Sicherheit für Personen und Maschinen

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Das Ultraschallsensorsystem USi-safety von Pepperl+Fuchs kombiniert die Robustheit der Ultraschallsensorik mit einer intrinsisch sicheren Elektronik. Das Gerät ist damit unter anderem für die sichere Steuerung von Maschinen und autonom-fahrerlosen Transportsystemen (AGV) geeignet. Es erfüllt die Anforderungen der Kategorie 3 PL d der Norm EN ISO 13849 und ist der einzige sichere Ultraschallsensor auf dem Markt.

Sicherheit & Industrieversorgung

Stark elliptische Schallkeule für ideale Bereichsüberwachung
Stark elliptische Schallkeule für ideale Bereichsüberwachung
Das USi-safety lässt sich flexibel in AGV integrieren
Das USi-safety lässt sich flexibel in AGV integrieren
Das USi-safety bietet zwei unabhängige Kanäle, die jeweils die ISO 13849 Kategorie 3 PL d erfüllen
Das USi-safety bietet zwei unabhängige Kanäle, die jeweils die ISO 13849 Kategorie 3 PL d erfüllen

Der Schutz von Per­so­nen in in­dus­t­riel­len Um­ge­bun­gen stellt ho­he An­for­de­run­gen an die Si­cher­heits­tech­nik: Sie muss ei­ner­seits ro­bust und ab­so­lut zu­ver­läs­sig sein und an­de­rer­seits stren­ge Richt­li­nien und Nor­men er­fül­len. Je hö­her der Au­to­ma­ti­sie­rungs­grad ist, des­to mehr ge­winnt die­ser As­pekt an Be­deu­tung. Ein Bei­spiel da­für ist die Pro­duk­tions- und La­ger­lo­gis­tik, wo im­mer mehr au­to­no­me Trans­port­sys­teme zum Ein­satz kom­men. Sie be­we­gen sich in Be­rei­chen, in de­nen Men­schen ar­bei­ten und müs­sen des­halb bei ei­ner Be­geg­nung je­der­zeit recht­zei­tig stop­pen kön­nen. Da oft meh­re­re AGV un­ter­wegs sind, schützt die Si­cher­heits­tech­nik im Be­geg­nungs­ver­kehr auch die Fahr­zeu­ge selbst. 

Ro­bus­tes Mess­prin­zip

Ein auf­tau­chen­des Hin­der­nis muss von der Sen­so­rik unter al­len Um­stän­den er­fas­st wer­den. Hier weist die Ul­tra­schall­sen­so­rik bau­art­be­dingte Vor­tei­le ge­gen­über an­de­ren Tech­no­lo­gien wie die Op­to­elek­tro­nik auf. Opti­sche Sen­so­ren sind auf die un­ge­hin­der­te Aus­brei­tung des Lichts an­ge­wie­sen. Wird ihr Licht­strahl be­hin­dert, ab­ge­lenkt oder nicht aus­rei­chend re­flek­tiert, kön­nen sie das Ziel­ob­jekt nicht zu­ver­läs­sig er­fas­sen. Dampf und Staub oder – beim Außen­ein­satz – Nebel, Regen und Schnee „ver­schlucken“ den Licht­puls. Auch ob­jekt­spe­zi­fi­sche Eigen­schaf­ten wie un­re­gel­mäßige Kon­tu­ren, Löcher und Aus­spa­rungen in den Ober­flä­chen kön­nen zu einer Ir­ri­ta­tion der opti­schen Mes­sung füh­ren.

Ul­tra­schall ist ge­gen sol­che Stör­fak­to­ren prak­tisch völ­lig un­emp­find­lich. Die opti­schen Ei­ge­nschaf­ten einer Ober­flä­che spielen per De­fi­ni­tion kei­ne Rol­le. Beim Er­ken­nen un­regel­mä­ßiger Kon­tu­ren er­weist sich eine bau­art­be­ding­te Ei­gen­schaft als hilf­reich: Die soge­nannte Schall­keule trifft im­mer flächig auf das Ziel­ob­jekt, der Sen­sor er­fasst weit mehr als nur ei­nen Punkt oder eine Scan-Linie. Er kann des­halb von Löchern und Aus­spa­rungen am Ziel­objekt nicht irri­tiert wer­den. Staub, Dämpfe und Nieder­schläge haben kaum Aus­wir­kungen auf den Schall. Zu­dem sind Ultra­schall­sen­so­ren gegen Ver­schmutzung oder an­haften­de Be­läge prak­tisch immun.

Ellip­ti­sche Schall­keule

Die Schall­keule eines Ultra­schall­sensors ist übli­cher­weise radial sym­met­risch. Beim USi-safety hin­gegen ist sie in einer Achse sehr breit und in der an­deren sehr schmal ausge­prägt. Durch diese Asym­me­trie erhält die Schall­keule eine stark ellip­ti­sche Form. Da­mit kann der Sen­sor einen räum­lich ver­grö­ßer­ten Be­reich ab­decken. So ent­steht in einem Ab­stand von 1,5 Meter eine Sicher­heits­zone von 80 Zen­ti­meter Brei­te. Die viel­fäl­tigen Ein­stellungs­mög­lich­keiten des Ge­räts er­lau­ben es bei­spiels­weise, klei­ne Ob­jek­te oder Kör­per­tei­le in gro­ßer Dis­tanz zu er­ken­nen. Die maxi­male Reich­weite beträgt 2,5 Meter. Damit können AGV den ge­sam­ten Raum in ihrer Fahrt­rich­tung kon­trol­lie­ren.

Der Ultra­schall­wand­ler selbst ist mit 27x21x13 Milli­meter äußerst kom­pakt. Er kann pro­blem­los etwa in Gabel­zin­ken von Stap­lern unter­ge­bracht wer­den. Diese Minia­turisie­rung wurde mög­lich, weil der eigent­liche Sen­sor von der Aus­werte­ein­heit getrennt ist. Diese kann bis zu 3 Meter Kabel­länge ent­fernt platziert wer­den. Sie bie­tet An­schlüs­se für zwei Sen­so­ren, so dass bei einem Stap­ler beide Zin­ken oder Vor­wärts- und Rück­wärts­gang se­pa­rat ab­ge­sichert wer­den kön­nen. Die hohe Schutz­art IP69K macht die Ultra­schall­wand­ler be­son­ders un­emp­find­lich gegen Staub und tole­riert sogar eine Hoch­druck­rei­ni­gung.

Sichere Elek­tro­nik, intui­tive Para­metrie­rung

Jede Ultra­schall­sensor­ein­heit wird über die Elek­tro­nik zwei feh­ler­siche­ren Aus­gängen zuge­wiesen. Zwei Mikro­con­trol­ler in der Aus­werte­ein­heit über­wachen so­wohl die Sensor­funk­tion als auch gegen­sei­tig sich selbst. Auf­fäl­lige Ab­wei­chun­gen der Sensor­ein­heiten oder zwi­schen den Con­trol­lern lösen auto­ma­tisch die Sicher­heits­schal­tung aus. Über je­den der bei­den von­ein­ander un­ab­hän­gi­gen Sensor­ka­näle ist eine zuver­läs­sige Ab­siche­rung mög­lich. So sind die An­forde­rungen für ein siche­res Sensor­system be­reits mit nur einer ange­schlos­senen Sensor­ein­heit erfüllt. Für die Signal­aus­gabe an eine Sicher­heits­steue­rung stehen pro Sensor­ein­heit je­weils ein Melde­aus­gang sowie sichere, kurz- und quer­schluss­über­wachte OSSD-Aus­gänge zur Ver­fügung.
Wenn im Lager­ver­kehr meh­rere AGV unter­wegs sind und ein­ander begeg­nen, wird die Inter­ferenz zwi­schen den Ultra­schall­senso­ren der ver­schie­denen Fahr­zeuge durch eine spe­zielle Soft­ware unter­drückt. Feste Stör­grö­ßen sowie Referenz­ob­jekte zur Mani­pula­tions­siche­rung können aus­geblen­det wer­den. Schalt­punk­te, Aus­gangs­logik, die Ini­tiali­sierung perio­discher Tests sowie Safety- und ultra­schall­spezi­fische Para­meter lassen sich mit der Para­metrier­soft­ware intui­tiv ein­stellen. Diese generiert außer­dem auto­matisch Safety-Pro­to­kolle für die Anlagen­doku­menta­tion.

Praxis­bei­spiel Kol­lisions­ver­meidung im Gabel­zinken

Bei fahrer­losen Trans­port­fahr­zeu­gen sind für die Ab­siche­rung neben der Haupt­fahr­rich­tung auch die Neben­fahrt­rich­tungen, wie die Fahrt in Gabel­rich­tung, und die seit­liche Zone, rele­vant. Die klei­nen Sensor­ein­heiten des USi-safety kön­nen an belie­bigen Stel­len, bei auto­mati­sierten Gabel­stap­lern zum Bei­spiel di­rekt in die Gabel­zinken inte­griert wer­den. Die ent­kop­pelte Aus­werte­ein­heit kann weiter ent­fernt im Chassis des Fahr­zeugs ihren Platz finden. Das drei­dimen­sio­nale Schall­feld der Sensor­ein­heiten sichert so den Gefahren­bereich direkt vor den Gabel­zinken ab. Auf­ge­wirbel­ter Staub und an­dere Um­welt­ein­flüsse beein­träch­tigen die Detek­tion nicht.

Praxis­bei­spiel Personen­sicher­heit bei spur­geführ­ten AGV

Spur­geführ­te AGV fol­gen einer auf den Boden auf­ge­brach­ten Mar­kie­rung. Die Bahn liegt häu­fig in Be­rei­chen, in de­nen sich auch Per­so­nen be­we­gen. Kolli­sionen müs­sen zuver­lässig ver­mie­den wer­den, ohne Trans­port­fahr­ten un­nö­tig zu unter­bre­chen. Opti­sche Sys­teme, die für eine freie Navi­ga­tion und Per­so­nen­schutz ein­ge­setzt wer­den, las­sen sich hier durch al­ter­na­tive Schutz­ein­rich­tungen wie bei­spiels­weise das USi-safety er­gän­zen oder gar er­setzen. Die Sen­sor­ein­heiten werden fle­xi­bel in die AGV inte­griert. Mit der Para­metrier­soft­ware kann man den Er­fassungs­bereich der Sensor­ein­heiten schnell und ein­fach an die Ge­geben­heiten an­passen. Der Melde­aus­gang lässt sich bei­spiels­weise für redu­zierte Ge­schwin­dig­keit oder die Aus­gabe eines Warn­sig­nals nutzen. Die Sicher­heits­aus­gänge lösen in einer Ge­fahren­si­tu­a­tion zu­ver­lässig einen Stopp aus.

Praxis­bei­spiel Ma­schi­nen­ab­siche­rung

Üblicher­weise werden kriti­sche Be­rei­che bei Ma­schi­nen mit op­to­elek­tro­ni­schen Licht­gittern ab­ge­sichert. In man­chen Um­ge­bun­gen wie etwa in der Holz­indus­trie kom­mt es bei sol­chen Sen­so­ren wegen der un­ver­meid­lichen Staub­ent­wick­lung oder umher­flie­gen­den Par­ti­keln häu­fig zur Fehl­aus­lö­sung. Die Ma­schi­ne schal­tet in den siche­ren Zu­stand, das Licht­git­ter muss ge­rei­nigt und die An­la­ge neu ge­star­tet wer­den.

Das USi-safety kann statt­des­sen einen „Schall­vor­hang“ her­stel­len, der ge­gen Holz­staub und flie­gen­de Par­ti­kel sowie an­haf­ten­de Ver­schmutzung un­emp­find­lich ist. Die Ma­schi­ne ist zu­ver­läs­sig ab­ge­sichert, oh­ne un­nö­tige Unter­bre­chun­gen im Pro­duk­tions­pro­zess. Ins Mess­feld hi­nein­ra­gen­de Ma­schi­nen­tei­le kön­nen per Teach-in nicht nur ein­ge­lernt, son­dern auch zur Ma­ni­pu­la­tions­si­che­rung ge­nutzt wer­den. Wird ein sol­ches Re­ferenz­tar­get auf­grund einer Mani­pula­tion nicht mehr er­kannt, geht das Sys­tem in den siche­ren Zu­stand.
 

Veröffentlicht am Juni 1, 2021 - (634 views)
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