Fachartikel

Radarsensoren

Für eine immer sichere Maschinenbewegung

Für eine immer sichere Maschinenbewegung

Mit Radartechnologie lässt sich jedes Umfeld praktisch mit Lichtgeschwindigkeit erfassen. Ihre zuverlässigen Signale sorgen schon lange für Sicherheit im Verkehr. Das robuste Messprinzip kann im Nahbereich denselben Nutzen entfalten, wenn es für die Steuerung von Fahrzeugen und Maschinenauslegern verwendet wird. Für diesen Zweck hat Pepperl+Fuchs eine neue Serie von Radarsensoren entwickelt.  

Radar (RAdio Detection And Ranging) beruht auf elektromagnetischen Wellen, deren Reflexion zur Objekterfassung auf Distanz genutzt wird. Die Technologie wird im Luftverkehr und der Schifffahrt auf große Entfernung eingesetzt, im Nahbereich bisher vor allem in Zugangskontrolle, Aufzügen und Geschwindigkeitsmessung. Um die robuste Signalgebung des Radars auch für industrielle Anwendungen zu erschließen, hat der Mannheimer Automationsspezialist Pepperl+Fuchs die Sensoren der Baureihe MWC25M-L2M-B16 entwickelt. 

Kompakt und flexibel 

Elektromagnetische Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, daher können Radarsensoren ihre Signale praktisch ohne Zeitverzögerung liefern. Dass die Erfassung auch bei Objekten in Bewegung funktioniert und deren Geschwindigkeit einschließt, kann man auf dem Bußgeldbescheid wegen zu schnellen Fahrens überprüfen. Der Blitzer macht zudem die Robustheit des Messprinzips deutlich: Er lässt sich von äußeren Bedingungen kaum beeinflussen und funktioniert bei jedem Wetter. 

Die neuen Radarsensoren von Pepperl+Fuchs verwenden für die Messung die besonders stabile frequenzmodulierte Dauerstrichmethode (FMCW). Ihr Frequenzband von 122 - 123 GHz ist in hohem Maße resistent gegenüber Störeinflüssen wie Regen, Nebel, Wind, Staub oder Temperaturschwankungen. Neben Distanz und Geschwindigkeit können die Geräte auch die Bewegungsrichtung des erfassten Objekts präzise bestimmen.  

Eine weitere Stärke ist ihre hohe elektromagnetische Verträglichkeit (EMV): Ihre Werte sind hier in nahezu jeder Kategorie vergleichbar mit denen in der offiziellen Zulassung. Somit ist eine zuverlässige Messung selbst bei hohem Störpegel von leitungsgebundener und hochfrequenter Einstrahlung gewährleistet. 

Die Hardware für diese Leistung ist in einem sehr kompakten Gehäuse untergebracht, das zudem die Schutzarten IP68/69 aufweist. Der Sensorkopf lässt sich drehen und schwenken, er kann daher in praktisch allen Einbausituationen optimal auf den Zielbereich ausgerichtet werden. Bei der Montage erlauben die Bauform und die Befestigungsmöglichkeiten sehr große Flexibilität. 

Sichere Kommunikation 

Auch beim elektrischen Anschluss ist eine flexible Vorgehensweise möglich. Hier stehen neben dem standardisierten M12-Anschlussstecker spezielle Stecker wie Deutsch und AMP Superseal zur Verfügung, die sich besonders für den Einsatz in Fahrzeugen eignen. Durch die integrierte CANopen-Schnittstelle werden Messwerte und Parametrierbefehle übermittelt.  

Sie ermöglicht außerdem die sehr einfache Einbindung der Sensoren in eine vorhandene CAN-Bus-Infrastruktur ohne aufwendige Einzelverdrahtung. Aus dem CAN-Netzwerk oder über das FDT-Rahmenprogramm PACTware und einen Device Type Manager (DTM) können die Anwender leicht auf zahlreiche Parameter sowie erweiterte Funktionen zugreifen. 

Auf diesem Weg lässt sich der Sensor außerdem flexibel an die jeweilige Anwendung anpassen, während die CANopen-Schnittstelle die Möglichkeit der detaillierten Zustandsüberwachung und Diagnose eröffnet. Damit sind die Radarsensoren in Verbindung mit einer fehlersicheren SPS auch für sicherheitsrelevante Anwendungen geeignet: Hier genügt ein einzelnes Gerät für den Sicherheitslevel PL c (Kat. 2)/ SIL 1. Die Voraussetzungen für PL d (Kat. 3)/ SIL 2 werden durch redundante Auslegung im Rahmen eines Safety-Konzepts erfüllt, das die Eignung der Sensoren aufgrund ihrer Diagnosefähigkeit in der Applikation bewertet. 

Metall oder Nichtmetall? 

Die stärkste Reflexion von Radarwellen ist bei Metall gegeben. Um eine gleichmäßig hohe Qualität der Radarreflexion herzustellen, können Winkelreflektoren aus Blech oder Metall verwendet werden, die an geeignete Stellen im Erfassungsbereich der Sensoren angebracht sind. Solche Reflektoren stehen als Standardzubehör zur Verfügung.  

Die im Vergleich reduzierte Reflexion nichtmetallener Objekte lässt sich aber auch gezielt nutzen, indem sie durch entsprechende Parametrierung der Radarsensoren und die Auswahl der Messbetriebsart ausgeblendet werden. In diesem Fall erfasst das Gerät zuverlässig auch das eigentliche Zielobjekt im Hintergrund. 

Mit ihrer Reichweite bis 25 m können die Sensoren verschiedene Bereiche rund um ein Fahrzeug absichern, auch durch den Einsatz mehrerer Geräte in unmittelbarer Nähe zueinander, die sich in ihrer Funktion nicht gegenseitig beeinflussen. 

Anwendungsbeispiele 

Automatische Reduktion der Höchstgeschwindigkeit – Die zulässige Höchstgeschwindigkeit für Gabelstapler ist auf dem Lagergelände im Außenbereich höher als in Produktions- und Lagerhallen. Um die Einhaltung des Tempolimits zu sichern, wird ein nach oben gerichteter Radarsensor am Fahrzeug montiert. Er detektiert bei der Einfahrt das Hallendach und gibt das Signal für die automatische Tempobeschränkung. Nach der Ausfahrt wird diese automatisch wieder aufgehoben. 

Höhenkontrolle für Staplergabel – Ein von der Gabel auf den Boden gerichteter Radarsensor erfasst im Modus „Stärkste Reflexion“ die Hubhöhe oder umgekehrt. Dabei ist der Sensor unten montiert und blickt auf einen Reflektor an der Gabel- oder Mastseite.  

Die Höhenkontrolle kann sowohl für die Steuerung des Paletteneinschubs ins Hochregal als auch für sicherheitsrelevante Abstandswerte genutzt werden, um etwa das zulässige Verhältnis zwischen Hubhöhe und Ladungsgewicht oder Geschwindigkeit jederzeit automatisch zu gewährleisten. 

Konstanter Fahrzeugabstand im Straßenbau – Für einen kontinuierlichen Materialnachschub fährt beim Straßenbau der Beschicker mit dem Baumaterial dem Straßenfertiger in gleichbleibendem Abstand voraus. Der Förderarm muss sich immer über dem Materialbehälter der Baumaschine befinden. Das wird mithilfe zweier Radarsensoren am Ausleger sichergestellt, die auf den Behälter gerichtet sind und der Steuerung die benötigten Positionssignale liefern. 

Autor: Zsolt Pekker, Pepperl+Fuchs SE 

Bilder: Pepperl+Fuchs SE 

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