|
Identificatiesystemen
Gegevensdragers in weer en wind
version française
Identificatiesystemen zijn bijzonder interessant voor de
automatiseringswereld. Desalniettemin lopen de innovaties op gebied van
bedienfilosofie van het uitleestoestel en met betrekking tot de modulaire
oplossingen voor verbinding met een bovenliggend bussysteem niet altijd
van een leien dakje. Toch zegt men bij een aantal fabrikanten hier in een
aantal gevallen een pasklare oplossing voor te hebben. Een toelichting.
In Europa kan men vandaag de dag het gebruik van frequentiebanden voor
industriële identificatiesystemen herleiden tot een drietal frequenties,
namelijk 125kHz, 13,56MHz en 2,45GHz. Toch zijn deze frequenties niet
exclusief voor de identificatietechniek gereserveerd, want in de USA
bijvoorbeeld opteert men voor de 900MHz-band in plaats van de 2,45GHz.
Ongeacht deze verscheidenheid, merken we toch dat industriële
identificatiesystemen voor zeer veel toepassingen gebruikt kunnen worden
en moeten daarom ook aan verschillende toepassingsafhankelijke eisen
voldoen.
Zo worden er bijvoorbeeld identificatiesystemen gebruikt bij
transportsystemen om producten op het transportsysteem te herkennen, om
wissels te schakelen en de verplaatsingssnelheid te sturen. Dergelijke
toepassing vereist dikwijls dat de uitlezing van de gegevensdrager
dynamisch moet gebeuren, om te vermijden dat hiervoor de doorlooptijden
negatief beïnvloed zouden worden. Typische snelheden liggen hier om en bij
de 1 tot 3 meter per seconde.
Fix- of variabele code
Vele toepassingen zijn “Fix-code”-toepassingen hetgeen er op neerkomt dat
de gegevensdrager eenmalig beschreven wordt. In dit geval wordt de unieke
code meestal door de fabrikant ingesteld en wordt deze alleen nog maar
uitgelezen. Dit heeft tot gevolg dat er goedkopere datablokken ingezet
kunnen worden, waarbij de uitleestijden zeer kort gehouden worden door het
uitlezen van maar een beperkt aantal gegevens.
Andere, soms complexere processen vereisen dan weer dat de datablokken
kunnen voorzien worden van productiegegevens om bijvoorbeeld de test- en
of tolerantiewaardes van het product te kunnen meegeven. Op die manier kan
men zeer gedetailleerd opvolgen welke productiestappen een product
doorlopen heeft en welke specifieke eigenschappen daaruit resulteren.
Hiertoe worden in de regel gegevensdragers van minder dan 1kBit gebruikt,
om toch nog de gegevensoverdrachtsnelheid te kunnen garanderen. De
schrijf-/leeskop en in het bijzonder de datablok, doorlopen samen met het
product natuurlijk het volledige productieproces en worden dus aan de
verschillende omgevingstoestanden blootgesteld. Dit kunnen zowel
mechanische invloeden in de vorm van trillingen of stoten zijn, evenals
wisselende en of hoge temperaturen, chemische stoffen of andere nefaste
omstandigheden, die allen getrotseerd dienen te worden door het
identificatiesysteem. Bij het ontwerp van een identificatiesysteem is het
bovenliggende bussysteem meestal al aanwezig of al een uitgemaakte zaak.
Dit brengt met zich mee dat het voor een identificatiesysteem een
basisvereiste is om met de verschillende gangbare bussystemen een
betrouwbare communicatie te kunnen opzetten.
Frequentiegebieden
Om de gegevens en energie over te dragen wordt het principe van inductie
(bij 125kHz en 13,56 MHz) evenals het principe van microgolven (bij
2,45GHz) toegepast. Beide overbrengingsvormen karakteriseren ook de
indeling van het systeem in “inductieve” en “microgolf”-systemen. Bij
inductieve systemen moet de gegevensdrager zich voor het schrijven en
lezen in de directe nabijheid van de lees-/schrijfkop bevinden. De voor de
datablok benodigde energie wordt in de regel dan door directe inductieve
wisselwerking uit de antenne ontnomen. Bij microgolven daarentegen kan de
gegevensuitwisseling van op verdere afstand van de antenne gebeuren,
waarbij de elektromagnetische golven door de antenne afgegeven worden en
door de datadrager ontvangen en gemoduleerd worden zodat een
gegevensuitwisseling kan plaatsgrijpen. De hiervoor noodzakelijke energie
wordt in de meeste gevallen geput uit een in de datablok voorziene
batterij. Bij de 125kHz systemen is de standaardisering zeer ver
gevorderd, waardoor er zich op de markt meerdere fabrikanten hebben
geposteerd voor dit gamma van producten. Voor de klant leidt dit
natuurlijk naar een verhoogde vorm van flexibiliteit. Gebaseerd op deze
“de facto”-standaard is het vandaag de dag mogelijk om inductieve
identificatiesystemen in verschillende en uiteenlopende productieprocessen
en in materiaal- en gegevensflow-processen zoals in magazijnen, in te
zetten om het overzicht en respectievelijk de eenduidige sequentie van de
processen beter te kunnen opvolgen. De gegevensdrager of ook wel
transponder genoemd is in tegenstelling tot de barcodes van een robuustere
aard, ongevoelig voor vervuiling, langlevend, bedrijfszekerder en biedt
schrijf- en leesfunctionaliteit ook door niet gemetalliseerde stoffen.
Stand van zaken
Dikwijls worden identificatiesystemen aangeboden die voor de inbedrijfname
of voor aanpassing van instellingen een pc-verbinding of
programmeerapparaat vereisen. Dit leidt er natuurlijk toe dat de gewenste
aanpassing enkel door een hooggekwalificeerd persoon, een dure
servicetechnieker, uitgevoerd dient te worden. Een aanduiding in de vorm
van een LED op de leeskop is meestal het enige dat men kan zien, met enkel
de boodschap of er spanning aanwezig is of dat de leeskop actief is. Op
gebied van gegevensdragers zijn er natuurlijk meerdere leveranciers te
vinden, waaronder onder andere Baumer, Euchner, Siemens en Pepperl+Fuchs.
Deze laatste heeft een pallet aan bouwvormen die deels ook bondig in
metaal inbouwbaar zijn. De intelligente, over microcontroller gestuurde
leeskop staat in twee cilindrische bouwvormen (M18 en M30) evenals in twee
blokvormige bouwvormen met afmetingen van 40x40x55mm, respectievelijk
80x80x60mm ter beschikking. Te samen met de gewenste
gegevensopslagcapaciteit kunnen leesafstanden van ongeveer 100mm bereikt
worden. De verbinding van de leeskop met de uitleeseenheid gebeurt via een
M12 verbindingsdoos met afgeschermde kabel. De uitleeseenheid voor de
schakelkast wordt zeer eenvoudig samen met de interfacemodule op een
DIN-rail geklikt. Voor de verschillende bussystemen staan verschillende
interfacemodules ter beschikking. Alle schakelkastmodules zijn voorzien
van gecodeerde en afneembare klemmen, waarbij de klemmen voor de
spanningvoorziening uit veiligheidsoverweging van een andere, opvallende
kleur zijn voorzien. Daarnaast zijn er nog veldmodules in IP65 in het
gamma aanwezig, waarbij de busaansluitingen mee in de behuizing van de
leeskop geïntegreerd zijn. Op basis van het modulaire concept zijn de
toestelletjes steekbaar en daarmee ook uitwisselbaar. Daar de
gegevensverwerking overwegend in de uitleeseenheid kan gebeuren, wordt de
rekenbelasting en de cyclustijd van de PLC niet beïnvloed.
Displays
Met de uitleesmodule IPI-4KED2-4H kan alle informatie over een tweelijnig
LC-display met bijkomstige pictogrammen voor de aangesloten leeskop
opgeroepen worden. Alle bevelen kunnen uit een menu gekozen en geactiveerd
worden. Daarmee is het systeem autonoom zonder dat er een pc of
programmeerapparaat aan te pas moet komen. In het hoofdmenu kunnen alle
module-instellingen weergegeven en veranderd worden en kunnen acties
getriggerd worden. Zodra een bevel uitgevoerd wordt, worden bijvoorbeeld
bij een leesbevel de bijhorende gegevens en de leeskopnummer op het
display voorgesteld. Met behulp van 3 toetsen (op, neer en return) kan men
menugestuurd alle instellingen en bevelen doorgeven. Desalniettemin kunnen
alle gegevens ook over een RS232 interface met een terminalprogramma op
een pc weergegeven en bestuurd worden.
Systèmes d’identification
Supports de données pour tout type d’environnement
Les systèmes d’identification sont particulièrement intéressants pour
le monde de l’automatisation. Cependant, les innovations relatives à la
philosophie de commande de l’appareil de lecture et à la modularité des
solutions de connexion aux bus de terrain sus-jacents ne se bousculent
pas. Pourtant, certains constructeurs prétendent disposer, dans certains
cas, d’une solution prête à l’emploi. Un petit mot d’explication.
Aujourd’hui, les systèmes d’identification industriels en Europe utilisent
trois bandes de fréquence, à savoir 125 kHz, 13,56 MHz et 2,45 GHz.
Pourtant, la technique d’identification n’utilise pas exclusivement ces
fréquences. Les Etats-Unis par exemple optent pour la bande de 900 MHz
plutôt que pour celle de 2,45 GHz. Malgré cette diversité, nous remarquons
quand même que les systèmes d’identification industriels peuvent être
utilisés à de nombreuses fins et doivent dès lors répondre à diverses
exigences en fonction de l’application.
Les systèmes d’identification utilisés sur les convoyeurs permettent par
exemple de reconnaître les produits présents sur le convoyeur, d’enclencher
les aiguillages et de contrôler la vitesse de déplacement. Une telle
application requiert souvent une lecture dynamique du support de données
afin d’éviter toute influence négative sur les temps de passage. Les
vitesses habituelles se situent entre 1 et 3 mètres par seconde.
Code fixe ou variable
De nombreuses applications sont de type ‘code fixe’. Ce code correspond à
une description unique du support de données. Le code unique est
généralement déterminé par le fabricant et ne doit qu’être lu. Il permet
une mise en œuvre de blocs de données moins coûteux et assure des temps
très courts grâce à la lecture d’un nombre de données restreint.
Pour d’autres processus parfois plus complexes, les blocs de données
doivent par contre stocker des données de production afin de pouvoir
rendre les valeurs de test ou de tolérance du produit par exemple. Les
étapes de production du produit peuvent alors être suivies de façon
détaillée et l’utilisateur connaît les caractéristiques spécifiques qui en
découlent. En règle générale, on utilise pour ces processus des supports
de données de moins de 1 kBit afin de pouvoir garantir la vitesse de
transfert des données. La tête de lecture/écriture et le bloc de données
en particulier parcourent le processus de production complet avec le
produit et sont donc exposés à divers types d’environnement. Le système d’identification
devra affronter tous ces environnements : influences mécaniques sous la
forme de vibrations ou de chocs, fluctuations de température et/ou
températures élevées, substances chimiques ou autres conditions néfastes.
Lors de l’implémentation d’un système d’identification, le bus de terrain
sus-jacent est généralement présent ou, du moins, déterminé. Il est donc
essentiel pour un système d’identification de pouvoir mettre sur pied une
communication fiable avec les différents bus de terrain habituels.
Domaines de fréquences
Le principe d’induction (à125kHz et 13,56 MHz) et le principe de
micro-ondes (à 2,45 GHz) sont tous deux appliqués pour le transfert de
données et d’énergie. Ces deux formes de transfert caractérisent aussi la
répartition des produits en systèmes inductifs et systèmes micro-ondes.
Afin de permettre la lecture et l’écriture, le support de données des
systèmes inductifs doit se trouver à proximité directe de la tête de
lecture/écriture. L’énergie nécessaire pour le bloc de données est en
général extraite de l’antenne par interaction inductive directe.
Dans le cas des micro-ondes par contre, l’échange de données peut se faire
à distance plus éloignée de l’antenne. Les ondes électromagnétiques sont
émises par l’antenne et réceptionnées et modulées par le support de
données afin de permettre un échange de données. L’énergie nécessaire est
généralement puisée dans la batterie présente dans le bloc de données.
La standardisation des systèmes à 125 kHz est très avancée. Plusieurs
constructeurs se sont dès lors positionnés sur le marché pour cette gamme
de produits. Cela se traduit naturellement par une flexibilité accrue en
faveur du client.
Grâce à ce standard ‘de fait’, il est désormais possible d’implémenter des
systèmes d’identification inductifs dans des processus de production
divers et divergents et dans des processus de flux de matériel et de
données comme les entrepôts, afin de mieux suivre l’ensemble et les
séquences univoques de ces processus. A l’inverse des codes-barres, le
support de données, également appelé transpondeur, est de nature plus
robuste, insensible à la pollution, durable et plus fiable. Il confère
même une fonctionnalité de lecture et d’écriture aux matières non
métalliques.
Bilan de la situation
Les systèmes d’identification proposés nécessitent souvent une connexion à
un PC ou à un appareil de programmation pour la mise en service ou la
modification des paramètres. De ce fait, toute adaptation du système
requiert l’intervention d’un personnel qualifié, d’un technicien coûteux.
Une indication sous forme de LED présentes sur la tête de lecture
constitue souvent la seule chose visible. Elle mentionne uniquement la
présence d’une tension ou le bon fonctionnement de la tête de lecture.
En matière de supports de données, il existe naturellement plusieurs
fournisseurs parmi lesquels Baumer, Euchner, Siemens et Pepperl+Fuchs. Ce
dernier propose plusieurs versions dont certaines peuvent aussi être
incorporées solidement dans du métal. La tête de lecture intelligente,
pilotée par microcontrôleur, existe en versions cylindriques (M18 et M30)
et sous forme de blocs de 40x40x55 mm ou 80x80x60 mm. Avec la capacité de
stockage de données souhaitée, il est possible d’atteindre des distances
de lecture d’environ 100 mm. La liaison de la tête de lecture avec l’unité
de lecture passe par une boîte de connexion M12 dotée d’un câble blindé.
L’unité de lecture est simplement montée sur rail DIN avec le module
d’interface dans l’armoire de distribution.
Il existe divers modules d’interface pour les différents bus de terrain.
Tous les modules destinés aux armoires de distribution sont dotés de
bornes amovibles et codées. Pour des raisons de sécurité, les bornes
destinées à l’alimentation électrique sont dotées d’une autre couleur
parfaitement reconnaissable.
La gamme comprend par ailleurs des modules de terrain IP65 dont les
connexions aux bus sont intégrées dans le boîtier de la tête de lecture.
Suivant le principe du concept modulaire, les appareils sont enfichables
et par conséquent échangeables. Puisque les données sont principalement
traitées dans l’unité de lecture, la charge de calcul et le temps de cycle
du PLC ne sont pas influencés.
Ecrans
A l’aide du module de lecture IPI-4KED2-4H, l’information peut être
appelée sur un afficheur LCD à deux lignes avec des pictogrammes pour la
tête de lecture raccordée. Toutes les commandes peuvent être choisies et
activées via un menu. Le système est dès lors autonome et ne requiert ni
PC ni outil de programmation. Tous les paramètres des modules peuvent être
affichés et modifiés via le menu principal. Il est également possible de
déclencher des actions. Dès l’exécution d’une commande, les données et le
numéro de la tête de lecture concernés par la commande de lecture sont
affichés à l’écran. A l’aide de trois touches (haut, bas et retour), tous
les réglages et commandes peuvent être transmis par menu. Toutes les
données peuvent également être affichées et pilotées sur un PC équipé d’un
programme terminal, au travers d’une interface RS-232.
|
