Zuverlässige Gepäckförderung: RFID-Gepäckidentifikation mit Industrie-PC

Wer kennt nicht das Gefühl, am Flughafen auf sein Gepäck zu warten, während draußen schon der Urlaub lockt oder der Geschäftspartner wartet? Noch schlimmer ist es, wenn der eigene Koffer nach langem Warten nicht auf dem Gepäckband erscheint. Laut International Air Transport Association (IATA) steigt die Passagierzahl von über 2Mrd. Personen im Jahr 2006 stetig weiter. Gleichzeitig steigt das Gepäckaufkommen, wobei rund 2% aller Gepäckstücke pro Jahr verloren gehen oder an ein falsches Ziel geschickt werden. Dadurch entstehen der Industrie jedes Jahr Mehrkosten von 3Mrd. US-$. Oft kommen Gepäckstücke nicht am Bestimmungsort an, weil befestigte Barcodes zerknüllt oder verdeckt sind. Die Forderung nach höheren Gepäckerkennungsraten und die weltweit erhöhten Sicherheitsmaßnahmen (Rückverfolgbarkeit der Gepäckstücke) haben ein Übriges dazu beigetragen, dass die IATA vorschlägt, zukünftig RFID-basierte Systeme im Gepäcktransport einzusetzen. Eines der ersten Systeme ist das RFID-Baggage-System (RBS) aus der Simatic-Familie, das die Vorteile von RFID- und PC-Technologie kombiniert. Auf der Messe Interairport Europe 2007 zeigte Siemens erstmals ein System, das auf die Gepäckerkennung auf Flughäfen zugeschnitten ist. Dazu werden in die Barcode-Gepäckanhänger – auch Bag Tags genannt – RFID-Chips integriert. Die Kommunikationsverbindung wird durch ober- und unterhalb des Förderbandes angebrachte Antennen im UHF-Bereich aufgebaut. Die Verarbeitung der Daten erfolgt auf einem Simatic MicroboxPC 427B. Embedded-PC mit allen erforderlichen Schnittstellen Der MicroboxPC muss die von den Bag Tags ausgelesenen Daten an den Gepäckstücken einzeln erfassen, die Daten in kurzer Zeit mit intelligenten Algorithmen auswerten und an die übergeordnete Steuerung des Gepäckfördersystems weiterleiten. Des Weiteren übernimmt er die Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung der Gepäckförderanlage und die Überwachung der Klima­anlage des Schaltschranks. Zusätzlich soll der IPC kompakt und robust sein, um Platz im Schaltschrank zu sparen. In Anbetracht stetig steigender Passagier- und Gepäckzahlen, die in Zukunft neue Software bzw. zusätzliche Features erfordern werden, muss der eingesetzte IPC eine offene Plattform für zukünftige Anforderungen und Dienste darstellen. Das umfasst die Erweiterbarkeit durch die vorhandenen Schnittstellen, z.B. die vier integrierten USB-Ports. Ebenso bietet der Pentium-M-Prozessor von Intel mit einer Taktfrequenz von 1,4GHz ausreichend Reserven für steigende Performance-Anforderungen oder zusätzliche Software-Features. Der Simatic MicroboxPC 427B bietet mit dem auf den industriellen Einsatz und in Hinblick auf Speicherplatz optimierten Betriebs­sys­tem Windows XP Embedded die geforderte offene Plattform. Durch den lüfter- und festplattenlosen Betrieb entfallen anfällige elektromechanische Bauteile. Der IPC arbeitet bei Temperaturen von 0 bis 50°C lüfterlos mit voller Prozessorleistung ohne herunterzutakten. Diese Temperaturen können ohne Weiteres auch an seinem Einsatzort – weiträumige Hallen ohne Klimaanlage und Heizung – vorkommen. Nur für den Einsatz des Simatic RBS an Orten mit rauen klimatischen Bedingungen ist ein Schaltschrank mit Klimaanlage vorzusehen. Vib­rationen durch die Antriebe der Gepäckförderer sind nicht auszuschließen, bereiten dem Industrie-PC aber aufgrund seiner Schwing- bzw. Schockbelastbarkeit von 1 bzw. 15g keine Probleme. Bereits im Seriengerät sind unterschiedliche Kommunikationsschnittstellen vorhanden, die für den Einsatz des Simatic-PC in der RFID-Applikation benötigt werden. Eine der zwei vorhandenen GBit-LAN-Schnittstellen wird für die schnelle Datenübertragung zwischen RFID-Leser und Industrie-PC benutzt. Parallel dazu kann die zweite für Überwachungs- und Servicefunktionen genutzt werden. Die Anbindung an die übergeordnete Steuerung der Gepäckförderanlage erfolgt über die Profibusschnittstelle, die optional on-board erhältlich ist. Digitale Ein-/Ausgänge für schnelle Datenerfassung Um die Daten der RFID-Tags auszulesen, müssen die Gepäckstücke während des schnellen Transports auf dem Förderband trotz ihres relativ geringen Abstands zueinander exakt erfasst werden. Das Erfassen der Gepäckstücke erfolgt durch Lichtschranken und Inkrementalgeber an den Förderbändern. Dazu wird der MicroboxPC um eine digitale Baugruppe der zentralen PeripherieerweiterungPC IO ergänzt. Die in den IPC integrierbare Peripherie ermöglicht über digitale bzw. analoge Ein-/Ausgänge echtzeitfähiges Messen, Steuern und Regeln. Dabei sind die analogen und digitalen Ein-/Ausgänge unterschiedlich kombinierbar. Beim Simatic RBS liefern die Lichtschranken ihre Abtast­daten über die digitalen Eingänge der zentralen Peripherieerweiterung an den MicroboxPC. An der richtigen Position gibt dieser an den RFID-Leser das Signal zum Auslesen des Tags. Dessen Daten werden, wie oben beschrieben, an den MicroboxPC weitergeleitet, bearbeitet und von dort an die übergeordnete Steuerung geschickt. Die Industrietauglichkeit der PC IO-Erweiterungsbaugruppen wird dadurch gewährleistet, dass präventive Schutzmaßnahmen zur Vermeidung potenzieller Ausfälle bereits in die Hardware integriert sind. Dazu gehören potenzialgetrennte digitale Ein- und Ausgänge, die Ausgleichsströme zwischen unterschiedlichen Spannungspotenzialen verhindern. Zusätzlich wird auf Kurzschluss, Unterspannung, Leitungsbruch und Überhitzung überwacht. Weiterhin sind Überwachungsmechanismen, etwa für den Programmablauf integriert. Einbaufertig geliefert für schnelle Montage Um Anlagenstillstände im Service- oder Wartungsfall zu reduzieren, ist das gesamte Simatic RFID- Baggage-System modular aufgebaut. Der MicroboxPC wird deshalb einschließlich aller Erweiterungen standardmäßig als vorkonfigurierte Einheit für das Gesamtgerät geliefert. Grundlage dafür ist ein Konfigurator mit einer Auswahl von Erweiterungskarten, die direkt ab Werk in den MicroboxPC eingebaut werden können. Auch bei einem möglichen Ausfall kann sofort ein baugleiches Ersatzgerät eingebaut werden. Lediglich die CompactFlash-Karte muss aus dem defekten in das neue Gerät gesteckt werden. Weitere Anpassungen am Embedded-PC sind nicht notwendig. Für Betreiber des Simatic RBS gibt die Langzeitverfügbarkeit des IPC zusätzliche Sicherheit, egal an welchem Flughafen der Welt der Einsatz erfolgt. Nach einer aktiven Vermarktungszeit des IPC von ca. drei Jahren ist eine fünfjährige Ersatzteilverfügbarkeit gewährleistet. Das bedeutet, dass bei einem eventuellen Ausfall während dieses Zeitraumes immer ein identisches Ersatzgerät zur Verfügung gestellt werden kann, bei dem keinerlei Anpassungen an Soft- oder Hardware erforderlich sind, wie das beim Einsatz von Standard-PCs während einer solchen Betriebszeit notwendig wäre. Je nach Dauer der Mängelhaftung bedeutet das entweder für den OEM oder den Anlagenbetreiber eine Verminderung der Service- und Wartungskosten. Test des RFID-Baggage- Systems im Airport Center Das gesamte Simatic RFID-Baggage-System wurde in Fürth entwickelt und im Siemens Airport Center (SAC) getestet, das auf einer Fläche von rund 9.000m2 die komplette Infrastruktur eines Flughafens in kompakter Form nachstellt. Das im SAC installierte Gepäckfördersystem ist mit einem Durchsatz von 30Mio. Gepäckstücken pro Jahr eines der größten in Deutschland. Damit können Entwicklungen bereits vor dem eigentlichen Einsatz im Feld auf Herz und Nieren getestet werden. Die RFID-Technologie wird nach Aussage der internationalen Flug-Transport-Vereinigung IATA eine der Technologien sein, auf denen die Weiterentwicklung der komplexen Logistiksysteme aller großen Flughäfen weltweit basiert. Siemens bietet bereits heute ein auf die jeweiligen Kundenanforderungen abgestimmtes System an. Ein Teil dieses Systems ist der Simatic MicroboxPC 427B. Der Embedded-Industrie-PC bietet den Anwendern eine zuverlässige Identifikation der Gepäckstücke im Prozess. Kasten 1: Technische Daten: Simatic MicroboxPC 427B Der Simatic MicroboxPC 427B ist ein kompakter Embedded-Indus­t­rie-PC, der mit Intel Celeron M- und Pentium M-Prozessoren bis zu 1,4GHz ausgestattet ist. Als Massenspeicher stehen CompactFlash-Karten bis 4GByte zur Verfügung. Der MicroboxPC hat zwei GBit-LAN-, vier USB-Schnittstelle, eine RS232- und eine DVI-I-Schnitt­stelle onboard. Profibus und eine zweite RS232-Schnittstelle sind optional erhältlich. Das Gerät ist über einen PCI104-Erweiterungssteckplatz mit Erweiterungsrahmen erweiterbar. Die zentrale Peripherieerweiterung PC IO dient der kompakten und robusten Erweiterung mit bis zu 320 digitalen bzw. 128 analogen Ein-/Ausgängen. Integrierte Funktionen der PC IO-Peripherie überwachen Temperatur, Programmablauf, Kurzschluss, Unterspannung und Leitungsbruch. Optional sind die Geräte einschaltfertig mit Peripherie nach Anwenderwunsch lieferbar.