Радиочастотная идентификация в промышленности

На рисунке приведен вариант использования различных систем RFID, с фотографией системы слежения за отходами компании Sonrai, предоставленной компанией iQuest. Она представляет собой систему с обратной связью, помогающую контролировать запасы, предотвращать хищения, фильтровать опасные материалы и осуществлять плановое техническое обслуживание и ремонт.

В то время как каналы поставок обоснованно требуют продвижения технологий радиочастотной идентификации в розничные сети и схемы движения товаров по складам, их применение в промышленности также продолжает расти и отражает разнообразие доступных технологий. Почему? Ниже приводятся некоторые причины такой ситуации:

При радиочастотной идентификации (RFID) используется беспроводная передача данных. Метки и считыватели RFID могут использовать информацию, передаваемую в одном или нескольких направлениях, могут предназначаться только для чтения или длячтения и записи, могут быть встроенными или существовать в виде приставок,работать на одной или многих частотах, в бытовом или промышленном исполнении, стандартными или сделанными на заказ. Системы RFID также могут использоваться производителями оборудования, конечными пользователями и системными интеграторами.

С учетом всех этих возможностей журнал Control Engineering пытается проиллюстрировать, каким образом системы RFID используются в различных промышленных применениях. Ниже приводятся описание применений, возможности этих систем и рекомендации.

Управление прессованием отходов

«Предприятия добились больших успехов в области контроля электроэнергии, воды, газа и нефтепродуктов, но имеется пятый ресурс, который практически игнорируется: мусор», – говорит Тони Романо, сотрудник компании Sonrai Systems, занимающейся разработкой технологических решений в сфере автоматизированного управления службами и оборудованием утилизации и переработки отходов.

По словам Романо, управление переработкой отходов в настоящее время становится высокотехнологичным и осуществляется с помощью автоматизированного сбора даных об отходах, систем управления, сотовых беспроводных технологий, сетей Ethernet, модемов для передачи по коммутируемой линии и считывателей RFID. Он знает это, поскольку работает над продвижением концепций управления утилизацией отходов вместе с Крисом Флудом, основателем компании Sonrai.

Система слежения за отходами Trash Tracker компании Sonrai по информации компании iQuest (специализированной фирмы, занимающейся системной интеграцией и помогающей компании Sonrai объединить речевые информаторы, HMI компании Siemens, компьютеры компании Microbox и считыватели меток RFID) превращает обычные уплотнители мусора в интеллектуальные системы переработки отходов. Эти высокоавтоматизированные системы могут вести подсчет запасов, ограничивать кражи товаров, сортировать опасные материалы, запрашивать профилактическое техническое обслуживание и обеспечивать честность водителей мусоровозов.

Система слежения за отходами Trash Tracker включает SCADA-систему,ПЛК Siemens S7-200 и считыватели RFID. ПЛК регистрирует время, дату и длительность открытия люка мусоропровода, загрузку и выгрузку материалов (если радиочастотные метки прикрепляются к коробкам или мешкам) и время забора и опустошения контейнера. Это позволяет более эффективно выполнять работу с доступом к информации в реальном времени и к архивируемой информации.

Компании Siemens и iQuest поставили интегрированную систему с функцией удаленного доступа. «С помощью браузера я могу увидеть, что контейнер в последний раз обслуживался в 9:52 утра 18 числа данного месяца, давление масла в гидравлическом насосе составляет 35 атмосфер и вес уплотнителя составляет 16 килограмм»,— говорит Романо, пролистывая перечень основных параметров на экране компьютера. Окно программы связано с контроллером, работающим в системе слежения за отходами Trash Tracker заказчика. Программное обеспечение WinCC SCADA от Siemens помогает системе слежения за отходами Trash Tracker осуществлять удаленное управление, сетевую передачу данных и обслуживать парк уплотнителей по системе беспроводной связи, сети Ethernet и через модем.

Дистанционная интеграция

«Если компания Sonrai добавит в уплотнитель мусора речевой информатор или считыватель меток RFID и появится необходимость выполнить программирование этих новых устройств в системе управления, мы cможем сделать это, не покидая офис компании iQuest, – сообщает Боб Медс, президент отделения компании iQuest в Атланте.

Возможность удаленного программирования позволяет нам добиться большей производительности и гибкости, устраняя необходимость поездок в Чикаго при каждой необходимости внесения изменений или обновления конфигурации, – поясняет Медс. – Всякий раз, когда для модернизации или диагностики системы приходится пользоваться услугами авиа — или железнодорожного транспорта, это означает потерю времени».

Системы слежения за отходами Trash Trackers, оснащенные RFID, могут мгновенно определить, создает или нет помещенный в уплотнитель мусор проблемы либо трудности в работе. Это особенно важно для госпиталей, которые подвергаются большим штрафам, если опасные медицинские отходы попадают в контейнеры для мусора, предназначенные для муниципальных полигонов отходов. Считыватель RFID-меток Simatic RF600, установленный на мусоропроводе уплотнителя, считывает данные с упаковок с мусором (с метками) по мере их прохождения. Данные от метки с названием «красный пакет с отходами» (госпитальные отходы) с помощью программного обеспечения считывания информации немедленно передаются в систему слежения за отходами Trash Tracker и выдают в ПЛК сигнал тревоги, который автоматически прекращает работу уплотнителя.

Три причины, по которым нужно выбирать поставщика средств промышленной автоматизации для технологий RFID

Провайдеры промышленных технологий радиочастотных датчиков RFID утверждают, что из опыта многолетней эксплуатации надежные системы, аналогичные устройствам RFID компании Pepperl+Fuchs, обеспечивают преимущества в системах автоматизации, управления и КИП

Широкая область применения RFID – от розничной торговли и движения товарных запасов до тяжелой промышленности – объясняет многообразие технических решений, имеющихся на рынке. Многие из данных систем претендуют на применимость в любой области. Ниже приводятся некоторые соображения по выбору поставщика средств промышленной автоматизации для технологий RFID .

1. Для замыкания контуров управления приемлемым на практике способом в широком многообразии прикладных систем используется автоматика; поставщики средств автоматики могут иметь достаточную широту взглядов и опыт, чтобы предложить наилучшую технологию для вашей системы, которая не обязательно будет использовать RFID. (Провайдеры, которые к тому же предлагают матрицы данных, печатные штрих-коды или иные технологии регистрации могут обеспечить лучшие результаты, чем только поставщики систем RFID).
2. Поставщики средств автоматики знают производственные условия, в которых другие изделия обеспечат менее точные результаты или будут иметь более короткий срок службы.
3. Тесная интеграция со средствами автоматики, органами управления и контрольно-испытательными приборами является особенностью многих компаний, использующих средства автоматизации, и выбирающих в связи с этим для поставки модульное и гибкое в использовании интегрированное оборудование, имеющее срок службы 15 лет или более.

«Радиочастотная идентификация представляет собой замечательную технологию, легко интегрируемую с системой SCADA для работы с базой данных и с ПЛК для осуществления управления», – сообщает Медс, подчеркивая роль системы WinCC в хранении архивов информации, считываемой с RFID, и уведомлении персонала госпиталей в случае нарушения правил работы с медицинскими отходами.

«Сообщение по электронной почте или звонок по мобильному телефону могут быть инициированы мгновенно, как только считыватель меток обнаружит проблему, а речевой информатор автоматически озвучит инструкции по извлечению пакета с медицинскими отходами из уплотнителя», – добавляет Романо.

«Такая же система слежения за отходами Trash Trackers, основанная на RFID, испытана в лаборатории Университета штата Арканзас. Она используется крупным розничным магазином, торгующим по сниженным ценам, чтобы отслеживать крупные запасы товара, – говорит Романо. – Перекрестные ссылки на количество исключенных из запаса коробок с RFID, соответствующее количеству проданного товара, предоставляют моментальную картину текущих запасов».

Уплотнители со считыванием RFID-меток также используются в качестве средства предотвращения краж, называемых «естественной убылью». Когда работник отправляет коробку в уплотнитель, планируя тайно извлечь ее из мусора через несколько часов, ПЛК идентифицирует изделие, отмечает дату и время и уведомляет об этом руководство, одновременно обеспечивая выключение уплотнителя, чтобы не допустить повреждения похищенного товара.

Так как метки RFID часто встраиваются в важные документы, то считыватели также могут гарантировать целостность печатных данных, местонахождение документов и их уничтожение в бумагорезательных машинах (шредерах).

Устойчивые к нагреву метки RFID

Компания Turck демонстрирует, как радиочастотная метка, встроенная в направляющие (раму), перемещающие корпус автомобиля в процессе производства, выдерживает температуру 410ºF в течение 30 минут в камере для покраски

Несмотря на то, что технология RFID может использоваться во многих областях производства, отдельные технологические процессы не допускают применения данной технологии.Ряд процессов и условий окружающей среды могут привести к разрушению компонентов, используемых для идентификации.

При внедрении новой RFID-системы слежения в производственный процесс автомобилестроительных компаний имеются специальные требования. Заказчику необходимо, чтобы метки RFID устанавливались на направляющие, по которым автомобиль будет перемещаться вдоль всей производственной линии (см. фото). Это позволит заказчику осуществлять считывание и запись (получение и хранение) данных о выпуске продукции в реальном времени, включая номер модели, цвет и специальное оборудование для отдельных машин.

Поэтому метки RFID в процессе производства должны выдерживать тяжелые условия, включая условия окраски при температуре до 210°C в течение до 30 минут. Большинство RFID не могут выдержать такой нагрев.

Для того, чтобы использовать RFID в таких приложениях, в компании Turck создали специальную метку, имеющую следующие характеристики:

• Размеры. Цилиндрическая метка размером 22 на 135 мм обеспечивает надежное крепление к ранее спроектированным направляющим, позволяя осуществить модернизацию системы слежения без замены другого производственного оборудования.
• Доступность данных. Высокотемпературные метки RFID могут немедленно считывать и осуществлять запись данных после выхода из цеха окраски, и могут непосредственно опрыскиваться краской без нарушения их работоспособности в течение оставшегося времени цикла производства.
• Сохранение данных и повторное использование устройств. В конце цикла производства из идентифицирующих устройств считываются данные, а само устройство остается на направляющих для использования при производстве следующего автомобиля.

Управление активами компании Lyondell

Переносные контрольноизмерительные приборы и устройства человеко-машинного интерфейса, такие как данное устройство Intela Trac PKS компании Honeywell, помогли улучшить сбор и анализ внешних данных компании Lydell Chemical Co с помощью RFID

Компания Lyondell Chemical со штаб-квартирой в г. Хьюстон, шт. Техас, нашла способ сбора, отслеживания и объединения эксплуатационных данных с данными из других источников для интеллектуального управления активами в процессе модернизации олефинового завода в г. Корпус-Кристи, шт. Техас. Lyondell позиционирует себя как одну из самых крупных мировых компаний в химической промышленности с активами приблизительно в 18 млрд. долл.

Цели проекта:

• Замена существующих считывающих устройств, работающих с бумажными носителями, новыми электронными таблицами на всех пяти заводских площадках;
• Добавление статических данных с участков в существующие динамические таблицы, содержащие оперативную информацию с распределенной системы управления (DCS);
• Обеспечение внешних технологических процедур (при необходимости);
• Создание справочных страниц с инструкциями для оператора;
• Установка меток RFID на все основные компоненты оборудования.

Для сбора эксплуатационных данных и интеллектуального управления активами компания Lyondell внедрила систему IntelaTrac PKS компании Honeywell, позволяющую пользователям объединять эксплуатационные данные с данными,получаемыми из других источников, например, с производства, от систем управления технологическими процессами и систем управления предприятием. Интегрированные мобильные аппаратные и инструментальные программные средства предоставили операторам возможность точной регистрации, сбора, анализа и использования оперативных данных,получаемых при помощи промышленных компьютеров, меток RFID и иных периферийных устройств, например, тепловых пушек, датчиков вибрации и устройств неразрушающего контроля.

Компания Lyondell улучшила мониторинг режимов технологического процесса с помощью данных, получаемых от приборов локальной системы управления. Это обеспечивает поддержку рабочих операций в нужное время и в нужном месте.

Новая система также объединяет эксплуатационные данные с данными от множества источников, включая системы управления производством и технологическим процессом, обеспечивая упреждающие решения и улучшенную целостность данных, загружаемых в полевых условиях. И, наконец, идентификация помогает записать требующие немедленной обработки данные с отметками даты и времени для достижения более высокой точности. Время оценки данных было уменьшено с 4 часов до 20 минут. Сопутствующая экономия производственных расходов за счет повышения эффективности печи составила 1 млн. долл.

Распределенная интеграция

В соответствии с концепцией компании Pepperl+Fuchs важными критериями при разработке систем RFID являются возможность их многоцелевого использования и длительный срок работы. В компании P+F сообщают, что ее система Ident Control поддерживает открытые промышленные стандарты связи и имеет интерфейсный модуль, позволяющий внедрять любую доступную технологию, основанную на применении RFID, без доработки программного обеспечения системы управления на уровне пользователя. Для систем с полузамкнутыми и разомкнутыми контурами управления в процесс слежения интегрируются ручные считыватели.

В P+F утверждают, что метки RFID подходят для применения в жестких условиях, например, в автомобильной промышленности (см. фото). Данные с метки, установленной на капоте автомобиля, считываются и записываются в считыватель, расположенный вблизи сборочной линии, и отображаются на проекционном компьютерном экране. Использование диапазона ISM (для промышленного, научного и медицинского оборудования) на частоте 2,45 ГГц позволяет применять метки RFID по всему миру без лицензии, при этом они имеют области считывания без «мертвых» зон.

Установка в цехе аппаратуры RFID снижает расходы и позволяет обслуживающему персоналу использовать в интерфейсе систем RFID средства диагностики (светодиодные индикаторы, ЖК-дисплеи и функциональные клавиатуры), – сообщают в P+F.

Проверка изделий и безопасность

Использование некондиционных запасных частей в производстве остается сложной проблемой. Для решения данной проблемы метки RFID встраиваются в элементы машин или в расходуемые промышленные изделия, чтобы обеспечить их надлежащее использование и потенциально повысить безопасность систем, – сообщает Марти Пэйн, представитель компании SkyeTek, провайдера систем для компаний, осуществляющих поиск оптимального применения RFID в производственных линиях или при выполнении иных задач.

«Контрафактные изделия ежегодно наносят производителю ущерб в миллиарды долларов, в то время как встроенные RFID обеспечивают простое решение этой распространенной проблемы, – отмечает Пэйн. – Путем автоматизации промышленных процессов RFID обеспечивают экономичное решение проблемы с подделками, а также проблем, связанных с неправомочным использованием непатентованных изделий и суррогатов».

Пэйн также сообщает, что в таких отраслях, как производство оборудования и механизмов, радиочастотная идентификация обеспечивает защиту репутации производителей и исключает прибыли фальсификаторов. «Производитель, тип и время выпуска детали или расходуемого изделия имеют весьма большое значение для обеспечения надежности и производительности установки.Таким образом, если используются несоответствующие запасные части или расходные материалы, то это, скорее всего, отрицательно повлияет на репутацию марки производителя и лояльность заказчиков».

«В равной степени важно, – поясняет Пэйн, что RFID защищают рентабельность вложений в расходуемые изделия. Встроенные RFID, как правило, стоят от 10 до 30 центов и кодируются по «цифровому отпечатку пальца», используют новейшие средства криптографии и уникально идентифицируют изделие или расходные материалы», – сообщает он. Внедрение такой технологии предотвращает использование неразрешенных расходных материалов.