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Werkstückträger erfordern RFID-Technologie

01  Ein Fertigungssystem mit Werkstückträger-Transportsystem

02  Ein in den Werkstückträger integrierter RFID-Datenträger

03  Ident Control Compact ist granular aufgebaut und damit kosteneffizient

04  Beim F61 handelt es sich um einen flachen RFID-Lesekopf mit Kabelabgang und M12-Steckanschluss

05  Der neue UHF-Lesekopf F190 ist kompakt, robust und mit M12-Anschluss ausgeführt

Auf Werkstückträgern werden verschiedenartige Produkte gefertigt. In vielen von ihnen sind mittlerweile RFID-Transponder zur Fertigungsautomatisierung inte­griert. Pepperl + Fuchs bietet ein skalierbares System mit Leseköpfen für alle gängigen RFID-Frequenzen und damit passend für die jeweilige Applikation an.

Werkstückträger ermöglichen einen definierten und sicheren Transport von vielen Produktvarianten innerhalb einer Produktionslinie (Bild 1). Der Einsatz von RFID-Technologie eröffnet zusätzlich Möglichkeiten hinsichtlich der Rationalisierung, Effizienzerhöhung und der Rückverfolgbarkeit. Die Ursachen für Serienfehler können so schnell ermittelt und zugeordnet werden. Dies kommt Maschinen- und Anlagenbauern sehr zugute, da Flexibilität und Prozesssicherheit heute wichtige Vermarktungsargumente sind. Da der Wettbewerbsdruck unter den Herstellern solcher Werkstückträgersysteme hoch ist, ist eine integrierte Lösung mit RFID-Technologie (Bild 2) schon fast ein Muss.

Die Vorteile der RFID-Technologie
RFID wird schon seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich in der industriellen Automatisierungstechnik eingesetzt. Über eine kontaktlose Kommunikation, die keinen Sichtkontakt benötigt, werden die Informationen zwischen der Lesestelle und einem Datenträger ausgetauscht. Dabei können Datenträger zum einen ausschließlich zur Identifikation genutzt werden, um eine Anlage zentral über eine Datenbank gesteuert zu kontrollieren. Andererseits können sie aber auch prozessbezogene Daten beinhalten, die sich jederzeit mit aktuellen Werten überschreiben lassen. Dann ermöglichen diese Daten auch dezentrale Entscheidungen ohne Datenbankabfrage. Auf dem Datenträger können zum Beispiel Prozessparameter oder Qualitätswerte hinterlegt sein.
Bei einer konsequenten Anwendung von RFID wird eine transparente Fertigung erreicht: Der Anwender weiß zu jedem Augenblick, welches Produkt an welchem Ort in welchem Fertigungsstadium ist. Dies schafft nicht nur einen guten Überblick über die Produktion, sondern ermöglicht auch außerplanmäßiges gezieltes Eingreifen. Werden alle qualitätsrelevanten Parameter abgelegt und dem Produkt zugeordnet, kann der Qualitätsnachweis im Fall einer Rekla­mation einfach geführt werden.
Viele Branchen fordern bei der Belieferung eine Garantie der Stückgutqualität und eine Rückverfolgbarkeit im Fehlerfall. Mit Blick auf die Automobilindustrie kommt es beispielsweise immer wieder zu Rückrufak­tionen bei sicher­heitsrelevanten Fehlern. In der Regel sind dies Bauteile, die von einem Zulieferer beigestellt werden. Über RFID-­Systeme wird sowohl die Logistik für die zeitgenaue Anlieferung ­sichergestellt als auch die Qualitätssicherung realisiert. Im Fehlerfall lassen sich schadhafte Komponenten schnell ermitteln und ausschleusen. Durch präventive Maßnahmen werden somit zukünftige Schäden vermieden.
Oft dient RFID als Informationsgrundlage zu einer weitergehenden Automatisierung und damit zu einer höheren Produktivität. Schnellere Durchlaufzeiten und die Vermeidung von fehlbestückten Varianten ermöglichen Kosteneinsparungen. Zudem wird die Fertigung transparenter und leichter steuerbar.
In einer Vielzahl der Fälle rechnet sich der Einsatz von RFID schnell; genaue Werte hängen jedoch von der jeweiligen Anwendung und der Produktion ab. Je mehr „Familienvarianten“ in einer Fertigungslinie produziert werden und je flexibler die Produktion ausgelegt ist, desto eher rechnet sich der RFID-Einsatz.

RFID – eine robuste und flexible Lösung für das industrielle Umfeld
In vielen Anwendungen kann die Identifikation auch mit anderen Technologien realisiert werden. Barcode- oder Data-Matrix-Systeme seien hier exemplarisch genannt. Diese Systeme haben den Nachteil, dass sie keinen Schreibprozess ermöglichen und einen direkten Sichtkontakt erfordern. In einer verschmutzten Umgebung kann diese Art der Identifikation schnell kritisch werden. Außerdem beinhalten Barcode-Scanner oft mechanisch bewegte Spiegel, die eine eingeschränkte Lebensdauer von fünf bis acht Jahren haben. Die Lebenserwartungen von RIFD-Leseköpfen hingegen liegen bei mehr als 20 Jahren.
Bei Werkstückträgern sind die Lesepositionen in der Regel gut definierbar und mit nahezu keinen Toleranzen in der Position behaftet. Die teils nur 10 mm großen, vergossenen RFID-Datenträger können geschützt im Werkstückträger eingelassen werden. Sie sind damit sowohl mechanisch als auch gegen Reinigungsmittel oder andere Chemikalien geschützt. Pepperl+Fuchs bietet auch sogenannte FRAM-Datenträger an, die nahezu unbegrenzt oft beschreibbar sind. Diese Lösung ist dann sinnvoll, wenn während des Fertigungsprozesses ständig Prozessdaten auf dem Datenträger abgelegt werden sollen.
Der Lesekopf selbst kann zum Beispiel unter der Fördertechnik und damit außerhalb des Handhabungsbereichs geschützt platziert werden. Je nach Anwendung stehen unter­schiedliche Bauformen und Gehäusematerialien zur Verfügung. Beim F61-Lesekopf (Bild 4) handelt es sich um eine besonders flache Bauform mit kurzem Kabelabgang und M12-Stecker. Er deckt einen Lesebereich von bis zu 50 mm ab. Durch den flexiblen Kabelabgang kann die Anschlusstechnik im Kabelkanal oder hinter einer Blende erfolgen.
Da für solche Systeme hohe Standzeiten wichtig sind und ungeplante Stillstandzeiten hohe Kosten verursachen, werden in Werkstückträgersystemen überwiegend robuste und zuverlässige RFID-Systeme eingesetzt.

Einfache Softwareintegration
Je nach Endkundenvorgabe und Endprodukt kommen in Werkstückträgern sowohl LF- (125 kHz) als auch HF- (13,56 MHz) Systeme zum Einsatz. An die Ident-Control-Auswerteeinheit (Bild 3) können Leseköpfe aller gängigen RFID-Frequenzen angeschlossen werden. Die Softwarestruktur der Befehle und für die Parameter ist dabei sehr ähnlich, sodass die Funktionsbausteine zur Integration in die Steuerung nahezu gleich sind. Pepperl+Fuchs unterstützt seine Kunden bei der Anbindung per Hotline, Vor-Ort-Service und stellt Funktionsbausteine zur Verfügung.
Für den Maschinenbauer ergibt sich daraus ein weiterer Vorteil: Er kann nahezu unabhängig von der RFID-Lösung einen identischen Aufbau wählen. Zudem unterstützt die Ident Control alle weltweit gängigen Feldbussysteme und Steuerungen. RFID-Transponder mit 125 kHz, 13,56 MHz und 868 MHz können auch parallel mit nur einer Ident Control gelesen und beschrieben werden. Auch dies ermöglicht den flexiblen weltweiten Einsatz. Als Schnittstellen stehen Profibus, Profinet, Ethernet, Devicenet, Interbus, CANopen, CC-Link sowie die serielle Anbindung zur Verfügung.
Sollte in das Werkstück selbst zusätzlich ein UHF-Datenträger integriert sein, kann dieser mit dem UHF-Lesekopf ebenfalls über die Ident Control ausgelesen werden. Dabei lassen UHF-Systeme größere Leseabstände zu. Mit dem F190-UHF-Lesekopf (Bild 5) ist nun auch eine kompakte und industrietaugliche Lösung erhältlich, die einem Sensorgehäuse sehr nahe kommt: rund 11 cm × 11 cm groß, im Metallgehäuse und mit robustem M12-Steckanschluss ausgeführt. Die Ident Control ermöglicht es, die Inbetriebnahme auch ohne SPS durch Befehlseingabe und Datenanzeige direkt am Gerät durchzuführen. Das kann bei der Erstinbetriebnahme hilfreich sein und auch die Busadresse lässt sich so einfach einstellen.

Zusammenfassung
Insgesamt ist das Ident-Control-System modular aufgebaut und daher einfach skalierbar. Es stehen Leseköpfe in unterschiedlichen Bauformen passend für die Anwendung zur Verfügung. Die komplette Steckbarkeit des Systems macht die Inbetriebnahme einfach und fehlersicher. Durch die einheitliche Softwarestruktur wird die Integration in die Steue­rungsumgebung einfacher und die vorhandenen Funktionsbausteinen helfen dabei, alle RFID-Frequenzen einfach anzubinden. Mit der LCD-Anzeige und über die Funktionstasten können bei der Inbetriebnahme Befehle initiiert und Parameter sowie die Busadresse gesetzt werden. (ih)

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Autor: Dr. Konrad Kern ist Produktmanager im Geschäftsfeld Systeme des Geschäftsbereichs Fabrikautomation bei der Pepperl-Fuchs GmbH in Mannheim.