Отслеживание и управление цепочками поставок являются важными областями применения промышленного Интернета вещей (IIoT), которые используются на производственных предприятиях, в логистических и распределительных центрах, центрах обработки данных, медицинских учреждениях, сельском хозяйстве, строительстве и транспорте. В то время как принцип работы RFID прост и хорошо известен, подготовка спецификаций системы отслеживания на основе RFID сложна. Ценные предметы могут подвергаться различным неконтролируемым рабочим условиям, включая удары и вибрацию, жару, мороз и влажность во время транспортировки и хранения, а данная технология позволит контролировать эти процессы и снижать негативные последствия.
Для проектов разработчикам нужны прочные и надежные метки, способные работать в суровых промышленных, строительных и транспортных условиях. С точки зрения применения транспондеры должны иметь различные стандартные размеры и диапазоны расстояний считывания для удовлетворения потребностей. Давайте обсудим аспекты, характерные для пассивной технологии RFID, и несколько связанных отраслевых стандартов. А также рассмотрим RFID-продукты, считыватели и схемные решения от Molex, Murata Electronics и ThingMagic.
Как известно, пассивная RFID-метка состоит из антенны и микросхемы, включающей головку аналогового ввода с модулятором, демодулятором, блоком питания, использующим энергию РЧ-поля, контроллер с кодером/декодером данных, управляющую электронику, схему таймера и память. Пассивные метки RFID не используют батарейки. В большинстве таких устройств содержимое памяти изменяемо и может хранить гораздо больше данных, чем например штрих-коды.
Пассивные RFID-метки, работающие в диапазоне УВЧ, можно считывать с расстояния до нескольких метров и сразу много таких идентификаторов. Беспроводная связь позволяет даже прочитать идентификатор в ящике не открывая его. Бесконтактная связь обеспечивает нечувствительность к грязи, влаге, вибрации и другим факторам окружающей среды, препятствующим использованию штрих-кодов. Они выпускаются различных форматов и размеров, ориентированных на конкретные области применения. Некоторые идентификаторы предназначены для металлических объектов и используют металлическую поверхность в качестве антенны для усиления сигнала и повышения дальности.
Для стандартизации этих продуктов было разработано несколько различных протоколов и форматов данных.
Ассоциация RAIN RFID продвигает протокол ISO/IEC 18000-63 GS1 UHF Gen 2 RAIN (радиочастотная идентификация), предназначенный для подключения меток UHF RFID к облаку. Это позволяет хранить, управлять и обмениваться данными RFID через Интернет.
Система, использующая решение RAIN, включает в себя идентификатор, считыватель и программное обеспечение, способное устанавливать соединение с локальной сетью, а оттуда — с облачным хранилищем. Он описан в ISO, поэтому можно кодировать продукты, используя идентификационные номера компаний (CIN).
Электронные коды продуктов и RFID
Электронный код продукта (EPC) Gen 2v2, используемый RAIN, представляет собой стандарт протокола радиоинтерфейса для обработки пассивных RFID-меток УВЧ. EPC Gen 2v2 включает в себя функции для повышения безопасности и предотвращения злоупотреблений, а также повышения конфиденциальности за счет процесса аутентификации меток и считывателей. Память идентификаторов Gen 2v2 может быть разделена на большое количество файлов, и они также подходят для реализации электронного наблюдения за товарами (EAS).
Стандарт EPC был разработан организацией EPCglobal и принят как ISO 18000-6C. В дополнение к установлению методов связи для меток и считывателей соответствующие правила регулируют как данные EPC распределяются между различными пользователями системы. EPC можно рассматривать как универсальный идентификатор объекта, используемый в метках RFID. Можно сказать, что RFID — это технология, обеспечивающая реализацию носителей данных, а EPC — их идентификацию и форматирование.
Правила EAS и UDI для медицинских устройств
Как и в случае с EPC, во многих странах действуют правила требующие чтоб медицинское оборудование имело уникальный идентификатор устройства (UDI), который позволяет безопасно использовать его. Хотя системы UDI подходят для многих типов медицинского оборудования, они особенно часто используются для маркировки хирургических инструментов, чтобы снизить риск подготовки неподходящего оборудования к операции. Помимо управления количеством и типом, использование меток также позволяет собирать историю использования отдельных устройств и количество использований.
Например можно применять маленькую метку UHF RAIN Murata для крепления на металлических поверхностях LXTBKZMCMG-010, позволяющую идентифицировать хирургические, промышленные и подобные металлические предметы. Эта метка использует металлическую поверхность в качестве антенны для расширения диапазона и имеет размеры 6 х 2 х 2,5 мм. Работает в диапазоне УВЧ.
Низкопрофильные RFID-метки для отслеживания активов
В устройствах для отслеживания предметов и запасов используются метки, разработанные специально для того чтобы выдерживать сильную вибрацию и удары, а также работать в широком диапазоне температур, характерном для промышленных, сельскохозяйственных, строительных и транспортных систем. Малая высота означает меньшую занимаемую площадь, лучшую надежность и более низкие затраты. Например Molex 0133580821 имеет толщину 1,8 мм, класс защиты IP68, поэтому может использоваться во влажной среде и работает в диапазоне температур от –50 до +85 °C. Она имеет дальность считывания 4,5 метра и может быть установлен на различных материалах, включая металлы и пластмассы.
Считыватель RFID RAIN
Считыватель RFID Elara RAIN от Th ingMagic — это готовое к использованию устройство с интерфейсом USB, которое сводит к минимуму усилия по проектированию и ускоряет внедрение технологии RFID в любом приложении. Он позволяет считывать транспондер с расстояния до 2 м. Он доступен в двух версиях: PLT-RFID-EL6-ULB-4-USB, работающая в диапазоне 865–868 МГц, и PLT-RFID-EL6-UHB-4-USB в диапазоне 915–928 МГц. Оба размещены в пластиковых корпусах медицинского назначения.
Используя Elara, дизайнеры могут легко добавлять в приложения функции RFID и использовать их в качестве компонента по запросу (plug-and-play) или стационарного считывателя. Устройство обеспечивает автономное считывание, что позволяет быстро создавать готовые решения без необходимости знания RFID или использования программных средств и интеграции с приложением. Примеры приложений Elara включают UDI в медицинских учреждениях, обработку и отслеживание возвратов на складах и в распределительных центрах, а также распространенные решения RFID.
Возможности Elara включают в себя:
- упрощенная системная интеграция и работа без дополнительного ПО благодаря возможности автономной работы,
- поддержка стандарта RAIN и интерфейса связи,
- поддержка протокола EP-Cglobal Gen 2v2,
- массовое считывание нескольких меток в хирургических инструментах или наборах компонентов для сборки,
- подсчет товаров и проверка статуса с точки зрения обработки возвратов или запасов,
- подготовка RFID-меток к работе,
- обновление памяти меток.
Считыватель RFID для Industry 4.0
Для устройств Industry 4.0, требующих подключения нескольких RFID-считывателей к облаку через пограничный сервер, разработчики могут использовать Molex ALR-F800-X, который включает в себя 4-х портовый пассивный UHF-считыватель RFID-меток и пограничный контроллер. Он позволяет считывать и обрабатывать данные RFID в режиме реального времени. ALR-F800 может получать питание от БП адаптера или по технологии Power-over-Ethernet (PoE), что упрощает внедрение крупномасштабных RFID-систем Industry 4.0.
Технология динамической самоадаптации (DSA) в ALR-F800 сканирует радиочастотный спектр в режиме реального времени и регулирует параметры считывания (фильтрация и настройка) для оптимизации считывания RFID-меток. Память устройства можно расширить с помощью карт micro-SD, а через порт USB добавляется Wi-Fi-подключение к сотовой сети.
Встроенное программное обеспечение Emissary позволяет управлять и настраивать дополнительные считыватели без необходимости использования выделенного пограничного сервера. Это позволяет разрабатывать полные блок-схемы с использованием предопределенных операций, таких как чтение меток, включение элементов управления и отправка данных.
Программное обеспечение включает в себя:
- интуитивно понятная визуализация функций, поддерживаемых устройств и точек считывания меток,
- простая для понимания номенклатура элементов системы,
- набор утилит для Windows для создания блок-схем,
- настройка, контроль и обслуживание всех подключенных считывателей,
- поддержка Tag Data Standard для точной интерпретации считанных данных,
- управление отчетами и объединение множества отчетов для загрузки в облачное хранилище.
Подведем итог
Пассивные метки и считыватели RFID позволяют создавать решения для отслеживания активов в устройствах IIoT, включая производство, логистику, центры обработки данных, здравоохранение, сельское хозяйство, строительство и транспорт. Но при выборе таких продуктов, разработчики должны знать о ряде отраслевых стандартов, таких как RAIN, EPC Gen 2v2, ISO/IEC 18000-63 и UDI, а также о том, что различные типы транспондеров адаптированы к их конкретному применению. Зато вместе они помогают ускорить развертывание RFID-приложений Industry 4.0.
