Safety Sichere Positionserfassung mit einem Sensor

Von Jan Vollmuth

Das neue sichere Barcode-Positioniersystem FBPS 600i von Leuze macht einen zweiten Sensor überflüssig und vereinfacht die Umsetzung von Sicherheitsfunktionen.

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Das neue Barcode-Positioniersystem FBPS 600i kombiniert zwei Sensoren in einem Gerät und erfasst damit Position und Geschwindigkeit sicher.
Das neue Barcode-Positioniersystem FBPS 600i kombiniert zwei Sensoren in einem Gerät und erfasst damit Position und Geschwindigkeit sicher.
(Leuze)

Eine sichere Positions- und Geschwindigkeitserfasssung spielt bei der Entwicklung vieler Regalbediengeräte und Querverschiebewagen eine wichtige Rolle. Die Anforderungen ergeben sich aus der Risikobeurteilung für die jeweilige Anlage oder beispielsweise aus der Norm EN 528 „Regalbediengeräte – Sicherheitsanforderungen“. Das neue sichere Barcode-Positioniersystem FBPS 600i von Leuze vereinfacht die Umsetzung der geforderten Sicherheitsfunktionen deutlich.

Verschiedene Normen relevant

Welche Normen genau spielen eine Rolle in diesem Zusammenhang? Zum einen gilt die Norm ISO 12100 „Sicherheit von Maschinen“; sie beschreibt, wie Hersteller durch Risikominderung das notwendige Sicherheitsniveau von Maschinen und Anlagen erreichen. Teil davon ist die Risikobeurteilung, mit der mögliche Gefährdungen ermittelt und bewertet werden.

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Zur Risikominimierung an automatisch bewegten Anlagenteilen wie Regalbediengeräten oder Querverschiebewagen werden in der Regel steuerungstechnische Sicherheitseinrichtungen verwendet. Für diese ist entweder der notwendige Performance Level PLr nach der Maschinenrichtlinie ISO 13849-1 oder der notwendige Safety Integrity Level SIL nach IEC 62061 zu ermitteln.

Norm EN 528 macht es Herstellern leichter

Eine Erleichterung finden Hersteller in der europäischen Norm EN 528 „Regalbediengeräte – Sicherheitsanforderungen“. In dieser harmonisierten Norm wurden durch das Normengremium die typischerweise an Regalbediengeräten vorhandenen Gefährdungen und Risiken ermittelt und bewertet. Das Einhalten der Norm reduziert den Aufwand des Herstellers für die Risikobeurteilung deutlich. Zudem gibt dieses Vorgehen rechtliche Sicherheit.

Um Position und Geschwindigkeiten zu ermitteln, kommen Sensoren zum Einsatz. Daher muss hinsichtlich der Sicherheitsanforderungen neben der Umsetzung des geforderten Performance Levels auch die Einbindung der verwendeten Sensoren in das Gesamtsystem berücksichtigt werden. Regalbediengeräte sind auf Schnelligkeit und Effizienz optimiert. Dazu müssen die Positionsinformationen von den Sensoren schnell erzeugt und durch sichere Anschalteinheiten oder Steuerungen mit kurzen Reaktionszeiten verarbeitet werden.

Zwei unabhängige Kanäle erforderlich

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, kommt heute in der Regel nicht sichere Positions-Sensorik zum Einsatz. Nach ISO 13849-1 ist deren Einsatz in Sicherheitsanwendungen auch grundsätzlich möglich. Zur Erreichung eines Performance Levels d muss allerdings ein redundanter Aufbau mit zwei Sensoren in diversitärer Technologie erfolgen.

Um die Distanzinformationen auszuwerten und die Sensoren in den Sicherheitskreis einzubinden, sind grundsätzlich zwei technologische Ansätze üblich, die in der Entscheidung des Herstellers liegen. Dabei kann die sichere Auswertung der Signale entweder in der sicheren Anschalteinheit des Frequenzumrichters oder dem sicheren Teil der Steuerung erfolgen. Sicherheitstechnisch sind beide Ansätze gleichwertig.

Millimetergenau positionieren auf langen Strecken

Mit welchen Verfahren wird heute die Position ermittelt? In einem Hochregallager beispielsweise muss ein Regalbediengerät oft auf einer Strecke bis zu 300 m millimetergenau positioniert werden. Die älteste hierfür verwendete Technologie ist der sogenannte Drehgeber. Er überträgt über eine formschlüssige Verbindung eine lineare Bewegung auf eine rotierende Codescheibe, um daraus inkrementell oder absolut die Position zu ermitteln. Diese klassische Art der Positionserfassung wird heute nur noch selten eingesetzt. Stand der Technik sind Sensoren, die über eine Laserdistanz-Messtechnologie oder über ein kodiertes Barcodeband die Position einer Achse erfassen.

Bei einer Laser-Abstandmessung arbeitet der Laser gegen einen Reflektor, der das ankommende Licht reflektiert. Aus der Phasenverschiebung des gesendeten und empfangenen Lichtes kann die Distanz zwischen Laser und Reflektor mit einer absoluten Genauigkeit von ± 2 mm ermittelt werden.

Bei der Barcodepositionierung wird ein speziell ausgelegter Barcodeleser an einem Barcodeband entlanggeführt. Mit dieser Methode kann die Position auf wenige zehntel Millimeter genau ermittelt werden. Leuze hat mit dem BPS 300i bereits einen solchen Sensor im Programm. Mit dem neuen FBPS 600i können darüber hinaus die Positionsdaten sicher ermittelt werden.

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Da der FBPS 600i zwei Standardsensoren mit diversitärer Technologie in einem Gehäuse kombiniert, ist anstelle des redundanten diversitären Konzeptes nur noch ein Sicherheitssensor notwendig.

Beim FBPS 600i handelt es sich um einen zertifizierten sicheren Sensor auf Basis der Barcodemesstechnologie. Da das Gerät zwei Standardsensoren mit diversitärer Technologie in einem Gehäuse kombiniert, ist anstelle des redundanten diversitären Konzeptes nur noch ein Sicherheitssensor notwendig. Somit steht mit dem FBPS 600i ein sicheres Messsystem in PL e / SIL 3 zur Verfügung.

Sichere Positionserfassung mit hoher Geschwindigkeit

Die sichere Positionserfassung kann bis zu einer Geschwindigkeit von 10 m/s erfolgen. Das FBPS 600i berechnet dabei im 1-ms-Zyklus neue Positionswerte und stellt diese über eine zweikanalige SSI-Schnittstelle zur Verfügung.

Ein weiteres wichtiges Merkmal: die Fehlerreaktionszeiten. Dank der kurzen Fehlerreaktionszeit des FBPS 600i können die Fahrprofile von Regalbediengeräten optimal ausgelegt werden, ohne dass die Umschlagsleistung reduziert wird. Hohe Umschlagsleistungen sind ein wichtiges Leistungsmerkmal von Regalbediengeräten und diese sollten durch die eingesetzte Sicherheitstechnologie nach Möglichkeit nicht reduziert werden. Zudem kann der Positionswert parallel einem Lagerregler zugeführt werden. Ein zusätzlicher Sensor für den Lagerregelkreis erübrigt sich.

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Das FBPS 600i wird in unterschiedlichen Varianten und Ausbaustufen angeboten. Allen Ausbaustufen gemeinsam ist die Ausgabe der sicheren Positionswerte über eine zweikanalige SSI-Schnittstelle. So lassen sich sehr einfach 2 Standardsensoren durch ein FBPS 600i ersetzen, ohne in den vorhandenen Sicherheitsauswertungen Anpassungen vornehmen zu müssen. Dies zeigt sich speziell bei den Sicherheitsanschaltungen von SEW. Das FBPS 600i ist ohne weitere Konfigurationen an den Sicherheitsanschaltungen der Umrichter MOVI-B und MOVI-C betreibbar. (jv)

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