Odczyt wielu nośników równocześnie z odległości do 6 metrów

Nowy system RFID BIS U firmy Balluff, wiodącego dostawcy rozwiązań z zakresu czujników oraz systemów połączeń, poszerza obszerną i sprawdzoną ofertę indukcyjnych systemów identyfikacji RFID (BIS-C, BIS-L, BIS-M) o zasięgach do 400 mm o nowe rozwiązanie UHF (868-870 MHz) do zasięgów sięgających aż do 6 metrów.

Głównymi składnikami systemu identyfikacji RFID BIS U są: procesor oraz do czterech anten kierunkowych UHF o polaryzacji kołowej, jak również nośniki danych do identyfikacji obiektów oraz system nadrzędny, taki jak sterownik PLC lub komputer PC z oprogramowaniem do parametryzacji "BIS UHF-Manager".

System UHF wykorzystuje technologię wstecznego odbicia (backscattering) oraz nośniki danych bazujące na międzynarodowym standardzie EPC Gen2. Pamięć w technologii EEPROM zapewnia elastyczną i szybką komunikację nawet w bardzo dynamicznych aplikacjach. Główne zastosowania obejmują systemy transportu i logistyki wewnętrznej, przemysł motoryzacyjny i ich dostawców.

Co odróżnia systemy RFID UHF od innych rozwiązań? Przy dużej prędkościach i w trybie dynamicznym informacje umieszczone na nośniach mogą być odczytywane indywidualnie lub grupowo niezależnie od ich orientacji przestrzennej dzięki kołowej polaryzacji anten.

Nie tylko to: w przeciwieństwie do kodów kreskowych, nie jest wymagane, aby nośnik RFID znajdował się w polu widzenia czytnika. Umożliwia to zabudowywanie nośników danych w obiektach w taki sposób, że nie są one na zewnątrz, na przykład w celu umożliwienia wykorzystania w ekstremalnych warunkach, takich jak zanieczyszczenia lub temperatura.

Standardowe nośniki danych z elektronicznym kodem produktu EPC

Rys. 1. MultiTag - odczyt BIS U

Dostępne etykiety są tak różne, jak aplikacje. Jak już wspomniano, wykorzystywane mogą być wszystkie transpondery wykonane zgodnie ze standardem EPC Gen2 (V1.2.0 ) oraz ISO/IEC 18000-6C. Użytkownik może wybierać od niedrogich nośników w formie etykiet jednorazowego użytku aż do wykonań specjalnych nośników w obudowach o wysokim stopniu ochrony IP do długotrwałego użytkowania w aplikacjach o obiegach zamkniętych, takich jak podstawy transportowe do produktów i palety.

Nośniki w formie etykiet są dostępne w wielu różnych wersjach również jako etykiety z nadrukiem. Należy również zwrócić uwagę, że nośniki UHF różnią się pod względem czułości, zasięgu i zakresu roboczego. Prawdziwymi specjalistami do pracy w trudnych warunkach ze względu na duże wstrząsy i drgania, jakie spotykane są w logistyce i produkcji przemysłowej, są nośniki o stopniu ochrony IP67 w wytrzymałej obudowie, BIS U-100, oferowane przez firmę Balluff.

Zaprojektowane do pracy w temperaturze od -40°C do +85°C, mogą być zamontowane z wykorzystaniem odpowiednich podstawek dystansowych lub za pomocą magnetycznych stopek, bezpośrednio na metalu. Sercem każdego nośnika BIS U jest elektroniczny kod produktu, w skrócie EPC.

Z wykorzystaniem tego jednokrotnego przypisanego numeru identyfikacyjnego wszystkie obiekty, takie jak produkty oraz jednostki logistyczne, mogą zostać zidentyfikowane w dowolnym miejscu na świecie i w każdej chwili w ramach łańcucha dostaw. Przypisanie odbywa się za pośrednictwem nadrzędnej bazy danych i działa nawet poza granicami firmy.

Autonomiczne, nie wymagają zasilania

Rys. 2. Przykład zastosowania

Pasywne nośniki danych nie wymagają własnego zasilania. Energię potrzebną do pracy uzyskują z pola elektromagnetycznego. Największa część energii skierowanej na nośnik jest jednak odbijana. Kontrolowana w czasie zmiana w zachowaniu się odbicia anteny dipolowej skutkuje w odbitej fali modulacją amplitudy fali elektromagnetycznej.

Jest to wykrywane przez antenę oraz demodulowane przez procesor. Taką formę wymiany informacji określa się mianem backscatteringu. W warunkach idealnych, bez żadnych przeszkód natężenie pola elektrycznego spada proporcjonalnie do odległości, w warunkach rzeczywistych sytuacja jest całkowicie inna.

Fale elektromagnetyczne wysyłane przez czytnik są nie tylko odbijane przez nośniki RFID, ale także wszelkie inne obiekty w okolicy, takie jak ściany, podłogi oraz kontenery transportowe. Odbite fale nakładają się na falę podstawową emitowaną przez czytnik, przez co dochodzi do zjawiska interferencji fal, co skutkuje lokalnym tłumieniem, a nawet całkowitym wygaszeniem lub wzmocnieniem.

Takie zachowanie się fal elektromagnetycznych oznacza, że zasięg działania można przewidzieć tylko warunkowo. Poprzez zastosowanie wielu anten, niestandardowe ustawienia mocy anteny, ruch obiektów w trybie skanowania w polu elektromagnetycznym, trudności te mogą być wyeliminowane i system może zostać idealnie dostosowany do specyficznych warunków.

Procedura antykolizyjna do szybkiej identyfikacji

Rys. 3. Ustawianie mocy przesyłania danych z wykorzystaniem oprogramowania BIS UHF-Manager

Szczególnie skuteczną i oszczędną procedurą jest wykrywanie wielu nośników bez wyróżniania obiektów, które mają być wykrywane. Na przykład można przejechać paletą z pudełkami, do których są mocowane nośniki, przez pole generowane przez antenę, np. czytnik bramowy i odczytać wszystkie nośniki danych równocześnie z dużej odległości bez względu na ich orientację.

Stanowi to szczególne wyzwanie. System UHF rejestruje, kiedy nośnik jest w polu, ale tylko wtedy, gdy interferencje, efekt ekranowania lub niewłaściwej orientacji anteny nie uniemożliwiają jego wykrycia. Kolizja danych może wystąpić również w momencie, gdy wiele znaczników odpowiada w tym samym czasie.

Ale jest na to rozwiązanie: ALOHA, specjalna procedura detekcji partii i protokół antykolizyjny, który jest używany do sekwencyjnego przepływu danych z tagów. Pozwala uniknąć kolizji tak, że wszystkie nośniki są niezawodnie wykrywane na małej przestrzeni. Teoretycznie w ciągu sekundy może być wykrytych do około 250 nośników.

Oto jak to działa. Wszystkie nośniki są zobowiązane do generowania losowej liczby od 0 do n, a co za tym idzie tworzenia kolejki hierarchii. Ogólnie numer n odpowiada liczbie oczekiwanych transponderów (n = 2Q). Wyłącznie nośnik, który odpowiedział 0, jest dopuszczony do odpowiedzi poprzez wysłanie kodu EPC, natomiast pozostałe muszą czekać na kolejne polecenia.

Czytnik otrzymuje odpowiedź od nośnika, następnie wysyła polecenie do wszystkich pozostałych nośników do zmniejszanie o jeden ich wygenerowanych liczb losowych. Wyłącznie nośnik, który odpowiedział 0, jest dopuszczony do odpowiedzi poprzez wysłanie kodu EPC, natomiast pozostałe znowu muszą czekać na kolejne polecenia.

Jeśli dwa nośniki odpowiadają w tym samym czasie, powtórzenie rozpoczyna się z różnym współczynnikiem Q. Jeśli jednak procesor nie otrzyma odpowiedzi pomimo wielu prób, ponieważ współczynnik Q został wybrany zbyt wysoki, powtórzenie również jest rozpoczynane ze zmienionym współczynnikiem Q.

Kiedy procedura rekurencji dla liczb losowych jest zakończona bez kolizji danych, można założyć, że wszystkie transpondery w zakresie działania anteny zostały odczytane.

Bezpieczeństwo pracy

Przy takim systemie należy oczywiście założyć, że ludzie znajdą się w zasięgu wiązki na dłuższy lub krótszy okres. Ponieważ system spełnia limity określone przez Międzynarodową Komisję Ochrony Radiologicznej dla pól elektromagnetycznych, może być on bezpiecznie eksploatowany praktycznie w każdym miejscu.

Balluff Sp. z o.o.
www.balluff.com