Technologia RFID w systemach automatycznej identyfikacji obiektów
Technologia RFID (Radio-frequency Identification), wykorzystująca do bezprzewodowego przesyłania danych fale radiowe o różnych częstotliwościach (LF, HF, VHF, UHF, microwave), dostarcza szerokich możliwości zastosowań w zakresie automatycznej identyfikacji obiektów oraz w systemach pomiarowych. Opracowana w 1948 roku na większą skalę wykorzystywana była dopiero w latach 70. XX w. – w handlu do zabezpieczania towarów przed kradzieżą. Branże, w których wprowadzono systemy RFID, odnotowują liczne korzyści w zakresie przyspieszenia i dokładności wykonywanych prac. Zastosowania przemysłowe technologii RFID mają pozytywny wpływ na podniesienie jakości produktów, zautomatyzowanie linii produkcyjnych, zastąpienie ludzi maszynami w wykonywaniu prac ciężkich, powtarzalnych i niebezpiecznych.
Zobacz także
AUTOMATION TECHNOLOGY Sp. z o.o. Automation Technology – nowy gracz na rynku
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
mgr inż. Dominik Trojnicz, dr hab. inż. Marcin Habrych, mgr inż. Justyna Herlender Wymagania stawiane automatyce zabezpieczeniowej i regulacyjnej inwerterów typu A
Obecny bardzo gwałtowny rozwój fotowoltaiki – nie tylko w Polsce, ale na całym terenie Unii Europejskiej (UE) – niesie za sobą dużo zalet, takich jak pozyskiwanie energii z praktycznie nieskończonej energii...
Obecny bardzo gwałtowny rozwój fotowoltaiki – nie tylko w Polsce, ale na całym terenie Unii Europejskiej (UE) – niesie za sobą dużo zalet, takich jak pozyskiwanie energii z praktycznie nieskończonej energii słonecznej oraz brak emisji szkodliwych gazów, co przyczynia się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i zmniejszenia negatywnego wpływu na środowisko. Przyłączenie dużej liczby odnawialnych źródeł energii (OZE) nie pozostaje jednak bez wpływu na sieci elektroenergetyczne.
dr hab. inż. Marcin Habrych, mgr inż. Karol Świerczyński, dr inż. Bartosz Brusiłowicz Wymagania techniczne stawiane generacji rozproszonej w aspekcie elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (część 2.)
Odpowiedzią na wymagania stawiane przez Kodeks Sieciowy jest opracowanie przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE) na zlecenie Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE)...
Odpowiedzią na wymagania stawiane przez Kodeks Sieciowy jest opracowanie przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE) na zlecenie Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE) „Wymogów ogólnego stosowania wynikających z Rozporządzenia Komisji (UE) 2016/631 z dnia 14 kwietnia 2016 r., ustanawiającego Kodeks Sieci dotyczący wymogów w zakresie przyłączenia jednostek wytwórczych do sieci (NC RfG)” [4], opublikowanych w roku 2018.
StreszczenieTechnologia RFID znajduje zastosowanie w obszarach, w których istotne jest skrócenie czasu identyfikacji (a tym samym czasu obsługi klienta czy wykonania określonych prac), do identyfikacji obiektów (przedmiotów, ludzi, zwierząt) znajdujących się w ruchu lub ukrytych, do identyfikacji wielu obiektów jednocześnie, w warunkach trudnych i niedostępnych. Wykorzystywanie systemów RFID do zarządzania produkcją, w handlu czy logistyce jest jak najbardziej uzasadnione, przynosi duże korzyści organizacyjne i finansowe. Połączenie RFID z innymi technologiami, na przykład GPS (Global Positioning System), GSM (Global System for Mobile Communications) czy biometrią, daje duże możliwości zastosowań w systemach lokalizacyjnych i monitorowania.AbstractRFID Technology in Automatic Object Identification SystemsRFID technology is used in areas where it is important to reduce the time of identification (and hence the time of the customer service or performing particular tasks), to identify moving or hidden objects (goods, people, animals), for the identification of multiple objects simultaneously, under difficult and inaccessible conditions. The use of RFID systems for production management, in trade and logistics is completely reasonable, since it brings considerable financial and organizational advantages. The combination of RFID with other technologies, such as GPS (Global Positioning System), GSM (Global System for Mobile Communications) or biometrics brings big opportunities for the application in localization and monitoring systems. |
Automatyzacja
Automatyzacja (ang. automation) polega na samoczynnym wykonywaniu pracy przez urządzenia (automaty) bez udziału człowieka. Najczęściej jest stosowana w celu zastąpienia prac dotychczas wykonywanych przez ludzi, przyspieszenia tych prac i zwiększenia ich wydajności, wykonywania prac niebezpiecznych, w warunkach trudnych lub niedostępnych, wymagających dużej precyzji.
Po raz pierwszy określenia tego użył Del Harder z firmy Ford w roku 1946 do opisu masowej produkcji aut. W 1950 roku używano terminu „automatyzacja pracy biurowej”, a w 1952 roku John Diebold opublikował pracę „Automation: The advent of the Automatic Factory”. Od tamtej pory, dzięki rozwojowi technologii, zmienił się sposób działania i obszar zastosowań automatów. Automatyzacja procesów produkcyjnych ma ogromne znaczenie oraz wpływ na wydajność i wyniki ekonomiczne przedsiębiorstw.
Automatyczna identyfikacja z wykorzystaniem kodów kreskowych
Spośród wielu zautomatyzowanych procesów szczególne znaczenie w ostatnich latach ma automatyczna identyfikacja (ang. automatic identification, AutoID) rozumiana jako jednoznaczne rozpoznawanie obiektów (przedmiotów, ludzi, zwierząt) przez urządzenia, bez ingerencji człowieka. Obejmuje ona kodowanie danych umożliwiających jednoznaczną identyfikację obiektów, znakowanie obiektów oraz odczyt danych za pomocą odpowiednich urządzeń. Odpowiednie systemy informatyczne, składające się z bazy danych i oprogramowania, umożliwiają interpretację i przetwarzanie tych danych.
Od lat 70. XX wieku do znakowania towarów i ich automatycznej identyfikacji wykorzystywano kody kreskowe zawierające unikalny symbol towaru. Łatwość stosowania oraz stosunkowo niska cena tego rozwiązania zadecydowały o powszechnym wykorzystywaniu go głównie w handlu. Wadą kodów drukowanych w formie etykietek papierowych jest nietrwałość, podatność na zniszczenie oraz konieczna bezpośrednia ich widoczność przez urządzenie odczytujące.
Wynaleziony w 1994 roku dwuwymiarowy, matrycowy kod QR (ang. Quick Response), umożliwia zapis większej ilości informacji, stąd możliwości jego zastosowania są bardzo duże. Specyficzna budowa kodu sprawia ponadto, że jest mniej wrażliwy na uszkodzenia niż kod kreskowy jednowymiarowy, gdyż zniszczony nawet w 30% umożliwia odczyt zapisanych danych.
Do odczytu kodu kreskowego można wykorzystać skanery ręczne lub stacjonarne. Początkowo stosowano skanery diodowe odczytujące kody tylko z bardzo małej odległości. Zastosowanie skanera laserowego umożliwia odczyt z kilku metrów. Obecne skanery mogą odczytywać wszystkie rodzaje kodów w tym również QR‑kody. Aplikacje na telefony komórkowe służące do odczytu kodów kreskowych jedno- i dwuwymiarowych, dostarczają także informacje o cenach i możliwych miejscach zakupu produktu.
Obok kodów kreskowych do automatycznej identyfikacji towarów wykorzystywana jest także technologia RFID.
Technologia RFID
Podstawowy system RFID składa się z urządzenia (zawierającego pamięć i antenę) zwanego transponderem (także tagiem lub znacznikiem) oraz z czytnika, umożliwiającego odbieranie i interpretowanie danych z transpondera, a także ich zapis w pamięci transpondera. Czytnik (składający się nadajnika, odbiornika, dekodera i anteny) może być dodatkowo wyposażony w ekran wyświetlający dane. Zazwyczaj jest także połączony z komputerem stacjonarnym lub urządzeniem mobilnym, gdzie dane odczytywane z transpondera są przechowywane i przetwarzane przez właściwe oprogramowanie (fot. 1.). Rolę czytnika może odgrywać dowolne urządzenie o odpowiedniej budowie i z odpowiednim oprogramowaniem, np. telefon komórkowy czy kolektor danych.
Każdy tag ma swój unikalny numer, który umożliwia jego jednoznaczną identyfikację. Wykorzystywanie fal radiowych nie wymaga widoczności transpondera przez czytnik w celu nawiązania połączenia, a jedynie umieszczenia go w zasięgu wytwarzanego pola elektromagnetycznego urządzenia czytającego. Transponder aktywny, w odróżnieniu od pasywnego (zawierającego tylko urządzenie z pamięcią i antenę), jest wyposażany dodatkowo w wewnętrzne źródło zasilania, natomiast półpasywny ma wewnętrzne źródło zasilania, ale nie inicjuje komunikacji.
RFID jest obecnie jedną z najbardziej znaczących technologii autoidentyfikacyjnych. Ma ogromne zastosowanie w logistyce, przemyśle i handlu, do identyfikacji ludzi i obiektów, w systemach monitoringu i zapewniania bezpieczeństwa. Coraz to nowsze zastosowania ułatwiają pracę i przynoszą wymierne korzyści organizacyjne i finansowe. Niestety, nierzadko wzbudzają obawy o zbyt daleko idącą ingerencję w prywatność obywateli.
Na coraz większą powszechność stosowania technologii RFID mają wpływ jej liczne zalety, między innymi: możliwość identyfikacji obiektów w ruchu i wielu obiektów jednocześnie, możliwość wielokrotnego zapisu danych, duża niezawodność identyfikacji, prostota i łatwość użycia, wysoka trwałość urządzeń, niezawodność identyfikacji nawet po zabrudzeniu znacznika, transponder nie musi być bezpośrednio widoczny przez czytnik, odporność na trudne i zmienne warunki otoczenia, możliwość pracy w wysokiej i niskiej temperaturze, coraz niższa cena urządzeń RFID.
Zaleta bezdotykowego odczytu danych ze znaczników ukrytych i będących w ruchu jest zarazem największą wadą z punktu widzenia obywateli, gdyż daje możliwość nieuprawnionego, automatycznego i niezauważalnego przez właściciela odczytu danych, co stanowi ingerencję w jego prywatność.
Obszary zastosowań technologii RFID
Transpondery RFID występują w różnych obudowach i postaciach. Mogą być w postaci na przykład karty bankomatowej, breloczka, opaski na rękę, etykietki, krążka, chipu w ampułce lub wszczepionego pod skórę.
Powszechnie zauważalne zastosowanie technologii RFID to handel i systemy magazynowe wykorzystujące znakowanie towarów, zbliżeniowe karty płatnicze i identyfikacyjne, kontrola dostępu i rejestracja czasu pracy, zabezpieczanie przed kradzieżą (rys. 1.).
W tagach RFID umieszczanych na towarach zapisywany jest Elektroniczny Kod Produktu (Electronic Product Code – EPC). Przykład takiego tagu jest przedstawiony na rysunku 2. Znakowanie towarów znacznie usprawnia ewidencję stanu magazynu, dostaw i sprzedaży, obsługę zamówień oraz zabezpiecza towary przed kradzieżą.
Od wielu lat tagami RFID znakowane są książki, które umożliwiają samoobsługowe zwroty książek do bibliotek z wdrożonym bibliotecznym systemem zarządzania (Library Management System). Niestety oznaczanie książek tagami RFID jest kosztowne – koszt wdrożenia LMS dla 200 tys. woluminów jest rzędu 2 mln zł.
Specyficzny rodzaj tagów wykorzystuje się w systemach pralniczych. Tagi umieszczane na przekazywanych do pralni rzeczach (z firm świadczących usługi hotelarskie czy rekreacyjne) są odporne na wysoką temperaturę i środki chemiczne oraz nie ulegają zniszczeniu podczas prasowania. System ułatwia i przyspiesza ewidencję, rozliczanie i sortowanie prania. Pierwsze tagi wykorzystywały pasmo LF lub HF, co pozwalało na odczyt z odległości do 1,5 m. Obecnie coraz częściej działają w paśmie UHF, dzięki czemu odczyt jest możliwy z odległości od 3 do 9 m. Systemy RFID wykorzystywane są również do sortowania śmieci oraz zużytego sprzętu elektronicznego (odpowiednio oznakowanego).
Funkcjonowanie niemalże każdego przedsiębiorstwa związane jest z transportem. Wprowadzenie systemów RFID do logistyki umożliwia ewidencję przewożonych towarów bez wyładowywania ich z pojazdów i bez rozpakowywania palet (rys. 3.). Tagi RFID umożliwiają na przykład kontrolę otwierania kontenerów i wlewów paliwa. Technologia RFID z powodzeniem jest też wykorzystywana do znakowania dokumentów, sprzętu komputerowego, kontenerów, rur, opon samochodowych, w przemyśle montażowym i motoryzacyjnym.
Wykorzystujący urządzenia RFID elektroniczny system poboru opłat wprowadzono w Polsce 1 lipca 2011 roku na mocy ustawy o drogach publicznych z 2008 roku [2] oraz Rozporządzenia Rady Ministrów z 2011 roku [4]. Zgodnie z zaleceniami Unii Europejskiej wszystkie kraje, w których pobierane są opłaty za przejazd drogami, powinny wprowadzić elektroniczny system opłat [1]. Od uruchomienia systemu sprzedano już 1,2 mln urządzeń pokładowych viaBox montowanych w pojazdach, które podlegają obowiązkowej rejestracji w systemie viaTOLL. Za każdy przejazd takiego pojazdu pod bramownicą zamontowaną przy drodze płatnej jest automatycznie naliczana opłata (fot. 2.). Dzienne wpływy z Krajowego Systemu Poboru Opłat Elektronicznych wynoszą 3,3 mln zł, a łączna kwota wpłat od wprowadzenia systemu do 30 listopada 2013 roku wynosi 2 mld 406 mln [3].
Systemy lokalizacji obiektów w czasie rzeczywistym
Duże możliwości w zakresie monitorowania obiektów oferują systemy lokalizacji w czasie rzeczywistym (Real-Sime Locating Systems – RTLS) w połączeniu z technologią RFID. Systemy takie są wykorzystywane w robotyce mobilnej i przemysłowej, do zarządzania produkcją i położeniem towarów w magazynach, do zarządzania flotą pojazdów, w transporcie miejskim, na lotniskach, do obsługi imprez masowych (sportowych, rozrywkowych), do analizy zachowań (np. zwierząt, osób starszych i chorych), w szpitalach do lokalizowania personelu i sprzętu medycznego. Zastosowanie RTLS w fabryce BMW w Regensburgu w celu bezobsługowego doboru narzędzi do samochodu na linii montażowej, pozwala oszczędzić 6 sekund dla każdego narzędzia co daje roczne oszczędności kosztów rzędu 1,4 mln dolarów. Wiele przykładów wdrożeń systemów RTLS zostało opisanych na stronie internetowej firmy Astec.
Światowym liderem rozwiązań RTLS jest firma Ubisense. W systemach RTLS wykorzystywane są bardzo małe etykiety aktywne tej firmy – Series 7000 Compact Tag o wymiarach 38´39´16,5 mm, z kontrolowanym systemowo przyciskiem i diodą LED. Czas pracy baterii w takiej etykiecie wynosi ponad 4 lata, a jej stan jest monitorowany bezprzewodowo. Wbudowany czujnik ruchu decyduje o przełączaniu etykiet w stan oszczędzania energii. W systemach RTLS/RFID zasięg odczytu taga wynosi do 200 m dzięki pracy w paśmie Microwave (2,45 GHz). Obecnie urządzenia RFID, pomimo niewysokiej ceny jednostkowej, są nadal zbyt drogie do masowych zastosowań.
W ostatnich latach wdrożono nowy rodzaj płatności w sklepach i pojazdach komunikacji miejskiej, a mianowicie za pomocą telefonów komórkowych z tagami NFC (Near Field Communication). Opracowanie w 2009 roku przez stowarzyszenie NFC Forum odpowiedniego standardu bezprzewodowej komunikacji bliskiego zasięgu (do 20 cm), rozpoczęło erę upowszechniania technologii NFC (prace nad nią trwały od 1983 r.). W NFC do przesyłania danych wykorzystuje się fale radiowe w paśmie ISM. Rozwiązania NFC są obecnie stosowane także w telewizorach i tabletach. Według prognoz, obszary zastosowań tej technologii będą rosnąć wraz ze zwiększaniem się liczby urządzeń (głównie telefonów) wyposażonych w moduł NFC.
Podsumowanie
Technologia RFID znajduje zastosowanie w obszarach, w których istotne jest skrócenie czasu identyfikacji (a tym samym czasu obsługi klienta czy wykonania określonych prac), do identyfikacji obiektów (przedmiotów, ludzi, zwierząt) znajdujących się w ruchu lub ukrytych, identyfikacji wielu obiektów jednocześnie, w warunkach trudnych i niedostępnych. Jej zastosowanie przyspiesza prace oraz ogranicza liczbę błędów i oszustw. Barierą w stosowaniu RFID na szeroką skalę była dotychczas zbyt wysoka cena tagów i czytników oraz brak standardów dla tych urządzeń. Przewiduje się, że wkrótce systemy identyfikacji radiowej będą powszechnie wykorzystywane do monitorowania łańcucha dostaw i procesów przeładunkowych. Dzięki budowie transponderów aktywnych i półpasywnych, umożliwiającej nie tylko odczyt danych, ale także ich zapisywanie, technologia RFID ma zastosowanie w systemach pomiarowych, między innymi w sporcie, medycynie, przemyśle motoryzacyjnym.
Możliwość stosowania różnych częstotliwości fal radiowych oraz transponderów RFID pozwala na tworzenie i konfigurowanie systemów przeznaczonych do konkretnych potrzeb. Wykorzystywanie systemów RFID do zarządzania produkcją, w handlu czy logistyce jest uzasadnione, przynosi duże korzyści organizacyjne i finansowe. Zastosowania naruszające prywatność obywateli i umożliwiające zbieranie danych o ich stylu i sposobie życia budzą jednak obawy. Połączenie RFID z innymi technologiami, na przykład GPS (Global Positioning System), GSM (Global System for Mobile Communications) czy biometrią, daje duże możliwości zastosowań w systemach lokalizacyjnych i monitorowania.
Literatura
- Dyrektywa 1999/62/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 czerwca 1999 r. w sprawie pobierania opłat za użytkowanie niektórych typów infrastruktury przez pojazdy ciężarowe (DzU L 187 z 20.07.1999, s. 42).
- Ustawa z dnia 7 listopada 2008 r. o zmianie ustawy o drogach publicznych oraz niektórych innych ustaw (DzU 2008 nr 218, poz. 1391), isap.sejm.gov.pl.
- Krajowy System Poboru Opłat w 2013 r. przyniósł już miliard zł, viatoll.pl/pl/pojazdy-ciezkie/aktualnosci/krajowy-system-poboru-oplat-w-2013r-przyniosl-juz-miliard-zl.
- Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 22 marca 2011 r. w sprawie dróg krajowych lub ich odcinków, na których pobiera się opłatę elektroniczną oraz wysokości stawek opłaty elektronicznej (DzU z 2011 r., nr 40, poz. 80).