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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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