RFID системи за автоматична идентификация в индустрията

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2011

RFID системи за автоматична идентификация в индустриятаRFID системи за автоматична идентификация в индустриятаRFID системи за автоматична идентификация в индустриятаRFID системи за автоматична идентификация в индустрията

Използването им осигурява точна информация в реално време

Автоматичните радиочестотни системи за идентификация, познати като RFID системи, се използват за повишаване на оперативната ефективност в сферата на индустрията, транспорта, логистиката, строителството и др. Приложенията им нарастват постоянно, благодарение на постигнатия през последните няколко години напредък в повишаването на възможностите им, съкратеното време за извършване на операциите и сведения до минимум риск от грешки. Според данни от проучване на IDTechEx, през 2010 г. са продадени общо 2,31 милиарда RFID етикети за всякакви приложения, в сравнение с 1,98 милиарда през 2009 г. Технологията заема стабилни позиции и в стоките и услугите за масова употреба. Типичен пример е скоро навлязлата и у нас система за безконтактни плащания или т. нар. електронно портмоне, която използва GSM, снабден с RFID етикет. Паспортните системи са друго ново приложение. Отново с помощта на мобилен телефон, методът може да се използва и за извличане на информация от експонати на различни търговски изложения, снабдени с RFID идентификатор.
В индустрията RFID технологията най-често се използва в роботизирани и конвейерни линии в машиностроенето, металообработването, леярството, боядисването, пакетирането на стоки и навсякъде, където производството на даден продукт е съсредоточено върху поточна линия и е необходимо да се следи преминаването му през всички фази на процеса и извършването на съответните операции. При тежки условия на експлоатация, характерни за металургията, енергетиката, минната промишленост и производството на строителни материали, RFID устройствата се използват за контрол на положението на подвижно оборудване, състояние на транспортни ленти и други. Широко приложение намират и в складовите стопанства, където оптимизират времето за обработка на стоките и намаляват загубите в наличностите.
Най-общо казано, RFID системите идентифицират и инвентаризират материални активи чрез използване на RFID етикети и стационарни или портативни четящи устройства. По този начин всяка отделна стока може да бъде проследена във всички технологични етапи на нейното производство, транспортиране и доставка, до продажбата и рециклирането й. За целта стоката (или по-големи опаковки от няколко стоки като стек, палет и др.) се маркира с RFID идентификатор при производството. Съответно на входа на склада, логистичния център или друга ключова точка се монтират RFID четци (контролери), свързани към софтуер, които регистрират стоката и я завеждат като налична. При излизане на стоката от склада системата отново я регистрира и подава сигнал при намаляване на бройката под определено количество. Информацията за стоките може да бъде още по-прецизна при монтиране на идентификатори на складовите клетки. Така с помощта на софтуер може да се локализира точното местоположение на всяка стока. Анализът на получените данни позволява прогнозиране на използваните количества и планиране на ресурсите. Освен това, складовите системите обикновено могат автоматично да оформят и необходимите счетоводни документи. Комуникацията между RFID четците и компютъра или сървъра за събиране и обработка на данните се осъществява директно или чрез спомагателни устройства, действащи подобно на концентраторите в компютърните мрежи. За всяка система се създава или адаптира специализиран програмен продукт в зависимост от предназначението й и извършваните дейности.

RFID идентификаторите

Идентификаторите, наричани още тагове, транспондери и етикети, се поставят върху съответната стока чрез залепване или по механично вграждане, в зависимост от модела. За индустриални и логистични приложения често се използват идентификатори под формата на самозалепващи етикети. За закрепване върху контейнери и превозни средства се правят идентификатори с цилиндрична форма, а за поставяне в дърво, пластмаси и цимент има водонепропускливи разновидности, например с формата на пирон, които се поставят в предварително пробит отвор.
Всеки идентификатор има два основни структурни компонента – антена и интегрална схема (ИС). Успоредно на антената се свързва кондензатор за получаване на трептящ кръг с подходяща резонансна честота, с цел да се осигури максимално входно напрежение на ИС и съответно максимално голямо разстояние между идентификатора и четеца. В някои случаи кондензаторът е част от ИС, а в други се свързва външно.
При някои модели идентификатори записаната по време на производството информация не може да бъде променяна впоследствие, докато при други (Read/Write Tags) се използва EEPROM, чието съдържание може да се променя в процеса на експлоатация и работят с четци, наричани Interrogator. Причината за това наименование се дължи на изпращаната от устройството към идентификатора “покана” за установяване на връзка (режим Interrogator-Talks-First, ITF). При получаването й той връща към устройството записания в паметта си идентификационен номер, с което връзката е установена. В следващия етап устройството подава команда към идентификатора да бъдат изпратени данни и след получаването им следва команда за прекратяване на връзката, с което той се поставя в режим “очакване” (sleep). Съществуват идентификатори, които самостоятелно могат да установяват връзката с четеца (Tag-Talks-First, TTF). Сравнително по-рядко се използват идентификатори за четене и еднократен запис (Write Once, Read Many) WORM, в чиято OTP (еднократно програмируема) памет само веднъж по време на експлоатацията им или преди започването й се прибавят данни, след което работата им е като на идентификатори само за четене. Съществуват идентификатори R/W с малка ОТР памет, съчетаващи възможностите на двата последни вида.
Стандартът EPCGlobal от EPC Global определя четири класа идентификатори: клас 1, клас 2, клас 3 и клас 4. Всеки следващ клас има по-висока функционалност от предходния, като същевременно е съвместим с него. Отделно от тези четири класа, понякога в индустрията се използва понятието клас 5, което всъщност означава RFID четци.

Пасивни и активни идентификатори

В зависимост от конструктивните си особености и функционални възможности, идентификаторите се разделят на пасивни и активни. Пасивните (Passive Tag) работят без батерия и изискват външен източник, който да предизвика излъчването на уникалния идентификационен код и друга опционална информация. Постъпващото на входа напрежение от антената се превръща в постоянно от токоизправителя, в някои случаи допълнително се стабилизира и върху кондензатора се получава захранващото напрежение за останалите блокове. Аналоговият блок демодулира приемания сигнал и модулира излъчвания от идентификатора. Основната част на цифровия блок е памет, като в идентификаторите само за четене (Read-Only Tag) R/O тя е с еднократен запис, който се прави по време на производството и не може да се променя.
Активните идентификатори (Active Tag) притежават батерия, която осигурява работата при приемане и предаване на данните, както и по-сигурна връзка в условията на значителни електромагнитни смущения. Сред предимствата на активните идентификатори е и по-голямата скорост на обмен на данни и възможността идентификаторът да се обърне към четеца или друг идентификатор за установяване на връзка. Сравнително по-ограниченото приложение на тези идентификатори се дължи на цената им, значително по-големите размери от пасивните и по-късия експлоатационен срок на моделите с вградена батерия. Съществуват и полупасивни идентификатори (Semi-Passive Tag, Battery-Assisted Passive Tag), които при приемане ползват енергията на сигнала в антената, а батерията се включва само за предаване.

RFID четци

RFID четецът (Reader) периодично излъчва в кратки интервали от време електромагнитни вълни с фиксирана честота, които достигат до антената на идентификатора. Те го задействат за определено време, през което той връща обратно модулиран сигнал с необходимите данни за обекта, а те от своя страна могат да се предават към близък или отдалечен компютър. Честотата на излъчваните от антената електромагнитни вълни се определя от генератора, а мощността им – от предавателя. В зависимост от модела последната обикновено е между няколко десети от W и няколко W. С увеличаването й нараства максималното разстояние до идентификаторите. Приемникът усилва и демодулира сигналите от антената. Връзката между идентификаторите и четеца се извършва на базата на различни комуникационни протоколи като EPCglobal Class1 Generation 2, възприет от Международната организация за стандарти като ISO18000-6С. Данните, изпратени от идентификатора, се получават на изхода на приемника и могат да се запишат в цифровия блок или да се препратят към сървър по жичен или безжичен път (чрез Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth, WPAN, RuBee и др.). Често четците са с два или повече интерфейса, а някои притежават и операционна система. По аналогичен начин те могат да приемат данни отвън, да ги модулират и изпращат към идентификаторите.
Четците се предлагат в няколко разновидности – стационарни, преносими, ръчни и вградени.
Стационарните четци се монтират неподвижно на места, покрай които преминават контролираните обекти. Вторият вид са преносимите четци (Desktop Reader), които при използването си се поставят на определено място и работят като стационарни. Ръчните четци (Hand Held Reader) се използват за снемане на данните от идентификатори, монтирани върху неподвижни обекти. Захранват се с батерия и често имат дисплей за изписване на текущите данни от идентификатора. Последният вид са модулите на четци с конструктивно оформление, позволяващо вграждането им в други апаратури. Някои производители предлагат хибридни устройства, които могат да четат едновременно баркодове и RFID етикети.

Честотни обхвати

В съответствие с международните стандарти съществуват четири обхвата за RFID, като не трябва да се забравя, че поглъщането на електромагнитните вълни от метали и течности нараства с увеличаване на честотата им. Това затруднява установяването на стабилна връзка четец - идентификатор, когато последният е в близост до метали, течности, сняг и др. или е монтиран върху обекти с голямо съдържание на течности. Същевременно, с увеличаване на честотата нараства максималната скорост на обмен на данни между четеца и идентификатора.
Нискочестотният обхват (LF Range) използва най-често 125 kHz и по-рядко 134,2 kHz, като за него практически не съществува споменатото влияние на течности и метали. Максималното разстояние между идентификаторите и четците в този обхват е около 35 cm. Високочестотният обхват (HF) е за честота 13,56 MHz, като регламентирането на характеристиките на ползващите го системи от международните стандарти ISO 14443 и ISO 15693 определя голямото му приложение. При него влиянието на течности и метали е твърде слабо, а максималното разстояние достига 1 m. Предимство на двата обхвата е използването им в целия свят.
Свръхвисокочестотният обхват (UHF) е от 840,5 до 954 MHz, като различни държави или групи от държави използват отделни негови части. Например в Европа честотите са 865,7 – 867,6 MHz, в САЩ – от 902 до 928 MHz, а в Япония – между 952 и 954 MHz. Определената UHF честота в България е 865.6-867.6 MHz. Максималното разстояние е от 1 до 100 m, но често е необходима пряка видимост между идентификатора и антената на четеца. Не се препоръчва обхватът да бъде използван при наличие наблизо на метали и течности, тъй като електромагнитните вълни с тези честоти се отразяват лесно от тях и могат да попречат на работата на устройствата. Четците за този обхват в Европа задължително трябва да проверяват дали каналът е свободен преди да изпратят съобщения към идентификатора (т. нар. режим Listen Before Talk), което създава ограничения при ползването на RFID системи. Последният микровълнов обхват (Microwave Range) също има две части – от 2446 до 2454 MHz (за Европа) и 5725-5875 MHz, като приложението му засега е ограничено.

Принтери за RFID етикети

Развитието на RFID технологиите доведе до появата на цял нов пазарен сегмент, включващ принтери за RFID етикети, периферни устройства и консумативи. У нас се предлагат пълноцветни принтери за UHF RFID етикети, повечето от които поддържат международните стандарти за комуникация (ISO 18000-6B, ISO 18000-6C, EPC Global Class 1 Gen 2). Интегрираната автоматична конфигурация прави възможно кодирането на различни RFID тагове. Информацията се вгражда в самия етикет, което позволява отпечатването на визуалната информация, баркодовете и кодирането на тага да става в една стъпка. Някои от моделите могат директно да печатат RFID апликации върху различни повърхности (direct-to-inlay), което оптимизира разходите, в случай че не се налага печат на етикети. Разполагат със стандартни, серийни, паралелни и USB портове, както и опционален вътрешен Ethernet. Предлагат надеждна експлоатация в тежки промишлени условия, добра защита от проникване на влага и прах и висока удароустойчивост.
Принтерите за HF (13.56 MHz) RFID етикети поддържат стандарта ISO 15693. Както и UHF моделите, HF принтерите са способни да изпълняват многообразни функции, включително запис на данни върху етикета, проверка на уникалния идентификационен код и други.

RFID и баркод системите

RFID технологията се прилага като алтернатива на баркод системите и е особено подходяща за по-тежки условия на експлоатация, в които оптичните баркод скенери не могат да функционират нормално или са напълно неприложими. Оптичната технология, използвана при баркодирането, въвежда ограничения по отношение на ориентацията на продукта (неизменно се изисква човешка намеса) и чистотата на етикетите и скенерите, която оказва влияние върху бързото и ефективно събиране на данните. В допълнение, стандартните баркодове имат нисък капацитет на съхранение, лесно се фалшифицират, не могат да бъдат препрограмирани и служат само за идентифициране на производителя и на продукта.

Пазарни тенденции

Въпреки че пазарът на RFID продукти се разраства и радиочестотната идентификация постоянно навлиза в нови индустрии и приложения, съществуващите технологии все още срещат някои ограничения. Така например, все още не е преодолян напълно проблемът с влиянието на металните обекти върху разпространението на радиочестотните вълни, както и изискванията към параметрите на средата, в която функционират - влага, температурата и прах. Предизвикателство пред развитието на технологията е и разрешаването на проблема с различните радиочестоти в отделните държави, както и унифицирането на стандартите.
Тенденция в производството е създаването на универсални четящи устройства, които да могат да четат етикети, произведени от различни доставчици за различни технологии и функциониращи на различни честоти, както и по-тясната интеграция на системите за проследяване на активите в реално време с RFID-базирани системи за управление, което ще доведе до подобряване на производителността и ускоряване на бизнес процесите.

Популяризирането на RFID технологията в индустриални приложения се подпомага чрез различни инициативи, организирани от производителите на системите, браншови организации и европейски програми. От миналата година у нас се реализира пилотен проект, наречен RFID-ROI-SME, чиято цел е подпомагане въвеждането на RFID технологиите в широк спектър от малки и средни предприятия (МСП). „Целта е да се демонстрират реалните ползи от въвеждането на RFID технологиите в различни бизнес сектори в шест европейски държави, които след това да популяризираме сред широк спектър малки и средни предприятия под формата на примери, най-добри практики и планове за въвеждане. Крайните потребители и доставчиците на RFID услугите ще концентрират усилията си върху автоматизация на процесите в резултат от използването на RFID/AutoID и реинженеринг на бизнес процесите на базата на RFID технологии” заяви Мая Маринова, изпълнителен директор на Българската асоциация на софтуерните компании BASSCOM - координатор на проекта за България.
Пилотният проект на RFID-ROI-SME в България се реализира в логистична база на Кабелкомерс, като доставчик и интегратор на RFID системата е фирма Балкан Сървисис”.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top