Die Integration von RFID muss einfacher werden, um die Industrieproduktion der Zukunft transparent gestalten zu können. Diese Forderung nehmen zwei RFID-Interfaces auf Basis von IP67-Block-I/O-Geräten auf, welche die Daten von HF- oder UHF-Schreibleseköpfen über Profinet, Ethernet/IP oder Modbus TCP zur Steuerung bringen.

Rund um den Themenkomplex Industrie 4.0 gibt es viele offene Fragen. Konsens herrscht jedoch bei der Frage nach dem Stellenwert der RFID-Technologie für die Produktion der Zukunft: Eine hoch automatisierte, hoch flexible und eng vernetzte Industrieproduktion benötigt effiziente Technologien zur Identifikation von Mitarbeitern, Systemen, Werkzeugen, Werkstücken und Produkten. RFID nimmt hier aufgrund seiner spezifischen Vorteile eine exponierte Position gegenüber alternativen Lösungen wie etwa der optischen Identifikation ein.
Die Implementierung von RFID in Produktionsprozessen ist heute an vielen Stellen oft noch zu kompliziert und zeitaufwändig. Wenngleich dieser Aufwand sich rechnen würde, schreckt er viele Anwender, insbesondere in kleineren Betrieben, ab. RFID-Applikationen müssen leichter implementierbar sein, wenn sie eines Tages die Industrieproduktion durchgehend transparent gestalten sollen.
Turck hat sich mit seinen jüngsten RFID-Interfaces der Aufgabe gestellt, die Integration deutlich zu vereinfachen. Bislang konnten die Anwender im Wesentlichen zwischen zwei Arten von RFID-Interfaces für Turcks modulare I/O-Systeme BL20 und BL67 wählen: Einerseits die einfache Integration über RFID-S-Module (Simple), die Daten im Buszyklus übermitteln. Hier liegen die Datengrößen bei acht Byte pro Zyklus – ausreichend für eine UID, aber bei UHF-Kommunikation oder großen Datenträgern mit zwei Kilobyte benötigt das S-Modul lange Lesezeiten. Andererseits die sogenannten A-Scheiben (Advanced), die zwar größere Datenmengen über azyklische Buskommunikation verarbeiten können, aber in der Implementierung aufwändiger sind.

Das Beste aus zwei Welten

Die neuen RFID-Interfaces basieren auf IP67-Block-I/O-Geräten der Baureihen TBEN-S und TBEN-L und verbinden die Vorteile der beiden bisherigen Alternativen: eine einfache Integration, kombiniert mit hoch performanter Kommunikation. Die Einrichtung in der Applikation erleichtern insbesondere die TBEN-S-RFID- Interfaces, die auf Steuerungsbausteine verzichten. Die kompakten Module kommunizieren mit zwei RFID-Schreibleseköpfen im HF- oder UHF-Frequenzband und binden zusätzliche vier Sensoren oder Aktoren über die integrierten universellen I/Os an.
Die RFID-Ports können in der Steuerung einfach wie normale I/Os behandelt werden. Der Unterschied liegt lediglich darin, dass statt des Analog- oder Digitalwerts eines Sensors nun auch gemappte Daten von Schreibleseköpfen verarbeitet werden können. Die Einrichtung des TBEN-S-Interfaces erfolgt über eine GSDML-Datei statt über eigene Steuerungsbausteine. Die Daten werden vom TBEN-S in einer vorbereiteten Tabelle (Mapping Table) über die Ethernet-Schnittstelle übermittelt und können von der Steuerung entsprechend weiterverarbeitet, also gefiltert oder an übergeordnete Systeme weitergereicht werden. Das Handling der HF- und UHF-Schreibleseköpfe über das TBEN-S-Modul ist weitestgehend identisch. Bei UHF-Schreibleseköpfen lassen sich zudem noch einige zusätzliche Parameter einstellen.

Für die nachträgliche Installation geeignet

Die TBEN-S-Block-I/O-Geräte eignen sich aufgrund ihrer kompakten Bauform von 32 Millimetern Breite und der Schutzart IP67/IP69K optimal zur nachträglichen Installation in Produktionsanlagen. Der Anwender muss keinen zusätzlichen Schaltschrank einrichten, da die Module direkt im Feld montierbar sind – beispielsweise auf 40-Millimeter-Aluminiumprofilen. An jedes Modul lassen sich bis zu zwei Schreibleseköpfe im HF- oder UHF-Frequenzband anschließen. Die Module untereinander können dank des integrierten Switches in Linientopologie verknüpft werden, was Verkabelungsaufwand spart. Zudem lassen sich bis zu 32 HF-Schreibleseköpfe über ihre RS485-Schnittstelle verknüpfen.
Neben den Signalen der beiden Schreibleseköpfe bringt die Ethernet-Leitung auch bis zu vier Sensor- oder Aktorsignale zur Steuerung. Als Multiprotokoll-Geräte erkennen die Module selbstständig, ob auf der Ethernet-Leitung Profinet, Modbus TCP oder Ethernet/IP gesprochen wird, und stellen sich darauf ein. Auch der Anschluss der Sensoren oder Aktoren ist einfach: Die universell ausgeführten DXP-Anschlüsse stellen sich ebenfalls selbstständig auf Ein- oder Ausgang, je nachdem, ob ein Sensor oder Aktor angeschlossen ist. Eine Zuordnung von Funktionen über die Steuerung entfällt. Das Einbinden von Triggersignalen geht so noch schneller und auch Aktoren wie Signalleuchten lassen sich einfach anbinden.
Trotzt ihrer Kompaktheit verfügen die TBEN-S-RFID-Interfaces über ausreichend Performance. Sie kommunizieren zyklisch bis zu 128 Byte Nutzdaten pro Kanal mit der SPS. Durch die Nutzung von Daten-Fragmenten im Daten-Interface U können auch größere Datenmengen als 128 Byte vom Modul verarbeitet werden. Dadurch lassen sich über 100 UHF-Datenträger erfassen oder HF-Datenträger mit acht Kilobyte schnell und komfortabel nutzen. Möglich wird das durch die direkte Übertragung der Daten in den Speicher des TBEN-S-Moduls (16 KByte pro Kanal).
Der integrierte Webserver der TBEN-S-Module ermöglicht das Einrichten der Geräte mittels PC oder mobiler Geräte. Im Betrieb eignet sich der Webbrowser optimal zur Diagnose und Wartung der angeschlossenen Komponenten und Systemdaten. Lediglich ein HTML5-fähiger Browser muss auf dem Gerät installiert sein.

TBEN-L: Codesys 3 an Bord

Das Modul TBEN-L hat im Vergleich zum TBEN-S zusätzliche Intelligenz an Bord. Das TBEN-L-Interface bietet vier RFID-Ports, ebenfalls für HF- oder UHF-Reader, und acht universelle DXP-I/Os für Sensoren oder Aktoren. Das TBEN-L verfügt mit Codesys 3 über ein offenes System für Steuerungsaufgaben. Die gemappten RFID-Daten können somit schon auf dem Modul selbst vorverarbeitet und gefiltert werden. Zudem lassen sich Steuerungsaufgaben auf Basis der RFID-Informationen direkt auf dem Modul programmieren. Die acht universellen I/Os sind so direkt ansprechbar – ohne Umweg über eine zentrale Steuerung. Kleinere Maschinen mit Identifikationsaufgaben lassen sich damit sogar komplett autark steuern.
Auch das TBEN-Lx-4RFID-8DXP-CDS ist auf eines der Ethernet-Protokolle Profinet, Ethernet/IP oder Modbus TCP einstellbar. Dies erfolgt allerdings nicht automatisch, sondern über die Konfiguration in der Codesys-Umgebung. Im TBEN-L arbeitet eine 800-MHz-CPU, die auf 128 MB DDR3-RAM zurückgreift. Der Flashspeicher des Moduls ist 256 MB groß. Weitere Unterschiede liegen im elektrischen Anschluss. Das TBEN-L wird mit einem M12-Stecker ans Ethernet angeschlossen und über 7/8“-Stecker mit Leistung versorgt. Bei den kompakteren TBEN-S-Blockmodulen erfolgen Leistungsversorgung und Netzwerkanschluss über M8-Konnektoren. Damit sind die wichtigsten Unterschiede der beiden Module benannt. Andere Features wie der integrierte Switch für Linientopologie, die Übertragungsrate (10 Mbps/100 Mbps), die Schutzart (IP67/69K) und den integrierten Webserver bieten sowohl das L- als auch das S-Modul.

Komplexe Applikationen einfach implementiert

Die Turck-Entwickler haben zahlreiche neue Funktionen bereits im Modul hinterlegt. Sie müssen daher nicht wie bisher aufwändig programmiert werden. So kann der Anwender beispielsweise die Funktion „Continuous Mode“ auswählen, bei der der Schreiblesekopf wiederkehrend die Daten einliest und an das Modul meldet, bis der Modus wieder abgeschaltet wird. Diese Daten werden dann im Modul vorgehalten, bis die übergeordnete Steuerung entscheidet, sie abzurufen. Vorteil: Der Schreiblesekopf muss nicht jedes Mal von der Steuerung neu angetriggert werden und der dazu erforderliche Datenverkehr sowie die Programmierung einer solchen Funktion bleiben dem Anwender erspart.
Eine weitere Funktion ist der neue „Report Mode“, bei dem der Schreiblesekopf seinen Befehl schon vorab mitgeteilt bekommt und diesen direkt ausführen kann, sobald ein Datenträger in den Erfassungsbereich kommt. Diese Aktion musste bislang immer von der SPS selbst ausgeführt und dem Schreiblesekopf mitgeteilt werden, sodass wertvolle Zeit bei schnellen Leseereignissen verloren ging.

Linux und OPC-UA auf dem Plan

Das TBEN-L-RFID-Interface wird Turck in einer Version für Systemintegratoren auch mit Windows Embedded Compact 2013 anbieten. Integratoren können damit unter anderem in den Programmiersprachen Net, C++ oder C# Middleware-Funktionen auf dem Modul programmieren. Die Kommunikation zum übergeordneten System erfolgt dann nicht über ein industrielles Ethernet-Protokoll, sondern über TCP/IP. Abgesehen vom Betriebssystem wird das Modul über dieselben Leistungsdaten wie das Codesys-RFID-Modul verfügen.
In diesem Zuge wird Turck – ebenfalls für Integratoren – eine Version mit offenem Linux-Betriebssystem auf den Markt bringen. Möglich wäre auf der TBEN-L-Plattform auch ein System mit einer OPC-UA-Schnittstelle, z. B. nach der AIM-Spezifikation für Ident-Geräte. Damit wäre dann der nächste Schritt in Richtung Industrie 4.0 zurückgelegt. OPC-UA gilt als Industrie-4.0-Blaupause zur Anbindung von Produktionsdaten an übergeordnete MES- und ERP-Systeme.