Seit vielen Jahren werden industrielle Radarsensoren erfolgreich in Häfen, Containerterminals, Stahlwerken oder der Schüttgutlogistik eingesetzt, um Positionen von Kranen, Gütern oder Fahrzeugen zu bestimmen. Radar ist unempfindlich gegenüber Witterungs-, Temperatur- und Beleuchtungseinflüssen. Radarsensoren sind wartungsfrei und werden auch durch starke Verschmutzung oder Vibrationen nicht beeinträchtigt. Warum sich die elektromagnetischen Wellen des Radars im Gegensatz zu Licht nicht von Staubpartikeln oder Tropfen beeinflussen lassen, lässt sich über die Wellenlänge erklären. Beim industriellen Radar liegt sie im Millimeterbereich, beim sichtbaren Licht im Nanometerbereich. Eine weitere physikalische Eigenschaft spielt der Qualifikation des Radars als Heavy-Duty-Sensorik in die Hände: In der Radargleichung, die die Abhängigkeiten verschiedener Werte beschreibt, ist der Radarquerschnitt oder RCS (Radar Cross Section) der Wert, der angibt, wie stark der Gegenstand einen Radarstrahl reflektiert. Dieser Radarquerschnitt ist nicht nur abhängig von der Größe des Objekts im Verhältnis zur Wellenlänge, sondern auch von seinem Material. Der Vorteil: Der Kunststoff des Plastikdoms zum Schutz der Radarantenne wird einfach durchdrungen, das Metall einer Krankatze hingegen reflektiert die Radiowellen optimal.
Größere Zuverlässigkeit
Ein Radar ist für sich bereits äußerst ausfallsicher, ist allerdings auf passive Echos angewiesen. Aufgrund des Öffnungswinkels des Radars nimmt mit zunehmender Entfernung die Wahrscheinlichkeit ab, dass tatsächlich das gewünschte Ziel erfasst wird und nicht ein anderes Objekt, das sich im immer breiter werdenden Messkegel befindet. Ein weiteres Problem: Im Falle eines Signalverlusts ist es nicht möglich festzustellen, ob das Radar ‚ins Leere misst‘, eine Totalabsorption oder ein Ausfall im Gerät vorliegt. Um die Verfügbarkeit eines Radarsystems zu erhöhen, das z.B. die Distanz zwischen Kranen misst, dient ein zweiter Radarsensor als Ziel. Dieser erzeugt aktiv ein Antwortsignal. Ein solches System aus einem Master- und einem Slave-Radarsensor wird Sekundärradar genannt und hat einige Vorteile im Sinne einer funktional sicheren Abstandsmessung: Die Sendeleistung muss lediglich ausreichen, um einen minimalen Schwellenwert beim Slave-Device zu überschreiten. Zudem spielt der Radarquerschnitt des Ziels keine Rolle mehr, sobald darauf ein Radarsensor installiert wird. Die Reichweite eines solchen Systems ist höher und man erreicht eine Zieleindeutigkeit: Reflexionen und Störungen haben kaum Einfluss, da der Referenzpunkt der Messung stets das Slave-Gerät bleibt.
Eine Voraussetzung: Ausfallsicherheit
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die ständige Interaktion zwischen Master und Slave, die mit dem Ruhestromprinzip verglichen werden kann. Dieses Zusammenspiel ermöglicht eine ‚Watchdog‘-Funktionalität, bei der sich die Partnerstationen gegenseitig überwachen. Der konstante Datenaustausch der beiden beteiligten Messstationen erlaubt nicht nur Informationen über die Qualität des Signals, sondern auch eine Diagnose der Datenintegrität anhand zusätzlicher Metadaten der Messung selbst. Darüber hinaus bietet das sekundäre Radar im Gegensatz zu einem Primärradar die Möglichkeit, zu unterscheiden, ob sich der Partner außer Reichweite oder in einem Fehlerzustand befindet. In der Intralogistik ist die Maximierung der Lagerkapazität entscheidend. ‣ weiterlesen
Mehr Platz für die Ware: Baumer präsentiert kleinsten ToF-Sensor
Sichere Werte
Wie wird nun aus einer zuverlässigen Distanzmessung eine Distanzmessung gemäß EN ISO13849 Symeo bietet dazu die Lösung LPR-Safe. Das System basiert auf einem zertifizierten Funktionsblock (EN ISO13849 Performance Level d), auf einer fehlersicheren Siemens SPS und der redundanten Messung von Distanzen mittels Symeo Radarsensorik. Der von Symeo gewählte Ansatz einer Zertifizierung des Funktionsblocks, in dem die redundanten Messungen plausibilisiert werden, hat einen besonderen Vorteil: Die Lösung kann überall dort nachgerüstet werden, wo bereits die für LPR-Safe vorgesehenen Symeo Radarsensoren LPR-1DHP-291 (60GHz) oder LPR-1D24 (24GHz) im Einsatz sind. Benötigt werden damit lediglich ein weiteres Paar der Sensoren sowie der zertifizierte Funktionsblock (EN ISO13849 PLd) auf einer fehlersicheren Siemens S7-SPS.
Redundanz und Plausibilität
Für eine sichere Distanzmessung werden zwei redundante Messstrecken mit je zwei Sensoren (alle vom gleichen Typ) aufgebaut. Beide Messstrecken arbeiten im redundanten Sekundärradarbetrieb und stellen sicher, dass die Messung nur zur entsprechend konfigurierten Partnereinheit erfolgt. Jede der beiden redundanten Messstrecken liefert Entfernungswerte, die an die fehlersichere SPS weitergeleitet werden, wo die gemessenen Entfernungen im zertifizierten Funktionsblock (EN ISO13849 PLd) plausibilisiert werden. Die SPS prüft die Einzelmessungen jedes Sekundärradarkanals sowie deren Metadaten auf Plausibilität und führt eine Korrelation der Kanäle zur gegenseitigen Plausibilisierung. Mit Hilfe von Modellen lässt sich die temporale Signaldynamik zur weiteren Plausibilisierung der Messdaten nutzen. Liegt die Abweichung der gemessenen Abstände beider Strecken innerhalb der zulässigen Toleranzen, werden die Messwerte als sicher gekennzeichnet. Ist dies nicht der Fall, wird die Messung als unsicher gekennzeichnet und entsprechende Aktionen können anlagenseitig ausgelöst werden. Bei Ausfall einer Messstrecke können weiterhin ‚unsichere‘ Distanzdaten bereitgestellt werden, sodass der Systemintegrator alternative Betriebsstrategien planen und beispielsweise kritische Prozesse weiterhin, unterstützt durch die degradierten Distanzdaten, in einen stabilen Zustand überführen kann. Baumer präsentiert den ersten Ultraschallsensor in Kompaktgröße, der die Marke von 3 Metern Reichweite knackt. ‣ weiterlesen
Sensor mit 3 Metern Reichweite
Bewährte Radarsensoren
LPR-Safe kann entweder mit vier LPR-1DHP-291-Radarsensoren für eine Reichweite von bis zu 300m, einer Messgenauigkeit von bis zu ±10mm und einer Messrate von 50Hz ausgestattet werden oder mit vier LPR-1D24. Diese weisen eine Reichweite von bis zu 1.000m, eine Genauigkeit von bis zu ±5cm und eine Messrate von 20Hz auf.
Mit der Idee, den Funktionsblock zur Plausibilisierung der Messungen zum Gegenstand der Zertifizierung zu machen, kann Symeo eine bisher einzigartige Lösung für die funktionale Sicherheit anbieten, die zudem nachrüstbar ist: LPR-Safe. LPR-Safe ist nach Abschluss der Zertifizierung im Laufe des Jahres verfügbar.
