RFID – Schlüsseltechnologie für die Smart Factory und Industrie 4.0

Bild Die neu entwickelte Antenne des UHF-Readers F190 bietet eine erhöhte Sensitivität. Zusätzlich führt die schnelle Umschaltung zwischen vertikaler, horizontaler und zirkularer Polarisation zu einer erhöhten Leserate. Bild: Pepperl+Fuchs

Die Datenbasis, ein Grundbaustein für alle Industrie 4.0-Funktionalitäten, wird aus den Sensordaten aus dem Feld gewonnen. Transponder-Informationen – übertragen mit RFID-Technologie – sind hier unabdingbar. Damit lässt sich nicht nur eine Ortserkennung und die Übergabe von zahlreichen Parametern realisieren, sondern auch eine eindeutige Identifikation der Transponder und damit der Gegenstände oder Transportbehälter. Auf der unteren Ebene kann RFID zur automatisierten Fertigung von Variantenprodukten einen großen Beitrag zur Kostensenkung, zur Qualitätssteigerung und vor allem zur Transparenz liefern. RFID ist die einzig wirtschaftlich sinnvolle Technologie, um Daten in einem Prozess auf eine durchgängige und effiziente Art und Weise zu lesen und zu schreiben.

Maschinen- und Anlagenbauer fordern anwendungs- und branchenspezifische Lösungen, um individuellen Bestellwünschen ihrer Kunden schnell und ohne Mehraufwand nachkommen zu können. Den Schlüssel zum Erfolg stellt eine Steigerung der Produktivität bei gleichzeitig größerem Angebot mit geringeren Stückzahlen dar. Neben dem passenden Gesamtkonzept sind der Einsatz innovativer RFID-Produkte, eine flexible und weltweit offene Vermarktung sowie perfekte Schreib-/ Leseeigenschaften von zentraler Bedeutung für die weitere Entwicklung. Mit dem „Ident-Control“-System leistet Pepperl+Fuchs hierzu einen entscheidenden Beitrag. Das System kann an alle gängigen Steuerungen weltweit mit weitgehend identischer Befehlsstruktur angebunden werden.

Darüber hinaus können diese RFID-Systeme im laufenden Betrieb über eine parallele drahtlose Schnittstelle mit „Smart Bridge“ angesprochen werden. Es können Diagnosedaten ausgelesen werden, um eine Funktions- diagnose und Fehlersuche durchzuführen, ohne in den Produktions- ablauf eingreifen zu müssen. Darüber hinaus lassen sich auch individuelle Parameterwerte auslesen. Offline ist es ebenso möglich, die Geräte über die Schnittstelle komplett mittels eines Tablett-PC oder Smartphones per App zu steuern, zu visualisieren und zu parametrieren. Gleichzeitig stehen über den integrierten Web-Server alle nötigen Dokumente vom Datenblatt bis hin zum Handbuch zur Verfügung. So gelingt der Brückenschlag zwischen realer Maschinen- und virtueller Datenwelt.

Geballte UHF-Leistung für die Automation

Die RFID-Technologie bietet in zahlreichen Anwendungen unabdingbare Vorteile sowie eine erhöhte Transparenz und verbesserte Produktqualität. Ehemalige Hürden waren beispielsweise geforderte Lesereichweiten, die Lesung von mehreren Transpondern, verbunden mit einer hohen Leserate. Pepperl+Fuchs hat sich dieser Problematik durch die Entwicklung des UHF-Schreib-/Lesekopfes F190 angenommen (Bild). Seine Kompaktheit, gepaart mit Funktionalität und Leistungsfähigkeit, sind Faktoren, die sich RFID-Anwender zu Nutze machen sollten.

Neue Möglichkeiten mit dem UHF-Reader

Die neue Option, die Polarisation der UHF-Signale schnell und im laufenden Betrieb zu variieren, bietet deutliche Vorteile. Durch die Umschaltung zwischen linear, horizontal und zirkular polarisierter Ausstrahlung können beispielsweise unterschiedlich ausgerichtete Transponder selektiv gelesen werden. So ist es möglich, Leselücken durch die modifizierte Polarisation sowie durch „power hopping“ zu eliminieren und eine große Reichweite mit möglichst kleiner Sendeleistung zu erzielen.

Der UHF F190-Schreib-/Lesekopf ist im Metallgehäuse in IP67 ausgeführt, wird über einen Standard M12-Steckverbinder angeschlossen und lässt sich so einfach in Betrieb nehmen. Über das „IdentControl“-System kann der UHF-Schreib-/Lesekopf an alle gängigen Steuerungen angebunden werden. Pepperl+Fuchs bietet dazu passende Funktionsbausteine. Die durchgängige Befehlssyntax erlaubt es LF-, HF- oder UHF-Systeme nahezu identisch an jede Steuerung anzubinden. Diese Grundfunktionalität vereinfacht die globale Anwendung erheblich und erlaubt eine standardisierte Montage auf Maschinenebene. Pepperl+Fuchs ermöglicht über CC-Link, DevicNet, EtherNet TCP/IP, EtherCat und weitere Protokolle/Feldbussysteme eine einheitliche Kommunikation weltweit.

Das UHF-Schreib-/Lesekopf-System überzeugt durch hohe Reichweiten, eine standardisierte Kommunikation und eine Vielzahl an günstigen bzw. applikationsspezifischen Transpondern. In vielen Applikationen reichen wenige Zentimeter Lesereichweite nicht aus. Mehr als 1 m Leseabstand ist aber oft unerwünscht. Selektivität und beste Leseperformance sind erforderlich. Genau hier setzt der F190 UHF-Schreib-/Lesekopf an. Mit dem komplett neu entwickelten Antennen- system ist er in der Lage, seine Polarisation im laufenden Betrieb zu wechseln. Dies ermöglicht zwei in der Anwendung wichtige Eigenschaften: die selektive Lesung bestimmter Transponder und die Vermeidung von Lese- lücken. Es ist sehr einfach, Transponder z. B. auf Transportkisten auszurichten und diese dann selektiv zu lesen. Wird auf horizontal geschaltet, wird eine Gruppe gelesen, wird auf vertikal geschaltet, wird die andere Gruppe gelesen und bei zirkularer Polarisation werden alle Transponder im Lesebereich gelesen. So können unerwünschte Überschneidungen bei eng benachbarten Fertigungslinien vermieden werden.

Andere Applikationen zielen darauf ab, dass mehrere Transponder an nicht genau definierter Position gelesen werden sollen. Veränderbare Umgebungsbedingungen beeinflussen dabei die Leseeigenschaften, was durch Interferenz zu Leselücken führen kann. Der F190 setzt hier neue Maßstäbe. Er variiert nicht nur die abgestrahlte Energie, um die Reflexionen zu minimieren, sondern kann jetzt auch die Polarisa- tion umschalten. Dies geschieht sehr schnell binnen weniger Millisekunden. Damit wird das Interferenz- verhalten verändert und Nullstellen vermieden. Über die Funktion „PowerSweep“ kann zusätzlich die abgestrahlte Energie optimiert werden. Zudem erhält man eine Diagnose-Rückinformation darüber, wie gut der Transponder im jeweiligen Umfeld und der aktuellen Lesung erkannt werden konnte. Dies liefert wichtige Hinweise darauf, wann sich Umgebungseinflüsse in welcher Art bemerkbar machen. Kritische Lesepositionen können durch diese Diagnosefunktion präventiv erkannt werden. Die Kombination dieser Leistungsmerkmale garantiert sichere Prozessabläufe und sorgt für hohe Effizienz. Diese Leistung steckt in einem kompakten Gehäuse, das 12 x 12 cm Grundfläche misst. So benötigt es nur geringen Einbauplatz. Die Elektronik des F190 ist vergossen und die erhöhte Schock- und Vibra- tionsfestigkeit macht ihn absolut industrietauglich. Damit ist er auch für harte Umgebungsbedingungen bestens geeignet. Neben großem, einstellbarem Lesebereich bietet der F190 Multitag Leseeigenschaften, löst Identifikationsaufgaben mit großen Toleranzen der Tag-Position und bietet selektive Leseoptionen.

Die Inbetriebnahme wird durch die kostenfreie RFID-Control-Software sowie durch verfügbare Funktionsblöcke für die SPS-Anbindung unterstützt. Dies vereinfacht die Parametrierung, die Diagnose und den Testbetrieb. Die hellen, gut sichtbaren und mehrfarbig ausgeführten LED-Anzeigen erleichtern die Inbetriebnahme mit Informationen zum aktuellen Gerätestatus.