Eine hoch automatisierte, flexible und vernetzte Industrieproduktion benötigt effiziente Technologien zur Identifikation von Systemen, Werkzeugen, Werkstücken und Produkten – und smarte Daten, die den Weg zur digitalen Transformation von Produktionsanlagen erst ermöglichen. Neben Sensoren, vorzugsweise mit IO-Link, und optischen Identifikationssystemen spielt dabei vor allem die funkbasierte Identifikationstechnologie RFID eine große Rolle. RFID gilt als Schlüsseltechnologie für die smarte Fabrik und das Industrial Internet of Things IIoT, denn mit ihr sind Produkte, Werkstückträger oder Werkzeuge eindeutig und kontaktlos identifizier- und lokalisierbar.
Robuste Block-I/O-Module als RFID-Interface
Die Implementierung von RFID in Produktionsprozessen ist oft kompliziert und zeitaufwendig. Mit seinen Ethernet-RFID-Interfaces auf Basis der Block-I/O-Familien TBEN-L, TBEN-LL, TBEN-S und TBEC-LL unterstützt Turck seine Kunden auch in diesem Punkt. Die Multiprotokollgeräte erlauben den parallelen Betrieb von HF- und UHF-Schreib-Lese-Köpfen und bringen die Daten über Profinet, Ethernet/IP oder Modbus TCP zur Steuerung. So erleichtern die Module Applikationen mit unterschiedlichen Anforderungen und reduzieren die erforderliche Lagerhaltungsvielfalt. Erst kürzlich wurde das Portfolio um ein weiteres RFID-Interface für EtherCAT (TBEC) ergänzt. Alle RFID-I/O-Module sind im vollvergossenen Kunststoffgehäuse in Schutzart IP67/IP69K ausgeführt und arbeiten im erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +70 °C. So sind die robusten Module direkt an der Maschine einsetzbar, ohne Schaltschrank oder Schaltkasten.
Das besonders kompakte TBEN-S-RFID-Modul ist – wie die Standardausführung der TBEN-L-Module – ohne speziellen Programmieraufwand oder Funktionsbausteine einfach implementierbar. Auch ohne einen Befehl an die Steuerung zu senden, lassen sich zum Beispiel die UID oder aber Speicherbereiche der Datenträger, getriggert vom Schreib-Lese-Gerät, auslesen und übertragen. Der integrierte Webserver erlaubt einen Funktionstest beziehungsweise eine Inbetriebnahme ohne Steuerung. Die Codesys-programmierbare TBEN-L-Variante bringt Steuerungsfunktionen mit und kann so RFID-Daten direkt vor Ort filtern, vorverarbeiten und auf Wunsch auch unmittelbar mit Steuerungsaktionen verknüpfen. Zudem bietet Turck in einer Version für Systemintegratoren das TBEN-L-RFID-Interface auch mit Linux an. Als weitere Variante ist das TBEN-L-RFID-Interface mit einem integrierten OPC UA Server verfügbar, der der Auto-ID Companion Specification folgt.
Neben vier RFID-Ports stellen die TBEN-L-Module auch acht universelle DXP-I/O-Kanäle zur Verfügung, an denen Sensoren, Signalleuchten oder andere Aktuatoren angeschlossen werden können. Alle Anschlüsse sind als Steckverbindung in M12 ausgeführt, die Spannungsversorgung erfolgt bei den L-Versionen über 7/8-Zoll-Steckverbinder, bei den LL-Varianten für L-kodierte M12-Steckverbinder für die zukunftssichere M12-Power-Technologie.
128 Schreib-Lese-Köpfe pro Interface
Besonders in Anwendungen, in denen auf kleinem Raum zahlreiche HF-Schreib-Lese-Köpfe eingesetzt werden, punkten Turcks TBEN-Interfaces, ebenso wie das EtherCAT-Interface TBEC, mit einem ganz besonderen Feature: dem HF-Busmodus. Da diese Funktion im Vergleich zu IO-Link keine Punkt-zu-Punkt-Verbindung benötigt, ermöglicht sie dem Anwender, an jedem der insgesamt vier RFID-Ports bis zu 32 geeignete HF-Schreib-Lese-Köpfe in Reihe anzubinden. Das senkt in Applikationen mit vielen Schreib-/Lese-Positionen den Verdrahtungsaufwand und die Kosten erheblich.
Die Verkabelung erfolgt dabei ganz einfach per Linientopologie. Pro RFID-Port kann eine gesamte Kabellänge bis zu 50 Metern angeschlossen werden. Die Schreib-Lese-Köpfe können über 2 Meter lange Stichleitungen von der Hauptlinie abzweigen. So lässt sich das System leicht installieren und erweitern. Jeder der 32 Schreib-Lese-Köpfe kann im HF-Busmodus einzeln angesprochen werden, um vielfältige Befehle wie Lesen, Schreiben oder Inventory auszuführen. Die Schreib-Lese-Köpfe sind dabei sowohl manuell als auch automatisch adressierbar. Bei einem Austausch einzelner Schreib-Lese-Köpfe erfolgt eine automatische Adressierung aufsteigend nach der Reihenfolge des Anschlusses. Durch den niedrigeren Modul- und Kabeleinsatz profitiert der Anwender so nicht nur von einer Kostenersparnis, sondern auch von einer kürzeren Montage- und Inbetriebnahmezeit.
Höchstleistung im Continuous Mode
Der Continuous-HF-Busmode ähnelt dem HF-Busmodus in Aufbau und Kostenvorteil, jedoch sind darin alle Schreib-Lese-Köpfe gleichzeitig aktiviert. So ist der Continuous Mode durch seine höhere Performance sowohl für statische als auch für langsame dynamische Applikationen geeignet, in denen Datenträger beispielsweise parallel gelesen oder beschrieben werden. Die einzelnen Schreib-Lese-Köpfe speichern die gelesenen Daten dabei so lang in einem Puffer, bis das RFID-Interface sie zyklisch nacheinander abfragt. Die Daten werden im FIFO-Speicher des Interfaces hinterlegt und können über den Befehl „Daten aus dem Puffer auslesen“ durch die Steuerung abgeholt werden.
Mit der Funktion „Track & Trace“ eröffnet der Continuous-HF-Busmode neue Anwendungsfelder – zum Beispiel in der Logistik oder der Fördertechnik. Dazu gehören die parallele Erfassung in mehrspurigen Transfer-/Fördersystemen, bei Produkten mit unterschiedlicher Positionshöhe des Datenträgers in einer Linie und Applikationen mit getakteten Produktionsmaschinen. Zahlreiche vordefinierte Befehle und Betriebsmodi für die gängigsten Einsatzszenarien reduzieren zudem den Programmieraufwand in der SPS. Das Gruppieren von Daten und verschiedene Datenexport-Optionen machen in der Regel eine Middleware überflüssig. Auch beim Einsatz des HF-Busmodus ist an den übrigen RFID-Kanälen nach wie vor der Mischbetrieb von HF- und UHF-Schreib-Lese-Köpfen möglich.
Reader bis in ATEX-Zone 1/21
Mit dem TN-R42/TC-Ex hat Turck den weltweit einzigen HF-RFID-Schreib-Lese-Kopf, der für den unmittelbaren Einsatz in ATEX-Zone 1/21 zertifiziert ist. Im Gegensatz zu bekannten druckgekapselten Identifikationslösungen für Zone 1/21 lässt sich der vergussgekapselte Reader durch sein kompaktes Design auch in beengten Applikationen montieren. So eignet sich der schlanke TN-R42/TC-Ex zum Beispiel optimal für die berührungslose Identifikation von korrekten Schlauch- und Flanschverbindungen an Kupplungsbahnhöfen. Für Applikationen mit hohen Anforderungen an Datensicherheit und Zugriffsschutz stehen auch HF-RFID-Datenträger mit Passwort-Funktion zur Verfügung.
Nachdem jetzt auch der Busmodus für Einsatz in Zone 1/21 zugelassen wurde, kann Turck ein komplettes Portfolio an Nicht-Ex und Ex-Geräten im Bus-Modus anbieten. Da sich der TN-R42/TC-Ex interfaceseitig wie ein Standard-Schreib-Lese-Kopf verhält, hat der Anwender bezüglich Anbindung und Konfiguration des Gesamtsystems immer das gleiche Look-and-feel, egal ob im Ex- oder Nicht-Ex-Einsatz. Im Ex-Einsatz muss lediglich der letzte Teilnehmer im Busstrang ein Gerät mit Widerstand als Abschluss-Terminierung sein. Und die Zahl der im Busmodus anschließbaren Schreib-Lese-Köpfe ist im Ex-Betrieb beschränkt: beim ultrakompakten TBEN-S-Interface auf fünf Reader und beim TBEN-L-Interface auf zehn Reader pro Kanal.
Schutzgehäuse in ATEX-Zone 2
Um die IP67-RFID-Interfaces und -I/O-Module der Produktfamilien TBEN-L, TBEN-S, TBEC oder den Trennschaltverstärker IMC auch im Ex-Bereich zuverlässig betreiben zu können, hat Turck ein Schutzgehäusekonzept aus Edelstahl entwickelt. Das Schutzgehäuse umschließt das für diesen Einsatz zugelassene Modul sowie dessen Anschlüsse und schützt so vor mechanischen Beschädigungen oder unbeabsichtigtem Trennen der Verbindungen. So werden alle Vorgaben zur Verwendung der Geräte in ATEX-Zone 2 erfüllt.
Reduzierter Inbetriebnahmeaufwand
Dank des integrierten Turck-RFID-Daten-Interfaces mit zyklischer Prozessdatenübertragung profitiert der Anwender vom schnellen und einfachen Zugriff auf HF- und UHF-Funktionen wie etwa dem Idle-Modus. Die busfähigen HF-RFID-Schreib-Lese-Köpfe lassen sich zudem durch einfaches Aktivieren der Schreib-Lese-Kopf-Adressen in den Parametern des Daten-Interfaces automatisch adressieren. Dies ermöglicht Anwendern eine Zeitersparnis gegenüber den herkömmlichen Methoden, da sie die Schreib-Lese-Köpfe nacheinander anbinden können und diese automatisch adressiert werden. Darüber hinaus lassen sich Bus-Adressen für busfähige HF-Schreib-Lese-Köpfe per Webserver/PACTware über das TBEN-S-RFID setzen und abfragen. So kann der Nutzer schnell die korrekte Inbetriebnahme des Bus-Modus überprüfen, ohne einen Schnittstellenwandler einzusetzen.
Erfolgreicher Praxiseinsatz
Der HF-Busmodus wird bereits erfolgreich in der Praxis eingesetzt – so zum Beispiel bei Kupplungs- bzw. Schlauchbahnhöfen in der Chemie-, Pharma- sowie Lebensmittelindustrie. Vertauschte oder auslaufende Medien können schwerwiegende Folgen für die Anlagensicherheit, Produktqualität oder die Gesundheit von Mitarbeitern und Kunden nach sich ziehen. Gelangt etwa Säure in einen falschen Tank, entsteht hohes Gefahrenpotenzial. Um daher die korrekte Verbindung zwischen Schlauch und der korrespondierenden Anschlussstelle zu gewährleisten, bietet Turck eine HF-RFID-Komplettlösung, bei der der HF-Busmodus wesentlich zur effizienten Umsetzung beiträgt.
Erst wenn die Schreib-Lese-Köpfe die vorgesehene Schlauchverbindung erfasst haben, erfolgt das Öffnungssignal an Ventil und Pumpe. Mit RFID können zudem Informationen wie das Datum oder die Uhrzeit der letzten Schlauchreinigung übermittelt werden. Dank Turcks HF-RFID-Schreib-Lese-Kopf TNR42/TC-Ex ist auch eine Nutzung im explosionsgefährdeten Bereich (Zone 1/21) möglich. Abgerundet wird das Lösungspaket durch unterschiedliche Datenträgertypen für spezifische Applikationsanforderungen, darunter auch eine Glasvariante für aggressive Medien. RFID-Tags können zudem direkt in eine Metallkappe eingelassen oder mit einer Schelle verbunden werden.
Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Identifikation von Druckfarben-Kartuschen. Dabei werden die Behälter automatisch durch die Schreib-Lese-Köpfe identifiziert, um fehlerhafte Druckerzeugnisse und Produktionsausfälle zuverlässig zu vermeiden. Zusätzlich kann das System den Bediener erinnern, eine Farbe rechtzeitig zu wechseln. Den Zeitpunkt der Meldung errechnet das System aus Einbauzeitpunkt und Verfallsdatum einer Farbkartusche. Anhand des aktuellen Farbverbrauchs wird außerdem der Füllstand jedes einzelnen Behälters näherungsweise berechnet.
In vielen weiteren Applikationen profitieren Anwender vom HF-Busmodus und der Möglichkeit, schnell und kostengünstig viele HF-Lesegeräte anbinden zu können. Dazu zählen beispielsweise Maschinen mit mehreren Format- und Wechselwerkzeugen, die auf diesem Weg die Erkennung des jeweils richtigen Werkzeugs für einen bestimmten Arbeitsschritt erfassen und dokumentieren können. Ein weiterer Aspekt dieser Lösung ist der Plagiatschutz. So profitieren sowohl Maschinenbauer als auch als Anwender von der Sicherheit und der erhöhten Standzeit, die der Einsatz von Originalwerkzeugen und Original-Verbrauchsmaterialien wie beispielsweise Öl- oder Luftfilter mit sich bringt.
Denkbar sind aber auch neue und innovative Geschäftsmodelle, wenn zum Beispiel nicht die Maschine verkauft wird, sondern die Maschinennutzung abgerechnet wird, indem etwa Werkzeuge oder Formatteile bzw. Verbrauchsmaterial berechnet werden. Dazu könnte der Maschinenbauer beim Anwender ein automatisches Konsignationslager einrichten. Sobald ein Bauteil in die Maschine eingesetzt wird, erhält er eine Meldung und stellt die weitere Versorgung mit den Materialien sicher. Dieses Konzept funktioniert allerdings nur, wenn er sicher sein kann, dass nur Originalteile verwendet werden.
.jpg "MKey jetzt mit integriertem RFID-Sensor")
