Kamerabasierte Vision-Systeme erfassen mehr oder weniger komplexe Bilder aus der Realität, extrahieren die optische Information und werten sie aus. In sicherheitsrelevanten Anwendungen müssen die daraus generierten Signale besonders hohen Anforderungen genügen. Ihre Zuverlässigkeit hängt nicht zuletzt von der immanenten Redundanz des Systems ab. Pepperl+Fuchs hat die ersten kameragestützten 2D-Absolut-Positioniersysteme entwickelt, die mit nur einem Sensor die Anforderungen von SIL 3 und PL e erfüllen: Safe PXV für lineargeführte und Safe PGV für autonom-fahrerlose Transportsysteme (AGV).

Die beiden Vision-Systeme arbeiten auf derselben technischen Grundlage. Diese besteht aus einem dreifarbigen Data-Matrix-Band nach dem Standard ECC 200 und einer Kamera, die mit roter und blauer LED-Beleuchtung ausgestattet ist. Die Codes messen jeweils 15x15mm. Schon diese überdurchschnittliche Größe trägt zur Robustheit des Gesamtsystems bei.

Die Mehrfarbigkeit ist eine der Grundlagen seiner Redundanz: Die verschiedenfarbigen LEDs der Sensor-Kamera blitzen getrennt in einem sicherheitsbewerteten Ablauf. Mit dieser Maßnahme wird zum einen während der Hochlaufphase (Power On) das Gerät sicher und im laufenden Betrieb ständig überprüft. Die Kamera „sieht“ daher immer nur einen Teil der farbigen Data-Matrix-Codes: Im blauen Licht kann sie die roten und schwarzen, im roten die blauen und schwarzen Felder erkennen. Ein sicherer Algorithmus der systeminternen Firmware gleicht diese optischen Signale miteinander ab und führt so eine unabhängige Plausibilitätsprüfung durch. Die Kameraauswertung vergleicht lediglich die unabhängig aufgenommenen Codes mit dem Erwartungswert, kennt aber die jeweilige Beleuchtungsfarbe nicht. Stimmt die zufällige Blitzfolge nicht mit der erfassten Position überein, wird eine Fehlfunktion gemeldet. Da die beiden LED-Ringe direkt durch den Sicherheitsteil angesteuert werden, wird automatisch auch die korrekte Funktion der Kamera-Software überprüft.

Die Systeme benötigen nur einen einzigen Code des Data-Matrix-Bandes, um die Position auf der X-Achse zu bestimmen. Beschädigte Codes werden toleriert, da das 120 x 80mm große Lesefenster gleichzeitig mehrere davon erfasst. Auch bei kompromittierten Bandabschnitten geschieht dies auf 0,2mm genau. Die Positionsbestimmung bleibt immer redundant und funktioniert selbst bei völliger Zerstörung einzelner Codes. Bis zu einer Strecke von 75mm kann das Codeband sogar ganz unterbrochen sein.

Der Sensor übermittelt die Positionsdaten durch seine Profinet Profisafe-Schnittstelle zur sicheren Steuerung. Dort werden sie unmittelbar und ohne zusätzlichen Funktionsbaustein weiterverarbeitet. Die plausibilisierten Sensordaten stehen der SSPS außerdem für die Ermittlung weiterer Parameter zur Verfügung. Neben der sicheren X-Position gibt das Safe PXV weitere nicht-sichere Daten wie Geschwindigkeit, Warn- und Fehlermeldungssignale aus. Das Safe PGV-System gibt zusätzlich noch die Y-Abweichung, den Abstand in Z-Richtung und eine Winkelabweichung aus.

Beide Sensorsysteme überwachen zudem den Zustand des Codebandes. Sie bewerten die Code-Qualität in sieben Stufen und ermitteln den Trend der Veränderung. Als weiteres Indiz dient die Anzahl der beim Verfahren gelesenen Codes. Das System meldet rechtzeitig, an welchen Stellen das Codeband erodiert und bald ausgetauscht werden sollte. Die Möglichkeit der vorausschauenden Wartung steigert die Prozesssicherheit.

Fazit
Die Redundanz der Vision-Systeme ist mehrstufig und multifaktoriell. Sowohl das Codeband als auch die Kameratechnik und die integrierte Datenverarbeitung bieten eigenständige Sicherheitsvorkehrungen. Eine Bewertung der Codequalität ermöglicht eine vorbeugende Wartung und erhöht somit die Anlagenlagenverfügbarkeit. Aufgrund ihres Zusammenspiels erfüllen die Sensoren zuverlässig die Anforderungen von SIL 3 und PL e.

Auf einen Blick
Die Positioniersysteme Safe PGV / Safe PXV von Pepperl+Fuchs erfüllen die Anforderungen von SIL 3 und PLe

• Sie bieten sichere X-Positionen
• Sie geben weitere Zusatzdaten wie Geschwindigkeit, Winkelabweichung, Warnmeldungen und Fehlermeldungen aus
• Eine vorbeugende Wartung wird ermöglicht durch die Angabe von Qualitätswerten bezogen auf die Codebandqualität und die Anzahl gelesener Codes
• Alle Zusatzinformationen führen zu einer hohen Prozessstabilität und Verfügbarkeit der Anlagen