Botlek groep 27 september 2012

Basisprincipes RFID

Botlek – groep 27 september 2012 1

The Turck Group

Basisprincipes RFID – Agenda

1. 2. 3. 4. 5. 6.

2

Voorstellen Wat is RFID Waar uit bestaat een RFID installatie Normen en Concepten Praktijk voorbeelden Ook voor Ex toepassingen

Grundlagen RFID

Basisprincipes RFiD - Voorstellen

Turck B.V. Ruiterlaan 7 8019BN Zwolle Tel. +31 (0)38 4227750 Fax +31 (0)38 4227751 Email [email protected] internet www.turck.nl Uw contact voor de Krohne Academy Rolf Drijver Technisch adviseur

The Turck Group

3

Basispríncipes RFiD Na het behandelen van de techniek, maakt de presentatie de brug naar de voordelen van RFID in vergelijking tot andere identificatiesystemen. Ook de grenzen van gebruik in de praktijk worden behandeld, zoals de invloed van de afstand op de data-overdrachtssnelheid.

4

Grundlagen RFID

Basispríncipes RFiD • Vragen van het publiek • Vraag: Effect van magneten op een TAG? • Antwoord: de TAG reageert alleen op wisselende elektromagnetische velden, en zal niet reageren op een statisch veld. De gekozen componenten zijn industrieel geschikt. Per TAG kan er worden uitgezocht wat de grenswaarden in veldsterkten zijn van de onderdelen. • Vraag: Zijn er SIL oplossingen voorhanden? • Antwoord: er bestaan oplossingen geschikt voor toepassing in SIL applicaties ook kunnen er gegevens zoals MTBF worden verstrekt waarmee het risico is te benaderen • Vraag: wordt voor diefstal preventie dezelfde techniek gebruikt? • Antwoord: er wordt gebruik gemaakt van soort gelijke techniek maar met specifieke frequenties en protocollen. • Vraag:kunnen TAG’s beveiligd worden tegen uitlezen • Antwoord: in F-Ram Tag kunnen blokken van informatie permanent worden gemaakt niet meer te wijzigen, ook kan er informatie met encryptie worden geschreven. De tag is echter altijd leesbaar!

5

Grundlagen RFID

Wat is RFiD RFID = Radio Frequency IDentification • Doel RFID is om objecten, voorwerpen en personen of dieren te identificeren en te lokaliseren. • Hiervoor gebruiken we de kennis en de werking van elektromagnetische velden (magnetische wisselvelden) of radio golven. • Als eerste ontwikkeld voor het registreren van onderdelen tijdens de productie is het doel tegenwoordig een volledige samenvoeging van informatie en product in de TAG. • Identificatie technologie vindt u tegenwoordig overal terug in uw dagelijks leven. 6

Grundlagen RFID

Identificeren maar hoe? Oplossingen naast RFID: • Barcode

• Data-Matrix-Code (2D)

• Biometrisch Methode

• Sensor codering

7

Grundlagen RFID

Identificatie methode uit de openbareruimte • Toegangscontrole bij bedrijven of de skilift

• Legitimatie Paspoort – Rijbewijs – ID kaart • Kenteken registratie voor tol in Londen, of voor een overtreding • Tank card / Lease / Wagenpark beheer voor de registratie van voertuig en bestuurder • Sport- en vrijetijd tijdregistratie wedstrijden 8

Grundlagen RFID

Industriële RFID applicaties • Productie automatisering Automotive

• Kwaliteitsborging Autoclaven • Voorkomen van gevaren kenmerken gevaarlijke stoffen • Magazijnbeheer en Logistiek Identificeren van producten, hoeveelheden en positie • Veiligheidstoepassingen Koppelstations, voor controle van de juiste aansluiting 9

Grundlagen RFID

RFID - Geschiedenis • Eerste gebruik aan het einde van de tweede wereldoorlog, secundaire radar voor herkenning van vriend en vijand. • 1948 heeft Harry Stockman als eerste de basisprincipes van RFID beschreven in zijn publicatie „Communication by means of Reflected power“ • Eind 1960 heeft Siemens de eerste properietarie oplossing ontwikkeld met een resonator (geschikt tot 12 Bit). • Vanaf 1970 komen de eerste 1 Bit RFID oplossingen op de markt, die voornamelijk in het voorraadbeheer worden toegepast • Omstreeks 1980 volgen de eerste applicaties voor dier identificatie • Sinds 1980 wordt RFID voor de meest uit een lopende zaken ingezet

10

Grundlagen RFID

Waaruit bestaat een RFID oplossing? Fieldbus (b.v. Profibus, DeviceNet, Profinet, Ethernet, etc)

Interface IP67

SchrijfLeeskop

Contactloze informatie uitwisseling

Tag 11

Grundlagen RFID

Werking volgens ISO 18000-1 • De Schrijf / leeskop (Reader) genereert een elektrisch magnetisch wisselveld . De transponder (Tag) die in het veld komt kan de energie van dit veld gebruiken als voeding (passieve TAG). • De Reader zendt de bevelen die door de chip van de TAG worden geïnterpreteerd, daarna beantwoord de TAG de Reader met de gewenste informatie (serienummer, speciale data) • De informatieoverdracht van de TAG naar de Reader geschiedt doormiddel van veldsterkte wisselingen of reflectie in tegenfase. De TAG zelf zendt hier dus niet!

12

Grundlagen RFID

Frequentiespectrum De frequentie gebieden waarmee de meest voorkomende RFID systemen werken beïnvloeden het gebruik en de applicatie. • De belangrijkste factoren zijn: - afstand - opbouw van de antenne velden - data overdragingssnelheid - Reflectie LF (Low Frequency) HF (High Frequency) UHF (1) UHF (2) UHF (3)

100..135kHz (per Land / Regio) 13,56 MHz 433 MHz 840..955 MHz (per Land / Regio) 2400..2483 MHz (Microgolf)

De gebruikte frequenties zijn ingedeeld volgens de ISM-frequentiebanden ISM = Industrial, Scientific and Medical Band, wereldwijd door ITU (International Telecommunication Union) geregeld

13

Grundlagen RFID

Eigenschappen van de frequentiegebieden Schreiblesekopf-Antenne Verlauf der Übertragungszone

UHF

HF

14

HF 13,56 MHz

UHF 865-868 MHz (Europa)

Internationale Normen

ISO 15693

ISO 18000-6C/ Gen2 ETSI EN 302208

Übertragungsprinzip

Induktive Kopplung im elektromagnetischen Nahfeld

Abgestrahlte elektromagnetische Welle im Fernfeld

Reichweite (Größe der Übertragungszone)

mittel, bis ca. 0,5 m

hoch, bis ca. 3 m

Größe der Übertragungszone für einen Schreiblesekopf

fest

parametrierbar

Daten-Übertragungsgeschwindigkeit

hoch

sehr hoch

Erfassung mehrerer Datenträger (Pulk) innerhalb einer Übertragungszone

einige

sehr viele

Grundlagen RFID

Voor en Nadelen van RFID Voordelen • De TAG‟s kunnen “bijna” onbeperkt gelezen en geschreven worden • RFID-TAG‟s kunnen veel informatie opslaan, hebben een relatief groot opslagvolume. • Het is mogelijk meerdere TAG‟s tegelijk te lezen / schrijven • Een zichtlijn is niet noodzakelijk tussen Reader en TAG • Tegenwoordig geschikt voor veeleisende applicaties • Efficiënt door hergebruik van de TAG‟s Nadelen • Prijs van de TAG UHF • Korte afstanden door het inductieve koppelingsprincipe HF • Praktische limitering door metalen en vloeistoffen- lastig als het op metaal moet maar niet onmogelijk

15

Grundlagen RFID

Normen en concepten ITU = International Telecommunication Union Bijzondere organisatie van Verenigde Naties, verantwoordelijk voor de technische aspecten van telecommunicatie wereldwijd. Stelt o.a. internationale regels voor gebruik van frequenties. ISM = Industrial, Scientific and Medical Band De ISM band legt het frequentiebereik vast die door de industrie en huishoudelijk gebruikt kunnen worden. Vastgelegd in de ISM-R (radiocommunicatie)

EPC = Elektronische Product Code Wereldwijde eenduidige en niet overlappende cijferreeks voor productidentificatie (TAG´s). Toewijzing GS1 in Amsterdam

16

Grundlagen RFID

Normen en concepten ISO18000 ff. algemeen Internationale standaard, waarin het CCI-interface protocol voor RFID wordt beschreven (Contactless Chipcard Interface). 18000-1 … 18000-7 Beschrijving en bepalen van de Air-Interface voor de wereldwijd in gebruik zijnde frequenties (135kHz, 13,56MHZ, 2,45 GHz, 868 MHz, 433,92 MHz). Vastlegging van de standaard voor verschillende toepassingen bijvoorbeeld paspoorten, toegangscontrole, lever-etiketten, dieridentificatie, etc.

17

Grundlagen RFID

UID – Unique Identifier De UID zorgt er voor dat de TAG een eenduidig identificatie nummer heeft!

Die UID wordt wereldwijd 1x vergeven per TAG. Daardoor is de TAG en het verbonden voorwerp eenduidig te identificeren. Voor de UID zijn minimaal 96Bit voorhanden. Dit kan worden uitgebreid tot 496 Bit. De UID kan bij de leverancier van de TAG, vast en niet te overschrijven worden opgeslagen op de TAG. De gebruiker kan echter ook TAG„s verkrijgen zonder UID.

18

Grundlagen RFID

AFI – Application Family Identifier In bepaalde gevallen kan het zinvol zijn om op de TAG meer informatie op te slaan, die de beoordeling of de handhaving van de informatie bevorderd. Hiermee kunnen verschillende voorwerpen met TAG van verschillende applicaties worden onderscheiden.

voorbeeld: - AFI 01010000 Farmacie - AFI 10000000 Magazijn en logistiek - AFI 00100000 Betalingsverkeer

19

Grundlagen RFID

TAG EEPROM • EEPROM-Technologie • 100.000 schrijfcyclussen • Onbeperkte leescyclussen • Informatiedrager 128 Byte • Prijsgunstig

Speicherplatz 8 Byte UID = unique identifier (unveränderbar)

112 Byte Nutzdaten

nicht nutzbar

20

Grundlagen RFID

TAG FRAM • FRAM-Technologie • 1010 schrijfcyclusen • Onberkte leescyclusen • Informatiedrager 2 kByte

Speicherplatz 8 Byte UID = unique identifier (unveränderbar)

ca. 2.000 Byte Nutzdaten

nicht nutzbar

21

Grundlagen RFID

Praktijkvoorbeeld chocolademallen • Schrijf Leeskop in M30 behuizing • Mal identificatie in de productie • Wash-Down-Version • • • •

Hoogwaardige behuizing Chemisch resistent FDA-conform bescherming IP69K

• Schrijf Leeskop kunststof rechthoekig • Mal identificatie in de wasinstallatie • Zekere herkenning van mallen met verschillende afmeting

22

Grundlagen RFID

Waar slaan we de informatie op?

Datenbank

23

UID = unique identifier Anzahl der Reinigungszyklen Anzahl der Produktionszyklen produzierte Menge [kg/Form] Lebensdauer der Form [Tage] Artikelnummer Produktname Nummer der Form Produktionsdatum Gießprogramm Reinigungsprogramm

834A9D0135F3468A 225 1400 1344 655 Agathon 11111/0 100g bar 267/1000 07.2007 Solid 100g Hildebrand 4

Grundlagen RFID

Opslagmogelijkheid 1

Datenbank

nur UID lesen

24



Grundlagen RFID

Opslagmogelijkheid 1 • Voordelen • Makkelijk op of om te bouwen • EEPROM Technologie te gebruiken • TAG’s alleen lezen • Nadelen • Zonder toegang tot database geen informatie • Veel bandbreedte (verkeer) nodig voor uitwisseling informatie • Machine besturingsopgave lastig te realiseren

• De installaties moeten onderling verbonden zijn

25

Grundlagen RFID

Opslagmogelijkheid 2

Datenbank alle Daten schreiben und lesen

26



Grundlagen RFID

Opslagmogelijkheid 2 • Voordelen • Installatie verbinding niet nodig • De mal informatie kan op ieder gewenst moment op de mal worden gelezen • Er is geen database nodig • Nadelen • FRAM-Technologie voor TAG’s noodzakelijk • Zonder database verlies je enkele voordelen • Permanente registratie van de mallen • Eenvoudige traceerbaarheid

27

Grundlagen RFID

RFID gebruik in een productiecyclus

Wareneingang

Material Handling

Vorverarbeitung

Produktion

Test

Fertigware

Auslieferung

RFID (Nahbereich)

28

Grundlagen RFID

RFID voor identificatie van mallen

Identificatie mallen

29

Controle transport

Grundlagen RFID

RFID in de chocoladeproductie

Ontnesten en invoeren in productie

Vullen van chocolade vormen

Detecteren chocolade resten 30

Grundlagen RFID

RFID in de logistiek voor mallen • Standaard mallenrek • Eenvoudig bij logistiek • Geschikt voor hoogbouw magazijnen • RFID voor mallenrek • Vereenvoudigd inname en uitgifte magazijn • Transparant door verbinding informatie van het rek en die van de losse mallen • Opslag locatie en informatie in ERP systeem

31

Extra TAG op mallenrek

Grundlagen RFID

Afwegingen bij toepassing RFID RFID-Gateway • Bepalen communicatieprotocol tussen besturing en RFID module • Inbouwwijze in de installatie • Uitvoering van de Gateway (beschermingsgraad en toevoeging van standaard I/O, etc.) Fysieke parameters • leesafstand tussen TAG en Reader • hoeveelheid informatie (bits en bytes) • snelheid (m/s) van de TAG Hiermee bepaald (of beperkt) men de keuze van de Reader en de TAG 32

Grundlagen RFID

Schrijf leeskoppen (Readers) Compacte schrijf leeskoppen (Compact Reader) Geschikt voor lezen en schrijven van informatie. De antenne en de schrijf lees onderdelen vormen een apparaat. Bedoeld voor kleine afstanden en vaste omstandigheden. Antenne-Reader Voor het detecteren van objecten op grote afstanden. Vaak in combinatie met meerdere antennes. Positie van de TAG kan en mag wijzigen ten opzichte van de antenne. Handheld (mobile Reader) Voor handmatig uitlezen of schrijven van de TAG. In gebruik met tijdelijk opslag van de informatie of met een directe WLAN verbinding naar de besturing.

33

Grundlagen RFID

Schrijf leeskoppen behuizingen Cylindrisch

Vierkant

Handheld Ring

Vlakke antenne

UHF Antenne

34

Grundlagen RFID

TAG - onderdelen TAG´s de basisonderdelen • Antenne • Microchip • Behuizing • Optioneel energievoorziening bijvoorbeeld batterij De bouwvorm en grote van een TAG zijn afhankelijk van • Gebruik en installatiewijze • De geïntegreerde antenne en dus van de golflengte en frequentie • Uitvoering actief of passief (energievoorziening)

35

Grundlagen RFID

TAG – Energievoorziening Passieve TAG´s • Voeding uit zendenergie geïntegreerde antenne spoel zorgt voor een lading van een hulp condensator. De TAG antwoord als de condensator voldoende geladen is (latentietijd) • Passieve TAG„s zijn normaal gesproken beperkt in het vermogen. Daardoor zijn de afstanden niet groot maar genoeg voor industriële veel applicaties • Voordeel is de lage kost prijs, voor de overwegend eenvoudige opbouw van de TAG

36

Grundlagen RFID

TAG – Energievoorziening Semi Actieve TAG„s • Zijn voorzien van een voeding (accu) die de niet permanente opslag voorziet van energie • Communicatie is gelijk aan de passieve TAG • Deze TAG„s kunnen ook worden verbonden met bijvoorbeeld temperatuur opnemers • Toepassingen zijn dan bijvoorbeeld het zonder onderbreken registreren van temperatuur in koeltransport, voeding van de accu

37

Grundlagen RFID

TAG – Energievoorziening Aktieve TAG´s • Voorzien van voeding (accu) voor de interne besturing (controller en geheugen) en voor mogelijk aangesloten sensoren. • Actieve TAG´s produceren zelf het gemoduleerde antwoord signaal dit komt dus niet uit de zendenergie van de Reader • Hiermee worden zeer grote afstanden mogelijk, tot kilometers • De meeste actieve TAG„s worden door een triggersignaal van uit rust in actieve mode gezet. Afhankelijk van de accu kunnen stand tijden mogelijk zijn van meerdere jaren. • Actieve TAG„s zijn relatief groot, complex en in verhouding duur.

38

Grundlagen RFID

TAG‘s tegelijk lezen schrijven In de situatie dat er meerdere TAG„s tegelijk gelezen en geschreven moeten worden gebeurt dit in werkelijkheid achter elkaar De TAG´s zijn binnen communicatie afstand met de reader (lees schrijfbereik)

De basis regels hiervoor zijn • Iedere TAG mag maar 1x gelezen worden • Na het lezen mag de TAG zich niet meer opnieuw melden • De TAG„s moeten zich niet allemaal tegelijk melden

39

Grundlagen RFID

TAG – behuizing schijf

insteek

Met Clip

Hoogtemperatuur

hoogtemperatuur Voor op metaal inschroef

Bondig inschroef

Mobiel uiwisselbaar

40

Smart Label

Bijna alles is mogelijk, om te voldoen aan de klant Specificaties (op rekening van de klant). Grundlagen RFID

De relatie tussen de fysieke parameters • Afstand van de Schrijf leeskop en TAG • Hoeveelheid informatie • Snelheid (door het zend veld) van de TAG

Simulator 41

Grundlagen RFID

Gebruik in Ex Zone •Pharmazie/ Chemie

Wareneingang

Material Handling

•Zone 0 : selten •Zone 1 / 2 : häufig

Vorverarbeitung

Produktion

Test

•Zone 2 : selten •Sicher : häufig

Fertigware

Auslieferung

RFID (Nahbereich) •Petrochemie/ •Zone 0 : selten ÖL / Gas •Zone 1 / 2 : häufig

42

•Zone 2 : häufig •Sicher : selten

Grundlagen RFID

Wat we daarvoor moeten oplossen… • De zend energie kan tot ongewenste opwarming van onderdelen leiden.

• Er moeten dus maatregelen worden genomen bij de Reader en bij de TAG om deze opwarming te voorkomen of begrenzen.

43

Grundlagen RFID

Ex Certificering voor TAG‘s Voorwaarden voor veilig gebruik van passieve TAG‘s Zone 1 en 2 Categorie 2 en 3 G/D • Veldsterkte van  1 A/m respectievelijk < 3 V/m* • Alleen voor normale productie omgevingen, magazijnen etc. met toegang voor personeel, geen speciale installatie zoals installaties voor chloorelektrolyse • T6 temperatuur klasse Tamb  40°C buitenkant TAG„s • Frequentie > 10 MHz • Statische elektriciteit volgens normale installatie voorschriften Er zijn veiligheid technisch geen bezwaren voor het gebruik van TAG‘s indien voldaan wordt aan de bovengenoemde voorwaarden * Magnetische Feldstärke eines S-L-Kopfes ca. 25 A/m Quelle: NAMUR-AK 4.16 RFID

44

Grundlagen RFID

Ex certificering voor TAGs Transponder met batterij • TAG„s met batterijen zijn elektrische bedrijfsmiddelen en moeten gecertificeerd worden conform de ATEX

45

Grundlagen RFID

Ex Certificering interface module en reader Interface Module en schrijf lees kop zijn elektrische bedrijfsmiddelen. Hiervoor geldt dan ook dat voor gebruik in EX zone, de producten gecertificeerd moeten worden.

Methode voor Ex certificering • Intrinsieke veiligheid „EEx i“ • Druk vaste behuizing „EEx d“ • afgegoten „EEx m“

46

Grundlagen RFID

Onderdelen voor Zone 2

Datenträger HF oder UHF

Schreib-/Lesekopf HF oder UHF

Datenträger HF oder UHF

Dateninterface

Schnittstelle zwischen Schreib-/Lesekopf und Steuerung

47

Schreib-/Lesekopf HF oder UHF

Grundlagen RFID

Onderdelen voor Zone 1

HF-S/L-Kopf in druckfest gekapseltem Gehäuse

Dateninterface

Schnittstelle zwischen Schreib-/Lesekopf und Steuerung

UHF-Antenne in druckfest gekapseltem Gehäuse

Reichweiten mit HF bis ca. 20cm Reichweiten mit UHF bis ca. 4m 48

Grundlagen RFID

Basisprincipes RFID

Bedankt voor uw aandacht!

Tijd voor uw vragen.

49

Grundlagen RFID

Botlek groep 27 september 2012

Recommend Documents