Grundlage von Industrie 4.0 ist die Kommunikation auf allen Ebenen. Ein weiterer Aspekt ist die Identifikation und Nachverfolgbarkeit von Materialien, Produkten und Werkstücken – eine Aufgabe, die sich mittels RFID einfach lösen lässt.

Die intelligente Fabrik, die im Rahmen von Industrie 4.0 gerade entsteht, benötigt eine umfassende und durchgehende Kommunikation. Unter anderem soll der Ablauf verschiedener Produktionsschritte an den Maschinen weitgehend automatisiert ablaufen. Das Produkt steuert seine Fertigung also weitgehend selbst. Dazu ist neben der Echtzeitkommunikation der Maschinendaten mit einer übergeordneten Leitebene auch ein Routing des Produkts durch die Fabrik notwendig. Im Gegensatz zu vielen Anwendungen, bei denen lediglich erkannt werden muss, ob sich ein Produkt an einer bestimmten Position befindet, werden in der intelligenten Fabrik weit mehr Informationen über das Produkt benötigt.

Unterschiede in Frequenz, Reichweite, Geschwindigkeit

Benötigt man Informationen zu jedem einzelnen Produkt kommt in vielen Fällen RFID-Technik (Radio-Frequency Identifikation) zum Einsatz. Dabei kann ein Lesegerät die in einem Transponder gespeicherten Informationen auslesen und gegebenenfalls auch verändern. Auf dem Transponder, der auch als Funketikett oder RFID-Tag bezeichnet wird, ist im einfachsten Fall eine Identifikationsnummer gespeichert.
IFM hat bereits vor einigen Jahren begonnen, RFID-Technik in das Produktportfolio aufzunehmen. Der erste von IFM entwickelte RFID-Leser DTS125 verfügt über eine AS-Interface-Schnittstelle und kann damit wie ein Sensor angeschlossen werden. Pro AS-Interface-Zyklus wird einmal die Transponder-Nummer übertragen – eine Datenmenge von 15 Bit. Ist kein Transponder innerhalb der Reichweite, wird der Wert Null übertragen. Der wesentliche Vorteil dieses einfachen Systems liegt darin, dass der Anwender keinerlei Programmieraufwand hat.
Heute bietet das Unternehmen zahlreiche verschiedene RFID-Systeme und entsprechendes Zubehör an. Die Systeme unterscheiden sich grundsätzlich im Frequenzbereich, in dem die Übertragung stattfindet: 125 KHz, 13,56 MHz oder von 865 MHz bis 868 MHz und 902 MHz bis 928 MHz für den Einsatz in verschiedenen Ländern weltweit. Mit den verschiedenen Sendefrequenzen sind auch unterschiedliche Reichweiten und Übertragungsgeschwindigkeiten verbunden. Die Reichweiten variieren auch in Abhängigkeit von den verwendeten RFID-Tags von wenigen Zentimetern bis zu 10 Metern. Mit den neueren und leistungsfähigeren Systemen ist es zudem möglich, Daten auf einen RFID-Tag zu schreiben. Je nach Anwendung kann ein passendes System ausgewählt werden. Beispielsweise ist das System DTE100 gut geeignet, wenn relativ viele Daten auf einen RFID-Tag geschrieben werden sollen – bis zu 8 kByte sind hier möglich. Eine typische Anwendung für dieses System sind elektronische Laufzettel, die den Laufzettel aus Papier in der intelligenten Fabrik ersetzen können. Große Reichweiten sind etwa in der Intralogistik sinnvoll, wenn die RFID-Tags an Behältern angebracht sind, die mit Gabelstaplern transportiert werden. Der Staplerfahrer muss dann den Behälter nicht exakt bis auf wenige Zentimeter an den RFID-Leser positionieren – ein Vorbeifahren reicht aus, um eine sichere Datenübertragung zu gewährleisten. Auch hierzu bietet IFM RFID-Systeme mit der passenden Kombination aus Lesegerät und RFID-Tags an.

Welche Anforderungen stellen mobile Maschinen?

Auch bei mobilen Arbeitsmaschinen steigt der Bedarf nach RFID-Lösungen. Da die Komponenten häufig außen an den Maschinen angebracht sind, sollten sie die Schutzart IP69k erfüllen und in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar sein. Auch Schock und Vibrationen dürfen die Komponenten nicht beeinflussen. Für den Einsatz im Fahrzeugbereich sind zudem die entsprechenden e1-Zulassungen notwendig. Bei den RFID-Lesegeräten von IFM, die sich für den Einsatz in mobilen Maschinen eignen, sind Antenne, Elektronik und eine CAN-Schnittstelle in einem kompakten M18- oder M30-Gehäuse untergebracht. Als Protokolle an der CAN-Schnittstelle stehen wahlweise CANopen oder SAE J1939 zur Verfügung. Dadurch lassen sich die Geräte in eine Automatisierungs-Infrastruktur der mobilen Maschine einbinden. Da alle Komponenten in einem Gehäuse untergebracht sind, ist der Platzbedarf gering und der Aufwand für die Verkabelung minimal.
Ein typisches Anwendungsbeispiel sind Baumaschinen, an denen verschiedene Anbaugeräte montiert werden. Je nachdem, ob etwa ein Löffel, ein Hydraulikhammer oder ein anderes Anbaugerät montiert ist, ändert sich auch die Bedienung für den Maschinenführer. Mit der RFID-Technik kann die Steuerung der Baumaschine erkennen, welches Anbaugerät gerade montiert ist und lädt automatisch die richtigen Einstellungen. Für den Maschinenführer kann das ansonsten notwendige manuelle Einstellen der Steuerung entfallen. Die Rüstzeiten verkürzen sich entsprechend, was zu einer höheren Produktivität führt. Auch weitere Anwendungen sind mit dieser Technik möglich: So können zum Beispiel die Betriebsdauern der einzelnen Anbaugeräte für Abrechnungszwecke separat erfasst werden.