RFID in der Produktion: UHF-Technologie als Alternative zum Barcode

Die UHF-Technologie und ihre Standardisierung durch EPC­global und ISO/IEC brachten für die industrielle Identifikation durch RFID-Technik eine wahre Revolution, besonders in der Intralogistik und der Warendistribution: Es stehen kostengünstige RFID-Etiketten zur Verfügung, die über einige Meter hinweg beim Vorbeifahren erkannt und gelesen werden können. Der Identifizierungscode ist kurz gehalten und dient nur als Zugriffsadresse auf die eigentlichen Informationen, die auf einer Datenbank bereitgehalten werden. Weniger Speicherplatz bedeutet auch kleinere RFID-Chips. Das ermöglicht attraktive Transponderpreise. Hinzu kommt, dass in unserem Informationszeitalter mittlerweile der Zugriff auf Daten – irgendwo auf irgendeiner Datenbank – schnell und problemlos erfolgen muss. Die Pflege der Datensätze und deren Verfügbarkeit sind durchgängig und weltweit sichergestellt. Dieses Konzept der zentralen Datenhaltung ist zuverlässig und kostengünstig. UHF-Technologien in produktionsnahen Prozessen Diese RFID-Trends blieben nicht ohne Auswirkung auf naheliegende Applikationen, die bisher mit klassischer RFID-Technologie oder Barcodes bewerkstelligt wurden. Leitende Manager und eifrige Einkäufer fragen vermehrt, ob diese kostengünstige Transponder-Technologie auch in produktionsnahen Prozessen oder sogar zur Steuerung von Produktions- und Montagelinien eingesetzt werden kann. Das ist in der Tat möglich. Voraussetzung hierfür ist lediglich, dass die RFID-Lesegeräte auch direkt an Speicherprogrammierbare Steuerungen oder Feldbus-Systeme angeschlossen werden können. Denn diese bestimmen nach wie vor die Kontroll- und Regelungsprozesse in automatisierten Produktionsanlagen. Zudem werden neben dem Identifizierungscode noch einige wenige zusätzliche Daten-Bytes benötigt, um zeitlich begrenzt örtliche Prozessinformationen weiterreichen zu können. Bei den UHF-Chips der neuesten Generation ermöglicht das ein frei verfügbares User Memory. Transponder direkt am Werkstück statt am Werkstückträger Bisher versah man in Produktionslinien meist den Werkstückträger oder die Transportvorrichtung und nicht das Werkstück selbst mit einem RFID-Transponder. Zunehmend werden aber die Werkstückträger zwischen den unterschiedlichen Produktionslinien gewechselt. Oft wird sogar ein Werkstück von einer Produktionsstätte zur nächsten transportiert. Das macht zwangsläufig Zwischenlager nötig. Um die Werkstücke durchgängig und ohne großen Aufwand identifizieren zu können, benötigt man also Transponder, die direkt am Werkstück befestigt werden. Dort verbleiben sie für die gesamte Prozesskette und sichern so die unmittelbare und durchgängige Kennzeichnung mit dem relevanten Erkennungscode. Statt der bisher klar abgegrenzten, geschlossenen Kreisläufe wird also eine werksübergreifende und durchgängige Werkstücksidentifikation notwendig – und das möglichst kostengünstig. Zudem muss man die Identifikationsreichweiten aufgrund der von Fall zu Fall wechselnden Bedingungen über einen relativ großen Bereich hinweg flexibel an die örtlichen Gegebenheiten anpassen können. Alle diese Anforderungen erfüllt die UHF-Technologie. Allerdings sind die geforderten großen Reichweiten nicht ohne Weiteres mit der notwendigen Erkennungssicherheit in Einklang zu bringen. Doch in Produktionsprozessen muss die richtige Zuordnung von Daten zum Objekt gewährleistet sein. Das System muss Fehler automatisch erkennen und eine passende Fehlermeldung generieren. Mit passiven RFID-Systemen ist dieser Dualismus – große Erkennungsreichweite bei sicherer Selektivität – oft nur mit Zusatzmaßnahmen erreichbar. Die physikalischen Gesetze zwingen hier zu alternativen Lösungsansätzen, z.B. stufenweise Reduzierung der Sendeleistung, Fokussierung des Abstrahlwinkels und Minimierung des Erfassungsabstands oder sogar strikte Vereinzelung der Objekte. Gute RFID-Geräte bieten hier entsprechende Parametriermöglichkeiten für die optimalen Einstellungen. Das heißt z.B., dass nicht nur die Sendeleistung, sondern zusätzlich auch die Empfangsempfindlichkeit eingestellt werden kann. UHF-Technologie als ernst zu nehmende Alternative zum Barcode In Produktionsprozessen wird bisher Barcode – zunehmend in der zweidimensionalen Form des Data Matrix Codes – zur reinen Identifikation des Werkstücks verwendet. Besonders zur Kennzeichnung von Zulieferteilen und Einbaukomponenten, die im Fertigungsprozess montiert werden sollen, ist eine Kennzeichnung mit 2D-Code bewährt, sicher und effizient. Eindimensionaler Barcode (der klassische Strichcode) ist aufgrund der Code-Kapazität, seines Platzbedarfs und seiner geringen Datenintegrität für den Einsatz in Produktionsprozessen weniger geeignet. Wo zusätzlich noch Fertigungs- und Qualitätsdaten kommuniziert werden müssen, bevorzugt man die hinsichtlich des Informationsträgers aufwendigere RFID-Technologie. RFID als Kennzeichnungsmarke war und ist immer noch teurer als Barcode. Jedoch reduziert sich der Kostenunterschied durch die UHF-Technologie. Außerdem bietet RFID einige zusätzliche Leistungsmerkmale. So können Daten direkt im Prozess geändert und ergänzt werden. Die Erkennungssicherheit und die Leseraten sind in kritischen Applikationen entscheidend besser als beim Barcode. Zudem erzielt die UHF-Technologie große Erkennungsreichweiten und Flexibilität bei der Anbringung. 2D-Code-Lesesysteme und RFID ermöglichen die automatische und zuverlässige Identifikation von Werkstücken in den Produktionsprozessen und bieten hiermit die Basis für eine automatisierte Fertigung. Siemens ist seit 25 Jahren erfolgreich mit RFID tätig und bietet außerdem unterschiedliche optische Code-Lesesysteme für 1D/2D-Codes an. So kann für unterschiedliche Anforderungen immer die passende Identifikationslösung angeboten werden. Bereits vor drei Jahren realisierte Siemens im Logistikumfeld die ersten Projekte mit den UHF-Komponenten des RF-Identifikationssystems Simatic RF600. Für produktionsnahe Einsätze gibt es inzwischen den Compact Reader RF620R mit integrierter Antenne und den Midrange Reader RF630R mit bis zu zwei abgesetzten Antennen. Mit dem RF630R kann der Anwender sowohl leistungsfähige Siemens-Antennen als auch applikationsspezifische Antennen anderer Hersteller anschließen. Der Compact Reader ist schlicht gebaut: ein Anschlusskabel für Spannungsversorgung und Datenaustausch, eine integrierte Hochleistungsantenne und eine flexibel ausrichtbare Befestigung. Das Gehäuse ist robust und in Schutzart IP65 ausgeführt. Beide UHF-Lesegeräte können nahtlos und absolut echtzeitfähig in die Welt der unternehmenseigenen Automatisierungskomponenten integriert werden. Das gilt auch für alle anderen RFID- und Codelese-Systeme von Siemens. Ob direkt an die Simatic-S7-Steuerung oder an Systeme der dezentralen Peripherie, ob Profibus oder Profinet: Die passende Kommunikationsbaugruppe steht immer zur Verfügung. Auch die Moby-Funktionsbausteine zur einfachen Software-Erstellung können weiterhin verwendet werden. Diagnosemöglichkeiten und einfacher Komponententausch Weil RFID im Automatisierungsumfeld nicht nur reibungslose Durchgängigkeit, sondern auch verlässliche Funktion und hohe Verfügbarkeit bedeutet, gewährleisten die Automatisierungskomponenten auch detaillierte Diagnosemöglichkeiten mit entsprechenden Meldungen und einen Komponententausch ohne Neuparametrierung. Wesentliche Merkmale der Compact Reader RF620R und RF630R sind: – Entsprechen den Standards ISO18000-6C bzw. EPCglobal C1Gen2 – Robuste Gehäuse und Anschlusstechnik, geeignet für rauen Produktionseinsatz – Kompakte Bauform mit integrierter Antenne (RF620R) oder für flexibleren Anbau mit bis zu zwei abgesetzten Antennen (RF630R) – Optimiert für kleine bis mittlere Schreib-/Leseabstände (ca. 3m) – Zuverlässige Tag-Erkennung und schnelle Datenkommunikation – Sicheres Lesen und Schreiben beim Vorbeifahren – Nahtlose Integration in die Simatic-Automatisierungswelt – Einfache Montage und Inbetriebnahme; Gerätetausch ohne Neuparametrierung – Hohe Verfügbarkeit im bedienerlosen Betrieb Um das Ganze erfolgreich bei industriellen Anforderungsszenarien einsetzen zu können, gibt es für raue Umgebungsbedingungen robuste UHF-Transponder. Sie bieten hohe Schutzart, erhöhte Temperaturbereiche und Beständigkeit gegen Schmier- und Reinigungsmittel. Ein Beispiel dafür ist der robuste Transponder Simatic RF620T mit Abstandshalter für die Montage auf Metall und leitfähigem Kunststoff. Typische Applikationen für diese erweiterte Reader-Generation sind Montagelinien, automatisierte Fördertechnik und die Steuerung zur Bereitstellung von Komponenten in der Materialflusssteuerung. Neben der direkten Identifikation von Werkstücken sind sie zusätzlich für die Behälter- und Vorrichtungsidentifikation geeignet. Robuste UHF-Komponenten und kostengünstige Identifikationsmarken bei flexibel wählbaren Reichweiten bringen zusätzlichen Nutzen und Prozesssicherheit in die Produktion. Standardisierte Protokolle sichern die Durchgängigkeit, und die nahtlose Integration in die Steuerungswelt sorgt für aktuelle Information direkt vor Ort. Dadurch werden die Flexibilität und die Datensicherheit gesteigert. Mit der UHF-Technologie ist eine Alternative zum Barcode entstanden, die zunehmend in produktionsnahe Applikationen vordringen wird. Kasten 1: Abkürzungen EPC: Electronic Product Code UHF: Ultra-Hochfrequenz 2D-Code: Zweidimensionaler, optischer Matrix-Code EPCglobal: bezeichnet eine Organisation zur Entwicklung von Standards zur Nutzung von RFID-Technologien