RFID Mit RFID-Lösungen Objekte sicher identifizieren und verfolgen

Redakteur: Jan Vollmuth

Befeuert von Industrie 4.0 steigt die Nachfrage an Tech­nologien zur automatischen Identifikation und Rückverfolgung in der Fertigung. Hier kommt RFID ins Spiel.

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In der Motorenfertigung eines namhaften Automobilherstellers wird vor Be-arbeitung und Montage eine Datenschraube als RFID-Datenträger auf dem Werkstück angebracht. Sämtliche Prozessdaten können damit minutiös aufgezeichnet und eventuelle Fehler genau eingegrenzt und analysiert werden.
In der Motorenfertigung eines namhaften Automobilherstellers wird vor Be-arbeitung und Montage eine Datenschraube als RFID-Datenträger auf dem Werkstück angebracht. Sämtliche Prozessdaten können damit minutiös aufgezeichnet und eventuelle Fehler genau eingegrenzt und analysiert werden.
(Bild: Balluff)

Ja, wo laufen sie denn? Ja, wo laufen sie denn hin? Diese Fragen stellte der Komiker Loriot einst in einem kurzen Sketch, der auf einer Pferderennbahn spielte. Vor ähnlichen Fragen steht häufig auch die Produktion, wenn etwa Produktionsfortschritte zu verfolgen sind oder Materialflüsse gesteuert werden sollen. Gleiches trifft auf automatisierte Abläufe in Logistik und Distribution zu, wo Behälter oder Kisten in Förder-, Speicher- und Abfrageanwendungen eindeutig erkannt, zugeordnet und überwacht werden müssen.

Datenträger speichert alle Informationen

Eine Antwort auf die oben gestellte Frage können so genannte Identifikationssysteme geben, die mit Funkwellen arbeiten und daher als RFID-Systeme (Radio-Frequency Identification) bezeichnet werden. Mit RFID können Objekte automatisch identifiziert und rückverfolgt werden. Dazu wird am zu identifizierenden Objekt ein Datenträger angebracht, der als Speicher fungiert. Die Daten werden zwischen Datenträger und Schreib-/Lesekopf übertragen und über die Auswerteeinheit an die Steuerung weitergegeben.

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Konventionelle funkgestützte RFID-Systeme, wie man sie aus dem Einzelhandel etwa zur Diebstahlsicherung kennt, stoßen im industriellen Umfeld schnell an ihre Grenzen. Schließlich ist der industrielle Einsatz in der Regel mit extremen Belastungen durch Schock, Vibrationen, sowie elektromagnetischen, thermischen oder chemischen Einflüssen verbunden. Hier haben sich spezielle, besonders robuste HF- und LF-Systeme bewährt, wie sie etwa der Sensorikspezialist und Connectivity-Anbieter Balluff im Rahmen seiner Industrial-RFID-Baureihe BIS anbietet.

Systeme für unterschiedliche Anwendungen

Jedes RFID-System ist für unterschiedliche Anwendungen konzipiert. So eignen sich niederfrequente Systeme (LF) vor allem für Applikationen in metallischer Umgebung. Hochfrequente Systeme (HF) sind die optimale Wahl, wenn ein größerer Schreib-/Leseabstand und eine hohe Geschwindigkeit gefordert sind.

Dank einer großen Variantenvielfalt an robusten Datenträgern und Schreib-/Leseköpfen mit hoher Schutzart können diese Identifikationssysteme fast jedes Anwendungsproblem lösen. Daten und Energie, die der Datenträger benötigt, werden dazu induktiv von einem Schreib-/Lesekopf eingekoppelt, was eine separate Spannungsversorgung, wie z.B eine Batterie, überflüssig macht. Der Datenaustausch zwischen Schreib-/Lesekopf und Transponder erfolgt berührungslos und damit verschleißfrei und je nach Ausführung nicht nur im statischen, sondern auch dynamischen Betrieb.

Robust und weitreichend

Ergänzt wird die Palette robuster RFID-Systeme von Balluff mit induktiver Kopplung für kurze Distanzen um eine UHF-Lösung (Europa: 865 MHz bis 868 MHz, USA und Kanada: 902 MHz bis 928 MHz) in Back-Scattering-Technologie (modulierte Rückstreuung) für Reichweiten von bis zu 6 m.

Je nach Ausführung und Frequenz ermöglichen Identifikations-Systeme unterschiedliche Datenübertragungsgeschwindigkeiten. In Abhängigkeit der jeweils zu übertragenden Datenvolumen ergibt sich die notwendige Verweildauer des Datenträgers in einer begrenzten räumlichen Entfernung vom Schreib-/Lesekopf beziehungsweise Lesekopf. Da sich diese Verweilzeiten in Fertigungs- und Montageprozessen meist zu den Hauptzeiten addieren, gehört die Frequenz zu den wesentlichen Kriterien bei der Auswahl eines Identifikationssystems für industrielle Applikationen. Die verfügbare Speichergröße ist ein weiterer Wirtschaftlichkeitsfaktor.

Für Produktion und Montage

Balluff sieht seine Systeme vom Typ BIS C ideal geeignet für den Einsatz in Produktion und Montage. Diese Systeme arbeiten im Niederfrequenzbereich (LF) und verwenden zwei Frequenzen: 433 kHz zum Schreiben und 70 kHz zum Lesen. Das RFID-System ist laut Hersteller die erste Wahl für die Werkzeugidentifikation (Tool-ID) auf kurze Distanzen in kühl- und schmiermittelreicher Umgebung. Weitere Einsatzgebiete sind der Werkstücktransport mit Förderanlagen, FTS- und Paletten-Transportsysteme sowie die Montagetechnik und Betriebsmittelorganisation.

Die niederfrequenten Systeme BIS L hingegen sollen sich laut Balluff besonders für Anwendungen eignen, bei denen Objekte sicher zu identifizieren sind, also für die Teilerückverfolgung und Montagelinien. So soll z.B. bei der Rückverfolgung oft nur eine Kennung erforderlich (Read only) sein. Dazu verfügen die Datenträger über eine eindeutige ID mit 5 Byte; die Speichergröße der Datenträger ist auf 192 Byte begrenzt. Diese 125-kHz-Systeme funktionieren zuverlässig bei Reichweiten bis 100 mm mit passiven Datenträgern. Sie sollen sich relativ neutral gegenüber Materialien wie Wasser, Textilien, Holz und Aluminium verhalten, erklärt Balluff.

Schnelle Übertragung reduziert Taktzeiten

Mit BIS M bietet Balluff ein HF-System, das mit passiven Datenträgern auch bei Reichweiten bis 400 mm noch mit einer hohen Datenrate punkten soll. Es arbeitet mit einer Frequenz von 13,56 MHz nach den Standards ISO 15693/14443A und kann weltweit verwendet werden. Dank der vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten von Datenträger und Schreib-/Leseköpfen sieht Balluff seine Einsatzmöglichkeit bei ganz unterschiedlichen Applikationen, etwa der Teileverfolgung im Nahbereich oder in der Produktion. Mit High-Speed- und High-Memory-Datenträgern lassen sich sogar Datenmengen bis 128 kByte mit einer Übertragungsgeschwindigkeit bis 212 kBit/s bewältigen. Dies ermöglicht reduzierte Taktzeiten und erhöhte Ausbringungsraten.

Wer eine noch größere Reichweite von bis zu 6 m benötigt und nach einer standardisierten RFID-Lösung für die prozessübergreifende Identifikation sucht, dem empfiehlt Balluff das UHF-System BIS U. Das Pulk-fähige System – es kann mehrere Transponder nahezu zeitgleich erfassen – arbeitet mit einer Frequenz von 860 MHz bis 920 MHz und entspricht den globalen Standards ISO 18000-6C sowie EPC Gen 2 Class 1. Seine EEPROM-Speichertechnologie soll eine flexible und schnelle Kommunikation auch bei hochdynamischen Anwendungen sicherstellen.

Datentransparenz über die gesamte Lieferkette

Ideale Einsatzgebiete sind etwa die Fördertechnik und Intralogistik, die Automobilindustrie und ihre Autozulieferer. Durch die Abfrage von dezentral gespeicherten Produkt- und Prozessdaten ist das UHF-System ein zentraler Bestandteil von Traceability-Anwendungen und gewährleistet eine permanente Datentransparenz über die gesamte Lieferkette.

War früher noch für jedes System (HF, LF oder UHF) ein eigener RFID-Controller-Typ erforderlich, habe sich dies mit seiner Auswerteeinheit BIS V grundsätzlich geändert, erklärt Balluff. Dabei handle es sich um einen „All-in-One“-RFID-Controller, an den sich bis zu vier Schreib-/Leseköpfe unterschiedlicher Technologien anschließen lassen. Sowohl HF-Leseköpfe (13,56 MHz, gemäß ISO 15693 und ISO 14443) als auch LF-Leseköpfe (125 kHz) und UHF-Funktionalitäten (865 MHz bis 868 MHz, 902 MHz bis 928 MHz) können so, ohne etwas konfigurieren zu müssen, im Mischbetrieb genutzt werden. Unterschiedliche systemspezifische Auswerteeinheiten sind damit nicht mehr notwendig, was die Lagerhaltung erheblich vereinfacht. So genügt ein einziger Controllertyp um den gesamten Materialfluss lückenlos und automatisch rückverfolgen und steuern zu können. (jv)

Motek 2017: Halle 5, Stand 5305

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