Basisprincipes Botlek groep 27 september 2012 1 The Turck Group
Basisprincipes Agenda 1. Voorstellen 2. Wat is 3. Waar uit bestaat een installatie 4. Normen en Concepten 5. Praktijk voorbeelden 6. Ook voor Ex toepassingen 2
Basisprincipes RFiD - Voorstellen Turck B.V. Ruiterlaan 7 8019BN Zwolle Tel. +31 (0)38 4227750 Fax +31 (0)38 4227751 Email info@turck.nl 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 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
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
Wat is RFiD = Radio Frequency IDentification Doel 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
Identificeren maar hoe? Oplossingen naast : Barcode Data-Matrix-Code (2D) Biometrisch Methode Sensor codering 7
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
Industriële 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
- 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 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 oplossingen op de markt, die voornamelijk in het voorraadbeheer worden toegepast Omstreeks 1980 volgen de eerste applicaties voor dier identificatie Sinds 1980 wordt voor de meest uit een lopende zaken ingezet 10
Waaruit bestaat een oplossing? Fieldbus (b.v. Profibus, DeviceNet, Profinet, Ethernet, etc) Interface IP67 Schrijf- Leeskop Tag Contactloze informatie uitwisseling 11
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
Frequentiespectrum De frequentie gebieden waarmee de meest voorkomende 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
Eigenschappen van de frequentiegebieden Schreiblesekopf-Antenne Verlauf der Übertragungszone HF UHF HF 13,56 MHz UHF 865-868 MHz (Europa) Internationale Normen ISO 15693 ISO 18000-6C/ Gen2 ETSI EN 302208 Übertragungsprinzip Reichweite (Größe der Übertragungszone) Größe der Übertragungszone für einen Schreiblesekopf Induktive Kopplung im elektromagnetischen Nahfeld mittel, bis ca. 0,5 m fest Abgestrahlte elektromagnetische Welle im Fernfeld hoch, bis ca. 3 m parametrierbar Daten-Übertragungsgeschwindigkeit hoch sehr hoch Erfassung mehrerer Datenträger (Pulk) innerhalb einer Übertragungszone einige sehr viele 14
Voor en Nadelen van Voordelen De TAG s kunnen bijna onbeperkt gelezen en geschreven worden -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
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
Normen en concepten ISO18000 ff. algemeen Internationale standaard, waarin het CCI-interface protocol voor 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
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
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
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
TAG FRAM FRAM-Technologie 10 10 schrijfcyclusen Onberkte leescyclusen Informatiedrager 2 kbyte Speicherplatz 8 Byte UID = unique identifier (unveränderbar) ca. 2.000 Byte Nutzdaten nicht nutzbar 21
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
Waar slaan we de informatie op? Datenbank 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 23
Opslagmogelijkheid 1 Datenbank nur UID lesen 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 24
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
Opslagmogelijkheid 2 Datenbank alle Daten schreiben und lesen 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 26
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
gebruik in een productiecyclus Wareneingang Material Handling Vorverarbeitung Produktion Test Fertigware Auslieferung (Nahbereich) 28
voor identificatie van mallen Identificatie mallen Controle transport 29
in de chocoladeproductie Ontnesten en invoeren in productie Vullen van chocolade vormen Detecteren chocolade resten 30
in de logistiek voor mallen Standaard mallenrek Eenvoudig bij logistiek Geschikt voor hoogbouw magazijnen 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 Extra TAG op mallenrek 31
Afwegingen bij toepassing -Gateway Bepalen communicatieprotocol tussen besturing en 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
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
Schrijf leeskoppen behuizingen Cylindrisch Vierkant Handheld Ring Vlakke antenne UHF Antenne 34
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
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
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
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
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
TAG behuizing schijf Met Clip insteek Hoogtemperatuur hoogtemperatuur inschroef Voor op metaal Bondig inschroef Smart Label Mobiel uiwisselbaar Bijna alles is mogelijk, om te voldoen aan de klant Specificaties (op rekening van de klant). 40
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
Gebruik in Ex Zone Pharmazie/ Chemie Zone 0 : selten Zone 1 / 2 : häufig Zone 2 : selten Sicher : häufig Wareneingang Material Handling Vorverarbeitung Produktion Test Fertigware Auslieferung (Nahbereich) Petrochemie/ ÖL / Gas Zone 0 : selten Zone 1 / 2 : häufig Zone 2 : häufig Sicher : selten 42
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
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 T amb 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 44
Ex certificering voor TAGs Transponder met batterij TAG s met batterijen zijn elektrische bedrijfsmiddelen en moeten gecertificeerd worden conform de ATEX 45
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
Onderdelen voor Zone 2 Schreib-/Lesekopf HF oder UHF Datenträger HF oder UHF Datenträger HF oder UHF Dateninterface Schnittstelle zwischen Schreib-/Lesekopf und Steuerung Schreib-/Lesekopf HF oder UHF 47
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
Basisprincipes Bedankt voor uw aandacht! Tijd voor uw vragen. 49