naar top
Menu
Logo Print
Artikel - 23/03/2017

RFID OOK WAARDEVOL IN AUTOMATISERINGSPROJECTEN

Applicaties met RFID als gegevensdrager in niet-logistieke processen

Door hun enorme opslaggeheugen worden RFID-tags voornamelijk in logistieke processen ingezetRFID of Radio-frequency identification is de afgelopen jaren aan een sterke opmars bezig. De technologie werd tot voor kort voornamelijk ingezet in logistieke processen, maar nu wordt ook steeds meer het potentieel van RFID-tags als gegevensdrager in automatiseringsprocessen naar waarde geschat.


RFID VERSUS BARCODES

In logistieke en automatiseringsprocessen wordt de streepjescode tot nu toe in veel grotere mate toegepast, omdat die techniek een stuk goedkoper en eenvoudiger is (een barcode en barcodelezer volstaan). Identificatie via streepjescodes heeft echter enkele gebreken. Zo resulteren koude en vochtige omstandigheden bijvoorbeeld in heel wat problemen. Aangezien RFID gebaseerd is op radiotechnologie, blijft het systeem ook in heel koude omgevingen (bv. koude opslag) bijzonder goed werken. Bovendien kunnen labels met een streepjescode tijdens het transport van de goederen beschadigd geraken, waardoor ze plaatselijk slechter leesbaar of zelfs volledig onleesbaar kunnen worden. Ook kunnen optische systemen meerdere objecten (bulkdetectie) met streepjescodes enkel (of helemaal niet) detecteren met behulp van verschillende toestellen, en met heel wat tijd en inspanning.


ONDERDELEN VAN RFID-SYSTEEM


Transponder ('Tag')

De transponder ('tag' of 'label') bestaat uit een minuscule antenne en een microchip. Die microchip bevat een uniek identificatienummer bestaande uit 96 of 240 bits, een zogenaamde Electronic Product Code (EPC). Tags worden uitgebracht op een polymeerbasis. Voor toepassingen in moeilijke omstandigheden kunnen ze in een behuizing geplaatst worden.


TAG INDELINGEN


Actief vs. passief
Actieve tags werken op batterijen en zenden 'actief' een signaal uit. Ze hebben een leesbereik tot zo'n 100 meter, maar zijn ook duurder door de kost van de batterij en de zender. Passieve tags halen de energie voor het activeren van de chip uit de binnenkomende straal van de RFID-lezer. Het leesbereik van passieve tags is beperkt door de overgebrachte stroomdichtheid nodig om een voldoende voltage te halen voor activatie van de chip. Anderzijds zijn passieve tags aanzienlijk goedkoper. Een derde klasse vormen de semi-actieve of batterij-geassisteerde passieve (BAP) tags.

High Frequency (HF) vs. Ultra High Frequency (UHF)
Buiten het prijsverschil tussen een tag voor HF en UHF zijn er nog andere technische verschillen tussen de technologieën die ervoor zorgen dat er bij de ontwikkeling van een RFID-systeem gekozen wordt voor een bepaalde frequentieband.  

 

HF

UHF

Spectrum

13,56 MHz

902-928 MHz (VS) / 865-868 MHz (Europa)

Leesafstand

10 cm - 1 m

Tot 8 m

Datasnelheid

Laag tot gemiddeld

Gemiddeld tot hoog

Taggeheugen

Tot 64 kB

Tot 4 kB

Simultaan te lezen tags

± 100

± 1.000


In het kort: via UHF is een tag sneller en vanop grotere afstand uit te lezen, en zijn meerdere items tegelijk te verwerken. Toch is het niet correct om te stellen dat UHF beter is dan HF. Beide systemen hebben hun voor- en nadelen. In automatiseringsprojecten worden beide systemen gebruikt, afhankelijk van de toepassing. Er kan overigens gebruikgemaakt worden van een parallel systeem waarbij een HF-applicatie naast een UHF-applicatie werkt.
Transceiver ('Lezer')

Een transceiver of RFID-reader leest de informatie die tags via hun antenne terugsturen. Dat gebeurt via een wereldwijd EPC-air interface protocol. Lezers hebben een geïntegreerde antenne of zijn aangesloten op een externe antenne (voor meer flexibiliteit). Het door de lezer uitgestuurde signaal activeert de voeding van de microchip op de tag. Die stuurt de opgeslagen EPC en de gewenste informatie uit zijn geheugen dan terug naar de lezer. Lezers kunnen ook de informatie in de tags updaten. Die informatie (bv. afkomstig van sensoren) kan heel divers zijn (gewicht, kleur en vorm, maar ook tijdstip van verwerking, bestemming van het product e.a.

Communicatiemodule

Een voorbeeld van RFID integratie via I/O-Link en ethernet/ProfibusDe communicatiemodule verzorgt de uitwisseling van informatie tussen de RFID-lezer en de sturing van de applicatie.
Denk in eerste instantie aan een ethernet- of andere gestandaardiseerde dataverbinding van het RFID-systeem met een PLC. Die info kan de trigger zijn voor acties in het productiesysteem. Als een tag informatie terugstuurt die niet beantwoordt aan de vereisten, zoals een te klein gewicht, dan wordt de informatie teruggekoppeld naar een PLC die vervolgens kan beslissen om het betreffende stuk uit de productielijn te halen. De uitwisseling kan ook met overkoepelende productiesystemen zoals MES- en ERP-pakketten. In dat geval kan de informatie gebruikt worden om acties op het operationele vlak te faciliteren. Denk hier bijvoorbeeld aan het realtime opvolgen van de gebruikte grondstoffen. Als die dan op een kritiek niveau komen, kan er op tijd weer besteld worden.

 

APPLICATIEVOORBEELDEN


Velgfabrikant weerstaat concurrentie
De auto-industrie was een van de early adopters van de RFID-technologieDe uitdagingen waarvoor onze Europese productiebedrijven staan, zijn al langer bekend: omgaan met goedkopere buitenlandse concurrentie, die haar hogere transportkosten compenseert met veel lagere lonen en bovendien minder rekening moet houden met strenge nationale milieu- en veiligheidseisen. Hét recept om dit te counteren is om te specialiseren. Dat betekent echter ook minder grote reeksen en dus meer omsteltijden.

Bij een Europese fabrikant van velgen voor industriële voertuigen zagen ze vijftien jaar geleden de verkoop afkalven ten voordele van enkele oosterse concurrenten, die klanten een vergelijkbare kwaliteit aanboden tegen een fractie van de prijs. Omdat zelfs een grondige hertekening, een betere sourcing van grondstoffen en een optimalisatie van de productie niet toereikend bleken om opnieuw concurrentieel te worden, besloot men om het roer volledig om te gooien. Gedaan met de massaproductie van de meest populaire velgen. Voortaan legde men zich toe op kleinere en in bepaalde gevallen zelfs klantspecifieke reeksen.
Tegelijkertijd werd de productie grondig gerobotiseerd. Bij dit soort producten hebben de hoofdmaten dikwijls dezelfde gestandaardiseerde afmetingen, maar verschillen ze op een aantal submaten zoals de flenspositie, de flensdikte of de diameter van de boutgaten. In dit geval opteerde men ervoor om alle velgen van één hoofdmaat tegelijk door de productie te halen. Maar de klantspecifieke maten moesten dus telkens door de robots correct aangepast worden. De velgen kregen daarvoor telkens een tag met daarop de informatie over die gewenste submaten, de klant waarvoor ze bestemd waren, en nog enkele factoren die van belang waren in het verdere verloop van het productieproces, zoals de gewenste kleur en de verpakkingsinformatie.
Die informatie werd op afstand afgelezen door een RFID-lezer, die de doorgestuurde informatie verwerkte en doorstuurde naar een PLC. Die PLC stuurde vervolgens de robotcellen aan die zo de gewenste gereedschappen konden instellen om de flens op de juiste plaats te lassen en vervolgens ook de boutgaten correct te boren. Verderop in het proces werd de informatie ook gebruikt in de verfafdeling om de juiste kleur te voorzien en in de verpakkingsruimte om de juiste verpakkingswijze (in een doos, op een pallet, in bulk …) voor elke klant te bepalen. De tags werden er telkens terug af gehaald en hergebruikt.
Traceerbaarheid van vliegtuigonderdelen

De identificatie van de luchthavenbagage via RFID helpt om de herkomst en  bestemming van ieder stuk te tracerenVeel vliegtuigonderdelen hebben een 'zero failure'-vereiste. Daarom worden er enorm strenge eisen gesteld aan de kwaliteit van de onderdelen. De laatste jaren is ook de traceerbaarheid van die onderdelen steeds belangrijker geworden. De autoriteiten willen van elke component een gedetailleerd verslag van alle facetten uit zijn levensloop. Dat begint al in de productiefase.

Bij een toeleverancier van Airbus zet men RFID in bij de productie van lagers. Bij elke stap in het proces worden alle acties minutieus weggeschreven in een RFID-tag. Zo wordt bij het polijsten de exacte tijdsduur of de diameter voor en na het proces gemeten, maar ook het verloop van de oppervlaktetemperatuur en zelfs omgevingsfactoren zoals de luchtvochtigheid en de omgevingstemperatuur. Die gegevens worden op acht punten verzameld, waardoor de tag na het productieproces dus een schat aan 'persoonlijke' informatie bevat over elke geproduceerde component. Na elk tussenstation is er een check van de nieuwe gegevens, waarna de stukken die buiten de tolerantie vallen, automatisch geëlimineerd worden uit het productieproces.
Spuitgieten

Bij het spuitgieten van plastic onderdelen wordt er gebruikgemaakt van mallen. Die mallen moeten in optimale vorm zijn om stukken te maken die voor de volle 100% beantwoorden aan de eisen. Maar ook mallen zijn onderhevig aan slijtage. Als er een slechte mal gebruikt wordt in het productieproces, kunnen de stukken gebreken vertonen. In sommige gevallen kan dit pas heel laat ontdekt worden.

Daarom werkt dit bedrijf met de preventieve vervanging van zijn gietmallen. Bij iedere batch wordt de tag die zich op de mal bevindt, uitgelezen. De informatie behelst onder meer het ID-nummer, de leeftijd en het tijdstip van de laatste check-up, informatie uit vorige controles en dergelijke. Dat laat toe om preventief op te treden, zij het om een onderhoud uit te voeren of om de mal vroegtijdig uit roulatie te nemen. Uiteindelijk ging men nog een stap verder en begon men ook te detecteren of de juiste mal werd gebruikt bij elke batch.
Procesindustrie

Met geïntegreerde RFID-systemen kunnen specifieke opdrachten gekoppeld worden aan bepaalde reeksenOok in de procesautomatisering wordt de RFID-technologie steeds vaker ingeschakeld, waar ze bijvoorbeeld ingezet wordt om meetpunten of -toestellen te identificeren. 

In de procesindustrie geraken naamplaatjes op de meettoestellen wel eens vervuild door de typische ruwe procesomgeving, of zijn meettoestellen op moeilijk toegankelijke plaatsen geïnstalleerd. Denk bijvoorbeeld aan een flowmeter die de stoom monitort op een leiding die hoog in de fabriekshal loopt, of aan trillingen die het lezen van de naamplaatjes bemoeilijken. Het correct kunnen uitlezen van die naamplaten van elk meettoestel is erg belangrijk omdat ze essentiële info bevatten over operationele, onderhouds- en beheerprocessen. Een eenvoudige en veilige identificatie is essentieel om stilstand, storing en fouten in de gegevensoverdracht te voorkomen. Door het meetpunt te voorzien van een RFID-tag, kan men de info die anders op de naamplaat staat, nu uitlezen dankzij de RFID-tag en kan de info over het meettoestel in alle omstandigheden eenvoudig en veilig geïdentificeerd worden.