Die Firma Ferag aus Hinwil im Züricher Oberland, spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von Förder- und Verarbeitungssystemen, nutzt für eine spezielle Variante ihres ‚Skyfall‘-Fördersystems für das Abfüllen, Sortieren und Verpacken von Silikon-Kartuschen eine RFID-Lösung von Balluff. Dieses Fördersystem überwindet in der Intralogistik längere Wegstrecken und Höhenunterschiede, verbindet oder entkoppelt Arbeitsstationen und integriert auf kleinstem Raum Abfüll-, Kommissionier- und Verpackungsfunktionen gleichzeitig. Dabei nutzt es auf intelligente Weise die Schwerkraft und bewegt sich auf Freifallstrecken ohne eigenen Antrieb. Dies spart Energie und reduziert die Anzahl der erforderlichen Antriebe. Dank einer zulässigen Linienführung mit Streckenradien von 500 mm und Neigungswinkeln bis zu 6° benötigt die Anlage vergleichsweise wenig Raum. So bleibt viel Platz am Boden für Freiflächen sowie die Abfüll- und Verpackungsanlage. 

Mit Skyfall den Ausstoß verdoppeln

Dabei erfüllt die Anlage auch eine besondere Anforderung des Anwenders – nämlich den bisher bestehenden betriebsbedingten Flaschenhals zwischen Abfüllstation und Sammelpackern zu beseitigen. Erreicht wird dies, indem Skyfall nicht nur für den Transport der Kartuschen sorgt, sondern auch als deren Zwischenspeicher arbeitet. „Auf diese Weise können die voneinander abweichenden Geschwindigkeiten des Abfüll- und Verpackungsprozesses ausgeglichen und ein kontinuierlich hoher Ausstoß der Anlage gewährleistet werden. Im Vergleich zu einer früheren Lösung konnte so eine Verdoppelung der Produktionskapazität erreicht werden“, erklärt Roberto Fenile, Development Manager bei Ferag.

Zylindrische Schreib-Leseköpfe, die sich an allen relevanten Stellen der Transport­strecke befinden, lesen den UID-Code aus.

© Balluff

Das Fördersystem arbeitet mit einer Leistung von 12.000 Kartuschen pro Stunde. Kern der in Überkopfbauweise ausgeführten Anlage ist ein Schienensystem mit dreidimensionaler Kinetik und Rollkörpern, den Shuttles. Sie sind mit den Bausilikon-Kartuschen beladen, die sich nicht nur äußerlich, sondern auch in ihren Volumina unterscheiden. Zugeführt werden die leeren Kartuschen aus einem Vorratsbunker, um am Ende des Förder- und Sortierprozesses mit spezifischen Mengen an Bausilikon befüllt und einem Sammelpacker zugeführt zu werden. Die zuverlässige Identifizierung jedes einzelnen Shuttles ist für den Prozessablauf ein absolutes Muss. Hierfür hatte sich Ferag für ein Identifikationsverfahren auf RFID-Basis entschieden: „Es arbeitet selbst dann noch zuverlässig, wenn die Datenträger durch Silikonreste verschmutzt sind“, betont Rolf Werner, Vertriebsingenieur bei Balluff.

Die Art des Transportguts ist bei Skyfall nicht auf die Kartuschen beschränkt, da sich die Adapter der Shuttles individuell konfigurieren und flexibel an die jeweilige Anwendung anpassen lassen. Zudem kann das modular aufgebaute System bei Bedarf mit vorgegebenen Standard-Elementen wie Umlauf-, Steig- und Senkförderern, Belade- und Entladestationen sowie Einlauf- und Auslaufweichen erweitert und so an neue Gegebenheiten angepasst werden. 
 

Auch in metallischer Umgebung zuverlässig

Selbstklebende OnMetal-RFID-Tags ermöglichen eine sehr flache Kennzeichnung der Shuttles.

© Balluff

Die Industrial-RFID-Lösung ‚BIS M‘ von Balluff arbeitet mit einer Frequenz von 13,56 MHz. Dabei bedient sie die hohen Anforderungen hinsichtlich Taktrate und Robustheit und erfüllt ihre Aufgabe selbst in schwieriger metallischer Umgebung. In Kombination mit passiven Datenträgern bietet die High-Frequency-Lösung mittlere Reichweiten von 20 mm und eignet sich so insbesondere für die Teileverfolgung im Nahbereich oder Anwendungen in der Produktionssteuerung oder zur Rückverfolgung im Qualitätsmanagement. Bei Ferag dokumentiert das System die Abläufe lückenlos und liefert zudem in Echtzeit die Daten zur Steuerung und Automatisierung des kompletten Materialflusses einschließlich des Abfüll- und Verpackungsprozesses. Art und momentaner Aufenthaltsort jeder einzelnen Kartusche sind während des gesamten ­Prozesses bekannt. Die Datenverwaltung erfolgt im zentralen Rechner der Anlage. Selbstklebende OnMetal-RFID-Tags mit Abmessungen von 36 mm × 8 mm × 5 mm – ähnlich einem Typenschild – ermöglichen eine flache Kennzeichnung der Shuttles. Da die Datenträger eine fest im Speicher verankerte Seriennummer tragen (den sogenannten UID-Code beziehungsweise Unique Identification) sind die Shuttles jederzeit zweifelsfrei zu erkennen. Die Datenträger entsprechen der ISO-Norm 15693 und bieten auch auf metallischen Untergründen eine Lesereichweite von 10 mm – was eine der wesentlichen Anforderungen von Ferag war. So ist über den gesamten Materialfluss eine lückenlose Erfassung der Rollkörper gesichert. 

Ausgelesen wird die UID von zylin­drischen M16-Schreib-Leseköpfen des Industrial-RFID-Systems ‚BIS0140‘, die sich an allen relevanten Stellen der Transportstrecke – wie etwa an Weichen – befinden. Die Datenträger benötigen keine eigene Stromversorgung, da sie ihre Energie von den Schreib-/ Lese-Einheiten beziehen. Batterien sind unnötig, Elektronik und Antenne sind im Tag integriert.

Die richtige Lösung finden

Eine RFID-Lösung steht und fällt mit der Auswahl des Systems und der optimalen Kombination von Tag, Lesekopf und Controller. „Die Größe des Datenträgers und die Geometrie des Schreib-/Lesekopfes spielen eine wichtige Rolle“, erläutert Willi Brändli vom Schweizer Balluff TecSupport. „Das generierte HF-Feld in der Applikation muss so groß sein, dass das Tag lange genug im Feld bleibt, um die Identität auch bei hoher Geschwindigkeit auslesen zu können. Gleichzeitig sollte es aber so klein sein, dass es beim Erfassungsprozess nicht zu Überlappungen mit dem folgenden Etikett kommt.“ 

Das Fördersystem arbeitet mit einer Leistung von 12.000 Kartuschen pro Stunde extrem schnell.

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Mit dem RFID-Controller ‚BIS V‘ ist in der Anlage eine ‚All-in-One‘-Einheit verbaut, an die sich bis zu vier Schreib-/Leseköpfe anschließen lassen. In Kombination mit den Leseköpfen bietet sie die erforderliche hohe Lese-Geschwindigkeit. Dank der vier Ports reduziert sich die Anzahl der erforderlichen Controller, was die Gesamtkosten für Ferag reduziert. Ein zusätzlicher Clou: Leseköpfe unterschiedlicher Technologie (LF, HF und UHF) sind anschließbar – was in der Skyfall-Anlage derzeit aber keine Rolle spielt. 

Die Inbetriebnahme des RFID-Systems und das Handling des Controllers erfolgen per Plug&Play. Die Schreib-/Leseköpfe sind lediglich frontseitig mit Steckverbindern an den Controller anzuschließen, um sofort automatisch erkannt zu werden. Zwei LEDs an jedem Port signalisieren dem Anwender Status und Betriebszustand. Da der Controller die Nutzung standardisierter Frequenzen unterstützt, steht einem globalen Einsatz der Ferag-Anlage nichts entgegen. Darüber hinaus ist der Kombi-Controller im Metallgehäuse für die weltweit gängigen Bussysteme Profibus, Ethercat, CC-Link, Ethernet/IP und Profinet verfügbar. Ferag setzt in der vorgestellten Anlage auf Ethercat.

Ein USB-Anschluss am Controller dient als Service-Schnittstelle, zum Beispiel für Software-Updates und zur Inbetriebnahme ohne PLC beziehungsweise Steuerung. Zusätzliche Sensorik oder Aktorik lässt sich ebenfalls an der RFID-Auswerte-Einheit anschließen. Letzteres wird über eine integrierte IO-Link-Master-Funktionalität realisiert. Damit ist es möglich, neben der Identifikation von Objekten weitere Prozessinformationen über den Controller zu ermitteln, etwa die Signale von Trigger-Lichtschranken, von induktiven oder kapazitiven Näherungsschaltern sowie von Distanz- oder Vision-Sensoren mit IO-Link-Schnittstelle.

Autor: Dr. Detlef Zienert ist Press Relations Manager bei Balluff in Neuhausen auf den Fildern.