English China

RFID im Treibhaus Auch in tropischer Umgebung Pflanzen Dank RFID sicher identifizieren

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Um Versuchspflanzen in der schwierigen Umgebung eines Treibhauses automatisch untersuchen und zweifelsfrei wiederzuerkennen, sind robuste Lösungen gefragt. LemnaTec entwickelt Applikationen für die automatische Analyse biologischer Systeme und setzt dafür ein RFID-System des Sensorspezialisten Balluff ein.

Firmen zum Thema

Die Pflanzen werden im Treibhaus einzeln auf speziellen Werkstückträgern nicht nur einzeln gelagert, sondern auch mittels eines industriellen Fördersystems von ihrem Lagerplatz in regelmäßigen Abständen zur Bewässerung und zur Bewertung transportiert.
Die Pflanzen werden im Treibhaus einzeln auf speziellen Werkstückträgern nicht nur einzeln gelagert, sondern auch mittels eines industriellen Fördersystems von ihrem Lagerplatz in regelmäßigen Abständen zur Bewässerung und zur Bewertung transportiert.
( Archiv: Vogel Business Media )

Längst haben Identifikationsverfahren wie etwa Barcodes oder aufgedruckte RFID-Tags in der modernen Analytik Einzug gehalten. Überall dort, wo Proben in immer kürzeren Zyklen bei steigenden Losgrößen eindeutig erkannt und zugeordnet werden müssen, sind sie das Mittel der Wahl und aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Anders sieht dies in einer Umgebung aus, die durch hohe Luftfeuchtigkeit, Schmutz und Wasser geprägt ist.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Die Würselener LemnaTec hat sich deshalb für ihre neue Phänotypisierungsplattform Scanalyzer 3D für ein industrietaugliches RFID-System von Balluff aus Neuhausen a. d. Fildern entschieden. Mit der neuen Anlage zum Langzeitmonitoring werden das Wachstum und die Morphologie der Pflanzen direkt im Treibhaus mittels spezieller 3D-Kamerasysteme kontinuierlich untersucht. Ermittelt werden Sprosshöhe, Wuchsform, Länge und Dicke der Blätter aber auch verschiedene physiologische Parameter wie Wasser- und Chlorophyllgehalt. Im Einsatz sind die Systeme mittlerweile weltweit, beispielsweise bei mehreren Pflanzenzüchtern für Studien mit einem Umfang von bis zu tausend Pflanzen.

Solche Studien manuell durchzuführen, ist nach den Erfahrungen von Dirk Vandenhirtz, Geschäftsführer von LemnaTec, zeitlich und finanziell nicht zu bewerkstelligen: „Bei einem Zeitaufwand von 10 Minuten pro Pflanze und Tag, die sich aus der gärtnerischen Arbeit und dem Monitoring der Pflanze ergibt, müssten die Kosten geradezu explodieren.“

Denn jede Pflanze muss man jederzeit eindeutig identifizieren können. Nur so lässt sich eine Inventarliste führen, aus der jederzeit hervorgeht, wo und in welchem Zustand sich jede Pflanze aktuell befindet. „Zuerst haben wir versucht, dies über Barcode zu realisieren. Wasser und Schmutz haben jedoch schnell zu großen Lese-Ungenauigkeiten geführt. Selbst aufgedruckte RFID-Tags konnten den schwierigen Umgebungsbedingungen eines Treibhauses nicht lange standhalten. Und so haben wir uns auf die Suche nach einem industrietauglichen RFID System begeben“, schildert Dirk Vandenhirtz.

Robustes RFID-System

Anforderungen waren ein nicht proprietäres Identifikationssystem in 13,56 MHz-Technologie mit Ethernet-Schnittstelle sowie unbedruckte Datenträger, die durch ein Handheld-Terminal mit Barcodeleser und WLAN einfach zu bearbeiten und darüber hinaus auch einfach zu befestigen sind.

Nach umfangreichem Test mit verschiedenen marktgängigen Systemen wählte LemnaTec für seine Phänotypisierungsplattform das RFID-System BIS M von Balluff aus. Die Qualität des Gesamtpakets, bestehend aus Beratung und Technik, hatte nach Aussage des LemnaTec Geschäftsführers dafür den Ausschlag gegeben.

Ausgelegt ist das Identifikationssystem für das schwierige Umfeld der Automation, wo es bereits seit Jahren im Praxiseinsatz ist. Es widersteht selbst hohen Langzeit-Belastungen mit Schleifstaub, Schmier- und Kühlmitteln sowie hohen Vibrationsbelastungen. Damit erfüllt es alle Voraussetzungen, um auch in der schwierigen Umgebung eines Treibhauses bestehen zu können. Mittlerweile laufen drei Anlagen in Deutschland, USA, Australien, Italien Holland und Japan erfolgreich. Ein weiteres großes Treibhaus mit 50 Schreib-Lesestellen und 5.000 Datenträgern befindet sich derzeit in Australien im Aufbau.

Miniaturdatenträger erfassen präzise die Identität

Kern der Balluff RFID-Systeme BIS M sind runde, eingekapselte Miniaturdatenträger in der Schutzart IP67, die bei den Anlagen von LemnaTec an definierter Stelle an den Werkstückträgern angebracht sind. Auf diesen werden die Pflanzen innerhalb der Treibhäuser nicht nur einzeln gelagert, sondern auch mittels eines industriellen Fördersystems von ihrem Lagerplatz in regelmäßigen Abständen zur Bewässerung und zur Bewertung durch 3D-Kamerasysteme in Untersuchungskammern transportiert. Schreib-Leseköpfe an allen relevanten Stellen, beispielsweise an den Weichen des Transportsystems und in den Untersuchungskammern, erfassen präzise deren Identität, um anschließend auch spezifische Prozessinformationen auf dem Tag zu hinterlegen.

Neben den äußerst robusten Datenträgern, den Transpondern, kommen noch ein oder mehrere Schreib-/Leseköpfe und eine Auswerteeinheit hinzu, die die Daten an die Steuerungsebene weiterleitet. Daten und Energie, die der Transponder benötigt, werden dazu induktiv vom Schreib-/Lesekopf eingekoppelt, was eine separate Spannungsversorgung, wie z.B eine Batterie, überflüssig macht. In den BIS Datenträgern ist die Elektronik, die im Wesentlichen aus einer Spule und einer Steuerlogik sowie einem EEPROM-Speicherelement besteht, sicher eingekapselt.

Reproduzierbare und fehlerfreie Kommunikation

Der Datenaustausch zwischen Schreib-/Lesekopf und Transponder erfolgt berührungslos und damit verschleißfrei und je nach Ausführung nicht nur im statischen, sondern auch dynamischen Betrieb. Der induktive Datenträger empfängt dazu das 13,56 MHz-Energiesignal des Schreib-/Lesekopfes, baut daraus seine Versorgungsspannung auf und sendet danach seine Daten in Richtung der Schreib-/ Leseköpfe. Dabei ist die Pulse-Code-Modulation äußerst unempfindlich gegenüber Störungen und gewährleistet eine reproduzierbare, fehlerfreie Kommunikation.

LemnaTec nutzt kreisrunde Datenträger (BIS M-101-01/L) mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Bauhöhe von 1,6 mm. Die nur 1,6 g leichten Tags sind fest an jeden Werkstückträger geklebt oder geschraubt und bieten eine nutzbare Speicherkapazität von 752 Byte. Zusätzlich hinterlegt ist noch eine 4 Byte große Identnummer (unique ID), die nur einmal vergeben wird und der Rückverfolgbarkeit dient.

Weltweite Fernwartung einfach per Ethernet

Als Auswerteeinheit kommen BIS M-407 mit Ethernet TCP/IP-Schnittstelle zum Einsatz. So lässt sich das System quasi per Plug and Play problemlos in die entsprechende Umgebung integrieren, ohne dafür separate Netzwerke aufzubauen. Unter anderem lässt es sich so an jedem Office- oder Industrie-PC anschließen. Anwender können dann direkt auf Ethernet–Basis arbeiten oder über einen so genannten Com-Port Redirector (Treiber Software) ihre RS232-Schnittstelle nutzen.

„Für die Vernetzung per Ethernet-Protokoll haben wir uns entschieden“, so Dirk Vandenhirtz, „weil sich über das offene und sehr sichere Protokoll am einfachsten eine weltweite Fernwartung realisieren lässt. Wir können uns also hier von Würselen aus ganz einfach einwählen und im seltenen Falle einer Störung alles bis zum kleinsten Sensor hin sofort überprüfen.“

Die Phänotypisierungsplattform arbeitet sehr wirtschaftlich. Sie kennt keine Ermüdungserscheinungen und arbeitet damit nahezu fehlerfrei rund um die Uhr. Spielend bewältigt das System die Datenflut von mehreren Terrabyte pro Studie. Alle relevanten Daten werden bei der Messung kontinuierlich erfasst, in einer mathematischen Beschreibung zusammengefasst und auf einem Serversystem abgespeichert.

(ID:382365)