MOGELIJKHEDEN RFID IN PRODUCTIEOMGEVING
HF- en UHF-frequentiebereik voortaan te combineren
RFID (Radio Frequency Identification) is een technologie waarmee voorwerpen, dieren of personen draadloos en automatisch te identificeren zijn via datadragers of tags, die door antennes worden gelezen. Via die tags is het ook mogelijk om data draadloos over te dragen via het activeren van een antenne. De basistechnologie van RFID bestaat al meerdere decennia en wordt vandaag in tal van sectoren en toepassingen ingezet. Meer nog, ze wordt steeds efficiënter, waardoor het toepassingsbereik uitbreidt.
VAN WARENHUIZEN TOT DE INDUSTRIE
RFID of Radio Frequency Identification is een technologie om vanop afstand data te lezen en/of te schrijven. RFID kent zijn oorsprong en eerste toepassingen in de Tweede Wereldoorlog, waar het werd gebruikt voor de identificatie van vliegtuigen. RFID zoals we die vandaag kennen, wordt al decennialang vooral toegepast als antidiefstalsysteem. RFID maakt het immers mogelijk om niet-betaalde of niet-geconfirmeerde goederen in winkels of warenhuizen te detecteren. Ook in de industrie biedt de technologie vele mogelijkheden. Vooral bij supplychaintoepassingen is dit een vaak gebruikt item. Hiermee valt de goederenflow in een productieproces of magazijn namelijk perfect te monitoren. Door het toenemende aanbod van producten op maat van de klant biedt RFID in (industriële) productieprocessen ook een volledige transparantie, wat fouten helpt te vermijden en een tijdwinst betekent. De automobielindustrie is hierbij het meest voor de hand liggende voorbeeld, want iedereen wil toch een wagen met zijn persoonlijke uitrusting …
WERKING
Een RFID-systeem bestaat uit een identificatieunit (ook transponder, datadrager of tag genoemd) en een antenne, al dan niet uitgerust met een reader. Een verwerkingseenheid (PLC of pc) staat in voor de communicatie met bijvoorbeeld een ERP-systeem.
Tag
Een tag dient voor de opslag van data. Belangrijk om weten is dat iedere tag unieke informatie bevat. Tags zijn beschikbaar in talrijke bouwvormen. Zo bestaan er tags die lijken op een bankkaart, maar er zijn evenzeer kleine tags die verwerkt zitten in een palet of doos. We onderscheiden ook nog actieve, semi-actieve en passieve tags. Een actieve tag is uitgerust met een batterij, een passieve tag niet. Doel van deze batterij is het versterken of vergroten van het leesbereik voor de lezer. Een semiactieve tag beschikt over een batterij die instaat voor de voeding van de aangesloten sensoren.
Er zijn herschrijfbare en niet-herschrijfbare tags op de markt. Bij herschrijfbare tags kan de data die de tag bevat steeds worden herschreven. Dat kan manueel, via een computer, gebeuren, of er kan een automatische wijziging zijn nadat een lezer de tag heeft gedetecteerd. Bij de keuze van het type tag is het dus belangrijk om goed te weten waarvoor de tag precies zal dienen. Bij de niet-herschrijfbare tags wordt er gemikt op eenmalig gebruik. Ze staan dan ook bekend als 'wegwerptags'. Na het gebruik van zo'n tag wordt ze onbruikbaar gemaakt om bijkomende beveiligingstoepassingen niet te laten alarmeren. Dit 'killing of the tag' gebeurt door de tag aan een te hoog elektromagnetisch veld bloot te stellen. Die 'overpowering' vernielt de tag, waardoor die ongemerkt de verdere beveiligingspoorten zal kunnen passeren, zonder het alarm te gaan activeren.
Afhankelijk van de gekozen frequentieband is een bepaalde tagtechnologie toe te passen. Een tag voor HF is niet bruikbaar voor een UHF-lezer en vice versa. De keuze van de tag hangt ook af van de toepassing en het materiaal waarop de tag komt. Tests helpen de maximale prestaties te garanderen. Voor uitzonderlijke of extreme toepassingen zijn geavanceerde tests mogelijk door gespecialiseerde labo's, om zo tot optimale performances te komen.
Reader
De RFID-reader (RFID-lezer) kan tags detecteren en de informatie die erin is opgeslagen lezen en/of bewerken. Het apparaat is te sturen via verschillende mogelijke externe inputs (PLC, Trigger, sensoren ...). Een geactiveerde RFID-lezer creëert een energieveld, waarbinnen het systeem elke tag die er voorbijkomt kan lezen. Als binnen het bereik van de RFID-reader verschillende tags aanwezig zijn, zal die deze allemaal capteren. Aan de hand van een algoritme zal de reader de leesvolgorde bepalen. In de ontwerpfase is het belangrijk om het aantal tags en de duurtijd voor het lezen in kaart te brengen.
FREQUENTIES
Bereik
Een RFID-systeem kan operationeel zijn in verschillende frequentiebereiken:
- LF - Low Frequency (128 kHz): hoofdza-kelijk voor toepassingen waarbij zich een vloeistof bevindt tussen de tag en de reader;
- HF - High Frequency (13,56 MHz): voornamelijk voor applicaties met een grotere schrijf-/leesafstand (tot circa1 m), inventarisatie van grotere datahoeveelheden mogelijk. De HF-technologie zal sneller
- data verwerken en is minder gevoelig voor externe storingen - en dus heel betrouwbaar;
- UHF - Ultra-High Frequency (865 - 868 MHz): voornamelijk bij toepassingen met een grotere reikwijdte.
Het is belangrijk om op te merken dat er binnen het UHF-bereik verschillende frequenties bestaan die wereldwijd zijn vastgelegd. In België gebruikt men altijd 865 - 868 MHz, maar in Amerika is dit bijvoorbeeld 902 - 928 MHz. Afhankelijk van het frequentiebereik wordt een bepaald bereik geoptimaliseerd. Bij een internationale toepassing moeten deze frequenties gerespecteerd worden. Er zijn transponders beschikbaar die de beide frequenties ondersteunen. De zogeheten 'hybride tags' maken gebruik van beide technologieën, waardoor zowel HF- als UHF-readers die kunnen lezen en/of beschrijven.
Normen
Afhankelijk van de frequentie zijn een aantal normen van toepassing. UHF werkt volgens de internationale standaard ISO 180006-C GEN2. Voor HF-tags zijn er afhankelijk van de toepassing verschillende normen mogelijk. De meest courante zijn ISO15693, een standaard die bedoeld is voor supplychaintoepassingen, en ISO14443 A en B, voornamelijk gebruikt in de securitysector.
Werking
Een tag voor HF werkt volgens het inductief principe, waarbij het magnetische veld de energie- en dataoverdracht verzorgt. Een tag voor UHF-toepassingen daarentegen werkt met radiogolven. Daarbij wordt meestal gebruikgemaakt van een dipoolantenne: twee van elkaar weg gepositioneerde antennes.
Keuzecriteria
De keuze voor een HF- of UHF-systeem hangt af van een aantal parameters die goed gekend moeten zijn voor de plaatsing van het RFID- systeem:
- aantal te inventariseren (capteren en uitlezen) tags;
- te verwerken datahoeveelheid;
- passagesnelheid of snelheid waarmee de tag aan de lezer voorbijkomt;
- schrijf-/leesafstand tussen tag en reader - kan variëren van 8 mm tot 1 m (HF) of tot circa 5 m (UHF passief) of zelfs circa 100 m (UHF actief);
- afstand tussen de onderlinge tags;
- materiaal waarop de tags worden aangebracht.
LEESBAARHEID TAGS
Een RFID-lezer zal de tags lezen die zichin zijn detectieveld bevinden. De invloed van de rotatie of oriëntatie van de tag kan echter de leesbaarheid beïnvloeden, ook al verloopt deze 100% draadloos. Een HF-RFID-tag is 100% goed te lezen in een parallelle positie ten opzichte van de lezer. Bij een verdraaiing van 90° is de connectie echter volledig verdwenen in een bepaalde zone. Een UHF-tag is perfect te lezen als de zogeheten polarisatiekeuze in de antenne optimaal is afgesteld op de tag. De UHF-antenne beschikt over horizontale, verticale of circulaire polarisatie. Dit betreft de vorm van het stralingsveld. Om de connectiviteit te verhogen - wanneer de verdraaiingshoek vooraf niet gekend is - kunnen zogeheten 3D-tags soelaas bieden. In vele applicaties waar tags in diverse hoeken zijn geplaatst, kan het gebruik van meerdere lezers eventuele verbindingsverliezen opvangen. Zo is iedere tag op iedere positie te detecteren, en zijn data te lezen en eventueel aan te passen.
EXTERNE KOPPELINGEN
Merken we tot slot nog op dat een RFID-systeem te verbinden is met een database waarin de gelezen gegevens dan worden verwerkt. Ook is de reader te koppelen aan een gateway die zorgt voor de aansturing van I/O's van bijvoorbeeld sensoren of andere actuatoren. De aansturing van de gateway- aangesloten op verschillende veldbussen - zorgt ervoor dat het RFID-systeem vlot inzetbaar is. Via een PLC of pc kan de data uiteindelijk communiceren met het ERP-systeem.
RFID IN EXTREME OMGEVINGEN
ATEX-zones
Bij plaatsing van een RFID-installatie in een EX-zone moet rekening worden gehouden met een aantal bijkomende factoren. Doordat RFID gebruikmaakt van een elektromagnetisch veld moet de lezer niet visueel zichtbaar zijn om tags te detecteren. De lezer is daarom perfect in een EX-gecertificeerde box te plaatsen, wat een eventuele explosie helpt te vermijden. Voor toepassingen in de EX-zone zijn ook diverse (passieve) EX-tags beschikbaar, onderworpen aan verschillende labotesten.
IP69K
Voor de voedingsindustrie bestaan strenge normen inzake hygiëne. Componenten van een RFID-systeem moeten bijgevolg waterdicht zijn en bestand tegen hogedrukreiniging, detergenten … (IP69K).
