Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Průmyslové identifikační systémy Siemens

číslo 11/2006

Průmyslové identifikační systémy Siemens

Při použití vhodného identifikačního systému lze získat v oblasti výroby, logistiky či distribuce dokonalý přehled o tocích materiálu v daném prostředí. Firma, která takový identifikační systém použije, se vyvaruje nepřesností, ztrát a záměn výrobků či zboží, může optimalizovat probíhající procesy a zvyšovat jejich produktivitu. Protože jde o velmi aktuální téma, jsou v následujícím textu stručně představeny optické a radiofrekvenční identifikační systémy nabízené v současné době společností Siemens.

Principy používaných metod

Mezi optické metody identifikace patří především použití čárových kódů (jednodimezionálních, tj. 1D) a maticových kódů (dvoudimezionálních, tj. 2D; datamatrix), metody optického čtení znaků (Optical Character Recognition – OCR) apod. Čárové kódy jsou běžně známé a jistě není třeba je zde podrobněji představovat. Maticové kódy, v nichž jsou údaje uloženy digitálně, přinášejí v porovnání s čárovými kódy větší plošnou hustotu zápisu dat, což v praxi znamená, že zabírají méně místa, že při čtení nezáleží na orientaci 2D kódu a že uložená data jsou čitelná i při poškození části maticového kódu. Maticové kódy jsou čitelné i při malém kontrastu k podkladu. Proto stále roste počet úloh s kódem vytvořeným přímo na povrchu výrobků (Direct Part Marking). Zapsané údaje jsou pak k dispozici po celou dobu života výrobku. Přestože optické podmínky při čtení kódu přímo z povrchu výrobku mnohdy mohou být hodně vzdálené od ideálních, jsou i tyto úlohy s maticovými kódy řešitelné za použití vhodného osvětlení. Ke čtení údajů uložených v maticových kódech jsou třeba, podobně jako při čtení čárových kódů, odpovídající čtečky a vhodné zdroje světla. Právě v těchto skupinách produktů společnost Siemens letos výrazně rozšířila svou nabídku, a to zejména díky akvizici divize Acuity Cimatrix společnosti Robotic Visions Systems, Inc. (RVSI). Její čtečky řady Hawkeye a osvětlovače Nerlite byly následně začleněny mezi výrobky nabízené společností Siemens (viz dále).

Obr. 1.

Obr. 1. Čtečky maticových a čárových kódů řady Simatic Hawkeye 1500
Obr. 2. Vybrané ruční čtečky maticových čárových kódů řady Simatic Hawkeye 40 a Hawkeye 50

Druhou skupinou produktů, které se věnuje tento článek, jsou systémy radiofrekvenční identifikace (RFID). V porovnání s optickými systémy má metoda RFID několik předností. Především zde není nutná přímá viditelnost mezi nosičem dat a čtecím zařízením, tj. data mohou být přenášena např. i skrz obalový materiál, a sledované objekty nemusí být při čtení v přesně určené poloze. Systémy RFID pracují i v nejsložitějších průmyslových provozních podmínkách a překážkou jim není ani znečištění prachem apod. Údaje lze navíc číst současně z několika nosičů, paměťová kapacita jednotlivých nosičů dat je relativně velká (desítky kilobajtů) a data lze do nosičů zapisovat opakovaně. Společnost Siemens pracuje s technikou RFID již více než dvacet let a v současné době nabízí spolu s osvědčenými komplexními systémy RFID s označením Moby, jejichž vývoj stále pokračuje, také novou řadu systémů Simatic RF.

Optické identifikační systémy

Věnujme pozornost nejprve stacionárním čtečkám maticových a čárových kódů.

Vedle univerzálních kamerových systémů řady VS700, které vedle úloh kontroly kvality, tvaru či měření vzdáleností zvládají i čtení maticových a čárových kódů, nabízí společnost Siemens stacionární čtečku maticových a čárových kódů Simatic VS130. Přístroj se skládá z vyhodnocovací jednotky, v níž se zpracovává sejmutý obraz, a oddělené snímací hlavy se snímačem typu CCD. Výhody této koncepce jsou jasné – minimální zastavěný prostor ve stroji a odolnost. Obr. 2. Kompaktní snímací hlavy s rozměry 42 × 42 × 100 mm a s krytím IP65 lze nainstalovat přímo do místa, kde budou snímány kódy. Vyhodnocovací jednotku lze namontovat ve vzdálenosti až 10 m od snímací hlavy. Čtečka Simatic VS130 se dodává v několika variantách, lišících se optickými parametry snímací hlavy a rozlišením snímače CCD. K dispozici je rovněž v provedení se senzorovou hlavou bez objektivu, který si může uživatel sám vybrat a namontovat (C/CS-mount). Z hlediska použitelnosti čteček v automatizovaných systémech je jistě výhodou přítomnost komunikačních rozhraní Profibus-DP a Profinet jako integrální součásti vyhodnocovací jednotky.

Stacionární čtečky maticových a čárových kódů řady Simatic Hawkeye 1500, nabízené společností Siemens vedle čtečky Simatic VS130, původně patřily do nabídky společnosti RVSI. Jde o jednotky úspěšně používané v mnoha úlohách po celém světě. Jejich hlavními přednostmi jsou špičkové vyhodnocovací algoritmy, široké spektrum druhů čtených kódů, velká rychlost snímání a velké množství nabízených typů. Řadu Simatic Hawkeye 1500 tvoří dohromady tři základní podskupiny přístrojů:

  • Hawkeye 1510: čtečka pro použití s libovolným objektivem (C/CS mount),

  • Hawkeye 1515: skupina čteček s integrovaným objektivem a zdrojem světla s přímým osvětlením (bright field),

  • Hawkeye 1525: skupina čteček s integrovaným objektivem a zdrojem světla s bočním osvětlením (dark field).

Základní údaje o obou uvedených typech stacionárních čteček jsou shrnuty v tab. 1.

Tab. 1. Základní parametry stacionárních čteček Simatic Hawkeye 1500 a Simatic VS130

Typ

Simatic Hawkeye 1500

Simatic VS130

Rozlišení

640 × 480

640 × 480, 1 024 × 768

Rychlost snímání

30 objektů/s

20 objektů/s

Komunikační rozhraní

Ethernet, RS-232

Profibus-DP/Profinet, Ethernet, RS-232

Digitální I/O

1/3 + 4 konfigurovatelné I/O

8/6

Čtené čárové (1D) kódy

Code 128, Code 39, Codabar, Code 93, I2of5, UPC/EAN, UPC-E, UPC Supplements, RSS and Composite, Postnet, Pharmacode, BC413

Code 128, Code 39, I2of5, EAN13

Čtené maticové (2D) kódy

Data Matrix, PDF417, QR code

Ruční čtečky čárových a maticových kódů jsou nabízeny ve dvou řadách s označením Simatic Hawkeye 40 a Simatic Hawkeye 50 (obr. 2). Všechny přístroje v obou řadách jsou v průmyslovém provedení, tj. jsou odolné proti mechanickým rázům a dalším nepříznivým vlivům. Pro usnadnění práce jsou ruční čtečky opatřeny zaměřovacím laserovým paprskem. V nabídce jsou typy s rozhraními USB, RS-232, PS2 nebo s bezdrátovým pojítkem Bluetooth. Ruční čtečky Simatic Hawkeye 40 mohou obsahovat akumulátorový zdroj elektrického proudu. Pak pracují autonomně a přečtené údaje zobrazují na displeji nebo je, po připojení k nadřazenému systému, v dávkách odesílají přes vhodné komunikační rozhraní. Důležité je, že čtečky Hawkeye 40 jsou osazeny dvěma snímači, a mohou tak číst jak větší čárové, tak i menší maticové kódy. Ruční čtečky Simatic Hawkeye 50 jsou určeny pro nejsložitější úlohy s maticovými kódy vyznačenými přímo na povrchu identifikovaných objektů, kdy sejmutý obraz může být málo kontrastní (uváděný minimální kontrast je 20 % při vlnové délce 660 nm).

Systémy RFID

Požadavky uživatelů systémů RFID se různí. Někteří používají v logistických procesech papírové nalepovací datové nosiče (smart labels), jiní potřebují odolné datové nosiče použitelné na výrobních linkách. V některých případech postačují čtecí vzdálenosti v řádech jednotek centimetrů, jinde je důležité mít možnost přístupu k uloženým datům na větší vzdálenost. V obou nabízených řadách systémů RFID, Moby a Simatic RF, je k dispozici široký výběr komponent pro nejrůznější použití.

Obr. 3.

Obr. 3. Identifikace sportovní obuvi při použití systému Moby D
Obr. 4. Identifikace automobilových sedadel při použití systému Moby E

V systému RFID jsou datové nosiče (tag, transpondér) připevněny na produkt, paletu nebo na obal produktu a nesou potřebné údaje, které jsou tak kdykoliv a kdekoliv snadno dostupné. Na jeden datový nosič může být zapsáno až 32 kB dat, která mohou být v jednotlivých fázích procesu libovolně přepisována a doplňována, což umožňuje optimálně synchronizovat tok dat a materiálu.

Společnost Siemens nabízí datové nosiče založené na několika typech pamětí (EEPROM, FRAM, RAM). Paměť FRAM kombinuje výhody pamětí RAM a EEPROM, přičemž výsledkem je téměř neomezený počet zapisovacích cyklů a také výrazné prodloužení intervalů údržby, protože v datových nosičích není nutné používat baterie. Předností průmyslových datových nosičů vyvinutých společností Siemens je vedle velké spolehlivosti uchování dat také velká odolnost proti vlivům vnějšího prostředí (znečištění prachem i kapalinami, kolísání teploty, mechanické namáhání). Společnost Siemens nabízí i datové nosiče malých rozměrů, nosiče použitelné přímo na kovové povrchy a nosiče pracující při vyšších teplotách (původně vyvinuté speciálně pro použití v lakovnách, kde úspěšně fungují již mnoho let).

Obr. 4.

Nezbytnými prvky systémů RFID jsou čtečky. Výkonná čtecí/zapisovací zařízení v různých robustních provedeních, a to stacionárních i mobilních, zajišťují rychlý a spolehlivý přenos dat mezi mobilními datovými nosiči a nadřazeným řídicím systémem (PLC, PC apod.). Data a energie se přenášejí prostřednictvím elektromagnetického pole (indukcí). Se systémy RFID řad Simatic RF a Moby lze vyhovět všem požadavkům na integraci do řídicích systémů. Lze je připojit s použitím sběrnic Profibus, Ehernet a sériových linek nebo použít moduly RFID integrované přímo do distribuovaných periferií (např. jednotek ET200M) či sestav řídicích automatů Simatic. Široké spektrum softwarových komunikačních modulů, funkčních bloků, ovladačů a knihoven podporuje rychlou integraci podsystémů RFID do řídicích systémů přímo na místě jejich použití. Díky jednoduchému uvádění do provozu lze ušetřit čas i peníze.

Základní provozní parametry systémů Moby a Simatic RF jsou uvedeny v tab. 2. Jejich použití v praxi ilustrují obr. 3 a obr. 4.

Tab. 2. Základní charakteristika RFID systémů Moby a Simatic RF

Použití

výroba

     

logistika

 

Systém RFID

Moby E

Moby I

Simatic RF300

Moby U

Moby D

Simatic RF600

Čtení/záznam na vzdálenost

do 0,1 m

do 0,15 m

do 0,2 m

do 3 m

do 0,9 m

do 5 m

Frekvence

13,56 MHz

1,81 MHz

13,56 MHz

2,4 GHz

13,56 MHz

865 až 868 MHz (Evropa)

Standardy

ISO 14443

ISO 18000-4

ISO 15693,

ISO 18000-3

EPCglobal,

ISO 18000-6

Závěr

V příspěvku jsou stručně představeny optické a radiofrekvenční identifikační systémy nabízené společností Siemens. Jde o systémy zahrnuté do koncepce TIA (Totally Integrated Automation) společnosti Siemens, což v praxi znamená, že jsou připraveny ke snadnému začlenění do automatizovaných systémů, mají všechna potřebná komunikační rozhraní a k jejich správě a konfigurování jsou určeny standardní softwarové nástroje. Je-li třeba identifikovat objekty ve výrobním či dopravním systému, jsou vhodnými alternativami řešení právě produkty skupin Simatic Machine Vision („strojové vidění“), Simatic RF a Moby (RFID), které se již osvědčily v mnoha úlohách po celém světě – v průmyslové výrobě, ve skladech, v dopravních systémech, logistice i distribuci. V současnosti např. po celém světě funguje více než 250 000 čteček RFID typu Moby.

Ing. Jakub Vojanec,
Siemens, s. r. o.

Siemens, s. r. o.
divize Automatizace a pohony
Evropská 33a
160 00 Praha 6
tel: 233 032 411
http://www.siemens.cz/ad