Radar (RAdio Detection And Ranging) beruht auf dem Aussenden elektromagnetischer Wellen und dem Erfassen ihrer Reflexion. Diese Methode erlaubt es, praktisch mit Lichtgeschwindigkeit die Entfernung zu Objekten ermitteln, die den Wellen im Weg stehen – oder sich in ihrem Ausbreitungsbereich bewegen. Pepperl+Fuchs hat eine Serie kompakter Sensoren entwickelt, die dieses robuste Messprinzip für die Absicherung von maschineller Bewegung im Bereich der Material- und Lagerwirtschaft nutzbar machen.
Stabile Signalgebung, hohe EMV
Die Geräte verwenden die frequenzmodulierte Dauerstrichmethode (Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW), die eine besonders stabile Signalgebung sicherstellt. Für eine starke Resistenz gegenüber Störeinflüssen wie Staub, Dampf, Temperaturschwankungen und Witterungseinflüsse sorgt das Frequenzband von 122-123 GHz. Im Hinblick auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) erreichen die Geräte in nahezu jeder Kategorie Werte, die der Klassifizierung E1 vergleichbar sind. Die zuverlässige Messung ist damit selbst bei leitungsgebundener und hochfrequenter Einstrahlung mit hohem Störpegel gewährleistet. Aus den reflektierten Wellen und den abgeleiteten Messdaten können die Geräte die Distanz, die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit von Objekten im Detektionsbereich hochgenau ermitteln.
Die Sensoren sind in einem Gehäuse mit einer Abmessung von nur 40x40x83 mm untergebracht, sie finden also auch unter beengten Verhältnissen problemlos Platz. Der Sensorkopf ist zudem dreh- und schwenkbar, sodass er in praktisch jeder Einbausituation optimal auf den Zielbereich ausgerichtet werden kann. Mit den Schutzarten IP68/69 ausgestattet, ist das Gerät auch für raue Umgebungen oder einen ständigen Wechsel zwischen Innen- und Außeneinsatz gut geeignet. Bei den elektrischen Anschlüssen erlaubt die neue Produktserie ebenfalls große Flexibilität. Neben dem standardisierten M12-Anschlussstecker stehen eigens für den Einsatz in Fahrzeugen vorgesehene Steckertypen wie DEUTSCH oder AMP Superseal zur Verfügung.
Einbindung und Diagnose mit CANopen
Die integrierte CANopen-Schnittstelle ist für die Übermittlung der Messwerte sowie der Parametrierbefehle zuständig. Die Einbindung in eine vorhandene CAN-Bus-Infrastruktur ist damit sehr einfach und ohne aufwendige Einzelverdrahtung möglich. Wahlweise kann man durch das CAN-Netzwerk oder mithilfe des das FDT-Rahmenprogramms PACTware und eines Device Type Managers (DTM) auf Geräteparameter und erweiterte Funktionen zugreifen. Der Sensor lässt sich so mit minimalem Aufwand an die jeweilige Anwendung adaptieren.
Die Anbindung per CANopen eröffnet zugleich die Möglichkeiten für eine ins Detail gehende Zustandsüberwachung. Damit ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen gegeben, der in Verbindung mit einer fehlersicheren SPS möglich ist. Dank der Ausstattung der Sensoren und ihrer Diagnosefähigkeit genügt ein einzelnes Gerät für die Sicherheitslevel PL c (Kat. 2) und SIL 1. Unter Einbindung in ein Safety-Konzept und redundanter Auslegung des Sensors werden die Voraussetzungen für PL d (Kat. 3) und SIL 2 erreicht. Mehrere Geräte können in unmittelbarer Nähe zueinander eingesetzt werden, da sie sich in ihrer Funktion nicht gegenseitig beeinträchtigen. Für Anwendungen mit schnellen Reaktionszeiten lässt sich eine Abtastrate bis zu 200 Hz parametrieren.
Angepasster Messbetrieb
Elektromagnetische Wellen werden nicht von allen Materialien im selben Ausmaß reflektiert, am stärksten geschieht dies bei Metall. Bei Holz oder Kunststoff überwiegt dagegen der Anteil der Durchdringung deutlich den der Reflexion. Je nach Anwendungsart kann es sinnvoll sein, im Erfassungsbereich Winkelreflektoren aus Blech anzubringen. Diese stehen als Standardzubehör zur Verfügung.
Die Radarsensoren sind aber auch in der Lage, die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften der Objekte im Erfassungsbereich weitgehend zu kompensieren beziehungsweise sich diese zunutze zu machen. Man kann zum Beispiel nichtmetallene Objekte durch entsprechende Parametrierung und die Auswahl der Messbetriebsart gezielt ausblenden. In einem solchen Betriebsmodus erfasst der Sensor dann zuverlässig auch das eigentliche Zielobjekt hinter einem teildurchlässigen Objekt, das sich zwischen ihnen befindet.
Die Radarsensoren bieten drei verschieden Messbetriebsarten, um eine solche Feinjustierung vorzunehmen:
„Erstes Objekt“ – materialunabhängige Erkennung des Objekts, das sich am nächsten zum Sensor befindet. Objekte im Ausfahrbereich oder Aktionsradius von Fahrzeug und
Ausleger werden in jedem Fall erfasst.
„Stärkste Reflexion“ – Erfassung des Objekts mit den besten Reflexionseigenschaften
„Schnellstes Objekt“ – Detektion des Objekts, das sich am schnellsten auf den Sensor zu- oder von ihm wegbewegt. Diese Messbetriebsart ist unter anderem für Wegüberwachung und Kollisionsschutz bei fahrerlosen Transportsystemen gedacht.
Anwendungsbeispiele
Automatische Reduktion der Höchstgeschwindigkeit – Gabelstapler und andere Transportfahrzeuge dürfen und sollen auf dem Lagergelände im Außenbereich schneller fahren als in Produktions- und Lagerhallen. Dort muss dann aber eine reduzierte Höchstgeschwindigkeit eingehalten werden. Ein nach oben gerichteter Radarsensor am Fahrzeug erkennt bei der Einfahrt das Hallendach. Das Gerät gibt das Signal für die automatische Tempobeschränkung und für deren Aufhebung nach der Ausfahrt.
Höhenkontrolle für Staplergabel – Je höher die Gabel steht, desto niedriger ist die zulässige Geschwindigkeit des Staplers. Auch das zulässige Verhältnis zwischen Hubhöhe und Ladungsgewicht ist genau definiert. Der von der Gabel auf den Boden gerichtet Radarsensor erfasst im Modus „Stärkste Reflexion“ die Hubhöhe und blendet dabei Störobjekte aus. Die Höhenkontrolle kann auch für die Steuerung des Paletteneinschubs ins Hochregal genutzt werden: Das Sensorsignal zeigt an, ob der Palettenfuß die nötige Höhe erreicht hat. Kollisionsschutz für Hallenkran – Beim Hallenkran, auf dessen Schienen mehrere Kranbrücke montiert sind, kontrolliert der Sensor den Abstand zwischen diesen Elementen. Bei Annäherung wird die Langsamfahrt, bei Kollisionsgefahr der Sicherheitsstopp ausgelöst.
