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Jede Ident-Technologie hat spezifische Vor- und Nachteile. Sicher ist allerdings, dass eine intelligente Produktion ohne Identifikation nicht wettbewerbsfähig ist. Die wichtigsten Pfeiler der Anlagenplanung sind Investitionssicherheit, Flexibilität in der Fertigung, Wirtschaftlichkeit, Prozesssicherheit und der Qualitätsnachweis. Niemand würde heute RFID einsetzen, wenn es sich nicht lohnen würde oder moderne Fertigungen sonst schlicht unmöglich wären. Die Identifikationstechnik dient nicht dem Selbstzweck, sondern muss sich messen lassen an dadurch möglichen Produktivitätssteigerungen, an Qualitätsverbesserung, an der produktionstechnischen Beherrschung von Varianten oder zur Erfüllung von gesetzlichen Vorschriften wie beispielsweise der Rückverfolgbarkeit bei Lebensmitteln.

Von Dr. Konrad Kern, Pepperl+Fuchs GmbH

Veröffentlicht: Novemberausgabe 2008 "RFID im Blick"

Prozessabläufe in modernen Fertigungsanlagen sind logisch vernetzt, um effizient und transparent produzieren zu können. Dies kann nur eine Prozesslinie, eine ganze Fertigungshalle, die logistische Ablaufsteuerung im Werk oder sogar den Einbezug von Lieferanten betreffen. Notwendige Voraussetzung dazu sind genaue Informationen über Materialien und die Zuordnung der Prozessschritte für die Variantengenerierung. Damit stehen Ident-Systeme an erster Stelle der Informationskette für die Intralogistik. Die spezifischen Anforderungen und unterschiedlichen Einsatzorte von Ident-Systemen machen zugeschnittene Ident-Lösungen unumgänglich. Es sind beispielsweise die mechanische Stabilität, Temperatureinflüsse, Geschwindigkeiten und Einbaubedingungen zu berücksichtigen.

RFID hat viele „Gesichter“

RFID-Systeme finden ihren Einsatz, wenn ein robuster Datenträger mit hoher Schutzart erforderlich ist oder wenn das Ein- und Auslesen von Daten den Prozess effizienter macht. Gesunkene Kosten für Datenträger öffnen zunehmend neue Anwendungsfelder. RFID-Systeme arbeiten berührungslos und benötigen keinen Sichtkontakt zwischen Datenträger und Schreib-/Lesekopf. Dadurch wird einerseits der Einsatz auch bei starker Verschmutzung möglich und andererseits können mehrere Datenträger im Pulk erfasst werden. Ein wesentlicher Vorteil von RFID-Systemen ist zudem die Schreib-/Lesefähigkeit, was interaktive Aktionen ermöglicht. Es gibt nicht nur eine RFID-Technologie, sondern es existieren verschiedene Systeme, die in unterschiedlichen Frequenzbereichen arbeiten. Damit verbunden sind auch unterschiedliche Eigenschaften wie Reichweite, Robustheit und Lesegeschwindigkeit, so dass für die jeweilige Applikation das System angepasst werden kann.

Betriebsfrequenz anpassen

13,56-MHz-Systeme besitzen vor allem bei größeren Datenmengen Geschwindigkeitsvorteile, wegen der höheren Trägerfrequenz und dem etwas zeitaufwändigeren „Hand-Shake“ vor der Datenübertragung. 13,56 MHz-Systeme finden in der Lagerverwaltung und Logistik aber auch bei der Steuerung von Produktionsprozessen ihre Anwendung. Passende Code- beziehungsweise Datenträger sind als Klebeetikett (Smart Labels) günstig erhältlich, die dann jedoch mechanisch nicht geschützt sind.

Die Ident Control Compact=

Auslesen im Pulk möglich

Für größere Reichweiten und die schnelle Multi-Tag-Lesung werden UHF- oder Mikrowellensysteme eingesetzt. Passive UHFCodeträger ermöglichen die Kombination aus großer Reichweite und geringen Kosten für den Codeträger, was in der Logistik von Warenketten genutzt wird wie etwa bei Identifikation von Bekleidung vom Produktionsort bis an die Verkaufstheke. Um das Auslesen im Pulk effizient zu machen, werden fast ausschließlich Fixcodes verwendet. Anzumerken ist, dass die UHF-Systeme weder hinsichtlich Frequenz noch hinsichtlich maximaler Energieabstrahlung einheitlich genormt sind.

Frequenzbeeinflussung

Mikrowellensysteme, beispielsweise bei 2,45 GHz, bieten aktive Code- und Datenträger mit großer Speicherkapazität und hoher Reichweite. Diese Systeme sind jedoch wegen der deutlich höheren Kosten für die Datenträger nur in geschlossenen Kreisläufen wirtschaftlich. Im Frequenzbereich der UHF- und Mikrowellensysteme beeinflussen Feuchtigkeit oder Flüssigkeiten die erzielbaren Reichweiten aufgrund von Absorption erheblich. Durch Reflektionen sowie durch konstruktive und destruktive Interferenz kann es zu Überreichweiten beziehungsweise zu Nullstellen im Lesebereich kommen.

Fixcode oder Datenträger

Der Fixcode eines Transponders ist weltweit einmalig, was eine eindeutige Identifizierung ermöglicht, aber eine zentrale Datenbasis voraussetzt. Datenträger enthalten noch einen zusätzlichen veränderbaren Datenbereich. Für viele Anwendungen in der Industrie reicht die Nutzung des Fixcodes aus, um die zeitliche, räumliche und/oder materielle Identifizierung zu realisieren. Da nur ein Fixcode übertragen werden muss, wird beispielsweise auf der übergeordneten Ethernet-Ebene die Kommunikationslast gering gehalten. Die Schreibfunktion kann genutzt werden, um dem Fördergut oder Werkstückträger detaillierte Informationen zum Transportweg oder zum nächsten Fertigungsschritt mitzugeben. Gleichzeitig lassen sich die Qualitätsdaten auf dem Datenträger ablegen. Auf diese Art können dezentrale Lösungen nach dem Prinzip „Internet der Dinge“ geschaffen werden. Bei sehr vielen Ident-Punkten wie etwa bei großen Lagersystemen, kann es ein Vorteil sein, Entscheidungen dezentral zu fällen und nur noch Diagnosedaten zeitunkritisch nach oben zu übertragen.

Auswertung verschiedener Frequenzbereiche

Für die unterschiedlichen Identifi zierungsaufgaben innerhalb eines Produktions- oder Logistik-Prozesses stehen also die unterschiedlichsten Lösungen zur Verfügung. Die Anforderungen des Anwenders nach einer einzigen Funktionsgruppe in der SPS, einer Bedienphilosophie und geringem Lagerbestand für den Austauschfall steht dem entgegen. Die Ident Control-Auswerteeinheit erschlägt dieses scheinbare Dilemma, da sie den Anschluss von Lese-/Schreibköpfen verschiedener Frequenzbereiche ermöglicht und zur SPS hin „eine Sprache spricht“.

System weltweit einsetzbar

So können beispielsweise RFID-Transponder mit 125 kHz und 13,56 MHz parallel über nur eine Auswerteeinheit gelesen und beschrieben werden. Die Befehlssyntax ist durchgängig und konsistent aufgebaut, so dass gleiche Funktionsblöcke in der SPS genutzt werden können. Das Ident Control System lässt sich weltweit einsetzen, da es über die gängigen Schnittstellen Profi bus, Profi - net, Devicenet, Interbus und eine serielle Anbindung verfügt.

die Ident Control.

Parametrierung vor Ort

Diese Ausleseeinheit bietet aber auch deutliche Vorteile in puncto einfacher Inbetriebnahme und Reduzierung von Stillstandzeiten. Denn bei den aktuellen Geräten lassen sich auch ohne SPS-Programm Befehle direkt am Gerät initiieren und Daten anzeigen. Das erleichtert die Erstinbetriebnahme erheblich, da zu diesem Zeitpunkt oft kein Feldbus und noch keine Applikationssoftware in der SPS zur Verfügung stehen. So kann die Parametrierung direkt vor Ort erfolgen, zudem lassen sich einfache Lesebefehle zum Test bei der Inbetriebnahme direkt am Gerät eingeben. Auch die Datenabfrage sowie die Eingabe der Busadresse kann über eine integrierte Bedieneinheit direkt am Installationsort vorgenommen werden. Dabei ist die Bedienung für alle Antennen und Feldbusse gleich, was den Schulungsaufwand reduziert und einheitliche Funktionsbausteine in der Steuerung ermöglicht. Damit vereinfacht eine derartig übergreifende Schnittstelle die Projektierung und bietet deutliche Vorteile bei der Wartung. Entscheidend sind aber auch die leichte Installation, der schnelle Austausch im Fehlerfall und die Anbindung an gängige Feldbusse. Aufgrund der gemeinsamen Befehlsplattform und der einheitlichen Systemstruktur in der Software wird auch der Engineering-Aufwand für die Implementierung in übergeordneten Steuerungen minimiert. Die Ident Control Compact bietet hohe Granularität, Flexibilität und Kosteneffi zienz. Sie ist ideal für den Maschinenbau sowie die Fördertechnik geeignet und bedient alle gängigen RFID-Frequenzen.

Eigenschaften der Ident Control-Familie

Noch mehr Granularität und Flexibilität bietet die Ident Control Compact, die wie der große Bruder auf derselben Softwarestruktur aufbaut, aber statt bis zu vier nur ein beziehungsweise zwei Ident-Kanäle bedient und platzsparend an Maschinen oder Anlagenteilen angebaut werden kann. Metallgehäuse, IP67, komplette Steckbarkeit, perfekte EMV-Eigenschaften zeigen dies. Die Leistungsmerkmale passen beispielsweise ideal für die Integration in Werkzeugmaschinen, wo kleine Leseköpfe mit feldtauglichen Auswertegeräten kombiniert werden müssen oder für das Einsammeln einzelner Ident-Punkte, die über eine weitverzweigte Fördertechnik dezentral eingesammelt werden müssen. Die neue Ident Control Compact steht als Profi busversion mit einer separaten Diagnoseschnittstelle zur Verfügung. Über einen speziellen Y-Verbinder kann das Gerät vom Bus getrennt werden, ohne den restlichen Busbetrieb zu stören. Die serielle Ausführung unterstützt RS232 und RS485 in einem Gerät. Die Ethernet-Version besitzt einen integrierten Web-Server, der sich mit jedem Browser für die Parametrierung und Befehlseingabe ohne jegliche Zusatzsoftware ansprechen lässt. Es werden die Protokolle TCP/IP, Modbus, Ethernet IP und Profi net IO unterstützt. Zur einfachen Anbindung in Linien oder Ringtopologie ist ein Real Time Switch integriert. Die Anzeige der Ident Control Compact zeigt übersichtlich den Zustand der Leseköpfe und der anstehenden Befehle sowie die Kommunikation zum übergeordneten Bus.