RFID OOK WAARDEVOLLE PARTNER IN AUTOMATISERINGSPROJECTEN

Applicaties met RFID

RFID is de afgelopen jaren aan een sterke opmars bezig. De technologie werd tot voor kort voornamelijk ingezet in logistieke processen, maar de tags hebben ook het potentieel om ingezet te worden in diverse andere applicaties. Zo kunnen ze in automatiseringsprocessen ook prima ingezet worden als gegevensdrager. In dit artikel geven we u een overzicht van enkele mogelijke toepassingen.

FRIEND OR FOE?

Vliegtuig op komst

De radartechnologie was toen al bekend bij de strijdende partijen, maar had haar beperkingen. Zo kon men enkel detecteren dat er 'een vliegtuig' op komst was, maar men wist niet of het een vijandelijk dan wel een eigen terugkerend toestel betrof. De Duitsers losten dit probleem op door hun piloten hun vliegtuigen te laten 'rollen' bij hun terugkeer. Dat resulteerde in een fluctuerende terugkaatsing van het radarsignaal. Dit was eigenlijk een heel primaire vorm van passieve RFID: de ontvanger stuurt enkel het ontvangen signaal in gewijzigde vorm terug. De Engelsen verfijnden dit door hun vliegtuigen te voorzien van een transmitter. Als die een radarsignaal oppikte, stuurde die zelf een signaal terug, waardoor de grondtroepen wisten dat het een eigen vliegtuig betrof. Dit was een eerste versie van wat later 'actieve RFID' genoemd zou worden. In de naoorlogse jaren werd de techniek verder verfijnd en kende ze voornamelijk succes in de veiligheids- en transportsector. Bekende applicaties werden onder andere beveiliging tegen winkeldiefstal en het automatisch openen van tolpoorten of slagbomen op de weg.

 

Uitgebreider dan streepjescode

De meer eenvoudige streepjescode kende evenwel een veel bredere toepassing, omdat de techniek uiteraard een stuk goedkoper is. Een streepjescode en een barcodelezer, meer is er niet nodig om dit systeem te gebruiken. RFID heeft echter het grote voordeel dat er geen visueel contact moet zijn tussen lezer en ontvanger.

In toepassingen in de logistiek of de automatisering kent de identificatie via streepjescodes toch enkele beperkingen. Met name de omstandigheden zijn meestal niet van die aard dat ze ideaal zijn voor oplossingen, gebaseerd op streepjescodes. Ook koude of vochtige omstandigheden resulteren in heel wat problemen voor identificatieoplossingen die vertrouwen op visueel contact. Bovendien kunnen de labels met streepjescode tijdens het transport van de goederen ook beschadigd raken, waardoor ze plaatselijk slechter leesbaar of zelfs volledig onleesbaar kunnen worden.

Aangezien RFID gebaseerd is op radiotechnologie, blijft het systeem ook in zeer koude omgevingen (bv. koude opslag) bijzonder goed werken. Optische systemen daarentegen kunnen meerdere objecten (bulkdetectie) met streepjescodes enkel detecteren met behulp van verschillende toestellen en heel wat tijd en inspanning, of zelfs helemaal niet.

 

TECHNIEK

Een RFID-systeem bestaat uit drie grote blokken: een transponder, een transceiver en een communicatiemodule.

Transponder

De transponder wordt in de praktijk meer aangeduid als 'tag' of 'label'. De tag bestaat uit een kleine antenne en een microchip. Die microchip bevat een EPC (Electronic Product Code), wat een unieke identificatienummer is, bestaande uit 96 of 240 bits. Die labels worden uitgebracht op een polymeerbasis. Voor toepassingen in moeilijke omstandigheden kunnen ze evengoed in een behuizing geplaatst worden. Tags kunnen zowel van het type passief als actief zijn.

Transceiver

Een transceiver of RFID-reader leest de informatie die door de tags via hun antenne teruggestuurd wordt. Dat gebeurt via een wereldwijd EPC-air interface protocol. Lezers kunnen zelf over een antenne beschikken of aangesloten worden op een externe antenne. Dat laatste wordt gedaan om een grotere flexibiliteit te verkrijgen. De werking is relatief eenvoudig: het uitgestuurde signaal van de lezer zorgt voor de activering van de voeding van de microchip op de tag. Die zal de opgeslagen EPC en de gewenste informatie uit zijn geheugen vervolgens terugsturen naar de lezer. Lezers kunnen ook de informatie in de tags updaten. Die informatie kan zeer divers zijn en bv. afkomstig zijn van sensoren. Denk bv. aan info over het gewicht, de kleur en de vorm, maar ook het tijdstip van verwerking en de bestemming van het product. De mogelijkheden zijn in feite onbeperkt.

 

Communicatiemodule

De communicatiemodule verzorgt de uitwisseling van informatie tussen de RFID-lezer en de sturing van de applicatie. In eerste instantie denken we dan aan een ethernet- of een andere gestandaardiseerde dataverbinding van het RFID-systeem met een PLC.

In tweede instantie kan dat ook met overkoepelende productiesystemen zoals MES- en ERP-pakketten.

Die info kan in het eerste geval de trigger zijn voor acties in het productiesysteem. Als een tag informatie terugstuurt die niet beantwoordt aan de vereisten, zoals een te klein gewicht, dan wordt de informatie teruggekoppeld naar een PLC die vervolgens kan beslissen om het betreffende stuk uit de productielijn te halen.

In het tweede geval kan de informatie gebruikt worden om acties op het operationele vlak te faciliteren. Denk hier bijvoorbeeld aan het realtime opvolgen van de gebruikte grondstoffen. Als die dan op een kritiek niveau komen, kan er op tijd weer besteld worden. In de alinea 'Applicatievoorbeelden' gaan we dieper in op dit soort acties.

 

HF VS. UHF

Een belangrijk onderscheid bij RFID is er tussen High Frequency (HF) RFID en Ultra High Frequency (UHF) RFID. De frequentie is het aantal herhalingen van het signaal binnen een periode van één seconde. De totale frequentieband wordt onderverdeeld in verschillende subbanden.

Klassiek wordt er bij RFID gebruikgemaakt van twee typen frequentiebanden: enerzijds de hoogfrequente (HF) band, anderzijds de ultrahoogfrequente (UHF) band. De overige frequentiebanden worden bij RFID zelden of zelfs niet gebruikt. Zie de tabel voor een vergelijking van beide systemen.

 

Tags

Een tag voor HF is een inductieve tag. Een tag voor UHF-toepassingen is een capacitieve tag. Hierbij wordt er geen brug gelegd tussen de geleiders, maar wordt er gebruikgemaakt van twee antennes die van elkaar weg gepositioneerd zijn. De tags kunnen dus niet universeel gebruikt worden. Er kan uiteraard wel gebruikgemaakt worden van een parallel systeem waarbij een HF-applicatie naast een UHF-applicatie werkt.

Buiten het prijsverschil tussen een tag voor HF en UHF zijn er nog andere technische verschillen tussen de technologieën die ervoor zorgen dat er bij de ontwikkeling van een RFID-systeem gekozen wordt voor een bepaalde frequentieband.

• De transmissiesnelheid kan variëren van een kleine tot een relatief grote waarde. Die transmissiesnelheid zal toenemen naarmate de frequentie stijgt. Hiermee kan een dataoverdracht sneller gerealiseerd worden.
• De leesafstand tussen de tag en de lezer is een belangrijke parameter die, afhankelijk van de frequentie, kan toenemen of dalen. Dit kan variëren van enkele centimeters tot enkele (tientallen) meters.
• Het aantal leesbare tags is bij supplychaintoepassingen erg belangrijk om een grote flow te kunnen garanderen. Het aantal leesbare tags zal afhankelijk zijn van de frequentie. Hoe groter de frequentie, hoe meer tags er potentieel gelezen kunnen worden.

Kort samengevat, kan UHF dus een tag sneller en vanop grotere afstand uitlezen. Bovendien kunnen er ook meer items tegelijk worden verwerkt. Toch is het niet correct om te stellen dat UHF beter is dan HF. Daarvoor hebben beide systemen hun voor- en nadelen.

In automatiseringsprojecten worden beide systemen gebruikt, afhankelijk van de toepassing.

In wat volgt, beschrijven we enkele concrete RFID-projecten binnen de automatisering, dus weg van de traditionele logistieke processen waarin RFID ingezet wordt.

APPLICATIEVOORBEELDEN

Velgfabrikant weerstaat concurrentie

De uitdagingen waarvoor onze Europese productiebedrijven staan, zijn al langer bekend: omgaan met goedkopere buitenlandse concurrentie, die haar hogere transportkosten compenseert met veel lagere lonen en bovendien minder rekening moet houden met strenge nationale milieu- en veiligheidseisen.

Hét recept om dit te counteren is om te specialiseren. Dat betekent echter ook minder grote reeksen en dus meer omsteltijden.

Traceerbaarheid van vliegtuigonderdelen

Veel vliegtuigonderdelen hebben een 'zero failure'-vereiste. Daarom worden er enorm strenge eisen gesteld aan de kwaliteit van de onderdelen. De laatste jaren is ook de traceerbaarheid van die onderdelen steeds belangrijker geworden. De autoriteiten willen van elke component een gedetailleerd verslag van alle facetten uit zijn levensloop. Dat begint al in de productiefase.

Spuitgieten

Bij het spuitgieten van plastic onderdelen wordt er gebruikgemaakt van mallen. Die mallen moeten in optimale vorm zijn om stukken te maken die voor de volle 100% beantwoorden aan de eisen.

Maar ook mallen zijn onderhevig aan slijtage. Als er een slechte mal gebruikt wordt in het productieproces, kunnen de stukken gebreken vertonen. In sommige gevallen kan dit pas heel laat ontdekt worden.

Procesindustrie

Ook in de procesautomatisering wordt de RFID-technologie steeds vaker ingeschakeld, waar ze bijvoorbeeld ingezet wordt om meetpunten of -toestellen te identificeren.