Sledování aktiv a řízení dodavatelského řetězce je důležitou činnosti v celé řadě aplikací ve výrobních závodech, logistických a distribučních center, datových center, nemocnic, zemědělství, stavebnictví a dopravy. „Očipování“ neboli připevnění RFID tagu na předmět není jednoduchou záležitostí. Cenná aktiva jsou během přepravy a skladování vystavena různým vnějším vlivům jako jsou otřesy a vibrace, vysoká či nízký teplota nebo velká vlhkost.

Je nutné zvolit odolné a spolehlivé RFID tagy, které vydrží drsné podmínky průmyslového, stavebního a výrobního prostředí. Zároveň tagy musí být k dispozici v různých velikostech a čtecích rozsazích, aby vyhovovaly potřebám konkrétnímu typu a třídy sledovaného aktiva.

Tento článek stručně popisuje pasivní technologii RFID a několik průmyslových standardů souvisejících s RFID tagy a daty. Poté představuje RFID štítky, čtečky a systémová řešení od společností Molex, Murata Electronics a ThingMagic .

Pasivní RFID tag se skládá z antény a integrovaného obvodu, který obsahuje analogový front-end (F/E) s modulátorem, demodulátorem, jednotkou pro sběr RF energie. Dále je součástí integrovaného obvodu ovladačem (controller) s kodérem/dekodérem, řídicí elektronikou a hodinami. V neposlední řadě nesmí chybět paměť. (Obrázek 1). Pasivní RFID tagy nepoužívají baterie. U většiny pasivních RFID tagů lze paměť přepsat a RFID tagy poskytují mnohem větší množství dat než čárové kódy.

Obrázek 1: Pasivní RFID tag se skládá z antény a integrovaného obvodu, který obsahuje analogový front end (F/E), řadič a paměť. (Zdroj obrázku: Murata)

Pasivní UHF RFID tagy lze číst na vzdálenost až několika metrů a lze číst více tagů najednou. Na rozdíl od čárových kódů využívá RFID bezdrátovou komunikaci a tagy lze číst bez otevření vnější krabice, kde jsou uložena aktiva (obrázek 2). Kromě toho nejsou RFID tagy citlivé na nečistoty, vlhkost, vibrace a další vnější faktory prostředí, které mohou narušovat používání čárových kódů.

RFID tagy se dodávají v různých formátech navržených pro konkrétní aplikaci. Některé tagy jsou navrženy pro sledování kovových předmětů a používají kovový povrch jako pomocnou anténu pro zvýšení provozního dosahu. Pro pasivní RFID tagy byly vyvinuty různé standardy komunikace a formátu dat.

Obrázek 2: RFID tagy lze číst na vzdálenost až několika metrů. V některých provedeních lze číst více tagů současně a tagy lze číst skrz krabice a jiné obaly. (Zdroj obrázku: Murata)

RAIN RFID

Aliance RAIN RFID podporuje používání protokolu ISO/IEC 18000-63 GS1 UHF Gen2. RAIN (RAdio frequency IdentificatioN) je navržen tak, aby propojoval UHF RFID tagy a cloud. Umožňuje ukládat, spravovat a sdílet data RFID pomocí internetu. Systém využívající řešení RAIN má RFID tag, čtečku a software, které poskytují propojení s místní sítí a odtud se všechna potřebná data posílají do cloudu (obrázek 3).

Aliance RAIN je postavena na ISO číslování pro zjednodušení kódování pomocí firemních identifikačních čísel (CIN). Systém číslování založený na ISO je navržen tak, aby podporoval bezkolizní identifikaci RAIN RFID tagů. Cílem je poskytnout alternativu k existujícím proprietárním nebo dodavatelem definovaným datovým formátům.

Obrázek 3: RAIN RFID je regulováno jediným globálním standardem nazvaným EPC UHF Gen2v2 nebo ISO/IEC 18000-63. (Zdroj obrázku: RAIN Alliance)

Elektronické produktové kódy EPC

Elektronický produktový kód (EPC) Gen 2v2 používaný společností RAIN je standard bezdrátového protokolu pro pasivní tagy UHF RFID. EPC Gen 2v2 obsahuje funkce pro zlepšení zabezpečení, zabránění padělání a zvýšení soukromí tím, že umožňuje autentizaci tagů a čteček.

Paměť tagu Gen 2v2 může být rozdělena do více souborů a tyto tagy lze použít pro elektronický dohled EAS - electronic article surveillance.

Norma EPC byla vyvinuta společností EPCglobal a schválena a přijata jako norma ISO 18000-6C. Kromě stanovení standardu pro to, jak tagy a čtečky komunikují, sada standardů spojených s EPC stanovuje, jak jsou data EPC sdílena mezi různými uživateli.  EPC je univerzální identifikátor pro fyzické objekty. Vzhledem k tomu, že je široce používán v RFID, datový standard EPC zahrnuje požadavky na data navíc, která musí být uložena na RFID tagu. RFID je technologie nosiče dat a EPC je identifikátor a datový formát.

Předpisy EAS a UDI pro zdravotnické prostředky

Podobně jako u EPC, předpisy pro Unique Device Identification (UDI) v mnoha zemích vyžadují, aby lékařské vybavení mělo individuální identifikátory pro podporu EAS pro bezpečné používání a skladování lékařského vybavení. Systémy UDI se vztahují na mnoho typů lékařského vybavení, ale jsou zvláště důležité u chirurgických nástrojů, kde existuje značné riziko přípravy nesprávných nástrojů pro konkrétní výkon.

Existuje stovky různých chirurgických nástrojů a nezkušený personál může snadno vybrat nesprávný nástroj. Použití tagu UDI a RFID technologie může tento problém odstranit. RFID tagy nabízí historii použití jednotlivých nástrojů a počtu použití v rámci zdravotnického zařízení.

Pasivní RFID tag pro chirurgické nástroje a průmyslové nástroje

UHF RFID tagy LXTBKZMCMG-010 od Murata je určen pro sledování chirurgických nástrojů, průmyslových nástrojů a podobných kovových předmětů (obrázek 4). LXTBKZMCMG-010 využívá kovový povrch jako pomocnou anténu ke zvýšení čtecího dosahu.

Tento tag má rozměry 6,0 x 2,0 x 2,3 mm a pracuje v celém pásmu UHF. Dokáže pracovat v provozních teplotách od -40 do +85 °C, díky čemuž je vhodný pro sledování kovových předmětů v průmyslovém prostředí i zdravotnických zařízeních.

Obrázek 4: UHF RAIN RFID Tag LXTBKZMCMG-010 je optimalizován pro kovové povrchy, jako jsou chirurgické a průmyslové nástroje. (Zdroj obrázku: Murata)

Nízkoprofilové RFID tagy pro sledování majetku

Aplikace pro sledování majetku a zásob mohou těžit z tagů navržených tak, aby přežily vysoké vibrace a nárazy a velké teplotní výkyvy, které se vyskytují v průmyslových, zemědělských, stavebních a dopravních systémech. Nízký profil znamená, že tag nebude překážet, a tím hrozí menší poškození.

Například RFID tag 0133580821 od společnosti Molex má výšku pouze 1,8 mm, má krytí IP68 a lze jej použít ve vlhkém prostředí v teplotách od -50 °C do +85 °C (obrázek 5). 0133580821 má dosah čtení 4,5 metru a je navržen pro použití na různé materiály, včetně kovů a plastů.

Obrázek 5: Tento tag o výšce 1,8 mm je optimalizován pro sledování majetku a zásob s dosahem čtení 4,5 metru a lze jej použít na površích z plastu či kovu. (Zdroj obrázku: Molex)

Plug and play RAIN RFID čtečka

Čtečka Elara RAIN RFID od ThingMagic je schopna identifikovat tagy až do vzdálenosti 2 metry (obrázek 6). Elara je nabízena ve dvou modelech, PLT-RFID-EL6-ULB-4-USB , který pracuje v pásmu 865 až 868 MHz a PLT-RFID-EL6-UHB-4-USB , který pracuje v pásmu 915 až 928 MHz. Obě čtečky mají plastové pouzdro, které je vhodné pro zdravotnictví.

Obrázek 6: Čtečka Elara RAIN RFID je schopna identifikovat tagy až do vzdálenosti 2 metry. (Zdroj obrázku: ThingMagic)

Pomocí čtečky Elara lze jednoduše přidat funkce RFID do aplikací. Je vhodná do aplikací, kde čtečka zaujímá pevné místo například počítač. Jsou podporovány autonomní pracovní postupy, které umožňují rychlou tvorbu řešení bez znalosti RFID. Čtečku Elara lze použít ve zdravotnických zařízeních, zpracování a sledování vratek ve skladech a distribučních centrech nebo ji použít k aktivaci RFID tagů. Mezi vlastnosti Elary patří:

• Zjednodušená systémová integrace pomocí předem nahraných autonomních pracovních postupech.
• Podpora standardů technologie RAIN a komunikačního rozhraní RAIN.
• Podpora protokolu EPCglobal Gen 2v2.
• Hromadné čtení položek, jako jsou chirurgické nástroje nebo sada komponentů pro montážní linku.
• Počty položek a ověření pro zpracování vratek nebo inventarizaci.
• Uvedení tagu RFID do provozu
• Aktualizace dat tagů.

RFID čtečka pro průmysl 4.0

Pro průmyslové aplikace, které potřebují více RFID čteček a připojení ke cloudu prostřednictvím edge serveru, je vhodná čtečka ALR-F800-X od Molexu. Tato umožňuje připojení až čtyřech antén a obsahuje řadič pro edge služeby. (Obrázek 7). Čtečka ALR-F800-X umožňuje zpracování dat RFID v místě příjmu dat a jejich vyhodnocení v reálném čase. ALR-F800 lze napájet pomocí stejnosměrného napájecího adaptéru nebo pomocí PoE.

Obrázek 7: ALR-F800-X obsahuje 4 portovou UHF pasivní čtečku RFID tagů podnikové třídy a řadič pro edge služeby pro podporu aplikací Průmyslu 4.0. (Zdroj obrázku: Molex)

Technologie dynamického samoadaptování (DSA) v ALR-F800 monitoruje RF prostředí v reálném čase a řídí několik parametrů, filtrů a ladicích metrik pro optimalizaci čtení RFID tagů. Paměť lze rozšířit pomocí micro-SD karet a port USB je k dispozici pro připojení Wi-Fi nebo mobilního modemu. Vestavěný software Emissary umožňuje podporu a konfiguraci dalších čteček a čtecích bodů (obrázek 8). 

Vlastnosti software Emissary:

• Strukturovaná a intuitivní vizualizace funkcí, zařízení a čtených bodů
• Použití zkratek „balící stanice“ nebo „dveře č. 1“ apod
• Sada nástrojů na bázi Windows pro vytváření scénářů (rozsvícení světla, čtení tagu atd)
• Nastavení, ovládání a údržba všech lokálních čteček připojených k zařízení
• Použití správného standardu dat na tagu pro přesnou interpretaci příchozích dat
• Správa datových reportů s načtením tagů a konsolidace reportů z více čteček pro přenos do cloudu

Obrázek 8: Software Emissary zabudovaný do ALR-F800-X umožňuje konfiguraci a podporu dalších čteček a čtecích bodů bez potřeby serveru edge. (Zdroj obrázku: Molex)

Závěr

Pasivní RFID tagy a čtečky se uplatní ve výrobě, logistice, datových centrech, zdravotnictví, zemědělství, stavebnictví a dopravě. Při výběru a specifikaci systémů RFID si musíme být dát pozor na příslušné průmyslové standardy jako jsou RAIN, EPC Gen 2v2, ISO/IEC 18000-63 a UDI. Různé typy tagů jsou optimalizovány pro umístění na různé druhy materiálu. Důležitou součástí celého systému RFID jsou čtečky, které se zvolí podle dané aplikace.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com, autorem je Jeff Shepard.