2D-Absolut-Positioniersysteme

2D-Absolut-Positioniersysteme von Pepperl+Fuchs

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Wo Mensch und Maschine zusammenarbeiten, stellt die EU-Richtlinie 2006/42/EG hohe Anforderungen an die Sicherheit. Sie gelten nicht zuletzt für schienengeführte und autonome, fahrerlose Transportsysteme in der Produktion und der Intralogistik. SafePXV und safePGV von Pepperl+Fuchs sind die ersten kameragestützten 2D-Absolut-Positioniersysteme, die mit nur einem Sensor die Anforderungen von SIL 3 und PL e erfüllen.

Armin Hornberger, Leiter Produktmanagement IVC, Pepperl+Fuchs, Mannheim

Inhaltsverzeichnis

1. Bewährter Vorgänger 2. Farbe und Firmware für Sicherheit 3. Fahrerlos mit beliebiger Navigation 4. Einfache Montage, schnelle Parametrierung

Sicherheitsrelevante Absolutpositionierung wird umso häufiger benötigt, je mehr Abläufe in der Intralogistik automatisiert werden. Auch im Tür-, Tor- und Aufzugsbau (TTA) sowie in Windrädern gehört sie zu den Systemvoraussetzungen. Typische Anwendungen sind Elektrohängebahnen, Regalbediengeräte, mobile Roboter, Drehtische oder Krananlagen. In solchen Anwendungen hat sich bereits der Vorgänger des PXV, das PCV-System, seit 2011 als zuverlässiger Lieferant von Positionsdaten bewährt.

Bewährter Vorgänger

Schon dieses Vorgängersystem benötigt zur Orientierung nur einen einzigen Code des DataMatrix-Bandes, das hier noch einfarbig ist. Dieser Code kann sogar beschädigt sein, da das Lesefenster gleichzeitig mehrere Codes erfasst. Damit erkennt es auch bei kompromittierten Bandabschnitten die X-Position auf 0,1 mm genau. Es kommt dabei mit einer einzigen Kamera aus und unterscheidet sich damit von anderen auf dem Markt verfügbaren Systemen in einem wesentlichen Punkt: An den Spur-Weichen erhalten Zwei-Kamera-Systeme abweichende Positionssignale und benötigen zusätzliche Mechanismen, um die Positionsdaten abzusichern. Mit der einzelnen Kamera ist diese Art der Irritation ausgeschlossen.

2017 entstand auf der Grundlage des PCV das PXV-System. Um die Erkennung der Codes noch weiter zu verbessern, wurde sein Lesefenster auf 120 x 80 mm vergrößert und der Tiefenschärfebereich erweitert. Bei unverändert hoher Auflösung hat man zudem die Größe der Codes für den PXV auf 15 x 15 mm vervierfacht. Diese Verbindung aus verbesserter Optik und grobkörnigem Code-Design ist eine wirkungsvolle Vorkehrung gegen die im Betriebsalltag unvermeidliche Verschmutzung des DataMatrix-Bandes. Wie der PCV erfasst auch der PXV mehrere Codes gleichzeitig, die Positionsbestimmung bleibt also redundant und funktioniert selbst bei völliger Zerstörung einzelner Codes. Das Codeband kann sogar bis zu einer Strecke von 75 mm vollständig unterbrochen sein, ohne dass dies die Funktion beeinträchtigt wäre.

Farbe und Firmware für Sicherheit

Mit der Entwicklung des PXV-Systems wurden auf derselben technologischen Grundlage auch zwei sichere Varianten hinzugefügt: safePXV für schienengeführte und safePGV für autonom-fahrerlose Transportsysteme. Der erste Schritt zur erhöhten Sicherheit ist hier die erneute Modifizierung des grobkörnigen DataMatrix-Bandes. Die Codes sind für die Safe-Systeme in drei Farben ausgeführt und verfügen damit über eine weitere Redundanz-Dimension. Sie bestehen aus roten und blauen Elementen, wo diese sich überlagern, ist der Code schwarz.

Auch die LED-Leuchten des 2D-Lesekopfes von safePXV und safePGV sind in rote und blaue Elemente geteilt. Rote und blaue LED blitzen getrennt, nach dem Zufallsprinzip, sodass die Kamera jeweils nur einen der farbigen DataMatrix-Codes „sieht“: Im blauen Licht kann sie die roten und schwarzen, im roten die blauen und schwarzen Felder erkennen. Ein sicherer Algorithmus der Firmware gleicht die abwechselnden optischen Signale direkt im Sensor ab. Dies entspricht einer direkten und unabhängigen Plausibilitätsprüfung, die sofort auf eventuelle Fehlfunktionen hinweist, denn die Kameraauswertung kennt die jeweilige Beleuchtungsfarbe nicht. Sie vergleicht lediglich die Signale mit dem Erwartungswert: Die mathematisch zufällige Blitzfolge muss mit der erfassten Position übereinstimmen. Die beiden LED-Ringe werden direkt durch den Sicherheitsteil angesteuert. Somit kann dieser auch überprüfen, ob die Software in der Kamera korrekt funktioniert.

Der Sensor leitet die Positionsdaten über die Profinet/Profisafe-Schnittstelle zur sicheren Steuerung, die sie unmittelbar und ohne zusätzlichen Funktionsbaustein weiterverarbeiten kann. Außerdem kann die SSPS die plausibilisierten Sensordaten für die Ermittlung weiterer Parameter nutzen, etwa für sichere Beschleunigung, sichere Geschwindigkeit oder sicheren Stopp. Das Generieren von Steuersignalen durch Event-Marker und das direkte Auslösen definierter Events ohne zusätzliche Trigger-Sensoren ist ebenfalls möglich. Neben der sicheren X-Position geben safePXV und safePGV auch Positionsdaten auf der Y- und Z-Achse sowie Warn- und Fehlermeldungssignale aus.

Fahrerlos mit beliebiger Navigation

Die sichere Positionsbestimmung auf der X-Achse anhand der DataMatrix-Codes ist bei safePXV und safePGV identisch. Letzterer bietet darüber hinaus weitere Navigationsoptionen für autonome fahrerlose Transportsysteme. Der Sensor beherrscht auch die Tag-Navigation sowie die zuverlässige Spurverfolgung mit unterschiedlichen Spurbändern oder aufgemalten Spuren. Die hochgradige Fremdlichtunempfindlichkeit beider Safe-Varianten sorgt hier dafür, dass die Spuren selbst bei stark reflektierendem Untergrund und ohne zusätzliche Kontrastbänder erkannt werden. Dank dem großen Lesefenster und der 2D-Bildaufnahme werden selbst stark beschädigte und verschmutzte Spurbänder erkannt.

Aus den Bilddaten lassen sich für eine vorausschauende Wartung Diagnoseinformation über die Verschmutzung oder Zerstörung von Codes und Spurbändern gewinnen. Zur hohen Verfügbarkeit des Systems trägt auch bei, dass die Sensoren der safePXV- und safePGV-Systeme selbst mechanisch äußerst robust sind. Ohne bewegliche Teile arbeitet der Lesekopf verschleißfrei und hat nur geringen Wartungsbedarf.

Einfache Montage, schnelle Parametrierung

SafePXV und safePGV ersparen den zusätzlichen Aufwand für Verdrahtung, Montage und Gerätekosten, der bei der Nutzung von zwei Sensoren im Master/Slave-Betrieb anfiele. Die vorliegende Sicherheitszertifizierung macht Prüfgutachten überflüssig. Beide Systeme werden direkt mittels Profinet Profisafe-Protokoll angeschlossen, die Schnittstelle ist bereits im Sensorgehäuse integriert. Eine zusätzliche Box für die Busanschaltung wird nicht benötigt, die Ein- und Ausgänge für die Schaltung sind bereits implementiert.

Beide Systeme erlauben eine schnelle und einfache Inbetriebnahme. Die Kamera lässt sich per PC einstellen und parametrieren, bei einer Feldbus-Installation direkt durch die Steuerung. Mit Hilfe von Codekarten, die einfach vor das Lesefenster gehalten werden, ist der Vorgang auch ohne PC möglich. Das erleichtert auch die schnelle Neuparametrierung, etwa im Fall einer Streckenmodifikation oder dem Wechsel zu einem anderen Medium. jke

www.pepperl-fuchs.de

Details zu Positioniersystemen von Pepperl+Fuchs http://hier.pro/kWMdC Messe: SPS IPC Drives, Halle: 7A, Stand: 330

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