Radarsensorik Perfektes Gespür für den richtigen Abstand

Ein Gastbeitrag von Raphael Penning *

Vom Container-Hafen bis zum Tauchlackierbecken – Radartechnologie bietet für viele Anwendungen deutliche Vorteile gegenüber Alternativen wie Ultraschall oder Optosensorik.

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In der Hafenlogistik bieten sich die Radarsensoren von Turck zur Distanzmessung an Containerbrücken an.
In der Hafenlogistik bieten sich die Radarsensoren von Turck zur Distanzmessung an Containerbrücken an.
(Bild: Turck)

Allen Vorteilen zum Trotz: Bislang wurden Radar­sensoren in Logistik und Produktion eher selten für Distanz- oder Füllstandmessungen genutzt. In der Fertigungsautomatisierung etwa waren Radare lange zumeist den Safety-Sensoren zur Erfassung von Schutzfeldern beispielsweise an AGVs vorbehalten. Aktuelle Radarsensoren haben jedoch das Zeug, dies langfristig zu ändern. Turck bietet inzwischen mit dem LRS+-Füllstandradar und dem Distanzradarsensor DR-M30-IOL zwei Radarsensoren, die in vielen Anwendungen den bislang vorrangig eingesetzten Technologien Ultraschall oder Optosensorik handfeste Vorteile entgegensetzen.

Für höhere Reichweiten geeignet

Turck brachte im Jahr 2021 mit dem LRS+-Füllstandradar der Fluid+-Familie seinen ersten hauseigenen Radarsensor auf den Markt. Die IO-Link-fähigen Radarsensoren wurden zur Füllstandmessung im Bereich von 0,35 bis 10 m entwickelt. Die Geräte in Schutzart IP67/69K sind also für höhere Reichweiten geeignet und bieten detailliertere Möglichkeiten zur Ausblendung von Störsignalen als der Ultraschallfüllstandsensor LUS+, der ebenfalls auf der Fluid+-Sensorplattform basiert.

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Charakteristisches Merkmal der Fluid+-Plattform ist die Bedieneinheit mit kapazitiven Touchpads und transluzenter Frontkappe, über die der LRS+ Abstand-, Füllstand- und Volumenwerte anzeigt. Der Verzicht auf einen metallischen Führstab begünstigt den Einsatz in hygienischen Bereichen und vereinfacht die Inbetriebnahme. LRS-Sensoren sind entweder mit zwei Schaltausgängen oder mit einem Schalt- und einem Analogausgang verfügbar. Dank ihrer zusätzlichen IO-Link-Schnittstelle und der intelligenten, dezentralen Signalvorverarbeitung stellen alle Varianten zahlreiche Zusatzinformationen zur Verarbeitung in Condition-Monitoring-Anwendungen im IIoT bereit: neben der Signalstärke sind das Temperaturwerte, Betriebsstunden oder Schaltzyklen.

Browserbasiertes Konfigurationstool

Der Turck Radar Monitor ist ein browserbasiertes Konfigurationstool, das unter anderem die Signalkurve des Radars darstellt und Klartextzugriff auf alle relevanten Parameter bietet. Solch detaillierte Analysefunktionen waren bislang den in der Prozessindustrie eingesetzten Highend-Radarsensoren vorbehalten. Mit dem Radar Monitor und insbesondere der visualisierten Signalkurve erleichtert Turck seinen Kunden auch in der Fertigungsautomatisierung die Einrichtung der Radarsensoren: So lässt sich beispielsweise unter Zuhilfenahme der Signalkurve mit geringem Aufwand das Stör­signal eines Rührwerks oder Gitters ausblenden oder der Sensor mittels Echtzeit-Feedback perfekt ausrichten, um die Zuverlässigkeit der Füllstanderfassung in anspruchsvollen Applikationen zu maximieren.

Zugriff auf den Turck Radar Monitor erhält man am einfachsten mit Turcks IO-Link-Mastern. Ohne Zusatzsoftware kann der Radar Monitor auf diesem Weg über den IODD-Konfigurator aufgerufen werden. Die IODD der Radarsensoren laden die Turck IO-Link-Master selbständig herunter.

Verbesserte Sichtbarkeit kritischer Füllstände

Ein weiteres hilfreiches Feature der Radarfüllstandsensoren LRS+ ist das alphanumerische Bicolordisplay, das der Sensor mit den anderen Fluid+-Familienmitgliedern teilt. Zur verbesserten Sichtbarkeit kritischer Füllstände kann ein Farbwechsel des Displays von grün auf rot parametriert werden. So ist für jeden Mitarbeiter direkt im Feld aus größerer Entfernung erkennbar, wenn kritische Füllstände erreicht werden.

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Radartechnologie in der Automation: vom Exotenstatus zur ernsthaften Alternative

Radartechnologie verbinden die meisten Menschen mit Geschwindigkeitskontrollen im Straßenverkehr, wofür sie bereits seit vielen Jahren eingesetzt wird. Im vergangenen Jahrzehnt hat die Technologie zunehmend auch Einsatz im Auto selbst gefunden: So nutzen zum Beispiel aktive Abstandsregelungen, sogenannte ACC-Systeme (Adaptive Cruise Control), Radartechnologie, um den Abstand zu vorausfahrenden Autos und deren Geschwindigkeit zu ermitteln.

In der industriellen Automation hingegen waren Radare lange eher Exoten. Die Prozessindustrie hingegen nutzt diese Technologie bereits seit einiger Zeit für Füllstandmessungen. Kein Wunder: Da Radare auch über große Distanzen Füllstände ohne Medienberührung zuverlässig erfassen, bietet sie deutliche Vorteile gegenüber Ultraschall, optosensorischen oder medienberührenden Technologien.

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Nach der Entwicklung des Füllstandradarsensors lag es nahe, die Technologie auch für Applikationen zu adaptieren, bei denen ein Display und ein Bedienmenü am Sensor nicht nötig ist – nämlich für Distanzmessungen. Folgerichtig hat Turck jetzt den Distanzradarsensor DR-M30-IOL vorgestellt. Dieser Sensor ist mit Reichweiten von 0,35 bis 15 m, einem Edelstahlgehäuse sowie Schockfestigkeit bis 100 g auch für den Einsatz in extremen Umgebungsbedingungen ausgelegt. Die Funkfrequenz des FMCW-Radars von 122 Ghz sowie die IO-Link-Schnittstelle und Schutzart IP67/IP69K hat der DR-M30-IOL mit seinem Technologiependant für Füllstandmessungen gemein.

Einsatz in mobilen oder Outdoor-Anwendungen

Diese Eigenschaften erlauben nicht nur den Einsatz der Radartechnologie in rauen Applikationen in der Fabrikautomation, sondern auch in mobilen oder Outdoor-Anwendungen. Damit empfehlen sich die Sensoren beispielsweise zur Distanzmessung in der Hafen-Logistik, wo Opto- oder Ultraschallsensoren aufgrund ihrer begrenzten Reichweite oder wegen Störeinflüssen wie Staub, Wind oder Lichteinfall häufig ausscheiden.

Wie beim Füllstandradar erleichtert der Turck Radar Monitor auch beim Distanzradarsensor DR-M30-IOL die Einrichtung der Geräte durch die Echtzeit-Darstellung der Signalkurve – dies gilt insbesondere bei der Einstellung von Filtern zur Ausblendung von Störsignalen oder bei verzwickten Montagesituationen. Alternativ können die IO-Link-Geräte auch über IODD-Interpreter wie Pactware konfiguriert werden. Bei Montage in unmittelbarer Nachbarschaft verhindert das FMCW-Messprinzip der Geräte, dass sich die Signale gegenseitig beeinflussen.

Alle DR-M30-IOL-Sensoren verfügen neben IO-Link über einen Analog- und Schaltausgang, wobei der Analogausgang auch als zweiter Schaltausgang konfiguriert werden kann.

Distanzmessung an Containerbrücken

Das kann beispielsweise in Branchen wie der Hafenlogistik hilfreich sein. Dort bieten sich die Sensoren zur Distanzmessung an Containerbrücken an. Die Greifer, mit denen ISO-Container von Schiffen auf LKW oder Waggons gelangen, werden mit sogenannten Spreadern aufgenommen. Der Abstand zwischen Spreader und Container muss kontinuierlich erfasst werden, um Kollisionen zu verhindern und die Geschwindigkeit zu regeln. Der DR-M30-IOL kann dank seines Edelstahlgehäuses auch in rauer, salzhaltiger Küstenluft bestehen. Und da Hafenlogistik keine Zuckerbäckerei ist, zahlen sich die 100 g Schockbeständigkeit in dem Anwendungsfeld immer aus.

Die Spreader visieren den Container im Nahbereich mit sogenannten Flippern an. Diese mechanischen Zuführhilfen sorgen dafür, dass der Container auf den letzten Zentimetern präzise angedockt wird, sodass der Spreader zuverlässig in die Transportösen greifen kann. Allerdings verbreitern die ausgeklappten Slipper die Maße des Containers. Die Steuerung der Anlage muss diese Information mit dem Abstand­signal der Distanzsensoren verrechnen, um auch in engen Container-Burgen Kollisionen zu verhindern Auch zur Distanzmessung zwischen den einzelnen Containerbrücken ist der Distanzsensor prädestiniert.

Für größere Distanzen, wie sie Hafenanlagen häufig erfordern, wird Turck Varianten mit alternativen Linsenkonfigurationen im Portfolio ergänzen: je nachdem, ob ein kurzes und breites, ein mittleres oder ein langes und schmales Erfassungsfeld verlangt wird. Die Variante für hohe Reichweiten wird Distanzen bis zu 20 m messen. (jv)

* Raphael Penning Produktmanager Radarsensorik bei Turck, Mülheim an der Ruhr

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