Die fortschreitende Automatisierung industrieller Produktionsprozesse fordert intelligente Kommunikations- und Identifikationssysteme. Ein speziell im industriellen Bereich besonders erfolgreiches Auto-Ident-System ist die RFID-Technologie.
Wie Barcodes zum Scannen an der Supermarktkasse oder mit dem Smartphone auslesbare Datamatrix-Codes ist auch die Radio Frequency Identification (RFID) ein Auto-Ident-System. Diese Systeme dienen der berührungslosen elektronischen Identifizierung von Objekten und befinden sich jeweils direkt auf dem Objekt selbst. Mit der zunehmenden Automatisierung industrieller Prozesse steigt der Bedarf an Identifikationssystemen. Besonders der RFID-Markt profitiert in letzter Zeit davon.
Die Haupt-Komponenten eines RFID-Systems bestehen aus einem Schreib-/Lesekopf (SLK oder Reader) und den Datenträgern (Transponder oder Tag). Beim Einschalten des Readers erzeugt die Antenne ein elektromagnetisches Feld, das konstant Signale aussendet. Die jeweiligen Sendefrequenzen unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. Daher müssen die Vorzüge und Einschränkungen der Frequenzbereiche bei RFID-Einsätzen zu den jeweiligen Anwendungen passen. Der Datenträger funktioniert ohne Batterie (passiver Datenträger). Sein integrierter Schaltkreis erhält die notwendige Energie über den Reader, sobald er in dessen Sendebereich erscheint. Damit sind beide Komponenten in der Lage, miteinander zu kommunizieren: Der Reader kann wahlweise Daten vom Tag lesen oder ihn damit beschreiben.
RFID-Systeme im Alltag
Die Verwendung von RFID-Systemen beschränkt sich nicht nur auf den industriellen Bereich. Wir begegnen ihnen tagtäglich, ohne es zu merken, wie in Schlüsselanhängern (z.B. für Wegfahrsperren) und bei Personen-IDs zum Einloggen in Zentralrechner oder zum Betreten bestimmter Gebäudebereiche. Preisschilder an hochwertigen Waren sind mit Smart-Labeln, preisgünstigen RFID-Klebeetiketten von der Rolle, ausgestattet. Auch einige Scheckkartenformate für den berührungslosen Zahlungsverkehr enthalten RFID-Transponder.
RFID-Systeme für den industriellen Einsatz
Der Schweizer Sensorikspezialist Contrinex bietet aktuell zwei RFID-Systeme für den industriellen Einsatz an: Es gibt das sehr robuste 125 kHz-Niederfrequenzsystem mit Tags und Reader in einteiligen Ganzmetallgehäusen aus Edelstahl. Hier sind die hermetisch gekapselten Transponder (IP 68 und 69K) vollbündig in Metall einbaubar (auch als Plagiatschutz) und arbeiten selbst bei Temperaturen von 125 °C dauerhaft zuverlässig. Zudem gibt es das 13,56 MHz-Hochfrequenzsystem, bei dem bis zu 253 SLK direkt an eine RS485-Feldbusleitung angeschlossen werden können. Da es sich hierbei um ein genormtes System handelt (ISO 15693), können auch z.B. Transponder "von der Rolle" eines anderen Herstellers mit den Komponenten von Contrinex kombiniert werden.
Typische Einsatzgebiete für die beiden RFID-Systeme sind automatisierte Produktionslandschaften und alle industriellen Prozesse, bei denen Produkte mit großer Variantenvielfalt gefertigt und auf derselben Fertigungsstraße befördert werden. RFID-Systeme dienen hier der Prozessoptimierung. Im Sinne der Qualitätssicherung können sie unter anderem die Produkthistorie abspeichern und einzelne Arbeitsschritte mithilfe der Personalnummer bestätigen. Die Aktualisierung der Daten erfolgt dabei während des laufenden Betriebs in Echtzeit. Als Verfahren hierfür kommen EEPROM oder Flash-RAM in Frage. Die Daten befinden sich am Objekt selbst. Ihre Übertragung erfolgt ohne Sichtkontakt per Funk. Daher funktioniert sie sogar bei starker Verschmutzung des Objekts oder des Tags.
Ein großer Abnehmer von RFID-Systemen ist die Verpackungsindustrie. Dieser spezialisierte Industriebereich übernimmt als Schnittstelle eine entscheidende Rolle zwischen Produktions- und Dienstleistungsfunktionen und ist ein wichtiges Bindeglied zwischen Fertigung und Endverbraucher. Geprägt durch zunehmende Automatisierung und Technisierung bringt die Branche zahlreiche Produkt- und Prozessinnovationen hervor und zeichnet sich durch hohe Innovationsfähigkeit und Flexibilität aus. RFID-Systeme kommen in der Verpackungsautomation in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. So unter anderem bei der Personenidentifizierung, der Produktkennzeichnung oder der Werkzeug- und Formaterkennung:
a. Bei der Personen-Identifizierung kann sich der Mitarbeiter mittels Ausweiskarte mit integriertem Transponder an einem Terminal anmelden. Die Authentifizierung erfolgt am Rechner per RFID-Chip. Die RFID-Technologie dient hier der Zugangssicherheit und der Beschleunigung des Anmeldevorgangs.
b. Verpackte Produkte können direkt mit einem RFID-Datenträger in Etikettenform versehen werden. Dieser enthält dann sämtliche Daten zu Hersteller, Herstellungsdatum, Haltbarkeit, Artikelnummer etc. Hier sorgt RFID für eine lückenlose Transparenz entlang der gesamten Wertschöpfungskette.
c. Eingesetzt in der Werkzeug- bzw. Formaterkennung, stellen RFID-Systeme beispielsweise die Verwendung des korrekten Werkzeug- oder Formatsatzes sicher. Damit tragen sie zur Vermeidung von Maschinenschäden bei. Gleichzeitig können mit ihnen Wartungs- und Verschleißdaten protokolliert werden.
Da die Contrinex-Transponder bündig einbaubar sind und aus reinigungsmittelbeständigem V2A- oder V4A-Edelstahl bestehen, sind sie auch in der Lebensmittelproduktion und in lebensmittelnahen Industriebranchen nutzbar.
Zukunftsaussichten
Derzeit arbeiten Hersteller von Readern und Tags an der Verbesserung der Leserate. Dazu gilt es, die Ultra-Hoch-Frequenz-Technologie (UHF) in Metallumgebungen durch eine Optimierung der Antennentechnik weiterzuentwickeln. Erreicht wird dies unter anderem durch professionelle Simulations-Software, die die Feldausbreitung mithilfe mathematischer Modelle simuliert. Neben der Verbesserung der RFID-Technologie an sich wächst auch der Einsatzbereich für diese Technik allgemein. So können beispielsweise aktive Sensortransponder für die Überwachung von Temperatur und Vibration von Baumaschinen genutzt werden. Sie speichern die Wartungshistorie und werden vor Ort ausgelesen. Speziell im Telemetriebereich, also der Messung und Speicherung physikalischer Größen wie Druck, Feuchte, Temperatur etc. ist eine Reihe von industriellen Anwendungsmöglichkeiten denkbar. Ein anderes wachsendes Einsatzgebiet sind NFC (Near Field Communication)-Technologien. Mit RFID als Kommunikationsstandard wird das Smartphone zur Geldbörse und kann zur Echtheitserkennung per App genutzt werden. Zusätzlich kann die Technologie als Add-on genutzt werden, um eine Bluetooth-Kommunikation schnell freizuschalten.
Auch in der Kommunikation von Maschinen untereinander (Web 3.0) tut sich ein breites Anwendungsfeld für RFID auf. Mit der Umstellung auf das Internetprotokoll Version 6 (IPv6) erhalten auch Alltagsgeräte eine eigene IP-Adresse und können weltweit vernetzt autonom miteinander kommunizieren. Die Basis moderner Logistikprozesse der Fabrik 4.0 ist dabei der RFID-Chip. Künftig können so beispielsweise Alltagsgegenstände über Auto-ID-Technologien wie RFID mit Produkten oder Maschinen kommunizieren und dabei auf ein eigenes digitales Produktgedächtnis zurückgreifen. Bestandsmanagement oder Fertigungsabläufe lassen sich mithilfe solcher Systeme automatisieren und intelligenter machen. Die Anwendungsfelder reichen von der industriellen Produktion und der Instandhaltung technischer Produkte über den Handel und die Logistik bis hin zur intelligenten Produktnutzung durch den Konsumenten. Voraussetzung hierfür ist jedoch ein funktionierendes Sicherheitskonzept und die Klärung der offenen Datenschutzfragen.
