Sensorik- und Automatisierungslösungen für AGV

Die autonome Bewegung von fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF oder Automated Guided Vehicles, AGV) muss zuverlässig gegen Kollision abgesichert sein. In der Hauptfahrtrichtung (vorwärts) ist mindestens PL d gefordert, in den Nebenfahrtrichtungen (seit- und rückwärts) mindestens PL c. Je nach Art und Ort des Einsatzes können Sensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien eingesetzt werden, wie etwa optische oder Ultraschallsensoren.

Robuster Ultraschall für Personensicherheit 

Ultraschallsensoren liefern bauartbedingt auch unter widrigen Umgebungsbedingungen hochgradig robuste Signale. Die Schallkeule erfasst die Umgebung unabhängig von optischen und Oberflächeneigenschaften sowie den Umgebungsbedingungen. Das Ultraschallsensorsystem USi-safety erreicht PL d mit nur einem Sensorkopf. Seine kompakten Sensoreinheiten können frei positioniert werden, zum Beispiel im Gabelzinken eines Staplers; die separate Auswerteeinheit bietet pro Kanal zwei sichere OSSD-Ausgänge für das einstellbare Schutzfeld und einen PNP-Schaltausgang für das Warnfeld.

Sicheres Andocken mit Datenlichtschranke

Beim automatischen Be- und Entladen an Übergabestationen kann nur ein korrekter Andockvorgang die reibungslose und sichere Übergabe des Transportgutes gewährleisten. Für eine sichere Verifizierung sorgt der Austausch der Kennungen von Fahrzeug und Station mit Datenlichtschranken des Typs DAD15. Es bietet eine robuste Alternative zu funkgestützten Übertragungsverfahren, einfach zu implementieren und ohne Übertragungsoverhead.

Je zwei Datenlichtschranken werden auf dem Fahrzeug sowie an der Station montiert und an eine sichere Steuerung angeschlossen. Die Identifikationsdaten werden mit modulierten Lichtpulsen bidirektional ausgetauscht; nach Vollzug wird die Bestätigung eines korrekt durchgeführten Andockvorgangs registriert und gemeldet. Die Daten werden in der sicheren Steuerung auf Plausibilität oder Quervergleich und Zykluszeit überwacht. Die kurze Zykluszeit des Geräts ermöglicht eine sehr schnelle Überprüfung der Sicherheitsfunktion bis zu PL d.

Feinpositionierung mit Codeleser

Das passgenaue Andocken an der richtigen Übergabestation kann mit dem sicheren Positioniersystem safePGV durchgeführt werden. Der am Fahrzeug montierte Sensor erkennt anhand der auf dem Boden aufgebrachten DataMatrix-Codes berührungslos die richtige Übergabestelle und die exakte Position. Die Positionierung erfolgt mit einer Genauigkeit von bis zu 0,2 mm.

Der Sensor findet auch in kleinen FTF genug Platz; das Codeband aus Metall ist stabil und langlebig. Das große Lesefenster erfasst zu jeder Zeit einen Bandabschnitt mit mehreren Codes. So werden selbst beschädigte oder verschmutzte Spurbänder zuverlässig erkannt. Durch Ausgabe der Y-Position und des Winkels können Spurabweichungen permanent korrigiert werden. Das System aus Lesekopf und DataMatrix-Code ist bis SIL 3 und PL e zertifiziert.

LiDAR plus RFID für sichere ­Positionserkennung

Die optoelektronischen Sensoren der Serie R2000 liefern mit dem Laufzeitverfahren (Pulse Ranging Technology, PRT) eindeutige und hochpräzise Messergebnisse zur Bestimmung der absoluten Position und für die Konturnavigation. Als 2-D-Laserscanner bieten sie eine auf wenige Millimeter genaue lückenlose 360°-Rundumsicht. Die hohe Energiedichte der Laserpulse und intelligente Filtermechanismen sichern die Messung gegen Umgebungslicht ab.

An bestimmten Punkten und in Engstellen – etwa an Toren, Übergabestationen oder in engen Regalgängen, müssen die Schutzfelder des für den Kollisionsschutz eingesetzten Scanners um- oder abgeschaltet werden, weil er sonst die Sicherheitsschaltung auslösen würde. Dafür erfordert die Norm 3691-4 die Bestimmung der Position mit PL d. Ein RFID-Schreib/Lesekopf an der Unterseite des Fahrzeugs erfasst an einer solchen Stelle den im Boden eingelassenen Transponder. Somit steht neben den Navigationsdaten des R2000 ein weiterer Positionswert zur Verfügung. Ein Quervergleich in der Steuerung liefert einen sicheren Positionswert, der den Anforderungen von PL d genügt.

Induktive Ladungserfassung und Richtungserkennung

Wenn das AGV einen Materialwagen transportiert, muss dieser kippsicher auf dem Fahrzeug positioniert sein. Um das zu erreichen, darf er bei der Ladungsübergabe nur in der korrekten Position angehoben werden. Induktive Sicherheitssensoren der Baureihe M12 erkennen die Anwesenheit der Rollwagen und kontrollieren die Position des Hebers. Da eine Metallstrebe des Rollwagens als Target dient, kann der Materialwagen unmittelbar bis an den Sensor herangeführt werden.

Die Position der Bühne wird von zwei übereinander montierten M12-Sensoren ermittelt. Der obere Sensor signalisiert, ob die Bühne die angehobene Fahrposition erreicht hat. Nur dann kann das beladene FTS losfahren. Der untere Sensor gibt ein Schaltsignal aus, sobald sich die Bühne in der korrekten Position befindet und erlaubt damit das Be- und Entladen. Auch hier ist das Target bereits in die Bühne integriert.

Die kompakten Sensoren besitzen keinen Blindbereich. Somit entfällt ein Mindestabstand zum Target und ein aufwendiges Justieren bei der Montage. Ein kodiertes Target ist ebenfalls nicht nötig, ein einfacher Standard-Metallbetätiger genügt. Die induktiven Sicherheitssensoren verfügen über Zulassungen bis SIL 2 und PL d. In redundanter Ausführung ist sogar SIL 3/PL e erreichbar.

Induktive Sicherheitssensoren der Baureihen NSB und NSN überwachen Targets an der Lenkachse des AGV und liefern zuverlässige Daten für die Richtungserkennung. Damit werden zum Beispiel kritische Lenkeinschläge bei schwerer Beladung verhindert. Die Sensoren erfassen das Target ohne Blindbereich, ein Mindestabstand ist nicht nötig. Die Detektion wird von Staub und Verschmutzung nicht beeinträchtigt. Die kompakten Geräte erfüllen die Voraussetzungen für PL d und SIL 2. Auch hier genügen Standard-Metalltargets ohne spezielle Codierung. Die hohen Sicherheitskennwerte ermöglichen eine einfache Integration in den Safety-Loop und erlauben es, die vorgeschriebenen Wiederholungsprüfungen auf einmal im Jahr zu beschränken.

Sichere Tankidentifikation

Die Flotte der autonomen Fahrzeuge an einem Standort kann unterschiedliche Typen umfassen, sodass Batteriewechsel oder Betankung verschiedene Szenarien erfordern. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Wasserstoffantrieb ist die eindeutige Identifizierung unverzichtbar, da je nach Fahrzeugtank eine bestimmte Druckstufe eingehalten werden muss. Das Identifikationssystem muss dafür die unterschiedlichen Tanktypen zuverlässig identifizieren können. Die Technik muss für den Innen- und Außenbereich sowie für raue industrielle Umgebungen geeignet sein.

RFID-Systeme mit einem UHF-Schreib-/Lesekopf der Serie F190 erfüllen diese Bedingungen. An den Fahrzeugen werden zwei RFID-Transponder befestigt. Diese Redundanz und die Auswertung in einer sicheren Steuerung gewährleisten eine hohe Sicherheitsstufe (PL d / SIL 2). Mit einer Reichweite bis drei Meter erkennt der Schreib-/Lesekopf das Fahrzeug auch wenn dieses nicht direkt vor der Tanksäule steht.

Fazit

Je nach Anwendungsbereich gibt es verschiedene Sensorarten und Konfigurationen, wenn es um den sicheren Betrieb von selbstfahrenden Transportsystemen geht. Pepperl+Fuchs unterstützt seine Kunden als kompetenter Partner bei allen Fragen rund um das Thema funktionale Sicherheit von der Entwicklung eines individuellen Sicherheitskonzepts bis zur maßgeschneiderten sicheren Lösung.