Heißes Eisen

RFID - Die mobile Identifikation von Produkten erhöht die Effizienz der Fertigung. In der Automobilindustrie ist sie heute Stand der Technik. Allerdings muss sie sich immer wieder den dortigen Bedingungen anpassen.

14. Dezember 2006

Erste Ansätze zur mobilen Identifikation gab es bereits zu den Anfangszeiten der Automatisierung. Anfangs waren es einfache Laufzettel, die dem hergestellten Produkt beigefügt waren. Je individueller der Kunde ein Produkt verlangte, umso umfangreicher gestalteten sich die Laufzettel. Schließlich galt es sicherzustellen, dass am Ende das richtige Produkt die Werkshallen verließ. Der zunehmenden Komplexität der Produkte und der Forderung nach einer weitgehenden Automatisierung der Fertigung konnten Laufzettel irgendwann nicht mehr gerecht werden. So entstand die Forderung nach automatischen, also maschinenlesbaren mobilen Identifikationslösun­gen. Das Zeitalter der Barcode-Systeme brach an. Die Informationen über das jeweilige Produkt standen mit diesen Systemen an jeder Stelle des Produktionsprozesses einfach und vor allem relativ sicher und preiswert zur Verfügung. Noch heute ist die Identifikation mittels Barcode die meistgenutzte Technologie, obwohl die Anwendungsmöglichkeiten dieser Systeme und auch deren Funktionalitäten im Vergleich zu anderen Methoden erheblich eingeschränkt sind. In der Automobilproduktion sind es vor allem die aufs Lesen beschränkte Funktionalität, die Verschmutzungsanfälligkeit sowie Schwierigkeiten beim Lackieren und Einbrennen des Lackes, die immer wieder Forderungen nach alternativen Identifikationsverfahren in der Autoproduktion aufkommen ließen.

Beschränkt aufs direkte Blickfeld

So dauerte es nicht lange, bis dort mechanisch codierte Systeme in Extrembereichen zusätzlich zum Einsatz kamen, zum Beispiel bei den Einbrennöfen. Allerdings war auch bei diesen Systemen ein Lesen der Daten nur im direkten Blickfeld der Scanner möglich. Abhilfe schafften hier Systeme auf Funkbasis, denn diese ließen sich im Gegensatz zu optischen Systemen nur durch metallische Barrieren stören. Zu Beginn waren auch Funksysteme nur zum Lesen geeignet, wobei die Speicher eine feste Verdrahtung besaßen, um den hohen Temperaturen beim Einbrennen des Lacks zu widerstehen. Alle notwendigen Daten mussten daher weiterhin zentral abgespeichert werden. Bei einem Ausfall der Systeme oder einer Unterbrechung der Datenleitungen war eine Produktion nicht mehr kontinuierlich möglich.

Der Wunsch nach wieder beschreibbaren Datenträgern, so genannten Tags, wurde daher immer dringlicher. In den 80er-Jahren kamen die ersten Exemplare auf den Markt. Neben der 125-Kilohertz-Technik waren besonders proprietäre Lösungen mit deutlich höheren Frequenzbändern im Megahertz-Bereich interessant, die in der rauen, mit vielen Störstrahlern durchsetzten Automobilproduktion höhere Datensicherheit boten. Zusätzlich boten die proprietären Systeme durch die höhere Frequenz auch eine höhere Übertragungsrate und daher eine deutlich schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeit. Der Anwender konnte schreiben und »on the fly« lesen, wenn auch mit geringer Geschwindigkeit. Allerdings hatten all diese Lösungen einen gravierenden Nachteil: Sie konnten nicht mit dem Fahrzeug durch die Lackieröfen fahren, sodass die Automobilbauer weiterhin nach adäquaten Lösungen suchten.

Sichere und rentable Lösung für alle Bereiche der Automatisierung

Eine solche Lösung hat der Sensorspezialist Turck aus Mülheim an der Ruhr in Zusammenarbeit mit dem Automobilhersteller Ford entwickelt. Zwar setzte dieser in seinem Werk in Genk an vielen Stellen bereits mobile Identifikationssysteme auf Funkbasis ein, allerdings nicht im Lackbereich. Dort kamen noch immer Barcode-Systeme zum Einsatz, da es noch keine sichere und rentable RFID-Lösung gab. In den Anfängen der RFID-Technik waren die ersten Datenträger mit ihren reinen Lesespeichern nicht viel mehr als funkende Barcode-Labels, sodass im Wesentlichen die Robustheit, die Unempfindlichkeit gegen Schmutz und Feuchtigkeit und das Erkennen auch durch undurchsichtige Medien hindurch als Vorteile gegenüber den Barcode-Systemen angesehen werden konnten. Dies hat sich bis heute drastisch geändert. Moderne Datenträger haben wieder beschreibbare Speicher auf Basis der EEPROM- und neuerdings auch der FRAM-Technologie und werden in Speichergrößen bis zu zwei Kilobyte angeboten. FRAMs sind schneller und lassen sich bis zu 1.010 Mal beschreiben, EEPROMs hingegen nur maximal 105 Mal. Werden beispielsweise im Sekundentakt Daten geschrieben, so ist bei einem EEPROM der Speicher schon nach etwas mehr als einem Tag nicht mehr sicher zu verwenden, bei einem FRAM tritt dies erst nach mehr als 300 Jahren ein. Bei hohen Geschwindigkeiten oder tagesgenauer Hinterlegung von Daten ist FRAM darum die richtige Datenträgertechnologie. Das Hitzeproblem können aber auch sie nicht lösen. Turck entwickelte nach umfangreichen Versuchen Datenträger, die den hohen Tem­peraturen im Lackierbereich widerstehen konnten. Als Bestandteil ihres RFID-System »BL Ident« integriert das Unternehmen die Datenträger in vorhandene Anlagen - unter Nutzung der bestehenden Schnittstellen und Auswerteeinheiten.

Das System erlaubt neben dem sicherem Lesen und Schreiben von Daten während des Produktionsprozesses und einer einfachen mechanischen Integration auf den so genannten Skids jetzt den Einsatz in Lackieröfen bei bis zu 210 Grad Celsius. Grund dafür ist die spezielle Ummantelung der Hochtemperatur-Datenträger. So können die RFID-Tags sogar durch Brennöfen fahren, wie sie in der Automobilproduktion zum Fixieren des Lacks notwendig sind. Bisher mussten sie vor dem so genannten Paint Shop entfernt werden und danach wieder dem entsprechenden Skid zugeordnet werden. Mit BL Ident bleibt der Datenträger während des gesamten Produktionsprozesses am Fahrzeugträger und lässt sich sogar unmittelbar nach dem Brennvorgang sicher beschreiben und auslesen, Abkühlzeiten sind nicht erforderlich.

Einsatz auch bei großer Hitze

BL Ident besteht neben den Datenträgern aus Schreibleseköpfen, Interfacemodulen, Verbindungsleitungen sowie dem zur Implementierung in die Steuerung notwendigen Funktionsbaustein. Um die übergeordnete Steuerung zu entlasten, hat Turck sein Paket um ein mit Codesys programmierbares Gateway ergänzt, das die Datenkommunikation zu den Schreibleseköpfen übernimmt und nur noch die Nutzdaten an die Steuerung weiterleitet. Die Gateways basieren auf den modularen I/O-Systemen BL67 für den Feldeinsatz und BL20 zur Montage im Schaltschrank. Mit vorkonfektionierten Leitungen in verschiedenen Längen sorgt Turck für eine sichere Datenübertragung im rauen Industrieumfeld. Die maximale Leitungslänge von 50 Metern zwischen Interface und Schreiblesekopf gewährleistet dabei eine flexible Integration in die Anlage. So kann der Anwender Busknoten und Busadressen einsparen.

Sicher vor störenden Einflüssen

Um sicheres Lesen und Schreiben von Daten unter Produktionsbedingungen zu gewährleisten, arbeitet das RFID-System im 13,56-MHz-Frequenzband. Hier ist der Abstand zu industriellen Störpegeln extrem hoch, gleichzeitig sind die Einflüsse von Feuchtigkeit, Schmutz und Metall auf die Sys­teme gering beziehungsweise nicht vor­handen. Dank der hohen Übertragungs­geschwindigkeit können die geforderten Datenmengen mit ausreichender Sicherheit transportiert werden. Zudem ist die gewählte Frequenz weltweit zugelassen und daher in der Anwendung nicht auf Europa begrenzt. Es stehen entsprechend standardisierte Datenträger und normierte Befehlsstrukturen zur Verfügung. Turck hat alle Komponenten in seinem Produktportfolio, um ein komplettes RFID-Paket bereitzustellen. Das Know-how des 2.400 Mitarbeiter starken Familienunternehmens erstreckt sich von der Sensorik über Feldbusse bis hin zur Anschluss- und Interfacetechnik. RFID stellt in diesem Kontext eine logische Ergänzung des Produktspektrums dar. Mit der berührungslosen Erfassung von Objekten hat das Unternehmen Erfahrung, denn auch ein induktiver Sensor erkennt Objekte ohne Berührung. Die Elektronik der BL-Ident-Schreibleseköpfe haben die Turck-Entwickler in die Gehäusebauformen der bestehenden Sensoren integriert.

Walter Hein, Turck

FAKTEN

- RFID (Radio Frequency Identification) ist ein mobiles System zur Identifizierung von Produkten.

- Die Datenübertragung kann ›on the fly‹, also kontinuierlich während der Produktion erfolgen.

- Turck hat in sein neues RFID-System ›BL Ident‹ temperaturresistente Datenträger integriert, die auch bei 210 Grad im Einbrennofen arbeiten.

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2007