Rund um den Themenkomplex Industrie 4.0 gibt es viele offene Fragen. Konsens herrscht aber bei der Frage nach dem Stellenwert der RFID-Technologie für die Produktion der Zukunft: Eine hoch automatisierte, hoch flexible und eng vernetzte Industrieproduktion benötigt effiziente Technologien zur Identifikation von Mitarbeitern, Systemen, Werkzeugen, Werkstücken und Produkten. RFID nimmt aufgrund seiner spezifischen Vorteile eine exponierte Position gegenüber alternativen Lösungen wie etwa der optischen Identifikation ein und ist damit eine der Schlüsseltechnologien für die Umsetzung von Industrie 4.0.
Das Implementieren von RFID in Produktionsprozessen ist heute oft noch zu kompliziert und zeitaufwändig. Vor allem für kleinere Betriebe müssen solche Systeme leichter implementierbar sein, wenn sie eines Tages die Industrieproduktion durchgehend transparent gestalten sollen.
Mechanische und softwareseitige Aufwände
Zwei Punkte machen die Hauptarbeit bei RFID-Integrationen aus: die mechanische und softwareseitige Integration des Systems. Die mechanische Integration erfordert viel Zeit und manuelle Arbeit. Da diese Arbeit zumeist von den eigenen Mitarbeitern eines Unternehmens geleistet werden kann, ist die mechanische Implementierung nicht der größte Kostenpunkt. Zunächst müssen Schreib-Lese-Köpfe oder Antennen an ein RFID-Interface angebunden werden, das die Rohdaten in ein industrielles Datenformat übersetzt. Dieses Interface leitet die Daten häufig an einen Industrie-PC weiter, wo Middleware-Funktionen wie Filterung und Auswahl der Daten sowie die Erstellung entsprechender Tabellen und Befehle zur weiteren Bearbeitung geleistet werden. Der Industrie-PC kommuniziert entweder mit einer Industriesteuerung oder einem übergeordneten MES- oder ERP-System. Bis auf die Schreib-Lese-Köpfe müssen die Komponenten der meisten Hersteller in Schaltschränken geschützt werden.
Den kostenseitigen Löwenanteil einer RFID-Integration stellt der Programmieraufwand dar. Die Programmierung muss von gut qualifizierten Fachleuten des Integrators geleistet werden und ist daher teurer als die mechanische Integration von Komponenten. Wenn eine komplette Produktionsstrecke mittels RFID-Daten gesteuert werden soll, müssen diverse Schnittstellen programmiert und Funktionsbausteine für Steuerungen geschrieben werden.
RFID-Interfaces vereinfachen Integration
Um beide Aufgabenpakete, die mechanische und die softwareseitige Integration, zu reduzieren, entwickelte Turck die IP67-RFID-Interfaces TBEN-S-2RFID-4DXP und TBEN-Lx-4RFID-8DXP-CDS. Beide Module können direkt im Feld montiert werden und stellen neben dem Anschluss für RFID-Schreib-Lese-Köpfe im HF- oder UHF-Frequenzband zusätzliche I/Os zum Anbinden von Sensoren und Aktoren zur Verfügung. Der TBEN-S bietet dabei vier I/Os und der TBEN-L acht I/Os.
In der Steuerungssoftware werden die RFID-Interfaces einfach wie I/Os behandelt. Der Unterschied liegt lediglich darin, dass statt des Analog- oder Digitalwerts eines Sensors nun auch gemappte Daten von Schreib-Lese-Köpfen verarbeitet werden können. Statt über eigene Steuerungsbausteine erfolgt die Einrichtung des TBEN-S-Interfaces über die mitgelieferte GSDML-Datei bei Profinet beziehungsweise über EDS und Catalog-Files bei Ethernet/IP. Die Daten werden vom TBEN-S in einer vorbereiteten Tabelle (Mapping Table) über die Ethernet-Schnittstelle übermittelt und können von der Steuerung entsprechend weiterverarbeitet, also gefiltert oder an übergeordnete Systeme weitergereicht werden.
Das Handling der HF- und UHF-Schreib-Lese-Köpfe über das TBEN-S-Modul ist weitestgehend identisch. Bei UHF-Schreibleseköpfen lassen sich zudem noch einige zusätzliche Parameter einstellen. Auf Industrie-PCs kann in vielen Applikationen verzichtet werden.
Module zur nachträglichen Installation
Die TBEN-S-Block-I/O-Geräte eignen sich aufgrund ihrer Breite von 32 Millimetern und ihrer Schutzart IP67/IP69K zur nachträglichen Installation in Produktionsanlagen. Die Geräte können ohne Schaltschrank direkt im Feld montiert werden – beispielsweise auf 40-Millimeter-Aluminiumprofilen. An jedes Modul lassen sich bis zu zwei Schreib-Lese-Köpfe im HF- oder UHF-Frequenzband anschließen. Die Module untereinander können aufgrund des integrierten Switches in Linientopologie verknüpft werden, was Verkabelungsaufwand spart. Ein neu entwickelter Bus-Modus erlaubt außerdem die Anbindung von bis zu 32 Schreib-Lese-Köpfen an einem RFID-Port, wenn dazu busfähige Schreib-Lese-Köpfe mit RS485-Schnittstelle ohne Abschlusswiderstand eingesetzt werden. Außerdem kann immer nur ein Schreiblesekopf eines Strangs gleichzeitig sprechen, wodurch sich die Bus-Anbindung nur für statische Applikationen eignet.
Als Multiprotokoll-Geräte erkennen die TBEN-S-Module selbstständig, ob auf der Ethernet-Leitung Profinet, Modbus TCP oder Ethernet/IP gesprochen wird, und stellen sich darauf ein. Triggersignale lassen sich über die universellen I/Os leicht einbinden und ohne Programmieraufwand mit einem Schreib-Lese-Befehl verknüpfen. Ebenso einfach können Aktoren wie Leuchten, die einen erfolgreichen Lesebefehl oder andere Aktionen signalisieren, in der Steuerungssoftware verknüpft werden.
Trotzt ihrer Kompaktheit kommunizieren die TBEN-S-RFID-Interfaces zyklisch bis zu 128 Byte Nutzdaten pro Kanal mit der SPS. Durch die Nutzung von Daten-Fragmenten im Daten-Interface können auch größere Datenmengen als 128 Byte vom Modul verarbeitet werden. So lassen sich über 100 UHF-Datenträger erfassen oder HF-Datenträger mit acht Kilobyte schnell und komfortabel nutzen. Möglich wird das durch die direkte Übertragung der Daten in den Speicher des TBEN-S-Moduls (16 KByte pro Kanal).
Im TBEN-L arbeitet eine 800-MHz-CPU, die auf 128 MB DDR3-RAM zurückgreift. Der Flash-Speicher des Moduls ist 256 MB groß. Den integrierten Switch für Linientopologie, die Übertragungsrate (10 Mbps/100 Mbps), die Schutzart (IP67/69K) und den integrierten Webserver bieten sowohl das TBEN-L- als auch das S-Interface an. Auf dem TBEN-L-Interface lassen sich aber auch Steuerungsaktionen in der offenen Software Codesys V3 realisieren. Die gemappten RFID-Daten können somit schon auf dem Modul selbst vorverarbeitet und gefiltert werden.
Einfacher mit vorprogrammierten Funktionen
Bleibt die Frage, wie ein RFID-Interface für komplexere Applikationen dennoch einfacher implementiert und in Betrieb genommen werden kann. Das gelang durch die Vorprogrammierung von gängigen Funktionen. Diese müssen daher nicht wie bisher aufwändig selbst geschrieben werden. So kann der Anwender beispielsweise die Funktion „Continuous Mode“ auswählen, bei der der Schreiblesekopf wiederkehrend die Daten einliest und an das Modul meldet, bis der Modus wieder abgeschaltet wird. Diese Daten werden dann im Modul vorgehalten, bis die übergeordnete Steuerung entscheidet, sie abzurufen.
Vorteil: Der Schreiblesekopf muss nicht jedes Mal von der Steuerung neu angetriggert werden und der dazu erforderliche Datenverkehr sowie die Programmierung einer solchen Funktion entfallen. Der Schreiblesekopf bekommt seinen Befehl schon vorab mitgeteilt und kann diesen direkt ausführen, sobald ein Datenträger in den Erfassungsbereich kommt. Das spart Zeit, die bei schnellen Leseereignissen benötigt wird.
Das TBEN-L-RFID-Interface wird auch in einer Version für Systemintegratoren mit Windows Embedded Compact 2013 oder Linux angeboten. Integratoren können damit unter anderem in den Programmiersprachen Net, C++ oder C# Middleware-Funktionen auf dem Modul programmieren. Die Kommunikation zum übergeordneten System erfolgt dann nicht über ein industrielles Ethernet-Protokoll, sondern über TCP/IP. Die Module mit Linux und Windows Embedded Compact verfügen mit 512 MB DDR3-RAM über mehr Arbeitsspeicher als die Codesys-Variante. Die übrigen Leistungsdaten sind vergleichbar.
Weitere Informationen zu Turck finden Sie im Business-Profil auf Seite 55.
