HF-Busmodus - auch für den Ex-Bereich

Der Bus kommt!

RFID-Anwendungen mit vielen Schreib-Lese-Köpfen sind aufgrund der erforderlichen Hardware oft teuer sowie aufwendig zu installieren und zu warten. Mit dem HF-Busmodus für seine IP67-RFID-Interfaces hat Turck eine effiziente Lösung entwickelt.
 Jede Förderlinie ist am Ende mit einem busfähigen Scheib-Lese-Kopf ausgerüstet, einfach in Linientopologie mit T-Verteilern installiert.
Jede Förderlinie ist am Ende mit einem busfähigen Scheib-Lese-Kopf ausgerüstet, einfach in Linientopologie mit T-Verteilern installiert.Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG

Die Implementierung von RFID in Produktionsprozessen ist oft kompliziert und zeitaufwendig. Mit seinen Ethernet-RFID-Interfaces auf Basis der Block-I/O-Familien TBEN-L, TBEN-LL, TBEN-S und TBEC-LL unterstützt Turck seine Kunden in diesem Punkt. Die Multiprotokollgeräte erlauben den parallelen Betrieb von HF- und UHF-Schreib-Lese-Köpfen und bringen die Daten über Profinet, Ethernet/IP oder Modbus TCP zur Steuerung. So erleichtern die Module Applikationen mit unterschiedlichen Anforderungen und reduzieren die erforderliche Lagerhaltungsvielfalt. Erst kürzlich wurde das Portfolio um ein weiteres RFID-Interface für Ethercat (TBEC) ergänzt. Alle RFID-I/O-Module sind im vollvergossenen Kunststoffgehäuse in Schutzart IP67/IP69K ausgeführt und arbeiten im erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +70°C. So sind die robusten Module direkt an der Maschine einsetzbar, ohne Schaltschrank oder Schaltkasten.

Das besonders kompakte TBEN-S-RFID-Modul ist – wie die Standardausführung der TBEN-L-Module – ohne speziellen Programmieraufwand oder Funktionsbausteine einfach implementierbar. Auch ohne einen Befehl an die Steuerung zu senden, lassen sich z.B. die UID oder aber Speicherbereiche der Datenträger, getriggert vom Schreib-Lese-Gerät, auslesen und übertragen. Der integrierte Webserver erlaubt einen Funktionstest bzw. eine Inbetriebnahme ohne Steuerung. Die Codesys-programmierbare TBEN-L-Variante bringt Steuerungsfunktionen mit und kann so RFID-Daten direkt vor Ort filtern, vorverarbeiten und auf Wunsch auch unmittelbar mit Steuerungsaktionen verknüpfen. Zudem bietet Turck in einer Version für Systemintegratoren das TBEN-L-RFID-Interface auch mit Linux an. Als weitere Variante ist das TBEN-L-RFID-Interface mit einem integrierten OPC UA Server verfügbar, der der Auto-ID Companion Specification folgt.

Neben vier RFID-Ports stellen die TBEN-L-Module auch acht universelle DXP-I/O-Kanäle zur Verfügung, an denen Sensoren, Signalleuchten oder andere Aktuatoren angeschlossen werden können. Alle Anschlüsse sind als Steckverbindung in M12 ausgeführt, die Spannungsversorgung erfolgt bei den L-Versionen über 7/8″-Steckverbinder, bei den LL-Varianten für L-kodierte M12-Steckverbinder für die zukunftssichere M12-Power-Technologie.

 Pro RFID-Kanal lassen sich bis zu 32 busfähige Schreib-Lese-Köpfe anbinden, bei vier Kanälen also maximal 128 Stück pro Interface.
Pro RFID-Kanal lassen sich bis zu 32 busfähige Schreib-Lese-Köpfe anbinden, bei vier Kanälen also maximal 128 Stück pro Interface.Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG

Busmodus erlaubt 128 SchreibLese-Köpfe pro Interface

Besonders in Anwendungen, in denen auf kleinem Raum zahlreiche HF-Schreib-Lese-Köpfe eingesetzt werden, punkten Turcks TBEN-Interfaces, ebenso wie das Ethercat-Interface TBEC, mit einem ganz besonderen Feature: dem HF-Busmodus. Da diese Funktion im Vergleich zu IO-Link keine Punkt-zu-Punkt-Verbindung benötigt, ermöglicht sie dem Anwender, an jedem der insgesamt vier RFID-Ports bis zu 32 geeignete HF-Schreib-Lese-Köpfe in Reihe anzubinden. Das senkt in Applikationen mit vielen Schreib-/Lese-Positionen den Verdrahtungsaufwand und die Kosten erheblich.

Die Verkabelung erfolgt dabei ganz einfach per Linientopologie. Pro RFID-Port kann eine gesamte Kabellänge bis zu 50m angeschlossen werden. Die Schreib-Lese-Köpfe können über 2m lange Stichleitungen von der Hauptlinie abzweigen. So lässt sich das System leicht installieren und erweitern. Jeder der 32 Schreib-Lese-Köpfe kann im HF-Busmodus einzeln angesprochen werden, um vielfältige Befehle wie Lesen, Schreiben oder Inventory auszuführen. Die Schreib-Lese-Köpfe sind dabei sowohl manuell als auch automatisch adressierbar. Bei einem Austausch einzelner Schreib-Lese-Köpfe erfolgt eine automatische Adressierung aufsteigend nach der Reihenfolge des Anschlusses. Durch den niedrigeren Modul- und Kabeleinsatz profitiert der Anwender so nicht nur von einer Kostenersparnis, sondern auch von einer kürzeren Montage- und Inbetriebnahmezeit.

Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG

Höchstleistung im Continuous Mode mit Track & Trace

Der Continuous-HF-Busmode ähnelt dem HF-Busmodus in Aufbau und Kostenvorteil, jedoch sind darin alle Schreib-Lese-Köpfe gleichzeitig aktiviert. So ist der Continuous Mode durch seine höhere Performance sowohl für statische als auch für langsame dynamische Applikationen geeignet, in denen Datenträger beispielsweise parallel gelesen oder beschrieben werden. Die einzelnen Schreib-Lese-Köpfe speichern die gelesenen Daten dabei so lang in einem Puffer, bis das RFID-Interface sie zyklisch nacheinander abfragt. Die Daten werden im FIFO-Speicher des Interfaces hinterlegt und können über den Befehl ‚Daten aus dem Puffer auslesen‘ durch die Steuerung abgeholt werden.

Mit der Track&Trace-Funktion eröffnet der Continuous-HF-Busmode neue Anwendungsfelder – z.B. in der Logistik oder der Fördertechnik. Dazu gehören die parallele Erfassung in mehrspurigen Transfer-/Fördersystemen, bei Produkten mit unterschiedlicher Positionshöhe des Datenträgers in einer Linie und Applikationen mit getakteten Produktionsmaschinen. Zahlreiche vordefinierte Befehle und Betriebsmodi für die gängigsten Einsatzszenarien reduzieren zudem den Programmieraufwand in der SPS. Das Gruppieren von Daten und verschiedene Datenexport-Optionen machen in der Regel eine Middleware überflüssig. Auch beim Einsatz des HF-Busmodus ist an den übrigen RFID-Kanälen nach wie vor der Mischbetrieb von HF- und UHF-Schreib-Lese-Köpfen möglich.

Mit vergussgekapselten Readern bis in Atex-Zone 1/21

Mit dem TN-R42/TC-Ex hat Turck den weltweit einzigen HF-RFID-Schreib-Lese-Kopf, der für den unmittelbaren Einsatz in Atex-Zone 1/21 zertifiziert ist. Im Gegensatz zu bekannten druckgekapselten Identifikationslösungen für Zone 1/21 lässt sich der vergussgekapselte Reader durch sein kompaktes Design auch in beengten Applikationen montieren. So eignet sich der TN-R42/TC-Ex z.B. für die berührungslose Identifikation von korrekten Schlauch- und Flanschverbindungen an Kupplungsbahnhöfen. Für Applikationen mit hohen Anforderungen an Datensicherheit und Zugriffsschutz stehen auch HF-RFID-Datenträger mit Passwort-Funktion zur Verfügung.

Nachdem jetzt auch der Busmodus für Einsatz in Zone 1/21 zugelassen wurde, kann Turck ein komplettes Portfolio an Nicht-Ex und Ex-Geräten im Bus-Modus anbieten. Da sich der TN-R42/TC-Ex interfaceseitig wie ein Standard-Schreib-Lese-Kopf verhält, hat der Anwender bezüglich Anbindung und Konfiguration des Gesamtsystems immer das gleiche Look-and-feel, egal ob im Ex- oder Nicht-Ex-Einsatz. Im Ex-Einsatz muss lediglich der letzte Teilnehmer im Busstrang ein Gerät mit Widerstand als Abschluss-Terminierung sein. Und die Zahl der im Busmodus anschließbaren Schreib-Lese-Köpfe ist im Ex-Betrieb beschränkt: beim ultrakompakten TBEN-S-Interface auf fünf Reader und beim TBEN-L-Interface auf zehn Reader pro Kanal.

Schutzgehäuse ermöglichen Einsatz in Atex-Zone 2

Um die IP67-RFID-Interfaces und -I/O-Module auch im Ex-Bereich zuverlässig betreiben zu können, hat der Hersteller ein Schutzgehäusekonzept aus Edelstahl entwickelt. Das Schutzgehäuse umschließt das für diesen Einsatz zugelassene Modul sowie dessen Anschlüsse und schützt so vor mechanischen Beschädigungen oder unbeabsichtigtem Trennen der Verbindungen. So werden alle Vorgaben zur Verwendung der Geräte in Atex-Zone 2 erfüllt.

Reduzierter Inbetriebnahmeaufwand

Aufgrund des integrierten RFID-Daten-Interfaces mit zyklischer Prozessdatenübertragung profitiert der Anwender vom schnellen und einfachen Zugriff auf HF- und UHF-Funktionen wie etwa dem Idle-Modus. Die busfähigen HF-RFID-Schreib-Lese-Köpfe lassen sich zudem durch einfaches Aktivieren der Schreib-Lese-Kopf-Adressen in den Parametern des Daten-Interfaces automatisch adressieren. Dies ermöglicht Anwendern eine Zeitersparnis gegenüber den herkömmlichen Methoden, da sie die Schreib-Lese-Köpfe nacheinander anbinden können und diese automatisch adressiert werden. Darüber hinaus lassen sich Bus-Adressen für busfähige HF-Schreib-Lese-Köpfe per Webserver/Pactware über das TBEN-S-RFID setzen und abfragen. So kann der Nutzer schnell die korrekte Inbetriebnahme des Bus-Modus überprüfen, ohne einen Schnittstellenwandler einzusetzen.

Anwendung Schlauchbahnhof

Der HF-Busmodus wird bereits erfolgreich in der Praxis eingesetzt – so z.B. bei Kupplungs- bzw. Schlauchbahnhöfen in der Chemie-, Pharma- sowie Lebensmittelindustrie. Vertauschte oder auslaufende Medien können schwerwiegende Folgen für die Anlagensicherheit, Produktqualität oder die Gesundheit von Mitarbeitern und Kunden nach sich ziehen. Gelangt etwa Säure in einen falschen Tank, entsteht hohes Gefahrenpotenzial. Um daher die korrekte Verbindung zwischen Schlauch und der korrespondierenden Anschlussstelle zu gewährleisten, bietet Turck eine HF-RFID-Komplettlösung, bei der der HF-Busmodus wesentlich zur effizienten Umsetzung beiträgt. Erst wenn die Schreib-Lese-Köpfe die vorgesehene Schlauchverbindung erfasst haben, erfolgt das Öffnungssignal an Ventil und Pumpe. Durch RFID können zudem Informationen wie das Datum oder die Uhrzeit der letzten Schlauchreinigung übermittelt werden. Aufgrund Turcks HF-RFID-Schreib-Lese-Kopf TNR42/TC-Ex ist auch eine Nutzung im explosionsgefährdeten Bereich (Zone 1/21) möglich. Abgerundet wird das Lösungspaket durch unterschiedliche Datenträgertypen für spezifische Applikationsanforderungen, darunter auch eine Glasvariante für aggressive Medien. RFID-Tags können zudem direkt in eine Metallkappe eingelassen oder mit einer Schelle verbunden werden.

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