RFID: Technologie, Komponenten & Anwendung

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🎓 RFID steht für Radio-Frequency IDentification und bezeichnet ein berührungslos arbeitendes Identifikationssystem, das mit Hilfe von Radiowellen einen Datenträger oder Transponder erkennen bzw. lesen oder auch beschreiben kann.



RFID-Technologie – Verständlich erklärt in 10 Minuten


Mit RFID können im industriellen Bereich zum Beispiel werkzeugspezifische Daten von Werkzeugen zur Metallbearbeitung direkt im Werkzeug gespeichert werden.

Anwendungen sind daher z. B. die Werkzeugidentifikation (auch als Tool-ID bezeichnet) bei CNC Fräsmaschinen mit Werkzeugwechsler für mehrere Werkzeugplätze, aber auch in der Teilenachverfolgung in der Produktion, Intralogistik und zur Rückverfolgung von Wirtschaftsgütern (Asset-Tracking).

Im Unterschied zu kommerziellen RFID-Systemen, bei denen z. B. RFID-Label zur Diebstahlsicherung eingesetzt werden, sind die Anforderungen an industrielle Systeme wesentlich höher. Dies insbesondere hinsichtlich Datensicherheit, Prozesssicherheit, Schreib-/Lesegeschwindigkeit sowie Daten-Plausibilität.

Wer in der industriellen Identifikation eine Schreib- und Lesefunktion benötigt und große Datenmengen verarbeiten will, ist mit Industrial RFID-Systemen bestens ausgestattet. Sie garantieren in jedem einzelnen Prozess-Segment aktuelle Daten. Und dies ohne direkte Sicht. Dabei sind sie auch bei großen Entfernungen und in hochdynamischen Anwendungen äußerst zuverlässig. Industrial RFID-Systeme bieten eine flexible, berührungslose Daten-Kommunikation. Sie sind schnell, robust und jeder Umgebung industriegerecht. Trotz ihrer Leistungsstärke sind sie heute relativ kostengünstig.

Auch bei der Zeiterfassung kommt die RFID Technologie zum Einsatz.

Die RFID-Technologie begegnet uns im täglichen Leben oft bei NFC-Geräten oder -Chipkarten. NFC baut auf RFID-Protokollen auf, unterscheidet sich zu RFID im wesentlichen aber dadurch, dass der Reader im Card Simulation Modus auch als Transponder fungieren kann.

Komponenten

Industrielle RFID-Systeme bestehen aus einem Datenträger bzw. Transponder, einem Lese- oder Schreib-/Lesegerät (Reader) und einer Auswerteeinheit.

Transponder

Der Transponder wird auch als Tag bezeichnet. Er besteht aus einem Mikrochip mit Speicherkapazität und einer damit verbundenen Antennenspule. Die Spule kann Radiowellen empfangen. Auf dem Datenträger des Chips können Daten gespeichert und gelesen werden. Dabei hängen Datenmenge und Schreib-/Lesezyklen vom Speichermedium ab.

Ihre Energie beziehen die Datenträger von der Schreib-/Leseeinheit.

Batterien sind bei passiven RFID-Systemen nicht notwendig. Aktive Tags haben dagegen eine eigene Stromquelle und sind über größere Distanzen lesbar.

Lesegerät

Das Lesegerät besteht aus einer Steuereinheit, einem Frequenzmodul und einer Antennenspule. Die Steuereinheit regelt die Datenübertragung zwischen dem Transponder und dem mit dem Lesegerät verbundenen Rechner. Elektronik und Antenne sind in der Regel in einem Gehäuse integriert.

RFID Technologie Funktionsweise

RFID Aufbau

Das Hochfrequenzmodul des Lesegeräts ist für den kontaktlosen Datenaustausch zwischen Transponder und Lesegerät verantwortlich. Es erzeugt ein Radiosignal, das über die Antennenspule ausgestrahlt wird. Wenn der Transponder über keine eigene Stromquelle verfügt, wird er über das Lesegerät mit Storm versorgt. Die Lesegerät-Spule erzeugt dazu ein elektromagnetisches Feld. Wenn ein Transponder nun in das Magnetfeld gehalten wird, wird dieser über induktive Kopplung mit Energie versorgt und kann Daten an den RFID- Schreib-Lesekopf schicken.

Je nach Einsatzgebiet, Platzverhältnissen und eingesetzten Steuerungen werden für die Anwendung optimierte RFID Schreib-/Leseköpfe und Auswerteeinheiten verwendet.

Frequenzen

Ihre Leistung und Frequenz definieren die Reichweite der Systeme.

Es werden grundsätzlich folgende Frequenzbereiche unterschieden:

  1. Niederfrequenz (LF): Mit erlaubten Frequenzen 9…135 kHz
  2. Hochfrequenz (HF): 6,78 MHz, 13,56 MHz, 27,125 MHz, 40,680 MHz
  3. Ultrahochfrequenz (UHF): 433,920 MHz, 868 MHz, 915 MHz, 2,45 GHz

Der Lesebereich bei LF- und HF-Systemen ist relativ gering und beträgt nur wenige Zentimeter. UHF-Systeme haben eine Lesereichweite von über einem Meter.

RFID Anwendungen in der Industrie

Werkzeugidentifikation
Häufig findet RFID Anwendung bei der Verwaltung von Werkzeugen in Werkzeugmaschinen, um den Werkzeugwechsel zu automatisieren.
Werkzeugverwaltung für Spritzgiesswerkzeuge
In Kunststoff-Spritzgießmaschinen werden meist sehr teure und wartungsintensive Formen eingesetzt.

Zur Verwaltung dieser Werkzeuge und einer Prozessoptimierung im Sinne von Predictive Maintenance, der vorrausschauenden Instandhaltung eignen sich RFID basierende Systeme.

Track and Trace
Chargenverfolgung
Logistik
Relevant wird das RFID in der Logistik v.a. in Fragen der Lagerhaltung und Lagerverwaltung
Enabler für Industrie 4.0