Radarová technologie je obzvláště vhodná pro náročné venkovní aplikace. Umožňuje spolehlivé měření vzdálenosti a 3D detekci objektů i za nepříznivých podmínek, jako je například silné prašné prostředí. Z toho těží aplikace v zemědělské technice, ale také v mobilních strojích obecně či v průmyslové automatizaci. Radarové senzory jsou v této oblasti často lepší než klasická ultrazvuková a laserová měření – a navíc jsou odolné a stále ekonomičtější.
Radarové senzory přebírají funkci tam, kde ultrazvukové senzory selhávají kvůli silnému větru, prachu nebo dešti – zejména v mobilních aplikacích, jako je inteligentní zemědělství, silniční výstavba, automaticky řízené vozíky (AGV), vysokoregálové sklady nebo přístavní jeřáby. Problémy mívají často i laserové senzory, například v pobřežních zařízeních nebo v pouštních oblastech. „Díky radarové technologii máme pro všechny tyto aplikace k dispozici skutečnou fyzickou alternativu,“ uvádí Raphael Penning, produktový manažer společnosti TURCK GmbH. Tato technologie se již dlouho používá na lodích a na letištích a osvědčila se – i když s poměrně velkými anténami. „Díky moderní polovodičové technologii se jejich velikost nyní zmenšila na několik centimetrů a díky použití v automobilech se tato technologie stala také cenově dostupnou.“
Technický základ tvoří princip měření FMCW
Všechny tři zde představené typy radarových senzorů fyzikálně využívají princip FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave, frekvenčně modulovaná kontinuální vlna). Senzor v tomto případě nepřetržitě vysílá frekvenčně modulovaný signál a analyzuje zpětně odražené signály pomocí frekvenční analýzy. „To umožňuje nejen potlačit rušení způsobené objekty, jako jsou různé konstrukce v měřicím rozsahu, ale také spolehlivě oddělit relevantní procesní data,“ zdůrazňuje Penning. Klíčovou vlastností senzorů je v tomto ohledu integrace rozhraní IO-Link jako komunikačního rozhraní. „Komunikujeme hlavně přes IO-Link, protože nám to jednoduše umožňuje získat z procesu více dat. Náš ekosystém IIoT – TURCK Automation Suite (TAS) – umožňuje vizualizaci a analýzu radarových dat a podporuje rychlé uvedení do provozu ve spolupráci s uživatelem.“ Parametrizaci lze snadno provést pomocí rozbalovacích polí.
Od počátečního návrhu přes jednoduché uvedení do provozu a efektivní provoz až po globální servis: Aplikace TAS zajišťuje, že data z vašich strojů budou využitelná po celou dobu jejich životního cyklu – pro větší transparentnost, rychlejší rozhodování a efektivní procesy. Začněte hned teď a přesvědčte se sami, jak snadno lze data proměnit ve skutečnou přidanou hodnotu.
Radarové senzory v kostce
Společnost TURCK v současné době nabízí řadu moderních radarových senzorů – například pro měření vzdálenosti (DR), 3D detekci objektů (MR) a měření hladiny (řada LRS). Jednotlivé radarové senzory jsou určeny pro různé aplikace.
Distance Radar (DR) – inteligentní senzory pro náročné podmínky
Radarové senzory řady DR jsou vhodné pro měření vzdálenosti až do 30 m – a to i v náročných podmínkách, jako je venkovní provoz mobilních strojů v oblasti inteligentního zemědělství, silniční výstavby nebo přístavní logistiky. Jednou z výhod je, že konstrukce objektivu pokrývá širokou škálu aplikací – od čistého měření vzdálenosti pomocí zaostřeného objektivu až po prevenci kolizí s širokým radarovým zorným polem. To umožňuje přesnou detekci na velké vzdálenosti, například pro regulaci vzdálenosti, stejně jako monitorování širokého prostoru, například pro prevenci kolizí.
„Nabízíme například variantu, která má úhel 2,5 stupně a dosah 30 metrů – nebo eliptickou čočku, která dokáže snímat úhel 45 stupňů,“ vysvětluje Raphael Penning. Kromě toho jsou k dispozici odrazky, známé jako koutové odražeče, které zlepšují kvalitu signálu v náročných aplikacích. „S oběma variantami můžeme měřit velmi přesně – například ve statickém prostředí na vzdálenost přes 15 metrů lze vzdálenost změřit s přesností na jeden milimetr.“ Systémy pracují na frekvenci 122 GHz (milimetrové vlny), přičemž již 100 mW vysílacího výkonu je dostačující. Zařízení jsou navíc uložena v pouzdrech z nerezové oceli s krytím IP67/69K a jsou odolná proti nárazům až do 100 g.
„Radarové senzory plní řadu úkolů, u nichž srovnatelné technologie, jako jsou ultrazvuk nebo lasery, narážejí na své limity.“
Raphael Penning | Product Manager Distance Sensors | TURCK GmbH
Multi-Radar (MR) – 3D detekce objektů
Tento multiradarový skener představuje významný pokrok v oblasti 3D detekce objektů. Díky anténnímu poli nejsou objekty detekovány pouze v jedné linii, ale je určována i jejich poloha. „Obrovskou výhodou oproti technologii LiDAR je to, že se nepoužívají žádné pohyblivé části,“ zdůrazňuje produktový manažer. Jelikož neobsahuje žádná pohyblivá zrcadla, nabízí tento čistě elektronický radarový skener, který pracuje na frekvenci 60 až 64 GHz, také odolnost proti nárazům do 100 g.
Radarový senzor se používá například při jízdě mobilních strojů v konvoji – ať už při sklizni v zemědělství, nebo při stavbě silnic. „Ve srovnání s laserovými senzory používanými v minulosti těží tyto aplikace z toho, že radarová technologie není citlivá na prach – což znamená, že příslušný pracovní proces může pokračovat bez přerušení a není narušován poruchami senzorů,“ pokračuje Penning.
Radarový snímač hladiny (LRS) – Měření hladiny na hranici
Kromě toho je řada LRS obzvláště vhodná pro klasické aplikace měření hladiny – zejména tam, kde plováky nebo kapacitní měřicí tyče selhávají kvůli viskozitě média, znečištění nebo nedostatečné hygienické vhodnosti. Radar zde vyniká měřením bez kontaktu s médiem, robustností a přesností. Měřicí rozsahy až do 10 m umožňují použití v malých nádržích, jako jsou například nádrže na kečup nebo olejové nádrže v potravinářském průmyslu. Tyto aplikace také těží z potlačení rušivých objektů pomocí zpracování signálu – například mřížek namontovaných nad nádrží. Běžný ultrazvukový senzor by mřížku detekoval a neposkytoval by správné hodnoty.
Omezení a vyhlídky do budoucna
Radarové senzory je však třeba používat v mezích fyzikálních zákonů. Například tenké dráty nebo velmi malé organické cíle nelze radarem spolehlivě detekovat. „Proto poskytujeme podporu při uvádění do provozu – protože společně s našimi zákazníky můžeme analyzovat vizualizaci surových dat a systém podle toho nastavit,“ říká Raphael Penning. „Klíčem je přesně vědět, co je třeba detekovat.“ Společnost
TURCK se také aktivně zabývá otázkou funkční bezpečnosti. „Složitost aplikací klade vysoké nároky na technickou realizaci, ale i v této oblasti budeme schopni nabídnout řešení,“ uzavírá produktový manažer.
Autor | Michael Corban je šéfredaktorem odborného časopisu KEM Konstruktion | Automation
