Die RFID-Einbindung

Zukunftsfähige RFID-Lösungen müssen sich daran messen lassen, wie gut sie die klassischen Applikationsgrenzen zwischen Office- und Industrie-Umgebung überwinden. Um relevante Informationen vom RFID-Tag für alle Anwendungen – ERP, MES und Automatisierung – im Gesamtprozess bereitzustellen, sind nicht zuletzt Anpassungen der implementierten Software nötig.

Zukunftsfähige RFID-Lösungen müssen sich daran messen lassen, wie gut sie die klassischen Applikationsgrenzen zwischen Office- und Industrie-Umgebung überwinden. Um relevante Informationen vom RFID-Tag für alle Anwendungen – ERP, MES und Automatisierung – im Gesamtprozess bereitzustellen, sind nicht zuletzt Anpassungen der implementierten Software nötig.

Ungefiltert sind die Daten eines RFID-Readers für Applikationen wie Enterprise Ressource Planning (ERP), Manufacturing Execution System (MES) und Automatisierung nicht verwertbar. So ist eine direkte Anbindung an ERP-Systeme teils bereits durch die hohen Ansprüche an die Verarbeitungsgeschwindigkeit ausgeschlossen. Ergo sollte eine Vorverarbeitung relevante „Nettodaten“ aus der Masse separieren und damit verhindern, dass ein Reader an die Grenze seiner Verarbeitungskapazität von etwa 100 Lesevorgängen pro Sekunde stößt.

Ein weiterer Knackpunkt ist, dass die heute erhältliche Middleware in erster Linie auf ERP- und MES-Systeme ausgerichtet ist. So kann sie zwar den Anforderungen an die Datenaggregation für die im Office- Bereich angesiedelten Systeme gerecht werden, nicht jedoch denen der Automatisierung. Ungenutzte Chancen! – Sind doch Reader-Zykluszeiten von 50 ms pro Lesevorgang für die Integration in einen Buszyklus im Automatisierungsumfeld durchaus geeignet. Für eine Datenverarbeitung in der speicherprogrammierbaren Steuerung ist zudem eine Leserate von >99,99 % unerlässlich. Hierfür ist es nötig, die Antennentechnik sorgfältig abzustimmen, das passende Frequenzband einzusetzen und die Objekte, die es im Stückgutprozess zu erfassen gilt, eindeutig zu positionieren.

In Echtzeit verfügbar

Um diese Applikationsgrenzen zu überwinden, hat Harting mit dem „RFID-Manager“ und der Verlagerung von Intelligenz aus der Middleware in den Reader die Möglichkeit geschaffen, per RFID generierte Daten in aufbereiteter Form auf allen Systemebenen des „Automation-IT“-Netzwerkes in Echtzeit verfügbar zu machen. Die Unterschiede in den Anforderungen an die Datenübermittlung lassen sich wie folgt skizzieren:

  • Automatisierungsapplikation auf einer SPS: Automatisierungssysteme können Prozessdaten optimal handhaben: Die Steuerung liest und schreibt I/O-Daten typischerweise zyklisch. Der RFID-Reader übernimmt im Steuerungsnetzwerk eine vergleichbare Funktion wie dezentrale I/O-Systeme; seine Integration erfolgt häufig über die gleichen Mechanismen. Daher sind für Automatisierungsapplikationen nur solche Reader geeignet, die entsprechende Automatisierungsprofile unterstützen. Durch spezifische Implementierungen kann ein Standardreader zu einem echten Profinet-I/O-Device werden und so auch dem Automatisierungssystem den Zugriff auf die generierten Daten via Ethernet ermöglichen.
  • Datenübermittlung an das ERP-System: ERP-Systeme benötigen logistisch relevante Daten, die oftmals einen konkreten Auftragsbezug haben. Diese „Business- Objekte“ wie Auftrag und Lieferung werden durch Stati – zum Beispiel „Ware zu Auftrag x ist als Wareneingang am Tor 5 eingetroffen“ – und gegebenenfalls Mengeninformationen ergänzt, die das RFID-System liefert. Derart wird der Geschäftsprozess für das ERP-System transparenter, da Fortschritt und Abarbeitungsstand jederzeit ablesbar sind. Für das RFID-System bedeutet dies – neben der Einbindung in die Ethernet-TCP/IP-basierte Kommunikation –, dass ausschließlich solche Daten weiterzuleiten sind, die für die Business-Objekte relevant sind. Diese Daten müssen dem ERP-System als „Netto-Version“ in nutzbarem Format bereitgestellt werden. Diese Aufgabe übernimmt die so genannte ALE-Software (Application Level Events). Sie ist das zwingend erforderliche Kernelement der Middleware, die ein RFID-System an das ERP-System oder an andere Business- Software anbindet.

Über die Möglichkeiten des RFID-Managers hinaus müssen weitere industrielle Anforderungen erfüllt werden: Obligatorisch sind eine einheitliche Kommunikationsplattform sowie die industrietaugliche Ausführung der Reader und Tags:

Als Kommunikationsplattform ist Ethernet seitens der IT und auch seitens der Automatisierung als Kommunikationstechnologie akzeptiert. Harting setzt dabei auf die IEEE-802.3-Spezifikation.

Sollen die Daten eines RFID-Tag in allen Applikationen eines industriellen Fertigungsprozesses abrufbar sein, muss die Kommunikation angepasst werden, um zum Beispiel einen Echtzeit-Kanal zu unterstützen. Grundlegend ist dabei, dass alle Applikationen über die offene Ethernet- Kommunikation Informationen austauschen können. Die Layer 1 und 2 des OSI-Schichtenmodells sind dafür häufig nicht ausreichend, so dass auch TCP/IP als Kanal unterstützt werden sollte.

Hinsichtlich der Industrietauglichkeit entspricht die Gehäusebauform des Readers RF-800 den Anforderungen der Schutzart IP40 sowie IP65 und ermöglicht eine Montage auf der Hutschiene. Variable Zirkulatoren ermöglichen eine Regulierung der Leistung von 1 W bis 4 (10) W. Geplant ist zudem die Unterstützung von Automatisierungsprofilen wie Profinet.

Eine weitere Herausforderung für RFID-Anwendungen in der Transport und Produktionslogistik sind hohe Lesereichweiten auch in der Nähe von Flüssigkeiten und Metallen. Herkömmliche, folienbasierte RFID-Transponder (Smart Labels) sind hier nicht geeignet. Mit dem Einsatz von MID-Technologien (Molded Interconnect Devices) realisiert Harting Mitronics dreidimensionale Antennenstrukturen, die als passive Transponder im UHF-Bereich eine Lesereichweite von mehr als 2,5 m erreichen und für die Schutzklassen IP64, 67 und 69K erhältlich sind.

RFID und Sensorik: Substitut oder Bereicherung?

Sensorik und RFID können die gleichen Aufgaben übernehmen, wie Harting am Beispiel einer Rollenbahn-Applikation bereits auf der Hannover Messe 2007 gezeigt hat. In dieser Applikation wurde die Position einer bewegten Reifen-Felge sowie ihre Identifikation zweimal detektiert: einmal mittels einer sensorischen Lichtschranke und zusätzlich durch zwei UHF-Antennen, die einen auf der Reifenfelge applizierten Transponder erfassten. Im Ergebnis zeigte sich, dass der RFIDReader Aufgaben der klassischen Sensorik wie Positionsbestimmung und Identifikation übernehmen kann und durch die Integration weiterer Sensorik-Funktionalitäten ein Einsatz des Readers als universelle I/O-Komponente möglich wird. Im RFID-Reader RF800 wird diskrete Sensorik wie Lichtschranken oder Annäherungssensoren einfach mit angeschlossen, wodurch eine durchgängige Bereitstellung von Informationen ohne kostenintensive Verdoppelung der I/O-Komponente möglich wird. Die Unterstützung von Automatisierungsprofilen bei gleichzeitiger Nutzung einer gemeinsamen Kommunikationsplattform Ethernet öffnet den Weg für eine Integration in ERP, MES und Automatisierungssysteme, so dass der Gesamtprozess einheitlich auf den Tag am beziehungsweise im Produkt zugreift. im