Schärfere Sinne für die Produktion Mit RFID zur Smart Factory

Die intelligente Fabrik (Smart Factory), die im Rahmen von Industrie 4.0 entsteht, benötigt eine umfassende und durchgehende Kommunikation. Die verschiedenen Produktionsschritte sollen in ihr weitestgehend automatisiert ablaufen. Das Produkt steuert seine Fertigung selbst. Dazu ist neben der Echtzeitkommunikation der Maschinen mit einer übergeordneten Leitebene, auch ein Routing des Produkts durch die Fabrik notwendig.

In der Smart Factory reicht es nicht mehr zu wissen, ob sich ein Produkt an einer bestimmten Position befindet; es werden viel mehr Information benötigt. Mit optischen Sensoren und kapazitiven Näherungsschalter lässt sich ersteres feststellen. Außerdem kann noch der Abstand zum Sensor bestimmt werden. Benötigt man zusätzliche Informationen – etwa die Identifikation eines einzelnen Produkts – dann kommt in vielen Fällen die sogenannte RFID-Technik (Radio-Frequency Identification) zum Einsatz. Bei dieser liest ein Lesegerät die in einem Transponder gespeicherten Informationen aus und kann sie falls nötig auch verändern.

RFID - der schlauere Sensor

Auf dem Transponder, auch Funk-
etikett oder RFID-Tag bezeichnet, ist im einfachsten Fall eine Identifikationsnummer gespeichert. Das Lesegerät ist quasi ein intelligenter Näherungsschalter, der nicht nur die Anwesenheit eines Produkts erkennt, sondern es gleichzeitig auch eindeutig identifizieren kann. Das Unternehmen IFM Electronic hat bereits vor einigen Jahren begonnen, RFID-Technik zu entwickeln. Der erste von IFM hergestellte RFID-Leser DTS125 verfügt über eine AS-Interface-Schnittstelle und lässt sich darüber wie ein Sensor anschließen. Pro AS-Interface-Zyklus wird einmal die Transponder-Nummer übertragen – eine Datenmenge von 15 Bit. Ist kein Transponder innerhalb der Reichweite, übermittelt der Leser nur den Wert Null. Der wesentliche Vorteil dieses einfachen Systems besteht darin, dass der Anwender keinerlei Programmieraufwand hat.

Außer dem DTS125 bietet IFM noch weitere RFID-Systeme an. Sie unterscheiden sich in dem Frequenzbereich, in dem sie die Daten übermitteln. Mit den verschiedenen Sendefrequenzen, 125 kHz, 13,56 MHz und 865 MHz, sind auch unterschiedliche Reichweiten und Übertragungsgeschwindigkeiten verbunden. Die Reichweite variiert auch in Abhängigkeit von den verwendeten RFID-Tags und kann von wenigen Zentimetern bis hin zu 10 Metern betragen. Mit den neueren und leistungsfähigeren Systemen ist es auch möglich, Daten auf einen RFID-Tag zu schreiben.

Welches das passende RFID-System ist, hängt von dem jeweiligen Verwendungszweck ab. Beispielsweise eignet sich das DTE100 besonders gut, falls relativ viele Daten auf einen RFID-Tag geschrieben werden sollen; bis zu 8 KByte sind möglich. Eine typische Anwendung für dieses System sind elektronische Laufzettel, die ihre Pendants aus Papier in der intelligenten Fabrik ersetzen.

RFID erleichtert Logistik

Große Reichweiten sind in der Intralogistik sinnvoll, wenn die RFID-Tags etwa an Behältern angebracht sind, die mit Gabelstaplern transportiert werden. Der Staplerfahrer muss den Behälter dann nicht exakt, bis auf wenige Zentimeter, vor den RFID-Leser positionieren. Ein Vorbeifahren reicht für eine sichere Datenübertragung vollkommen aus.

Auch bei mobilen Arbeitsmaschinen, zum Beispiel im Bau oder der Landwirtschaft, wird die RFID-Technik immer öfter verwendet. Die in diesen Bereichen eingesetzten Geräte müssen allerdings sehr hohe Anforderungen erfüllen. Da die Komponenten häufig außen an den Maschinen verbaut werden, sollten sie der Schutzart IP69k entsprechen und in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar sein. Auch Schock und Vibrationen dürfen den Komponenten nicht schaden. Für den Einsatz in Fahrzeugen sind zudem die entsprechenden e1-Zulassungen notwendig. Bei den RFID-Lesegeräten von IFM für mobile Maschinen sind Antenne, Elektronik und eine CAN-Schnittstelle in einem kompakten M18- oder M30-Gehäuse untergebracht. Als Protokolle an der CAN-Schnittstelle stehen wahlweise CANopen oder SAE J1939 zur Verfügung. Dadurch lassen sich die RFID-Geräte problemlos in die Automatisierungs-Infrastruktur der mobilen Maschine einbinden. Da alle Komponenten in einem Gehäuse untergebracht sind, ist der Platzbedarf gering und der Aufwand für die Verkabelung minimal.

Ein typisches Anwendungsbeispiel sind Baumaschinen, an denen verschiedene Anbaugeräte montiert werden. Je nachdem, ob etwa ein Löffel, ein Hydraulikhammer oder ein anderes Gerät angebracht ist, ändert sich auch die Bedienung für den Maschinenführer. Mit der RFID-Technik kann die Steuerung der Baumaschine erkennen, welches Gerät gerade verwendet wird und lädt automatisch die richtigen Einstellungen. Für den Maschinenführer entfällt dadurch die manuelle Einstellung der Steuerung.

Die RFID-Technik lässt sich vielfältig einsetzen. Durch die zunehmende Kommunikation in der intelligenten Fabrik und bei mobilen Maschinen kommt der Erfassung und Weiterverarbeitung von Daten eine immer größere Bedeutung zu. Mit Hilfe von RFID können bewegliche Gegenstände, wie Werkstückträger in der Produktion, Container in der Logistik oder Anbaugeräte an Baumaschinen, ideal in den Datenaustausch integriert werden.