Радарни сензори

Начало > Автоматизация > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 4/2024 > 18.06.2024

  • Радиолокацията е изключително популярен и доказан в практиката метод за детекция и локализиране на отдалечени обекти чрез радиовълни

  • Радарната технология намира все по-мащабно приложение в индустриалната автоматизация, включително в производството, складовата дейност и логистиката

  • Сред водещите тенденции при радарните сензори са миниатюризацията и интеграцията на иновативни технологии за свързаност, като IO-Link


Радиолокацията е популярен и доказан в практиката метод за детекция и локализиране на отдалечени обекти чрез излъчване на радиовълни и анализ на техните отражения, прилаган широко в подводни, авиационни, военни, автомобилни, охранителни и други приложения от 40-те години на миналия век насам. Днес радарната технология се използва във все по-голям мащаб и в съвременната индустриална автоматизация, включително в усъвършенствани IoT платформи и сензорни решения за производството, логистиката, автомобило- и машиностроенето, хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост и т. н. Радарните датчици се интегрират масово в автономни и роботизирани транспортни и превозни средства в логистиката и складовата автоматизация. Те намират обширно приложение и в системите за сигурност, инспекцията и качествения контрол. Сред задачите, в които тези сензори са предпочитан избор на множество предприятия, са: навигация и безопасност на машини, роботи и AGV системи, предотвратяване на сблъсъци, измерване на разстояние, ниво и скорост, позициониране, детекция на обекти и присъствие и др.

Най-съвременните решения в сегмента разполагат със значително по-богата и усъвършенствана функционалност в сравнение с предшествениците си отпреди десетилетия, а две от най-революционните технологии в сегмента са дигитализацията и интелигентната свързаност, които позволяват обработка, изпращане и анализ на големите обеми данни, събирани от сензора, към централната система за управление. Голяма популярност в тази област набират иновативни стандарти, като IO-Link, който е специализиран протокол за комуникация със сензори и изпълнителни механизми и вече има и версия и за безжични приложения.

На пазара се предлагат стандартни и специализирани варианти, например за агресивни среди и условия, а сред последните технологични достижения са радарните 3D системи за безопасност, позволяващи надеждна детекция на хора и обекти в работните помещения, безкомпромисен зонов мониторинг и комбиниране на по-голям брой сензори в общо решение с единен контролер. Благодарение на намаляващата цена на високочестотните радиокомпоненти, иновативните концепции при дизайна и модерните производствени процеси радарните сензори стават и все по-компактни, леки и удобни за инсталиране дори в най-ограничените пространства.
Нека видим кои са и останалите технологии, тенденции и приложения, които оформят съвременния облик на радарните сензори в промишлената автоматизация.

 

Безопасност и безконтактно управление

Радарът (от англ. RAdio Detection And Ranging – радиооткриване и определяне на разстояние) е базиран на предаване на електромагнитни вълни и детекция на тяхното отражение. Радиолокацията дава възможност за незабавно определяне на разстоянието до обекти на пътя на вълните или движещи се в обхвата им на разпространение. По-сложните радарни системи позволяват детекция на движението, както и определяне на свойства и характеристики на тези обекти. Електромагнитните вълни не се отразяват в еднаква степен от всички материали, като отражението е най-силно изразено при металите. При дървото, пластмасата и други материали степента на проникване надвишава тази на рефлектиране. В зависимост от приложението може върху обектите и в зоните, подлежащи на детекция, да се монтират метални рефлектори, които често се предлагат като стандартни аксесоари. Чувствителните съвременни радарни сензори позволяват надеждно откриване и на неметални предмети или пък тяхното “изолиране” при детекция чрез фино настройване и избор на подходящ измервателен режим. Възможно е локализирането на обекти зад плътни или частично прозрачни прегради.

Радарите са традиционно средство за определяне и контрол на скоростта и на разстоянието до различни обекти при съвременните автомобили. На технологията са базирани стационарните и преносими полицейски радарни станции, различни платформи за асистиране на водача, интегрирани в превозното средство, както и познатите на всички парктроник сензори. В настоящата статия обаче ще поставим фокус върху промишлените приложения на тези системи.

Те са високоефективно решение за безопасност на индустриални машини и оборудване, гарантиращо неприкосновеността на персонала, продукцията, стоките, материалите и другите материални активи. Радарни системи за безопасност се внедряват в производството, складовата дейност и логистиката с фокус върху възможностите им за мониторинг на опасни зони и детекция на препятствия по маршрута на мобилни роботи, робокари, самонасочващи се транспортни платформи (AGV) и др. Сред популярните сценарии, в които се залага на радиолокация, е автоматичното редуциране на скоростта на автономно движещи се превозни средства (ПС) с цел въвеждането им в безопасен режим при влизане в помещения, наличие на хора, други ПС или препятствия по зададената траектория на движение. При излизане от халето функцията за безопасно ограничена скорост може автоматично или ръчно (дистанционно, чрез команда) да бъде изключена.

Друго често срещано приложение на радарните сензори е контролът на височината на товарене на мото-/електро-/робокари и високоповдигачи. Колкото по-натоварени са тези превозни средства, с толкова по-ниска максимална скорост е препоръчително да се движат, за да се редуцират рисковете от инциденти. Монтиран върху виличните повдигачи, радарният сензор измерва височината на товара, като може прецизно да управлява и процеса по поставянето му върху палет.
Предотвратяването на сблъсъци е приложение, характерно не само за движещите се по пода автономни платформи, но и надземни подемно-транспортни средства, като портални, мостови, колонни и стенни конзолни кранове и др. Радарният сензор изчислява разстоянието между товара и останалите елементи на системата и работната среда, като автоматично задейства команда за намаляване на скорост при прекалено приближаване или риск от сблъсък. Като част от стационарно индустриално оборудване, радарните датчици функционират в ролята на “сензорни органи”, които позволяват на машините и системите да възприемат информация за околната среда. Това им дава възможност да реагират адекватно и в реално време на различни събития и промени в зоната им на обсег.

 

Пасивен и активен контрол

Радарните сензори са активни устройства, изпращащи импулси, чрез които определят скоростта и посоката на движение на целевия обект, както и разстоянието до него. В зависимост от моментния си работен режим и настройките си по отношение на чувствителността, тези датчици могат да регистрират и най-малките и фини движения, включително при наличие на хора в работната зона.

Промишлените предприятия могат да се възползват от възможностите на радарните сензори за безконтактно управление на мобилни системи и различни типове оборудване основно чрез два подхода – пасивен и активен контрол. При пасивния съответната техническа функция се задейства автоматично (без активно иницииране от страна на служител) – при възникването на дадено събитие или условие, докато при активния е необходимо да бъде налице целенасочена команда от страна на оператор.

Пасивните функции на радарните сензори във връзка с измерването на разстояние и скорост и изчисляване на местоположение са добре познати и широко използвани в индустриалната автоматизация. Освен в изброените по-горе приложения, те са подходящи и за контрол на отварянето/затварянето на автоматизирани врати, бариери, турникети и други физически средства за контрол на достъпа до опасни и/или защитени зони и помещения в халетата, складовете и логистичните центрове, например за да пропуснат робокар или да ограничат влизането на човек. Конвейери, поточни линии, ескалатори, стационарни индустриални роботи и коботи, металорежещи и металообработващи машини, преси и други автоматизирани системи също могат да бъдат автоматично задействани или спирани при определени условия, например при детекция на детайл, изделие, чужд обект или крайник в работната зона. Така чрез пасивните си функции, неизискващи активна намеса на оператор, радарните сензори значително повишават не само ефективността и удобството за персонала, но и безопасността на редица промишлени приложения, свеждайки до минимум рисковете от инциденти.

Използвани за пасивен мониторинг и обезопасяване на конкретни зони и/или помещения в производствени, складови и логистични приложения, радарните сензори събират големи обеми данни за обектите и системите от множество различни типове. Тази информация може да бъде използвана за статистически цели, управление на графици, контрол на трафика, мониторинг на движението и дейността на персонала, анализ на използването на конкретна машина и т. н.

 

Пазарно и технологично развитие

С технологичното развитие в сегмента на радарните сензори, тези устройства се превръщат в ключов компонент на съвременните IoT и IIoT платформи поради множеството предимства, които предлагат в сравнение с базирани на други методи сензорни системи. Основно преимущество на радарните сензори са компактните им размери, които позволяват безпроблемното им интегриране в IoT устройства. Миниатюризираните датчици намират все по-широко приложение в различни портативни системи и носима електроника, предназначени за изпълнението на разнообразни функции в дигитализираните фабрики.

Друг съществен плюс на радарните сензори е тяхната висока устойчивост и издръжливост на промени в атмосферните условия и взискателни работни среди, например вариации в температурата или осветяването. През последните години се наблюдава изключителна гъвкавост и свобода при дизайна на IoT устройства с интегрирани радарни сензори благодарение на това, че високочестотните радиосигнали (от порядъка на 24 GHz) могат лесно да преминават през повечето популярни материали в производството, включително пластмаса, стъкло, дърво и т. н. Тези устройства осигуряват точно отчитане на параметрите на различни обекти и зад стени и прегради.
Важно предимство на радарните сензори е тяхната висока чувствителност, способна да регистрира фини движения, като дишане, което ги прави отлично средство за детекция на присъствие. Сред преимуществата им е и сравнително ниската консумация на енергия, която позволява по-дълъг живот на батериите, по-голяма автономност на приложенията и по-висока енергийна ефективност.

Глобалният пазар на радарни сензори напоследък преживява сериозна трансформация под влиянието на няколко ключови тенденции. Сред тях са напредъкът при сензорните технологии, нарастващото търсене на автономни роботи, превозни средства и транспортни платформи и разширяването на приложенията в различни сектори.

Една от интересните посоки на развитие е широкото възприемане на радарни модули с милиметрови вълни в практиката. Тези устройства предлагат висока разделителна способност и точност, което ги превръща в отлични решения за автомобилни приложения, платформи за индустриална автоматизация, системи за сигурност и безопасност и др. Именно нарастващите изисквания за безопасност в производството и промишлените отрасли са основен двигател на устойчивия ръст на глобалния пазар на радарни сензори, считат експертите. Технологичното усъвършенстване на тези устройства, включително миниатюризацията и подобрените възможности за обработка на сигнали, е друга тенденция, която стимулира нарастването на сегмента.

Радарните модули се превръщат в неизменен компонент не само на съвременните инфраструктурни проекти, например в платформи за трафик мениджмънт, мониторинг на отпадъците, управление на строителни обекти и др., но и в ключова градивна единица на Industry 4.0 приложенията. Водещо направление, в което тези устройства се вписват перфектно, са безпилотните летателни апарати. Дроновете могат да бъдат полезни в множество сценарии като средства за мониторинг, сигурност и наблюдение, а също и като транспортни системи за доставка на различни товари, което ги прави ценно допълнение към арсенала на предприятията с автоматизирани операции.

Важен момент в историята на радиолокацията е въвеждането на 5G комуникациите и изграждането на 5G мрежи, които подобряват възможностите за свързаност и комуникация на радарните модули и разширяват потенциала им за използване към нови сектори и приложения. Ключов етап в развитието на сегмента е и бумът на е-търговията и куриерския бизнес, където радарни сензори се интегрират в системи за проследяване, управление на инвентара, автоматизирано складиране и т. н.


Вижте още от Автоматизация


Ключови думи: радарни сензори, сензори за безопасност, радиолокация, радиолокатори, индустриална автоматизация, автономни роботи, мобилни роботи, AGV



Редактор на статията:

Пепа Петрунова

Пепа Петрунова

Редактор

  • Завършва специалност "Журналистикa" в СУ "Св. Климент Охридски";

 

  • Заема длъжността редактор "Списания" от 2013 г.;

 

  • Разполага с над 15 години опит в разработването на оперативни материали и технически статии в широк кръг от тематични области.

 

Пепа Петрунова в LinkedIn

Top