Rundum abgesichert Wie sichere Radarsysteme die Produktion schützen

Die Bereichsabsicherung von Maschinen und Anlagen sollte anwenderfreundlich sein, um eine hohe Produktivität in der Fertigung zu gewährleisten. Vor allem auch, wenn Personen häufig in den Gefahrenbereich eintreten müssen.

Als Faustformel für den Einsatz eines sicheren Radarsystems gilt: überall dort, wo optoelektronische Sensoren an ihre „Umgebungs“-Grenzen stoßen, ist Radar die richtige Wahl. Denn im Vergleich zu optoelektronischen Sensortechnologien kann der Radarsensor nicht nur raue Umgebungen mit Schmutzbelastung und Stäuben gut vertragen, er ist auch in Umgebungen mit extremen Temperaturunterschieden und Wettereinflüssen eine gute Schutzmaßnahme. Umwelteinflüsse, die bei Scannern zu Messfehlern führen können, stellen für Radarsysteme kein Problem dar. Denn Radarsysteme arbeiten mit elektromagnetischen Wellen im zweistelligen Gigaherzbereich und reagieren auf Bewegungen.

Der Einsatz der Radartechnologie sollte auch in Betracht gezogen werden, wenn es darum geht, nicht nur Flächen zu überwachen, sondern Objekte in einem 3-dimensionalen Raum zu detektieren. Dabei deckt die Überwachung über Radar auch übliche Anwendungsbereiche wie Zugangsabsicherung oder Hintertretschutz ab.

Einsatzbereit unter erschwerten Bedingungen

Komplexe Applikationen insbesondere auch in rauen Umgebungen sind für Radarsysteme keine Herausforderung, industrielle Anlagen arbeiten der Umgebung zum Trotz effizient, weil zuverlässig verfügbar. Typische Einsatzorte finden sich dann auch beispielsweise in der Schwerindustrie wie zum Beispiel in der Mineral- und Stahlverarbeitung, wo Staub, Späne, Schweißfunken oder grelles Licht vorherrschen. Weil sie Volumen überwacht, kann die Radartechnologie auch vorteilhaft in der Holzindustrie, in Lackieranlagen, in Kühlhäusern oder in Gießereien zum Einsatz kommen. Im Outdoor-Bereich sichert der Radarsensor zum Beispiel Kräne oder Schüttguthäfen selbst bei Nebel, Schnee und mäßig starkem Regen ab.

Radar überwacht zweierlei Sicherheit

Ein Radarsensor hat gleich zwei sicherheitsgerichtete Funktionen auf dem Schirm: die Bereichsabsicherung und den Hintertretschutz. Ersterer gewährleistet, dass bei Betreten des Gefahrenbereichs die Maschine in einen sicheren Zustand versetzt wird. Der Hintertretschutz verhindert den ungewollten Wiederanlauf der Maschine, solange sich noch Personen im Gefahrenbereich befinden. Skalierbarkeit und modularer Aufbau von zum Beispiel PSENradar von Pilz machen es möglich, dass das Sicherheitssystem auf das erforderliche Maß angepasst und exakt dimensioniert werden kann.

Schutzbereiche „weitsichtig“ sichern

Der tatsächliche Schutzraum eines Systems ist von der Anordnung, Installationshöhe und Neigung der Sensoren abhängig. Das sichere Radarsystem PSENradar von Pilz etwa kann je nach Auswahl des Radartyps – eine unterschiedlich große Fläche oder Bereich überwachen. Zum Radarsensor mit einem Erfassungsbereich von 0 bis 5 Metern deckt der Sicherheitsexperte nun mit einem weiteren sicheren Radarsensor sogar einen Bereich bis zu 9 Metern ab. Das bietet Vorteile insbesondere bei mobilen Anwendungen im Outdoorbereich. Dort leistet ein Radar, der „weit sieht“, mehr als die herkömmliche Radartechnologie. Ein Fallbeispiel: Ein Portalkran sollte möglichst ohne Stopp Material transportieren. Ist der Radarsensor direkt am Portalkran montiert, kann der Sensor „direkt nach vorne schauen“, ob der Materialtransport wie geplant verläuft. Was die Abschaltzeiten bei eventuellen Störungen anbetrifft, lässt sich so ausreichend Reaktionszeit einberechnen.

Anpassbares Sichtfeld = höhere Produktivität

Wenn Radarsensoren flexibel anpassbare Sichtfelder ermöglichen, dann können Anwender die Sicherheit ihrer Applikation individuell umsetzen. Das ist insbesondere bei beengten Platzverhältnissen von Vorteil, zum Beispiel, wenn Maschinen in unmittelbarer Nähe zueinanderstehen. Beim Pilz-System zum Beispiel ist das Sichtfeld flexibel einstell- beziehungsweise anpassbar: über den symmetrischen Blickwinkel hinaus sind asymmetrische sowie korridorförmige Blickwinkel umsetzbar. Das Sichtfeld ist über den dazugehörigen Konfigurator individuell einstellbar. Der Anwender konfiguriert sein Sichtfeld, um es dann einfach auf den Radarsensor beziehungsweise die Radarlösung zu übertragen.

So bleibt der Radarsensor in Bezug auf seinen Platz an der Maschine oder Anlage flexibel applizierbar. Er schränkt den Produktionsbetrieb nicht ein, sondern sorgt für mehr Produktivität.

Neues Features für „mehr“ Sicht

Wenn Radarsensoren zudem unterschiedliche Geometrien sicher überwachen können, ist „mehr“ Sichtfeld möglich: Bei den neuartigen Radarsensoren im Pilz-System sind enge oder weite Geraden oder auch Flächen möglich, die kleinere oder größere Winkel aufzeigen. Solche Radarsensoren überwachen darüber hinaus 3D-Räume, also Volumen. In der Praxis lassen sich über ein flexibel anpassbares Sichtfeld etwa die (Lauf-)Wege enger definieren, um den wertvollen Platz in der Fertigung effizient zu nutzen. Möglich macht dies bei PSENradar von Pilz der deutlich größere Öffnungswinkel der Radarsensoren, die als 3D-System konzipiert sind. Bei diesen Radarsensoren passt sich das Sichtfeld in 10°-Schritten an: der Winkel ist auf einer oder auch auf beiden Seiten verkleinerbar, je nach individueller Anforderung.

FSoE macht Radarsicherheit schneller

Heute schon kann eine sichere Radarlösung das offene Sicherheitsprotokoll Safety over EtherCAT FSoE nutzen, was die Datenübertragung deutlich schneller macht. Einerseits für eine leistungsfähigere Diagnose: Zu geringen Reaktionszeiten auf ein Ereignis kommt eine schnellere Datenübertragung über Einkabellösung. Da die Sicherheit bei geringen Reaktionszeiten „schneller greift“, ist der Maschinenbediener vor den Gefahren, die von der Maschine ausgehen, besser geschützt. Die Einkabellösung sorgt dann dafür, dass die Maschine schneller betriebsbereit ist.

Dafür ist es jedoch ein Muss, dass die Sicherheitssteuerung des Radars auch in der Lage ist, die Auswertung der Sensordaten zu übernehmen. Und völlig unabhängig von einer übergeordneten Standardsteuerung beziehungsweise Maschinensteuerung agiert. Dies kann die konfigurierbare Kleinsteuerung PNOZmulti 2 im Pilz-System leisten: Als FSoE-MainInstance (FSoE-Master) vereint PNOZmulti 2 die Überwachung aller Sicherheitsfunktionen einer Radar-Applikation in einem Gerät und stellt Verbindungen zu sicheren FSoE SubordinateInstances (FSoE-Slaves) im Netzwerk her. Das heißt, sie übernimmt im sicheren Radarsystem PSENradar als Teil der Lösung die Auswertung der Sensordaten. Dabei erreicht dieses Radarsystem mit FSoE-Funktionalität höchste Sicherheit nach SIL 2, was zum Beispiel bei Rotoberanwendungen relevant wird. Die schnelle Integration solcher Radarsensoren zahlt schlussendlich auf die Produktivität ein. Denn diese lassen sich in bestehende Applikationen, die über das Protokoll EtherCAT laufen, einfacher einbinden.

Bereiche einfach konfigurieren

Im Pilz-System erfolgt die Auswahl und Konfiguration der Sensoren einfach über den PSENradar Konfigurator. Der Konfigurator ermöglicht eine schnelle Inbetriebnahme passend zur jeweiligen Applikation. Je nach Größe des zu überwachenden Bereichs lässt sich für jeden Sensor der passende Schutzraum definieren. Dieser ist abhängig von der Anordnung, Installationshöhe und Neigung des Sensors. Zusätzlich zum Schutzraum kann auch ein Warnraum konfiguriert werden. Verletzt eine Person den Warnraum, kann dies beispielsweise durch ein optisches Signal gemeldet werden. So kann die Produktivität der Anlage stets hochgehalten werden.

Radar hat Sicherheit und Produktivität im Blick

Die Radartechnologie ist als Anwendung im Industrieumfeld zwar noch relativ jung, aber bereits gut angenommen. Bei vielen Anwendungen ist sie erfolgreich im Einsatz. Wenn etwa eine Roboterzelle abgesichert wird, muss Hintertretschutz und ein sicherer Wiederanlauf unbedingt gewährleistet sein. Dabei erfordert die Roboter-Applikation ein höheres Sicherheitslevel. Das kann diese Technologie leisten. Schlussendlich trägt Radar dazu bei, die Sicherheit und die Produktivität eines überwachten Bereichs zuverlässig zu gewährleisten.