Systemy RFID dostarczają precyzyjnych danych o przedmiotach w czasie rzeczywistym, zapewniając w ten sposób przejrzystość, która umożliwia podejmowanie trafnych decyzji oraz usprawnia procesy w produkcji i logistyce.
W produkcji i logistyce brak przejrzystości, ręczne wprowadzanie danych oraz podatne na błędy procesy identyfikacji prowadzą do nieefektywnych przepływów pracy, wzrostu kosztów i ograniczonej identyfikowalności. Firma TURCK odpowiada na to wyzwanie, oferując przemysłowe systemy RFID, które umożliwiają bezkontaktową, niezawodną identyfikację obiektów w czasie rzeczywistym bez konieczności bezpośredniej widoczności. Rozwiązanie łączy transpondery RFID, urządzenia do odczytu/zapisu, technologie HF i UHF, a także łączność fieldbus i IIoT, aby automatycznie śledzić przepływy materiałów i integrować je z systemami wyższego poziomu, takimi jak PLC, MES lub ERP. Platformy modułowe, takie jak BL ident®, umożliwiają elastyczne architektury bezpośrednio w terenie. Skutkuje to kompleksowymi procesami śledzenia i identyfikacji, zmniejszeniem wskaźników błędów, zautomatyzowanym zarządzaniem zapasami oraz zoptymalizowanymi procesami produkcyjnymi i logistycznymi o wyższej wydajności, jakości i dostępności danych.
RFID (Radio Frequency Identification) to bezstykowa technologia identyfikacji oparta na polach elektromagnetycznych. Transpondery RFID (tagi) są zazwyczaj pasywne i zasilane bezprzewodowo przez pole generowane przez czytnik. Zebrane dane są przesyłane bezprzewodowo, bez konieczności fizycznego kontaktu. Umożliwia to niezawodne, niewymagające konserwacji śledzenie obiektów w czasie rzeczywistym.
System RFID składa się z transpondera (zwanego również nośnikiem danych lub tagiem) oraz czytnika wyposażonego w antenę. W zależności od wykorzystywanego zakresu częstotliwości energia i dane są przesyłane albo poprzez sprzężenie indukcyjne w zakresach LF i HF, albo za pomocą fal elektromagnetycznych w zakresie UHF. Transponder jest aktywowany wyłącznie w polu elektromagnetycznym czytnika i bezstykowo przesyła do niego zapisane informacje. Technologia ta umożliwia bezstykową identyfikację bez konieczności bezpośredniej widoczności, zazwyczaj działa bez baterii w transponderze i pozwala na jednoczesny odczyt wielu transponderów w paśmie UHF. Systemy RFID charakteryzują się również wysoką odpornością na zabrudzenia, kurz i światło, obsługują zarówno operacje odczytu, jak i zapisu, a także nadają się szczególnie do zastosowań w czasie rzeczywistym i automatyzacji. W ten sposób RFID stanowi techniczną podstawę niezawodnej, zautomatyzowanej i opartej na danych identyfikacji obiektów — zwłaszcza w zastosowaniach, w których tradycyjne technologie identyfikacji osiągają swoje granice.
Technologie RFID HF i UHF różnią się zasadniczo zakresami częstotliwości oraz związanymi z nimi fizycznymi metodami przesyłania energii i danych.
Technologia RFID HF (wysoka częstotliwość, 13,56 MHz) działa w oparciu o sprzężenie indukcyjne w polu bliskim. Czytnik generuje zmienne pole magnetyczne, z którego transponder czerpie energię. Komunikacja jest stabilna i zdefiniowana na krótkich odległościach, zazwyczaj w zakresie od centymetrów do decymetrów. Systemy HF są uważane za szczególnie odporne na czynniki środowiskowe, takie jak kurz, brud, olej czy woda, i zapewniają wysoką niezawodność procesu w jasno zdefiniowanych punktach odczytu. Ze względu na ograniczony zasięg i mniejszą przepustowość danych technologia RFID HF nadaje się szczególnie do zastosowań w zakładach produkcyjnych i maszynach, w poszczególnych punktach transferu lub wszędzie tam, gdzie wymagana jest ukierunkowana identyfikacja poszczególnych elementów.
Technologia RFID UHF (Ultra High Frequency, ok. 860–960 MHz) wykorzystuje natomiast fale elektromagnetyczne w polu dalekim. Transponder jest zasilany sygnałem emitowanym przez czytnik. Umożliwia to znacznie większy zasięg rzędu kilku metrów, a także jednoczesne wykrywanie wielu transponderów naraz, co jest znane jako odczyt zbiorczy. Technologia RFID UHF zapewnia dużą prędkość odczytu i idealnie nadaje się do zastosowań wymagających dużej przepustowości, takich jak logistyka, magazynowanie lub kompleksowe śledzenie obiektów na wielu etapach procesu. Jednocześnie jednak technologia UHF jest bardziej wrażliwa na warunki otoczenia: materiały takie jak metal lub ciecze mogą osłabiać, odbijać lub zniekształcać pole, dlatego kluczowe znaczenie ma dobór odpowiednich tagów i staranne zaprojektowanie systemu.
Podsumowując, zaletą technologii RFID HF jest jej stabilność i łatwość sterowania na krótkich odległościach, podczas gdy technologia RFID UHF wyróżnia się zasięgiem, szybkością i możliwością obsługi wielu tagów. Wybór pasma częstotliwości jest zatem w mniejszym stopniu kwestią technologii, a w większym zastosowania: technologia HF nadaje się do precyzyjnych, lokalnych zadań identyfikacyjnych, podczas gdy technologia UHF jest idealna do przejrzystych, wymagających przetwarzania dużych ilości danych procesów na większych odległościach.
Systemy RFID różnią się w obszarze produkcji i logistyki przede wszystkim pod względem roli, jaką odgrywają w danym procesie.
W systemach produkcyjnych technologia RFID jest zazwyczaj zaprojektowana z myślą o zorientowaniu na proces, deterministycznym działaniu i lokalnym zasięgu. Celem jest niezawodna identyfikacja i przypisywanie produktów, komponentów lub nośników obrabianych elementów w ramach jasno określonych etapów produkcji. Rejestracja danych odbywa się w stałych punktach odczytu w maszynach lub systemach, często z wykorzystaniem technologii HF, ponieważ wymagany jest krótki zasięg, wysoka odporność i powtarzalność. Zebrane dane są przetwarzane bezpośrednio w systemie sterowania i służą jako podstawa dla takich funkcji, jak kontrola wariantów, wybór receptury lub walidacja poszczególnych etapów procesu. W tym przypadku RFID wspiera elastyczną, bezbłędną produkcję i pomaga ograniczyć ręczne interwencje, ilość odpadów oraz błędy produkcyjne.
W systemach logistycznych nacisk kładzie się na przejrzystość i identyfikowalność na całej długości łańcucha dostaw. Technologia RFID służy do automatycznego śledzenia jednostek transportowych, takich jak palety, kontenery czy przesyłki, oraz do zapewnienia widoczności przepływu towarów w całym łańcuchu dostaw. Często stosuje się systemy UHF o większym zasięgu odczytu, takie jak rozwiązania bramowe, tunelowe lub portalowe, które umożliwiają również jednoczesny odczyt wielu transponderów. W tym przypadku RFID służy przede wszystkim weryfikacji danych i zarządzaniu zapasami i jest ściśle powiązany z systemami wyższego poziomu, takimi jak WMS, ERP lub rozwiązania typu track-and-trace. Celem jest zapobieganie błędom w wysyłce i kompletacji, dokładne mapowanie zapasów oraz ograniczenie ręcznych procesów skanowania.
Systemy RFID firmy TURCK rejestrują dane identyfikacyjne i aplikacyjne za pomocą głowic odczytowo-zapisowych HF lub czytników UHF, a następnie udostępniają je systemom wyższego poziomu poprzez interfejsy RFID. Dane są przetwarzane w ramach interfejsu, który pełni rolę pomostu między poziomem polowym a poziomem sterowania lub IT.
Podłączenie do sterowników
Integracja ze sterownikiem PLC odbywa się zazwyczaj za pośrednictwem magistrali polowych opartych na sieci Ethernet, takich jak Profinet, EtherNet/IP lub Modbus TCP. Dane RFID są dostępne dla sterownika jako dane procesowe lub poprzez zdefiniowane mechanizmy poleceń i mogą być bezpośrednio zintegrowane z sekwencją sterowania.
OPC UA dla systemów MES i ERP
W celu komunikacji z systemami MES, SCADA lub ERP odpowiednie interfejsy RFID firmy TURCK oferują zintegrowany serwer OPC UA. Dane RFID są odwzorowywane w znormalizowanym modelu informacyjnym i mogą być odczytywane przez klientów OPC UA lub wyszukiwane za pomocą określonych metod. Umożliwia to integrację na poziomie IT niezależną od systemu i producenta.
MQTT w zastosowaniach IIoT
Protokół MQTT może być wykorzystywany w aplikacjach opartych na zdarzeniach oraz w aplikacjach działających w pobliżu chmury. Zdarzenia RFID lub informacje o stanie są przesyłane jako komunikaty do brokera MQTT i są tam dostępne dla wszystkich subskrybentów w celu dalszego przetwarzania, na przykład w aplikacjach do monitorowania, analizy lub śledzenia.
Rozwiązania identyfikacyjne oparte na kodach kreskowych i technologii RFID różnią się zasadniczo pod względem niezawodności procesów, wydajności oraz stopnia automatyzacji. To, czy lepszym wyborem będzie kod kreskowy, czy technologia RFID, zależy zatem zawsze od wymagań konkretnego zastosowania.
Systemy kodów kreskowych są uważane za ekonomiczne rozwiązanie na początek i można je łatwo zintegrować z istniejącymi procesami informatycznymi i logistycznymi. Wymagają one minimalnej infrastruktury i sprawdzają się w wielu zastosowaniach. Jednak do odczytu zawsze konieczny jest bezpośredni kontakt wzrokowy między kodem a skanerem. Brudne, uszkodzone lub źle wycentrowane etykiety mogą utrudniać skanowanie, a jednoczesny odczyt wielu obiektów nie jest możliwy. Ogranicza to stopień automatyzacji.
Rozwiązania RFID znajdują zastosowanie tam, gdzie wymagana jest większa niezawodność procesów i wyższy stopień automatyzacji. Identyfikacja odbywa się bezstykowo i bez konieczności bezpośredniej widoczności, a ponadto możliwe jest jednoczesne wykrywanie wielu transponderów. Pozwala to w znacznym stopniu zautomatyzować przebieg procesów i ograniczyć czynności wykonywane ręcznie. RFID zapewnia wiarygodne dane dotyczące zapasów i procesów niemal w czasie rzeczywistym, zwiększając w ten sposób przejrzystość i bezpieczeństwo w produkcji i logistyce. Wiąże się to z wyższymi kosztami inwestycyjnymi; ponadto wdrożenie w niektórych środowiskach — takich jak te, w których występuje dużo metalu lub cieczy — jest technicznie trudniejsze.
Wybór odpowiedniego tagu RFID zależy przede wszystkim od następujących sześciu czynników:
1. Warunki środowiskowe
Tagi RFID muszą być dostosowane do otoczenia: tylko wersje typu M nadają się do stosowania na metalach; pozostałe wymagają użycia podkładek dystansowych. Zakresy temperatur rozciągają się od –25…+85°C aż po tagi wysokotemperaturowe, które mogą wytrzymać temperatury do 240°C przez krótki czas. Stopnie ochrony wahają się od IP40 (etykiety) do IP69K (przemysłowe tagi okrągłe).
2. Pojemność i typ pamięci
Tagi EEPROM (128–320 bajtów) nadają się do przechowywania niewielkich ilości danych i rzadkiego zapisu, natomiast tagi FRAM (2–8 kB) umożliwiają bardzo dużą liczbę cykli oraz szybkie operacje odczytu i zapisu, co czyni je idealnymi do częstych aktualizacji lub szybkich procesów.
3. Konstrukcja i montaż
Typowe opcje obejmują wytrzymałe etykiety przykręcane, uniwersalne etykiety okrągłe, kompaktowe etykiety miniaturowe, a także etykiety samoprzylepne lub wkładki przeznaczone do mniej wymagających warunków. Wybór odpowiedniej konstrukcji zależy od dostępnej przestrzeni montażowej, obciążenia mechanicznego oraz wymaganej możliwości wymiany.
4. Zasięg i kombinacje
Zasięg zależy bezpośrednio od rozmiaru tagu, jego konstrukcji oraz zastosowanej głowicy odczytująco-zapisującej. Większe tagi zapewniają większy zasięg transmisji; metal oraz niekorzystne położenie montażowe ograniczają zasięg.
5. Dynamika działania aplikacji
W aplikacjach działających w trybie dynamicznym („on the fly”) kluczowe znaczenie mają krótkie czasy odczytu i zapisu oraz wystarczający czas przebywania danych w pamięci. Tagi FRAM oferują tutaj korzyści dzięki szybszemu dostępowi i wysokiej stabilności cyklicznej.
6. Zgodność i normy
Tagi RFID muszą być zgodne z normą ISO 15693 oraz z głowicą odczytowo-zapisową, z której się korzysta. W środowiskach zagrożonych wybuchem wymagane są wersje z certyfikatem ATEX.
Wybór odpowiedniego tagu UHF zależy przede wszystkim od następujących sześciu czynników:
1. Warunki otoczenia
Technologia UHF jest wrażliwa na otoczenie: metal i ciecze mają znacznie większy wpływ na pole niż w przypadku częstotliwości HF. Dlatego tagi UHF muszą być specjalnie zaprojektowane do środowisk metalowych (tagi na metal). Stopnie ochrony sięgają od IP40 (etykiety) do IP67/69K dla zastosowań przemysłowych; dostępne są również wersje wysokotemperaturowe. Należy uwzględnić zakresy częstotliwości właściwe dla danego kraju (np. UE 865–868 MHz, USA 902–928 MHz).
2. Rozmiar i typ pamięci
Tagi UHF zazwyczaj oferują mniejsze obszary pamięci użytkownika (np. 28–110 bajtów) niż tagi HF, ale wykorzystują one ustrukturyzowane banki pamięci zgodnie ze standardem EPC Gen2 (pamięć zarezerwowana, EPC/UII, TID, pamięć użytkownika). Pamięć ta jest wystarczająca do identyfikacji opartej na EPC oraz przechowywania umiarkowanej ilości dodatkowych informacji; tagi UHF są mniej odpowiednie do przechowywania dużych ilości danych.
3. Konstrukcja i montaż
Tagi UHF są dostępne w postaci tagów do montażu na metalowych powierzchniach, w wersjach przemysłowych, jako etykiety samoprzylepne, wkładki lub wytrzymałe tagi przykręcane. Konstrukcja ma ogromny wpływ na zasięg: większa powierzchnia anteny oznacza stabilniejszą pracę i większy zasięg. Orientacja montażowa (polaryzacja pozioma/pionowa) ma kluczowe znaczenie dla czytelności.
4. Zasięg i kombinacje
Pasmo UHF pozwala na zasięg rzędu kilku metrów, w zależności od konstrukcji tagu, anteny czytnika, mocy nadawczej oraz warunków otoczenia. Zasięg zapisu jest znacznie mniejszy niż zasięg odczytu. Pola UHF są niejednorodne — należy uwzględnić odbicia, zaniki i zakłócenia. Rzeczywisty zasięg wynosi zazwyczaj 40–80% wartości laboratoryjnych.
5. Dynamika zastosowań
Technologia UHF doskonale sprawdza się w szybkich i dynamicznych procesach: umożliwia odczyt partii do 200 tagów na sekundę. Gdy tagi są w ruchu („w locie”), należy zapewnić wystarczające okna czasowe na ponowne próby. Minimalne odległości między tagami (zazwyczaj ≥ 50 mm) poprawiają czytelność. Wiele czytników może również zakłócać się nawzajem, dlatego ważne jest zarządzanie częstotliwościami i synchronizacja.
6. Zgodność i normy
Tagi UHF muszą być zgodne z normą ISO 18000-6C / EPC Class 1 Gen 2. Regionalne certyfikaty radiowe, takie jak CE, FCC, IC, KCC itp., zależą od częstotliwości i mocy nadawczej. Dostępne są wersje zgodne z ATEX do stosowania w atmosferach potencjalnie wybuchowych. Należy zapewnić kompatybilność z czytnikami TURCK (seria Q, anteny o dużej powierzchni) oraz interfejsami TBEN-BL-Ident.
Dzięki trybowi magistrali RF firmy TURCK można efektywnie połączyć w sieć do 32 głowic odczytowo-zapisowych RF na jedno połączenie RFID — jest to idealne rozwiązanie dla wdrożeń RFID na dużą skalę, wymagających minimalnego okablowania.
Głowice odczytowo-zapisowe firmy TURCK osiągają ponadprzeciętny zasięg, zwłaszcza w paśmie HF, dzięki czemu przewyższają wiele podobnych rozwiązań dostępnych na rynku.
Firma Turck oferuje nie tylko szeroki wybór rozwiązań RFID dla przemysłu produkcyjnego i logistyki, ale także gotowe rozwiązania obejmujące integrację oprogramowania realizowaną przez Turck Vilant Systems.
Turck Vilant Systems (TVS) jest specjalistą w zakresie gotowych rozwiązań do identyfikacji i lokalizacji w ramach Grupy TURCK — obsługującym aplikacje logistyczne i intralogistyczne na całym świecie oraz we wszystkich branżach. Od wstępnego doradztwa i analizy procesów po uruchomienie i produkcyjną eksploatację, zespół wspiera każdy projekt od początku do końca. Dzięki dogłębnej wiedzy procesowej i sprawdzonemu, własnemu oprogramowaniu do wstępnego przetwarzania danych, TVS dostarcza dostosowane do potrzeb rozwiązania w zakresie śledzenia i lokalizacji, charakteryzujące się krótkim czasem wdrożenia, wysoką niezawodnością operacyjną i minimalnym nakładem pracy przy rozbudowach.
W sekcji „Wiedza specjalistyczna” znajdziesz wszystkie opracowania firmy TURCK, a także nagrania z naszych webinarów. Zamiast wygłaszać długie wykłady na temat ogólnych podstaw technicznych, szybko przechodzimy do sedna fascynujących zagadnień związanych z automatyką.
