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Technologie eines Industrial RFID Readers

In­dus­tri­al RFID Rea­der er­mög­li­chen den kon­takt­lo­sen Da­ten­aus­tausch mit Trans­pon­dern an­hand elek­tro­ma­gne­ti­scher Wel­len. Indem sie so­wohl In­for­ma­tio­nen aus dem Chip des Trans­pon­ders aus­le­sen als auch neue Daten be­schrei­ben kön­nen, er­mög­li­chen RFID Rea­der die ein­deu­ti­ge Zu­ord­nung, Nach­ver­fol­gung und Iden­ti­fi­ka­ti­on der ge­tagg­ten Ob­jek­te – ohne Sicht­kon­takt.

Wie funk­tio­niert ein RFID Rea­der?

RFID steht für Radio Fre­quen­cy Iden­ti­fi­ca­ti­on – eine Tech­no­lo­gie, bei der über ein elek­tro­ma­gne­ti­sches Feld Daten kon­takt­los über­tra­gen wer­den. In­dus­tri­al RFID Rea­der (1) er­zeu­gen folg­lich elek­tro­ma­gne­ti­sche Wel­len (2), die von der An­ten­ne des RFID Trans­pon­ders (3) emp­fan­gen und in elek­tri­sche En­er­gie um­ge­wan­delt wer­den, die den Chip des Trans­pon­ders mit Strom ver­sorgt. Im An­schluss sen­det der RFID Chip ein Si­gnal (4) zu­rück an den Rea­der, wel­cher die In­for­ma­tio­nen in­ter­pre­tiert und ver­ar­bei­tet. RFID Rea­der fun­gie­ren dem­nach als Schreib-​ und Le­se­ge­rä­te zu­gleich.
Datenaustausch eines RFID Readers mit einem Transponder mit Infopoints.

Über wel­che tech­ni­schen Ei­gen­schaf­ten ver­fügt ein RFID Trans­pon­der?

Ein sich im Kreis drehender RFID Transponder.
Ein RFID Trans­pon­der (auch RFID Tag) be­steht grund­sätz­lich aus drei we­sent­li­chen Kom­po­nen­ten: Der An­ten­ne, wel­che die Funk­wel­len des RFID Rea­ders emp­fängt, dem RFID Chip, auf dem die re­le­van­ten Daten hin­ter­legt sind, und dem Trä­ger­me­di­um, das die An­ten­ne und den Chip vor äu­ße­ren Ein­flüs­sen schützt.

Worin liegt der Un­ter­schied zwi­schen ak­ti­ven und pas­si­ven Trans­pon­dern?

Pas­si­ve RFID Trans­pon­der be­zie­hen die be­nö­tig­te En­er­gie ein­zig aus dem elek­tro­ma­gne­ti­schen Feld, das der RFID Rea­der aus­sen­det. Ak­ti­ve RFID Trans­pon­der hin­ge­gen ver­fü­gen über eine ei­ge­ne En­er­gie­ver­sor­gung, bei­spiels­wei­se durch eine im Gerät ver­bau­te Bat­te­rie.

Wel­che Fre­quenz­bän­der ste­hen für RFID-​Systeme zur Ver­fü­gung?

Die er­laub­ten Fre­quen­zen für pro­duk­ti­ons­na­he RFID-​Schnittstellen sind welt­weit fest de­fi­niert. Un­ter­schie­den wird grund­sätz­lich zwi­schen Sys­te­men, die im Nie­der­fre­quenz­be­reich (LF) von 125 kHz bis 134 kHz, im Hoch­fre­quenz­be­reich (HF) von 13,56 MHz und im Ultra-​Hochfrequenzbereich (UHF) von 865 MHz bis 960 MHz ar­bei­ten. In der In­dus­trie kom­men je nach An­wen­dung un­ter­schied­li­che Fre­quenz­be­rei­che zum Ein­satz. Hochfrequenz-​RFID-Systeme lie­fern eine mitt­le­re bis hohe Über­tra­gungs­ra­te und sind daher kur­zen Reich­wei­ten vor­be­hal­ten. Bei An­wen­dun­gen mit einer Reich­wei­te von meh­re­ren Me­tern wer­den ultra-​hochfrequente RFID Rea­der ein­ge­setzt.
Die drei Frequenzbänder (LF, HF und UHF) für RFID Systeme sind in einem Koordinatensystem dargestellt.

Wo­durch wird die Reich­wei­te der RFID Rea­der be­ein­flusst?

Funk­wel­len brei­ten sich ku­gel­för­mig aus. Ent­fernt sich der Trans­pon­der vom RFID Rea­der, sinkt die Si­gnal­stär­ke qua­dra­tisch zur Ent­fer­nung. Ver­dop­pelt sich folg­lich der Ab­stand des Trans­pon­ders, ver­rin­gert sich die wahr­ge­nom­me­ne En­er­gie­men­ge auf ein Vier­tel.

    Was ist ein RSSI-​Wert?

    Die wich­ti­ge Kenn­grö­ße für die De­fi­ni­ti­on des mög­li­chen Ar­beits­be­reichs eines RFID-​Systems ist der RSSI-​Wert. Die­ser be­schreibt die Si­gnal­stär­ke der Rück­ant­wort vom Trans­pon­der zum RFID Rea­der.

    Wel­che Fak­to­ren be­ein­flus­sen den RSSI-​Wert?

    • Die Größe des Trans­pon­ders: Je grö­ßer, desto höher fällt der RSSI-​Wert aus.
    • Die Ent­fer­nung zwi­schen Rea­der und Trans­pon­der: Je grö­ßer die Di­stanz, desto ge­rin­ger ist der RSSI-​Wert.
    • Me­tal­le und sehr hohe Was­ser­an­tei­le in der Um­ge­bung des Trans­pon­ders: Diese kön­nen die Funk­wel­len stö­ren und so den RSSI-​Wert ver­schlech­tern.
    • Sys­te­me, die eben­falls mit elek­tro­ma­gne­ti­schen Wel­len ar­bei­ten: So kön­nen sich bei­spiels­wei­se in­duk­ti­ve Sen­so­ren und RFID-​Systeme ge­gen­sei­tig be­ein­träch­ti­gen.

      Be­darfs­ge­rech­te Fest­le­gung des RSSI-​Werts

      Über IO-​Link kann am RFID Rea­der fle­xi­bel fest­ge­legt wer­den, bei wel­chen RSSI-​Werten der Rea­der re­agie­ren soll. Die­ser de­fi­nier­te Grenz­wert gibt dann den mi­ni­ma­len RSSI-​Wert an, der er­reicht wer­den muss, um die Daten des Trans­pon­ders zu ver­ar­bei­ten. Dies er­mög­licht die in­di­vi­du­ell op­ti­mier­te An­wen­dung für eine ein­deu­ti­ge Zu­ord­nung, Nach­ver­fol­gung und Iden­ti­fi­ka­ti­on in­ner­halb des Fer­ti­gungs­pro­zes­ses.

      Der Wir­kungs­be­reich der RFID Rea­der lässt sich in vier Zonen un­ter­tei­len, die den Ar­beits­be­reich des RFID Rea­ders ge­nau­er de­fi­nie­ren.

      Wel­che Funk­tio­nen und Be­triebs­ar­ten ste­hen zur Ver­fü­gung?

      Alarm­mo­dus

      Die RFID Rea­der bie­ten die Mög­lich­keit, bis zu zwei Alar­me zu kon­fi­gu­rie­ren und diese aus­zu­lö­sen. Als Trig­ger kön­nen so­wohl be­stimm­te RSSI-​Grenzwerte als auch die Min­dest­an­we­sen­heits­dau­er der RFID Trans­pon­der de­fi­niert wer­den.

      De­fi­ni­ti­on des RSSI-​Grenzwerts

      Durch die Fest­le­gung des RSSI-​Grenzwerts lässt sich der Ar­beits­be­reich des RFID Rea­ders de­fi­nie­ren. Hier­durch wird be­stimmt, wie stark das Ant­wort­si­gnal vom Trans­pon­der sein muss, damit der Rea­der die Trans­pon­der­da­ten aus­gibt bzw. än­dert.

      Kom­mu­ni­ka­ti­on über IO-​Link

      Un­se­re RFID Rea­der ver­fü­gen über eine IO-​Link Schnitt­stel­le. Da­durch las­sen sich Pa­ra­me­ter schnell und un­kom­pli­ziert an­pas­sen sowie Pro­zess­da­ten über­tra­gen.

      Iden­ti­fi­ka­ti­ons­sys­te­me im Ver­gleich: RFID Rea­der vs. Barcode-​Scanner

      So­wohl RFID-​Systeme als auch Sys­te­me mit Barcode-​Scannern er­mög­li­chen Iden­ti­fi­ka­ti­ons­lö­sun­gen in der Pro­zess­au­to­ma­ti­on. Un­ter­schied­li­che Funk­ti­ons­prin­zi­pi­en und damit ein­her­ge­hen­de Vor­tei­le er­mög­li­chen eine brei­te Ein­satz­viel­falt, die den un­ter­schied­lichs­ten An­for­de­run­gen ge­recht wird.
      Industrial RFID Reader in zwei Bauformen.

      RFID Rea­der

      Elek­tro­ma­gne­ti­sche Si­gnal­über­tra­gung
      Da­ten­er­fas­sung ohne Sicht­kon­takt mög­lich
      Aus­le­sen und Be­schrei­ben von Daten
      Ver­schlüs­se­lung der Daten mög­lich
      Me­tal­li­sche Um­ge­bun­gen kön­nen Stör­ein­flüs­se dar­stel­len
      Industrial RFID Reader in zwei Bauformen.

      Barcode-​Scanner

      Op­ti­sche Si­gnal­über­tra­gung
      Da­ten­er­fas­sung er­for­dert Sicht­kon­takt
      Aus­le­sen von Daten
      Ver­schlüs­se­lung der Daten nicht mög­lich
      Ver­schmut­zun­gen des Bar­codes kann den Le­se­zy­klus be­ein­träch­ti­gen

       

      Vor­tei­le von RFID Rea­dern für Iden­ti­fi­ka­ti­ons­lö­sun­gen

      Zwei sich drehende RFID Reader.
      • Schnel­le Er­fas­sung von Daten und Trans­pon­der

        Durch die RFID-​Technologie las­sen sich Da­ten­men­gen in hoher Ge­schwin­dig­keit voll­stän­dig und zu­ver­läs­sig er­fas­sen.

      • Un­emp­find­lich ge­gen­über Ver­schmut­zun­gen

        Selbst in schmut­zi­gen und stau­bi­gen Um­ge­bun­gen las­sen sich Daten aus­le­sen oder um­schrei­ben.
      • Ein­deu­ti­ge Zu­ord­nung

        Jeder RFID Chip ver­fügt über eine welt­weit ein­ma­li­ge Se­ri­en­num­mer. Da­durch las­sen sich Ver­wechs­lun­gen auf Produkt-​ und Pro­zess­ebe­ne aus­schlie­ßen.

      • Kontakt-​ und sicht­lo­se Iden­ti­fi­ka­ti­on

        Zur Iden­ti­fi­ka­ti­on des Trans­pon­ders ist kein di­rek­ter Sicht­kon­takt not­wen­dig. So kön­nen die RFID Trans­pon­der sicht­los, bei­spiels­wei­se im Werk­zeug­trä­ger oder im Pro­dukt, hin­ter­legt wer­den.

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