Radar (Radio Detection And Ranging) steht für Erkennen und Abstandmessen mittels elektromagnetischen Wellen. Das Radargerät sendet die Wellen aus, erfasst ihre Reflexion und bestimmt damit das Vorhandensein von Objekten sowie ihre Entfernung zum Sensor. Bei Objekten in Bewegung erfasst er auch die Geschwindigkeit. Das Radar-Signal steht praktisch in Echtzeit zur Verfügung, ist physikalisch robust und zudem resistent gegen Temperaturschwankungen, Niederschläge, Nebel, Wind sowie Staub.
Stabile Signale, robuster Sensor
Die industriellen Radarsensoren von Pepperl+Fuchs verwenden die frequenzmodulierte Dauerstrichmethode (Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW). Sie erzeugen damit zuverlässig stabile Signale für eine Objekterkennung mit einer Reichweite bis 25 m und abhängig von der Objektgröße auch mehr. Neben der Distanz zum Zielobjekt und dessen Geschwindigkeit erkennen die Sensoren auch die Bewegungsrichtung. Ihre Hardware ist ebenfalls auf Widerstandsfähigkeit ausgelegt: Die Geräte verfügen über ein kompaktes Gehäuse mit den Schutzarten IP68/69. Durch den dreh- und schwenkbaren Sensorkopf lässt sich die Abstrahlung in praktisch allen Einbausituationen leicht auf den Zielbereich ausrichten.
Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Radarsensoren entspricht weitgehend den Wertden der E1-Zulassung (UN/ECE Regulierungsnummer 10, Kraftfahrzeugrichtlinie für E1). Selbst bei hohem Störpegel von leitungsgebundener und hochfrequenter Einstrahlung bleibt die zuverlässige Messung gewährleistet.
Flexible Kommunikation mit Safety-Option
Angeschlossen werden die Radarsensoren standardmäßig mit M12-Stecker. Für den Einsatz bei starker mechanischer Belastung, etwa in Baufahrzeugen oder Landmaschinen, sind auch spezielle Stecker, wie Deutsch und AMP-Superseal, verfügbar. Für die Übermittlung der Messwerte und Parametrierbefehle stehen Sensorvarianten mit den Schnittstellen CANopen und CAN SAE J1939 zur Verfügung. Aus dem CAN-Netzwerk oder über das FDT-Rahmenprogramm PACTware und einen Device Type Manager (DTM) kann man auf zahlreiche Parameter sowie erweiterte Funktionen zugreifen. Die CAN-Schnittstellen erlauben zudem eine detaillierte Zustandsüberwachung und Diagnose der Geräte.
In der Kombination mit einer fehlersicheren SPS können die CAN-fähigen Radarsensoren für sicherheitsrelevante Anwendungen eingesetzt werden: Ein einzelnes Gerät erreicht so den Sicherheitslevel PL c (Kat. 2) / SIL 1. Die Voraussetzungen für PL d (Kat. 3) / SIL 2 lassen sich mit redundanter Auslegung im Rahmen eines Safety-Konzepts erfüllen, das die Eignung der Sensoren aufgrund ihrer Diagnosefähigkeit in der Applikation bewertet.
Spezifische Betriebsarten für verschiedene Anwendungen
Radarwellen werden am stärksten von Metall reflektiert, da es eine abschirmenden Wirkung gegenüber der elektromagnetischen Welle aufweist. Für eine gleichmäßig hohe Signalqualität kann man im Erfassungsbereich der Sensoren Winkelreflektoren aus Metall anbringen. Durch eine entsprechende Parametrierung und mit der passenden Auswahl der Messbetriebsart ist es aber auch möglich gezielt den Vorder- oder den Hintergrund beziehungsweise bestimmte Objektarten auszublenden. Die Radarsensoren der Baureihe MWC25M-L2M-B* bieten drei Messbetriebsarten zur Auswahl an:
- Erstes Objekt – Unabhängig vom Material erkennt der Sensor das nächstgelegene Objekt. Diese Betriebsart eignet sich zum Beispiel dafür, um alle Objekte im Ausfahrbereich oder Aktionsradius eines Fahrzeugs oder eines Auslegers verlässlich zu detektieren.
- Stärkste Reflexion – Der Sensor meldet das Objekt mit den besten Reflexionseigenschaften, das in der Regel aus Metall besteht. Dieser Modus ist unter anderem für Begegnungsverkehr bei selbstfahrenden Transportsystemen in Lager- und Produktionsumgebungen geeignet, wo die Kollision mit anderen Fahrzeugen und metallenen Strukturen ausgeschlossen sein muss.
- Schnellstes Objekt – In diesem Modus steht die Dynamik im Vordergrund. Der Sensor erfasst das Objekt, das sich am schnellsten auf ihn zu- oder von ihm wegbewegt. Damit lässt sich der Fahrweg überwachen und absichern, sowohl bei fahrerlosen als auch bei menschengesteuerten Fahrzeugen. Für eine besonders schnelle Erfassung lässt sich die Abtastrate auf bis zu 200 Hz einstellen.
Vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Ob Kollisionsschutz für AGV, Messung von Fahrzeugabstand, Geschwindigkeit oder Füllstand – Radarsensoren können vielfältige Aufgaben übernehmen. So erfassen Radarsensoren der Baureihe MWC25M-L2M-B* den Abstand zu festen wie beweglichen Objekten und liefern der Steuerung die nötigen Signale um Kollisionen von autonomen Fahrzeugen zu vermeiden. Sie können auch zur präzisen und platzsparenden Positionierung der Ladung dienen. In der Messbetriebsart „Erstes Objekt“ werden Personen im Fahrweg erkannt.
Am Stapler (Gabelstapler) angebracht erfasst ein Radarsensor bei der Einfahrt das Hallendach und kann die automatische Tempobeschränkung auslösen. Ein anderer Sensor an der Gabel meldet im Modus „Stärkste Reflexion“ die Hubhöhe und liefert beispielsweise das Signal für die ladungsbedingte Geschwindigkeitsanpassung oder für die Steuerung des Paletteneinschubs ins Hochregal.
Bei der Herstellung der Fahrbahndecke fährt der Beschicker mit dem Baumaterial dem Straßenfertiger voraus. Für einen kontinuierlichen Materialnachschub muss ein gleichbleibender Abstand eingehalten werden, sodass der Förderarm sich immer über dem Materialbehälter der Baumaschine befindet. Zwei Radarsensoren sind dabei am Beschicker installiert und übermitteln der Steuerung die Positionssignale zu Abstandhaltung.
Bei Landmaschinen misst ein Sensor präzise die tatsächliche Bewegung des Fahrzeugs relativ zum Boden (speed over ground). Der naturgemäß unregelmäßige Untergrund reflektiert die ausgesendeten Radarwellen, während Störobjekte wie Pflanzen ausgeblendet bleiben. Das Ausbringen von Saat oder Spritzmitteln kann so an die reale Geschwindigkeit angepasst werden.
Da die elektromagnetischen Wellen eines Radarsensors je nach Wandstärke die Kunststoffwand des Tanks durchdringen können, kann man mit ihm auch von außen den Flüssigkeitspegel messen.
