Intelligente Prozessabläufe in der Fertigung
Von Dr. Konrad Kern, Produktmanager, Pepperl+Fuchs GmbH
Die RFID-Technologie ist vielfach die Grundlage für eine qualitativ hochwertige und gleichzeitig wirtschaftliche Fertigung. Identifikationstechnik wird nicht eingesetzt, weil es modern ist, sondern weil diese Produktivitätssteigerungen ermöglicht, die Produktqualität verbessert, die Variantenfertigung beherrscht und beispielsweise in der Lebensmitteltechnik die gesetzlich vorgeschriebene Rückverfolgbarkeit sicherstellt.
Jede Ident-Technologie hat spezifische Vor- und Nachteile. Sicher ist allerdings, dass eine intelligente Produktion ohne Identifikation nicht mehr wettbewerbsfähig ist. Die wichtigsten Pfeiler der Anlagenplanung sind Investitionssicherheit, Flexibilität in der Fertigung, Wirtschaftlichkeit, Prozesssicherheit und der Qualitätsnachweis.
Business Case für Identifikationssysteme
Prozessabläufe in modernen Fertigungsanlagen sind meist logisch vernetzt, um so effizient und transparent produzieren zu können. Dies kann nur eine Prozesslinie, eine ganze Fertigungshalle, die logistische Ablaufsteuerung im Werk oder sogar den Einbezug von Lieferanten betreffen. Notwendige Voraussetzung dafür sind genaue Informationen über Materialien und die Zuordnung der Prozessschritte für die Variantengenerierung. Damit stehen Ident-Systeme an erster Stelle der Informationskette für die Intralogistik. Die spezifischen Anforderungen und unterschiedlichen Einsatzorte von Ident-Systemen machen zugeschnittene Ident- Lösungen unumgänglich. Es sind beispielsweise die mechanische Stabilität, Temperatureinflüsse, Geschwindigkeiten und Einbaubedingungen zu berücksichtigen.
Die Anwendung bestimmt das Identifikationsprinzip
Barcodes, Data Matrix Codes beziehungsweise andere 2D-Codes, RFID-Nahfeld- und -Fernfeldsysteme sind die typischen Optionen für die Identifikation. Barcode-Systeme und Data Matrix- Systeme benötigen eine direkte Sichtverbindung und können nur Daten lesen. Dafür sind jedoch die Kosten für ein Etikett oder die Direktbeschriftung sehr gering, was insbesondere für offene Logistikketten wichtig ist. Verschmutzung, Feuchte oder mechanische Abnützung des Barcodes im industriellen Umfeld sind vor allem in geschlossenen Kreisläufen Knock-out-Kriterien für den Barcode. Data Matrix-Systeme lesen zweidimensionale Codes, die auf kleinstem Platz große Datenmengen fehlerredundant unterbringen. Direktbeschriftung auf Kunststoffen oder genadelte Codes in Metall ermöglichen weitere Nischen in der Anwendung. RFID-Systeme für den Nah- und Fernbereich finden ihren Einsatz, wenn ein robuster Datenträger mit hoher Schutzart erforderlich ist oder das Ein- und Auslesen von Daten den Prozess effizienter macht. Gesunkene Kosten für Datenträger öffnen zunehmend neue Anwendungsfelder. RFID-Systeme arbeiten berührungslos und benötigen keinen Sichtkontakt zwischen Datenträger und Schreib-/Lesekopf. Dadurch wird einerseits der Einsatz auch bei starker Verschmutzung möglich und andererseits können mehrere Datenträger im Pulk erfasst werden. Ein wesentlicher Vorteil von RFID-Systemen ist zudem die Schreib-/Lesefähigkeit, welche interaktive Aktionen ermöglicht.
Fixcode oder Datenträger
Der Fixcode eines Transponders ist weltweit einmalig, ermöglicht eine eindeutige Identifizierung, setzt aber eine zentrale Datenbasis voraus. Datenträger enthalten noch einen zusätzlichen veränderbaren Datenbereich. Für viele Anwendungen in der Industrie reicht die Nutzung des Fixcodes aus, um die zeitliche, räumliche und/oder materielle Identifizierung zu realisieren. Da nur ein Fixcode übertragen werden muss, wird beispielsweise auf der übergeordneten Ethernet-Ebene die Kommunikationslast gering gehalten. Die Schreibfunktion kann genutzt werden, um dem Fördergut oder Werkstückträger detaillierte Informationen zum Transportweg oder zum nächsten Fertigungsschritt mitzugeben. Gleichzeitig lassen sich die Qualitätsdaten auf dem Datenträger ablegen. Auf diese Art können dezentrale Lösungen nach dem Prinzip „Internet der Dinge“ geschaffen werden. Bei sehr vielen Ident-Punkten wie beispielsweise bei großen Lagersystemen kann es ein Vorteil sein, Entscheidungen dezentral zu fällen und nur noch Diagnosedaten zeitunkritisch nach oben zu übertragen.
Differenzierte Identifizierungsaufgaben
Für unterschiedliche Identifizierungsaufgaben innerhalb eines Produktions- oder Logistik-Prozesses stehen unterschiedliche Lösungen zur Verfügung. Die Anforderungen des Anwenders nach einer einzigen Funktionsgruppe in der SPS, einer Bedienphilosophie und geringem Lagerbestand für den Austauschfall ermöglicht die Ident Control- Auswerteeinheit, da sie den Anschluss von Lese - /Schreibköpfen verschiedener Frequenzbereiche ermöglicht und zur SPS hin „eine Sprache spricht“. So können beispielsweise RFID-Transponder mit 125 kHz und 13,56 MHz parallel über eine Auswerteeinheit gelesen und beschrieben werden. Die Befehlssyntax ist durchgängig und konsistent aufgebaut, sodass gleiche Funktionsblöcke in der SPS genutzt werden können. Das Ident Control-System lässt sich weltweit einsetzen, da es über die gängigen Schnittstellen Profibus, Profinet, Devicenet, Interbus und eine serielle Anbindung verfügt. Bei den aktuellen Geräten lassen sich auch ohne SPS-Programm Befehle direkt am Gerät initiieren und Daten anzeigen. Dadurch wird die Erstinbetriebnahme erleichtert, da zu diesem Zeitpunkt meist kein Feldbus und noch keine Applikationssoftware in der SPS zur Verfügung stehen. So kann die Parametrierung direkt vor Ort erfolgen, zudem lassen sich einfache Lesebefehle zum Test bei der Inbetriebnahme direkt am Gerät eingeben. Auch die Datenabfrage sowie die Eingabe der Busadresse kann über eine integrierte Bedieneinheit direkt am Installationsort vorgenommen werden.
Granularität und Flexibilität
Noch mehr Granularität und Flexibilität bietet die Ident Control Compact, die auf derselben Softwarestruktur aufbaut, aber statt bis zu vier nur ein beziehungsweise zwei Ident-Kanäle bedient und platzsparend an Maschinen oder Anlagenteilen angebaut werden kann. Metallgehäuse, IP67, komplette Steckbarkeit, perfekte EMV-Eigenschaften zeigen dies. Anwendungen ergeben sich dadurch beispielsweise für die Integration in Werkzeugmaschinen, bei denen kleine Leseköpfe mit feldtauglichen Auswertegeräten kombiniert werden müssen oder für das Einsammeln einzelner Ident-Punkte, die über eine weitverzweigte Fördertechnik dezentral eingesammelt werden müssen. Die neue Ident Control Compact steht als Profibusversion mit einer separaten Diagnoseschnittstelle zur Verfügung. Das Gerät kann im Austauschfall vom Bus getrennt werden, ohne den restlichen Busbetrieb zu stören. Die serielle Ausführung unterstützt RS232 und RS485 in einem Gerät. Die Ethernet Version besitzt einen integrierten Web-Server, der sich mit jedem Browser für die Parametrierung und Befehlseingabe ohne Zusatzsoftware ansprechen lässt. Es werden die Protokolle TCP/IP, Modbus, Ethernet IP und Profinet IO unterstützt. Zur einfachen Anbindung in Linien oder Ringtopologie ist ein Real Time Switch integriert. Die Anzeige der Ident Control Compact zeigt übersichtlich den Zustand der Leseköpfe und der anstehenden Befehle sowie die Kommunikation zum übergeordneten Bus.
Einblick in AutoID/RFID: Pepperl+Fuchs
Die RFID-Technologie ist ausgereift. Standards für die gängigen Systeme sind verfügbar. Und für alle Anwendungen unterschiedlichst...
