Sicheres Maß
Farbige DataMatrix-Codes zur Absolutpositionierung nach SIL3/PLe
Das Positioniersystem safePGV und der safePXV ermöglichen erstmals die sichere Absolutpositionierung nach SIL3/PLe mit nur einem einzigen (Vision) Sensor.
Bild 1 | Basis des sicheren Positioniersystems safePXV und safePGV ist die Kombination aus einem 2D-Lesekopf und ein spezielles Band mit zwei sich überlagernden DataMatrix-Codes in rot und blau. (Bild: Pepperl+Fuchs Vertrieb Deutschland GmbH)
Schon 2011 kombinierte Pepperl+Fuchs bei dem Positioniersystem PCV (Position Coded Vision) eine 2D-Kamera als Lesekopf mit einem DataMatrix-Codeband zur Absolutpositionierung. Der Lesekopf extrahiert dabei die Informationen im DataMatrix-Code, identifiziert die aktuelle Position und berechnet anschließend die exakte Position in Relation zur Kameramitte. Dabei bietet das System eine hohe Datensicherheit, da immer mehrere Codes gleichzeitig gelesen werden. Ebenfalls auf Basis der Technologie folgte 2014 der PGV, eine Lösung zur Navigation von fahrerlosen Transportsystemen (FTS). Mit dem safePGV und dem safePXV wurde nun eine neue Generation von Positioniersystemen entwickelt, die erstmals Level SIL3/PLe erreichen – und das mit nur einem einzigen Vision Sensor.
Farbiges DataMatrix-Codeband
Bisher war eine sichere Absolutpositionierung nach SIL3/PLe für Anlagenbetreiber bislang kaum realisierbar, da sie mit erheblichem Aufwand und hohen Kosten verbunden war. Basis des neuen Systems ist die Kombination aus einem 2D-Lesekopf und dem DataMatrix-Code. Dabei kommt ein spezielles Band mit zwei sich überlagernden DataMatrix-Codes in rot und blau zum Einsatz. Der 2D-Lesekopf ist mit zwei unterschiedlich farbigen LED-Ringen – ebenfalls in rot und blau – ausgestattet. Durch die zweifarbigen Codes in Verbindung mit der zweifarbigen Beleuchtung entsteht eine einzigartige Sicherheitslösung. In jedem einzelnen Code befinden sich Positions- und Sicherheitsinformationen, die durch die LED-Beleuchtung in rot bzw. blau sichtbar gemacht werden und so von der Kamera auslesbar sind.
Bild 2 | Selbst Unterbrechungen bis 75mm meistert der safePXV. (Bild: Pepperl+Fuchs Vertrieb Deutschland GmbH)
Algorithmus prüft Plausibilität
Das eigentliche Gehirn der Positioniersysteme ist die Firmware. Durch sie werden die unterschiedlichen LED-Farben mit einem als sicher zu bewertenden Algorithmus angesteuert. Jeder Code wird unabhängig im Sicherheitsteil des Sensors direkt auf Plausibilität überprüft. Dabei muss die mathematisch zufällige Blitzfolge mit der tatsächlichen Position übereinstimmen. Da die Ansteuerung der unterschiedlichen LEDs über den Sicherheitsteil realisiert wird, weiß die Kameraauswertung nicht, mit welcher Beleuchtungsfarbe gerade aufgenommen wird. Sie gleicht daher lediglich den Erwartungswert mit den tatsächlich aufgenommenen Daten des Codes ab. Auf diese Weise wird stetig geprüft, ob die Software in der Kamera noch korrekt funktioniert. Die Firmware des Systems plausibilisiert also bereits im Sensor selbst alle Daten und gibt sie erst dann über Profisafe an die sichere Steuerung weiter. Daher kann die sichere X-Position ohne Prüfung weiterverarbeitet und zur Prozesssteuerung verwendet werden. Entstanden ist so ein Positioniersystem, das erstmals die Sicherheitsanforderungen nach SIL3/PLe erfüllt – und das mit nur einem Sensor.
Fünf Codes gleichzeitig
Die Lesefenster der Geräte wurden vergrößert (120x80mm), wodurch stets fünf DataMatrix-Codes gleichzeitig erfasst werden. Selbst bei stark verschmutzten oder beschädigten Codes ist somit die Funktionalität sichergestellt. Das große Lesefenster hat auch noch andere Vorteile: in Kombination mit dem großen Tiefenschärfebereich ermöglicht es eine optimale Lesbarkeit und damit höchste Toleranz bei der Streckenführung. Engste Kurvenradien, Steigungs- und Gefällstrecken sind problemlos realisierbar – und das auf einer Entfernung von bis zu 100.000m. Dabei können die Codebänder bis zu 75mm unterbrochen sein, ohne die geringste Auswirkung auf die Performance. Entscheidend ist das insbesondere bei Anlagen mit langen Streckenverläufen. Hier können z.B. Dehnungsfugen ohne Störung überbrückt werden.
