RFID filarem rozwiązań dla Przemysłu 4.0

| Prezentacje firmowe

Do fabryk i zakładów produkcyjnych wkracza właśnie czwarta rewolucja przemysłowa. Jednym z jej filarów jest pełna automatyzacja oparta nie tylko na radiowej identyfikacji obiektów w czasie rzeczywistym, ale również na możliwości wynikającej z rozszerzenia funkcjonalności RFID o dokonywanie pomiarów i kolekcję danych z sensorów.

RFID filarem rozwiązań dla Przemysłu 4.0

Rewolucja w obszarze identyfikacji obiektów rozpoczęła się w latach 70. ubiegłego wieku. Jednym z pierwszych pomysłów wprowadzonych do użytku masowego były rozwiązania oparte na kodzie paskowym. Kody kreskowe oraz karty bankowe, jako nośnik informacji, zaliczają się do grupy rozwiązań półautomatycznych. Zapewniły one szeroką automatyzację procesów produkcyjnych, logistycznych i kontroli dostępu, bez której trudno sobie dziś wyobrazić funkcjonowanie przemysłu.

Kolejnym naturalnym krokiem stało się dążenie do zapewnienia o wiele szerszej automatyzacji, czyli możliwości dostępu do danych powiązanych z obiektem, jego miejscem położenia i statusem w czasie rzeczywistym, w dowolnym momencie oraz jednoczesnego dostępu on-line.

RFID - coraz więcej aplikacji

 
Rys. 1. Rodzina produktów ST25 firmy ST Microelectronics

W obecnych czasach bardzo dużą rolę w automatyzacji przesyłu danych i masowej identyfikacji odgrywa technika RFID. Dzięki eliminacji czynnika ludzkiego możliwy stał się wzrost prędkości identyfikacji obiektów, a dostęp do danych on-line i zmniejszenie liczby błędów w systemach IT staje się codziennością. Lista praktycznych zastosowań RFID coraz bardziej się wydłuża.

Tam, gdzie łańcuch dostaw jest rozbudowany, RFID umożliwia nie tylko monitorowanie i inwentaryzację obiektu w dowolnym miejscu i czasie, ale coraz częściej monitorowaniem objęte zostają maszyny, urządzenia i pracownicy obsługujący transport obiektów aż do klienta. W powiązaniu z systemami IT otrzymujemy pełny wgląd on-line w historię oraz aktualny status elementów infrastruktury.

RFID duże znaczenie zyskało w logistyce, gdzie jedną z kluczowych funkcji jest kontrola jakości, możliwość eliminacji przestojów produkcyjnych i wadliwych produktów. Dzięki temu zmniejszają się koszty oraz ogranicza ryzyko ponoszone przez przedsiębiorstwa.

Przemysł 4.0 a RFID

 
Rys. 2. Idea zasilania energią wolnodostępną (energy harvesting) oraz zobrazowanie działania ST25DV I²C Dynamic NFC Tag (ISO15693, NFC typ V, praca w temperaturach od -40 do +125°C, niski pobór mocy, poniżej 1 μA w trybie standby)

Oczekiwania od rozwiązań specjalizowanych pod kątem Przemysłu 4.0 stale rosną. Szczególnie przydatne cechy to zapewnienie komunikacji czytników z transponderami na dużych odległościach oraz integracja transponderów z elementami sensoryki, w tym możliwości agregowania danych z wielu sensorów bezprzewodowo na poziomie obiektu.

W rezultacie odejście jedynie od funkcji identyfikacji i wkroczenie w warstwę aplikacji. W przypadku transponderów aktywnych istotny jest długi czas pracy, który zapewnia nieprzerwaną obsługę wielu funkcji, np. monitorowania obiektów w czasie oraz alarmowania o przekroczeniu założonych wartości.

W przemyśle 4.0 liczy się również standaryzacja danych, która umożliwiają elastyczną i bezpieczną wymianę danych w całym łańcuchu dostaw pomiędzy systemami IT różnych przedsiębiorstw, zapewniając możliwość budowania złożonych systemów zarządzania gospodarką materiałową towarów i usług.

Można zauważyć, że wspomniane wymagania są dziś realizowane przez rozwiązania pracujące w paśmie nielicencjonowanym (ISM) oraz licencjonowanym (GSM). Jednakże niewystarczająca miniaturyzacja, wysokie koszty wytworzenia i utrzymania oraz niewystarczająca energooszczędność otwiera możliwości rozwoju dla RFID.

Praktyczne wykorzystanie dostępnych rozwiązań, czyli Dynamic Tags

 
Rys. 3. Środowisko ST25 oraz przykładowe płyty ewaluacyjne

Poza wcześniej wspomnianą i szeroko wykorzystywaną w przemyśle i logistyce identyfikacją sprzętu, najbardziej w kontekście Przemysłu 4.0 zwracają uwagę rozwiązania oparte na tzw. Dynamic Tags. W tym wypadku poza standardową funkcjonalnością identyfikacji obiektu otrzymujemy możliwość komunikacji np. w celu pobrania danych z sensorów monitorowanego obiektu (rys. 1).

Co więcej, w przypadku magazynowania energii do zasilania otrzymujemy możliwość gromadzenia danych uzyskanych z czujników, w efekcie generujemy rozwiązanie pełniące funkcję czarnych skrzynek (rys. 2).

Innym ciekawym układem z serii Dynamic NFC Tag jest wersja ST25DVPWM przeznaczona do sterowania oświetleniem. Otwiera się tutaj możliwość tworzenia nowej gamy rozwiązań skierowanych nie tylko do przemysłu, ale również do automatyki domowej. Wszędzie tam, gdzie ograniczenia rozmiaru wykluczają lub ograniczają możliwości adaptacyjne, rozwiązania oparte na RFID mogą być skuteczną alternatywą.

Portfolio układów

W zależności od potrzeb firma Masters zapewnia szeroki wachlarz układów w trzech obszarach: układy do identyfikacji obiektów, układy dynamiczne do identyfikacji obiektów oraz układy przeznaczone do czytników RFID. W celu ułatwienia prototypowania, w ofercie Mastersa znajduje się bogate portfolio komponentów i gotowych rozwiązań, jak również materiały informacyjne oraz narzędzia aplikacyjne będące nieocenionym wsparciem w fazie projektowania (rys. 3).

Jerzy Kozieł, Head of R&D
Masters Sp. z o.o.