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Vernetzte RFID-Transponder in der automatisierten Produktion

Wie kommt das Bierfass nach dem Befüllen, dem Transport über den Bierverlag und das Gasthaus sicher wieder zurück an seinen richtigen Platz im Lager? Ein kleiner Transponder macht es möglich. Er liefert die nötigen Informationen für die perfekte Lagerhaltung.

RFID-Anwendungen (Radio Frequency Identification) in der Transport- und Produktionslogistik verlangen zunehmend nach hohen 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 (MID = Molded Interconnect Devices) können dreidimensionale Antennenstrukturen von harting Mitronics realisiert werden, die als passive Transponder im UHF-Bereich (Ultra High Frequency) eine Lesereichweite von über fünf Metern erreichen. Für die Integration im industriellen Umfeld wird dabei die Anbindung an Ethernet immer wichtiger. Dazu liefert die harting-Division Industrial Communication and Power Networks (ICPN) die entsprechende Infrastruktur zur Vernetzung, inklusive der notwendigen industriellen Switches und Gateways.

ANTENNEN IN 3D-MID
Für passive RFID-Transponder im UHF-Bereich (868 MHz) müssen verkürzte Antennenbauformen mit Richtcharakteristik eingesetzt werden. Als Antennenprinzipien kommen z. B. Patch-, Inverted-F- oder Dipol-Antennen in Frage, die jeweils direkt über einem Reflektor angeordnet werden.

HERSTELLVERFAHREN
Ausgesuchte Thermoplaste weisen einen geringen Verlustfaktor und eine Dielektrizitätskonstante von 3 auf und ermöglichen Anwendungen bis 180 °C. Der Spritzgusskörper aus Thermoplast wird mit einer laserstrukturierten Metallisierung als dreidimensionales Leiterbild versehen.

Das Umgehäuse des RFID-Transponders ist gleichzeitig der Schaltungsträger und der RFID-Chip wird mittels des Flip-Chip-Verfahrens kontaktiert. Durch das Verschließen der Gehäuse mit Ultraschall-Schweißen können Schutzarten von IP54 bis IP67 erreicht werden.

IM EINSATZ
Die aufgebauten Funktionsmuster mit verschiedenen Antennenprinzipien zeigen eine hohe Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen. Die verwendeten Materialien und Fertigungsprozesse bieten einen großen Freiraum für Design- und Applikationsanforderungen. Die Funktion von passiven RFID-Transpondern im UHF-Bereich konnte nachgewiesen werden und erreicht Lesereichweiten von ca. sechs Metern. Auch der Einsatz in Feldversuchen in der Transportlogistik verlief erfolgreich und wird mit weiteren Varianten fortgesetzt.

ANBINDUNG AN DIE ETHERNET-INFRASTRUKTUR
Für die erfolgreiche Integration der RFID-Technologie in bestehende Netzwerke ist die Kompatibilität zur örtlichen industriellen Ethernet-Netzwerkinfrastruktur von erheblicher Bedeutung. Hierzu werden die Nutzungsprofile der entsprechenden Anlagen und RFID-Lesegeräte analysiert, um eine nahtlose Integration innerhalb der Logistikkette zu ermöglichen.
Zunächst wird mit Blick auf die anfallenden Datenmengen bei der Logistikkette und beim Netzwerk-Abschnitt anhand der Zykluszeit des Lesesystems das entsprechende Profil erstellt. Dieses wird in der darauf folgenden Anwendung in Form von standardisierten Datenpaketen - unter Nutzung des TCP/IP-Netzwerkprotokolls - an die Logistiksysteme vermittelt.
Für die nahtlose Integration ins Ethernet kann dabei HARTING in Zusammenarbeit mit den Herstellern der Lesesysteme die entsprechenden Infrastrukturkomponenten anbieten. Die individuelle Konfiguration der Systeme für die jeweilige Anwendung ist dabei über die Nutzung des genormten UDP-Protokolls möglich. Somit ist der Anwender nicht mehr an die umständliche Programmierung mit speziellen Geräten und proprietären Lösungen gebunden, sondern kann mit Hilfe eines Standard-Web-Browsers flexibel agieren und alle für den RFID-Betrieb erforderlichen Systemparameter einstellen. Vorhandene RS485/422- und RS232-Systeme lassen sich dabei einfach durch einen entsprechenden Konverter direkt integrieren.

FAZIT
Der Einsatz von harting-Transpondern ermöglicht auch in der Produktionsautomatisierung eine Vielzahl von Einsatzfällen von der Prozesskontrolle bis hin zur Abwehr von Plagiaten im Ersatzteilmanagement. Darüber hinaus koordiniert harting die Kompatibilität der Systemkomponenten bei kundenspezifischen Projekten und stellt die aktive und passive Infrastruktur bis IP67 zur Verfügung.