Real-Time-Location-Systeme: Automatisierung basiert fast immer auf Positionsdaten in Echtzeit

Eine wichtige Voraussetzung dafür ist, dass die Standorte von Objekten immer wieder in Echtzeit erfasst und verarbeitet werden. Dafür benötigt die Lösung ein Real-Time-Location-System (RTLS), das auf einem funkbasierten Sensornetz basiert.

Was macht ein Real-Time-Location-System?

Ein RTLS bestimmt über sein Sensornetz Lage und Aufenthalt von Objekten und verknüpft diese Informationen mit der zugehörigen Identität. Die Software sammelt und verwaltet diese Informationen, kann vorab definierte Ereignisse erkennen, Warnmeldungen ausgeben und Aktionen initiieren. Dazu stellt sie diese Daten jeweils spezifisch aufbereitet anderen Unternehmensanwendungen, Partnern oder Kunden zur Verfügung.

Vielfältige Einsatzszenarien

Auf diese Weise ermöglicht ein RTLS vielfältige Automatisierungsprozesse, sei es in der Fertigung, für das Inventarmanagement, in der Gebäudeautomation, in der Warenlogistik oder beim Fuhrparkmanagement. Ein RTLS auf 5G-Basis lotst zum Beispiel fahrerlose Transportfahrzeuge auf einem Campusgelände zielsicher und kollisionsfrei an ihren Bestimmungsort. Ein Inventarmanagementsystem benötigt ein RTLS, wenn bewegte Assets per Mausklick auffindbar sein sollen. Die Ausprägung eines RTLS hängt dabei von den Bedingungen vor Ort und den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Um Objekte zum Beispiel während eines Transports nachverfolgen zu können, reicht oft eine stündliche Aktualisierung. Bei fahrerlosen Transportfahrzeugen dagegen können Sekundenbruchteile darüber entscheiden, ob es zu einer Kollision kommt oder nicht.

Grundlegende RTLS-Anwendung: Identifizierung an einem Punkt

Bei zahlreichen Anwendungen reicht eine automatische Identifizierung an einem bestimmten Punkt. In vielen Fällen wird das über Toranwendungen gelöst mit RFID (Radio Frequency Identification) als Auto-ID-Verfahren. Denn bei RFID erfolgt der Lesevorgang automatisch, und zwar sogar im Pulk bei hoher Geschwindigkeit. Das Lesegerät erfasst gleichzeitig die Informationen aller RFID-Tags in seinem Sendebereich. Bei klassischen Auto-ID-Technologien wie Barcodes oder Magnetstreifen muss eine Person die Objekte per Hand scannen. 

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Wichtige Aspekte für die Auswahl der RTLS-Technik

Da RTLS immer für die jeweilige Anwendung ausgelegt sind, sollten Sie bei der Auswahl des passenden Systems folgende Aspekte berücksichtigen: 

• Reichweite: In welchem Radius befinden sich die Objekte?
• Störfestigkeit: Wie wirken sich äußere Störungen auf Zeit, Winkel und Signal aus?
• Präzision: Wie genau muss ein Objekt lokalisiert werden?
• Intervall: Wie häufig ist eine Aktualisierung der Position erforderlich?
• Infrastruktur: Welche Funknetze werden bereits genutzt (RFID, WLAN, 5G)? Sind Reichweiten außerhalb des Campus erforderlich (Mobilfunk/Satellit)? Wie komplex und umfangreich wird die Infrastruktur für die geplante Anwendung?
• Bereitstellung: Welche Komponenten kommen zum Einsatz? Reicht die vorhandene Verkabelung aus? Welche Empfänger, Antennen, Tags und Apps sind dafür nötig?
• Batterie-/Akkulebensdauer: Ist ein tägliches Aufladen möglich? Sollen die Tags möglichst wartungsfrei sein und nur alle paar Jahre ausgewechselt werden?
• Interoperabilität: Funktionieren Tags, Lesegerät/Empfänger über die RTLS-Software reibungslos miteinander?
• Kosten: Wie teuer darf die Lösung sein? Was kosten die Tags, die dafür nötige Infrastruktur, Bereitstellung und Wartung?

Die verschiedenen Funktechniken für RTLS

Häufig basieren RTLS-Lösungen im Unternehmensumfeld auf RFID oder WLAN. GPS eignet sich für weiträumiges Tracking zum Beispiel auf einem Flughafengelände. Smartphones und andere Geräte mit Bluetooth-Low-Energie-Komponenten lassen sich über Bluetooth Beacons auf kurze Distanz orten. Darüber hinaus erobern gerade Techniken wie 5G und Ultrabreitband (UWB) den RTLS-Markt. Letzteres nutzt Apple zum Beispiel für seine iTags. 

Passives RFID als Auto-ID-Verfahren eines RTLS

Bei passiven RFID-Lösungen besitzen die Tags keine Energiequelle und sind als Etiketten (sogenannte Smart Labels) erhältlich. Sie fallen klein aus, kosten wenig und halten in der Regel etwa 20 Jahre. Sie reflektieren und modulieren nur die Signale des Lesegeräts. Die Energie zur Versorgung der dafür notwendigen integrierten Schaltkreise stammt aus dem elektromagnetischen Feld des Lesegeräts. Die Tags können zwar nur wenige Informationen aufnehmen, sind aber eindeutig identifizierbar. Zu den typischen Anwendungen zählen RTLS-Tor-Anwendungen per Auto-ID-Verfahren. Auch hier hängen die Anforderungen von den konkreten Gegebenheiten ab: Wenn das RTLS lediglich ein Objekt in einem bestimmten Bereich identifizieren soll, um es an das Warenwirtschaftssystem zu melden, benötigt es keine besonders zeitkritische oder präzise Lokalisierung. In Fertigungsanlagen ist die genaue Lokalisierung eines Objekts in Echtzeit kritischer und kann bei Störungen zu Ausschuss führen. 

Für ein RTLS, das eine hohe Lokalisierungsgenauigkeit und schnelle Reaktionszeiten in Echtzeit erfordert, sollte das System hohe Frequenzen beherrschen (868 Megahertz in Europa). Die Reichweite beträgt dann bis zu sechs Meter. RFID-Etiketten kommen in zahlreichen Branchen für die Kennzeichnung von Produkten und Bauteilen zum Einsatz.

RFID für ein komplexes RTLS und mehr Reichweite

Erfordert eine Anwendung größere Reichweiten oder sollen neben der Identifizierung automatisch Aktionen ausgelöst werden, bieten sich semipassive RFID-Tags an. Sie besitzen eine Batterie, die den Chip versorgt, und erlauben Reichweiten bis 20 Meter. Bei 868 Megahertz sind bis zu 100 Meter möglich. Die Kommunikation erfolgt weiterhin über die Funkwellen des Lesegeräts. Die integrierte Batterie dient zudem dazu, einen RFID-Sensor und einen Datenspeicher zu versorgen. Sensoren können so zum Beispiel ihre Konfigurationsdaten und Messwerte auf dem RFID-Tag speichern, ändern und berührungslos auslesen. Ein RFID-Tag mit Temperatursensor eignet sich etwa zur Überwachung von temperaturempfindlichen Lebensmitteln. Für Fahrzeuganwendungen wie Mautstationen gibt es Systeme, die im Gigahertz-Bereich arbeiten, um die Daten auch bei hohen Geschwindigkeiten noch auslesen zu können.
Darüber hinaus existieren erheblich teurere aktive RFID-Tags mit integrierter Batterie und Sendeantenne, um beispielsweise Paletten und Container zu überwachen und nachzuverfolgen. Die Reichweite kann – je nach zulässiger Sendeleistung – Kilometer betragen.

Fazit

Zahlreiche Unternehmen nutzen heutzutage ein RTLS für ihr Warenwirtschaftssystem, die Inventarisierung, die Fertigung und Logistik. In vielen Fällen basieren diese RTLS-Lösungen auf einer Identifizierung per RFID oder einem anderen Auto-ID-Verfahren. Wir unterstützen Sie bei der Auswahl der passenden Technologie und liefern Ihnen die passende Drucklösung für die Etiketten.

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