Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

I v tropickém prostředí lze identifikovat rostliny

Identifikovat zkušební rostliny ve skleníku potřebovala firma LemnaTec GmbH z německého Würselenu, aby mohla efektivně provozovat svůj systém automatické analýzy biologických systémů. V prostředí, které je charakteristické velkou vlhkostí, nečistotou a všudypřítomnou vodou, nelze k identifikaci použít čárový kód ani natištěné tagy RFID. Zde mohou obstát jen robustní zařízení navržená pro průmysl, která dokážou vzorky rychle a jednoznačně rozeznat a zařadit. Firma LemnaTec se rozhodla k tomuto účelu použít systém RFID firmy Balluff.
 

Volba identifikačního systému do skleníku

 
Firma LemnaTec vyvinula novou platformu Scanalyzer 3D pro určování fenotypů. Toto zařízení umožňuje přímo ve skleníku dlouhodobě a kontinuálně zkoumat růst a morfologii rostlin prostřednictvím prostorového (3D) kamerového systému. Zjišťuje se výška výhonků, forma růstu, délka a tloušťka listů, ale také různé fyziologické parametry, jako je obsah vody nebo chlorofylu. Tato zařízení jsou dnes po celém světě využívána např. pěstiteli rostlin pro studie zkoumající až tisíce rostlin. S ohledem na časovou a finanční náročnost není možné dělat tato zkoumání ručně, protože zahradnické ošetření a sledování každé rostliny by zabralo asi deset minut denně.
 
Aby bylo možné vést záznamy o tom, v jakém stavu se každá rostlina právě nachází, je třeba mít možnost ji vždy jednoznačně identifikovat. Požadavkem bylo použít neproprietární identifikační systém s frekvencí 13,56 MHz s rozhraním Ethernet a netištěné nosiče dat (tagy), které lze snadno upevnit (obr. 1). Data z nosičů musí být možné snadno číst pomocí ručního terminálu (obr. 2) se čtečkou čárového kódu a rozhraním sítě WLAN.
 
Po rozsáhlých zkouškách systémů běžně dostupných na trhu zvolila firmy LemnaTec pro svou platformu na určování fenotypů systém RFID typu BIS firmy Balluff (obr. 3). K rozhodnutí vybrat právě tento systém přispělo i to, že jeho dodávka zahrnuje také poradenství.
 

Robustní systém RFID firmy Balluff

 
Robustní identifikační systém BIS M je navržen do nepříznivého prostředí průmyslové automatizace, kde se již roky stále znovu osvědčuje. Může být dlouhodobě vystaven působení brusného prachu, mazacích a chladicích prostředků, stejně jako vibrací. Díky tomu má všechny předpoklady k použití i ve sklenících. V současnosti je tento systém úspěšně provozován ve sklenících v Německu, USA, Austrálii, Itálii, Nizozemí a Japonsku. Další velký skleník s 50 záznamovými a čtecími stanicemi se staví v Austrálii.
 
Jádrem systému RFID BIS M je okrouhlý zapouzdřený miniatruní datový nosič s krytím IP67, který je v provozech firmy LemnaTec připevněn na určeném místě pouzder, v nichž jsou po jedné zasazeny rostliny. Průmyslový dopravní systém přesouvá pouzdra s rostlinami v pravidelných cyklech k zalévání a také k vyhodnocování kamerovým systémem v měřicích komorách. Hlavy pro záznam a čtení jsou umístěny na všech vhodných místech, např. na výhybkách dopravního systému a v měřicích komorách. Díky tomu je denně k dispozici přesná dokumentace procesu.
 
Vedle robustních datových nosičů v miniaturním provedení (transpondérů) patří do systému také jedna nebo více hlav pro záznam a čtení a jedna vyhodnocovací jednotka, která přenáší data na řídicí úroveň. Data a energie, kterou spotřebují nosiče dat, jsou indukčně přiváděny z hlavy pro záznam a čtení. Proto není třeba pro tag žádné další napájení (baterie). Bezpečně zapouzdřená elektronika datových nosičů BIS obsahuje v zásadě jen cívku, řídicí logiku a paměťový prvek EEPROM.
 
Data mezi hlavou pro záznam a čtení a nosičem dat jsou přenášena bezdotykově, a tím také bez opotřebení. V závislosti na provedení systému RFID probíhá výměna nejen ve statickém, ale i v dynamickém provozu. Indukční nosič dat přijímá signál 13,56 MHz a z něj čerpá napájecí napětí a poté vysílá svá data směrem k hlavě pro záznam a čtení. Používaná pulzní modulace kódu je velmi odolná proti rušení a zajišťuje reprodukovatelnou a bezchybnou komunikaci.
 

RFID zapojené v ethernetové síti

 
Firma LemnaTec používá kruhové nosiče dat (BIS M-101-01/L) o průměru 30 mm a výšce 1,6 mm. Tagy o hmotnosti 1,6 g jsou pevně přilepeny nebo přišroubovány k pouzdrům s rostlinami. Poskytují potřebnou paměť 752 bytů. V paměti je navíc uloženo ještě identifikační číslo o velikosti 4 byty, které je zadáno pouze jednou a je určeno ke zpětnému vysledování vzorků. Jako vyhodnocovací jednotka se používají přístroje typu BIS M-407 s rozhraním Ethernet TCP/IP. Díky tomu lze systém snadno zapojit téměř jako zařízení plug-and-play do odpovídajícího prostředí, aniž by bylo nutné k tomu vytvářet zvláštní síť. Mimo jiné ho lze připojit ke kancelářskému nebo k průmyslovému počítači. Jeho uživatelé mohou pracovat přímo na bázi Ethernetu nebo mohou používat své rozhraní RS-232 prostřednictvím ovladače ComPort Redirektor.
 
Firma LemnaTec se rozhodla pro propojení sítí Ethernet, protože prostřednictvím otevřeného protokolu lze nejsnadněji vykonávat dálkovou údržbu po celém světě. Přímo ze svého ústředí ve Würselenu se mohou její odborníci připojit k systému RFID a vše až k nejmenšímu senzoru přezkoušet.
 
Platforma k určování fenotypů pracuje velmi hospodárně. Neprojevuje žádné příznaky únavy jako lidská obsluha a pracuje téměř bezchybně 24 hodin denně. Během jediné studie rostlin zvládne systém snadno tok dat několika terabytů. Veškerá relevantní data jsou v průběhu měření shromažďována, shrnuta do matematického popisu a uložena na server.
 
Detlef Zienert, Balluff GmbH
(překlad a úprava redakce)
 
Balluff CZ s. r. o.
Pelušková 1400, 198 00 Praha 9
tel.: 281 000 666
fax: 281 940 066
 
Obr. 1. Netištěný nosič dat (tag)
Obr. 2. Ruční terminál pro čtení RFID
Obr. 3. Systém RFID typu BIS