RFID
Grundeigenschaften
RFID (Radio-Frequency Identification) ist eine Technologie, die zur Kennzeichnung von Gegenständen, Tieren und Personen verwendet wird.
Ein zu identifizierendes Objekt muss zum Scannen/Einlesen nicht mehr in eine bestimmte Position (Sichtkontakt) zu einem Laserstrahl gebracht werden oder aus einer Kiste ausgepackt werden, wie dies bei der optischen Identifikation der Fall ist. Die Radiowellen können Verpackungen durchleuchten, dabei mehrere Objekte gleichzeitig erkennen und zusätzlich auf dem Chip am Objekt weitere Daten ablegen.
Bauformen
Lesegeräte
In der Regel erzeugt das Lesegerät ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld geringer Reichweite, vorzugsweise mit Induktionsspulen. Damit werden nicht nur Daten übertragen, sondern auch der Transponder mit Energie versorgt.
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Bildquelle: www.wikipedia.org
Transponder
Der Transponder wird normalerweise durch das elektromagnetische Feld des Lesegeräts mit Energie versorgt. Nur wenn größere Reichweiten erzielt werden sollen und die Kosten der Transponder nicht sehr kritisch sind, werden aktive Transponder mit eigener Stromversorgung eingesetzt.
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Bildquelle: www.wikipedia.org
Aufbau und Funktionsweise
Ein RFID-System besteht aus einem Lesegerät und einem Transponder. Beide enthalten eine integrierte Schaltung (Chip) und eine Antenne, über die sie durch Radiowellen miteinander kommunizieren. Dabei wird der Transponder am oder im Gegenstand bzw. Lebewesen angebracht, um diese zu kennzeichnen. Mit dem Lesegerät können Daten vom Transponder gelesen/geschrieben werden.
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Bildquelle: Skript Mechatronik
Ansteuerung
Für den Einsatz wurden bisher verschiedene ISM-Frequenzbänder vorgeschlagen und zum Teil europaweit oder international freigegeben. Dabei gilt für niedrige Frequenzen:
- Langsame Schwingung
- Niedrige Datenübertragungsrate
Und für hohe Frequenzen:
- Schnelle Schwingung
- Hohe Datenübertragungsrate
| Frequenz | Bereich | Erlaubte Frequenzen (ISM-Band) |
|---|---|---|
| Langwellen-Frequenzen (LF) | 30…300 kHz | 9 kHz [sic]…135 kHz |
| Kurzwellen-Frequenzen (HF/RF) | 3…30 MHz | 6,78 MHz, 13,56 MHz, 27,125 MHz, 40,680 MHz [sic] |
| Ultrahochfrequenzen (UHF) | 300…3 GHz | 433,920 MHz, 869 MHz, 915 MHz, 2,45 GHz [sic] |
| Mikrowellen | > 3 GHz | 5,8 GHz, 24,125 GHz |
Kenngrössen
Datenkapazität:
Die Datenkapazität eines RFID-Speichers kann je nach Anwendung von wenigen Bits bis zu mehreren kBytes gehen.
Datensicherheit:
Ältere RFID-Systeme sendeten ihre Daten unverschlüsselt. Die neueren RFID-System benutzen jedoch ein Codierverfahren, um die Datensicherheit zu gewährleisten. Die Codierung kann auf verschiedene Arten erfolgen wie z.B. Biphase Manchester encoding (bi-phase) oder Pulse interval encoding.
Fehlerkorrektur:
Zur Erzeugung von Prüfcodes werden verschiedene Methoden eingesetzt wie z.B. Querparität(VRC), Längsparität(LRC) und Zyklische Blocksicherung.
Anwendungsgebiete
RFID-Systeme werden in verschiedensten Bereichen Angewendet um Produkte oder auch Lebewesen zu erkennen. Die RFID-Technologie wird vor allem dort eingesetzt, wo keine direkte Sichtverbindung zum Objekt besteht. Eine Auswahl von Einsatzgebieten:
- Zutrittskontrolle
- Produktidentifikation
- Logistik
- Positionsbestimmung
- Diebstahlsicherung
Je nach Anwendungsbereich werden verschiedene Frequenzbänder vorgezogen:
| Frequenz | Typische max. Reichweite für passive Tags | Typische Anwendungen |
|---|---|---|
| Langwellen-Frequenzen (LF) | 50 cm | Tier-Identifizierung und Lesen von Gegenständen mit hohem Wasseranteil |
| Kurzwellen-Frequenzen (HF/RF) | 1 m (sic) | Zugangskontrolle |
| Ultrahochfrequenzen (UHF) | 3-15 m | Lager und Logistikbereich (Paletten) |
| Mikrowellen | > 10 m | Fahrzeug-Identifizierung |
Vergleich Barcode-RFID
| Barcode | RFID | |
|---|---|---|
| Vorteile | Sehr geringe Investitionskosten, Weit verbreitete Technologie, Standards | Abfrage ohne Sichtkontakt, Lesen und Schreiben möglich, Resistenz gegen Schmutz, Hohe Speicherkapazität |
| Nachteile | Geringe Speicherkapazität, Sichtverbindung notwendig, Daten nicht veränderbar, Nicht resistent gegen Schmutz / Beschädigung | Hohe Investitionskosten, Einfluss von Metall und Wasser auf die Lesbarkeit, Fehlende Standards |
Ausblick
Heute übernimmt RFID häufig noch die Funktion des Barcodes zur einfachen Identifikation von Gegenständen in Prozessen, morgen bietet RFID jedoch die Möglichkeit, die Gegenstände intelligent werden und sie direkt untereinander kommunizieren zu lassen. Bekannt ist das Beispiel des intelligenten Kühlschranks: er kommuniziert über RFID mit den Lebensmitteln, weiss welche ihm entnommen wurde und kann, wenn eines aufgebraucht ist, genau dieses online nachbestellen. Oder das Beispiel des intelligenten Einkaufswagens: er weiss genau, welche Lebensmittel sich im Einkaufswagen befinden. So kann das Bezahlen an der Kasse vereinfacht und optimiert werden.
Verbindungsmöglichkeiten RFID
| Sensortyp | Bemerkung zur Kombination |
|---|---|
| Kapazitiv | Es gibt Ansätze für RFID-Tags, die über einen Sensoreingang Sensorwerte speichern können. Somit werden bei einem Identifikationsvorgang auch Attribute übertragen. |
| Induktiv | Es gibt Ansätze für RFID-Tags, die über einen Sensoreingang Sensorwerte speichern können. Somit werden bei einem Identifikationsvorgang auch Attribute übertragen. |
| Magnetostriktiv | Es gibt Ansätze für RFID-Tags, die über einen Sensoreingang Sensorwerte speichern können. Somit werden bei einem Identifikationsvorgang auch Attribute übertragen. |
| Piezo | Es gibt Ansätze für RFID-Tags, die über einen Sensoreingang Sensorwerte speichern können. Somit werden bei einem Identifikationsvorgang auch Attribute übertragen. |
| Potentiometrisch | Es gibt Ansätze für RFID-Tags, die über einen Sensoreingang Sensorwerte speichern können. Somit werden bei einem Identifikationsvorgang auch Attribute übertragen. |
| DMS | Es gibt Ansätze für RFID-Tags, die über einen Sensoreingang Sensorwerte speichern können. Somit werden bei einem Identifikationsvorgang auch Attribute übertragen. |
| Fotoelektrisch | Es gibt Ansätze für RFID-Tags, die über einen Sensoreingang Sensorwerte speichern können. Somit werden bei einem Identifikationsvorgang auch Attribute übertragen. |
| Ultraschall | Es gibt Ansätze für RFID-Tags, die über einen Sensoreingang Sensorwerte speichern können. Somit werden bei einem Identifikationsvorgang auch Attribute übertragen. |
| Magnetisch | Es gibt Ansätze für RFID-Tags, die über einen Sensoreingang Sensorwerte speichern können. Somit werden bei einem Identifikationsvorgang auch Attribute übertragen. |
Bemerkung:
In der Praxis werden die Kombinationen jedoch auch indirekt Angewendet. So kann z.B. ein RFID-System die Objekteigenschaften z.B. Inhalt eines Pakets bestimmen, während ein anderer Sensor das Gewicht des Pakets misst.
Verbindungsmöglichkeiten RFID
| Aktortyp | Bemerkung zur Kombination |
|---|---|
| Magnetostriktiv | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Piezo | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Synchronmotor | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Asynchronmotor | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Schrittmotor | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Linearmotor | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Tauchspulenmotor | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Smart-Materials | Zurzeit keine Kombination bekannt |
Bemerkung:
Zurzeit keine direkte Kombination bekannt. In der Praxis werden die Kombinationen jedoch indirekt sehr wohl angewendet. So kann ein Rechner (z.B. SPS) mit einem RFID-Empfänger die RFID-Daten einlesen und je nach Objekteigenschaften die entsprechenden Aktoren ansteuern. Beispielsweise kann eine Schranke mit einem Aktor angesteuert werden. Befindet sich ein Auto, das mit einem RFID-System ausgestattet ist, in der Einfahrt, so kann der RFID-Code eingelesen werden und je nach Zutrittsberechtigung die Schranke geöffnet werden.
Verbindungsmöglichkeiten RFID
| Controllertyp | Bemerkung zur Kombination |
|---|---|
| ASIC | Als Funktion integrierbar |
| SPS | Über Funktionsmodul ansteuerbar |
| Prozessrechner | Durch entsprechende Erweiterungsmodule kann eine RFID-Identifikation ausgeführt werden. |
| Microcontroller | Wenn die Protokolle bekannt sind, kann diese Identifikation implementiert werden. |
| Industrie-PC | Kann über Funktionsbaugruppe angesteuert werden. |
Verbindungsmöglichkeiten RFID
| Kommunikationstyp | Bemerkung zur Kombination |
|---|---|
| ASI | Das AS-Interface wurde für die Sensor-/Aktorebene entwickelt und ist deshalb für das Einlesen von RFID-Daten nicht geeignet. |
| CAN | Auf dem Markt existieren Funktionsmodule, um RFID zu lesen. |
| Profibus | Wird ein entsprechendes Module für das Einlesen der Daten von einem RFID auf dem Markt angeboten, ist eine Datenverarbeitung mittels Profibus gut vorstellbar. |
| Industrial Ethernet / Profinet | Die Datentverarbeitung von RFID-Daten mittels Industrial-Ethernet wird auf dem Markt angeboten. |