von ca. 100 ms etwas langsamer als Laserscanner, können jedoch außer Metall und Wasser alle Materialien durchdringen. Umwelteinflüsse, die bei Scannern zu Messfehlern führen können, stellen für Radarsysteme kein Problem dar. Denn Radarsysteme arbeiten mit reflektierter elektromagnetischer Energie im zweistelligen Gigaherzbereich und reagieren auf Bewegungen.

Mit dem sicheren Radarsystem PSENradar von Pilz etwa kann insgesamt eine Fläche von 4 x 15 m überwacht werden. Diese sichere Radarsystem-Lösung umfasst je nach Anwendung bis zu sechs Radarsensoren, eine Control Unit und die konfigurierbare sichere Kleinsteuerung PNOZmulti 2. Am Einsatzort können Schutzraum sowie System modular eingerichtet werden: Mehrere Sensoren, von denen jeder individuell konfiguriert werden kann, lassen sich frei miteinander kombinieren.

Die Self-Teaching-Background-Funktion ist bei PSENradar ein besonderes Feature, denn mit ihr können innerhalb des Warn- und Schutzraums Änderungen vorgenommen werden, die nicht sofort eine neue Konfiguration erforderlich machen – wenn bspw. noch eine Werkzeugkiste abgestellt werden soll.

Radarüberwachung hat zweierlei Sicherheit im Fokus
Skalierbarkeit und modularer Aufbau von PSENradar machen es möglich, dass das Sicherheitssystem auf das erforderliche Maß angepasst und exakt dimensioniert werden kann. Gleich zwei sicherheitsgerichtete Funktionen hat der Radarsensor auf dem Schirm: die Bereichsabsicherung und den Hintertretschutz. Ersterer gewährleistet, dass bei Betreten des Gefahrenbereichs die Maschine in einen sicheren Zustand versetzt wird. Der Hintertretschutz hingegen verhindert den ungewollten Wiederanlauf der Maschine, wenn sich noch Personen im Gefahrenbereich befinden.

Komplexe Applikationen auch in rauen Umgebungen sind für solche Radarsysteme keine Herausforderung. Typische Einsatzorte finden sich daher in der Schwerindustrie, Holzindustrie, in Lackieranlagen, in Kühlhäusern oder in Gießereien. Darüber hinaus eignen sich Radarsensoren auch im Outdoor-Bereich bei schwierigen Wetterverhältnissen z. B. für die Absicherung von Kränen oder Schüttguthäfen und -läger.