การเลือกและการใช้งาน RFID สำหรับการติดตามทรัพย์สิน IIoT

การติดตามทรัพย์สินและการจัดการซัพพลายเชนเป็นสิ่งที่สำคัญสำหรับการใช้งาน Industrial Internet of Things (IIoT) หลายประเภท รวมถึงโรงงานผลิต ศูนย์โลจิสติกส์และกระจายสินค้า ศูนย์ข้อมูล โรงพยาบาลและศูนย์ดูแลสุขภาพ การเกษตร การก่อสร้าง และการขนส่ง การเลือกระบบการติดตามทรัพย์สินด้วยการระบุเอกลักษณ์ด้วยคลื่นวิทยุ (RFID) แบบพาสซีฟนั้นเป็นเรื่องที่ซับซ้อน ทรัพย์สินที่มีมูลค่าอาจเผชิญกับสภาวะหลากหลายแบบที่ไม่สามารถควบคุมได้ รวมถึงสภาพแวดล้อมที่มีการกระแทกและการสั่นสะเทือน ความร้อน ความเย็นยะเยือก และเปียกชื้นระหว่างการขนส่งและการจัดเก็บ นอกจากนั้นยังต้องพิจารณามาตรฐาน RFID ในแต่ละการใช้งาน

นักออกแบบต้องการแท็กที่ทนทาน น่าเชื่อถือ และทนต่อสภาวะแวดล้อมที่รุนแรงในโรงงานอุตสาหกรรม การก่อสร้าง และการผลิต โดยแท็กนั้นมีจำหน่ายในขนาดมาตรฐานหลายขนาดและช่วงการอ่านหลายแบบ เพื่อให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะของสินทรัพย์ประเภทต่าง ๆ บทความนี้จะกล่าวโดยย่อเกี่ยวกับเทคโนโลยี RFID แบบพาสซีฟและมาตรฐานอุตสาหกรรมต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับแท็กและข้อมูล RFID จากนั้นนำเสนอแท็ก เครื่องอ่าน และโซลูชันระบบ RFID จาก Molex, Murata Electronics และ ThingMagic

แท็ก RFID แบบพาสซีฟประกอบด้วยสายอากาศและวงจรรวมที่มีส่วนควบคุมการทำงานของภาครับ-ส่งสัญญาณวิทยุ (Analog F/E) ที่มีโมดูเลเตอร์ ดีโมดูเลเตอร์ หน่วยเก็บเกี่ยวพลังงาน RF ตัวควบคุมที่มีตัวเข้ารหัส/ตัวถอดรหัส อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม นาฬิกา และหน่วยความจำ (รูปที่ 1) แท็ก RFID แบบพาสซีฟไม่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ในแท็ก RFID แบบพาสซีฟส่วนใหญ่ หน่วยความจำสามารถเขียนใหม่ได้ และแท็ก RFID สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลในปริมาณที่มากกว่าวิธีการอื่น เช่น บาร์โค้ด

รูปที่ 1: แท็ก RFID แบบพาสซีฟประกอบด้วยสายอากาศและ IC ที่มีส่วนควบคุมการทำงานของภาครับ-ส่งสัญญาณวิทยุ (Analog F/E) ตัวควบคุม และหน่วยความจำ (แหล่งที่มาภาพ: Murata)

สามารถอ่านแท็ก RFID ความถี่สูงพิเศษแบบพาสซีฟ (UHF) ได้ในระยะทางหลายเมตรและหลายแท็กพร้อมกัน เนื่องจาก RFID ใช้การสื่อสารแบบไร้สาย และสามารถอ่านแท็กได้จากนอกกล่องบรรจุภัณฑ์โดยไม่ต้องเปิดกล่อง ซึ่งแตกต่างจากบาร์โค้ด (ภาพที่ 2) แต่แท็ก RFID นั้นไวต่อสิ่งสกปรก ความชื้น การสั่นสะเทือน และปัจจัยแวดล้อมอื่นๆ ที่บาร์โค้ดอาจใช้งานได้ดีกว่า แท็ก RFID มีหลากหลายรูปแบบที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับการใช้งานแต่ละประเภท บางแท็กได้รับการออกแบบสำหรับการติดตามวัตถุที่เป็นโลหะ และใช้พื้นผิวโลหะเป็นสายอากาศเสริมเพื่อขยายช่วงการใช้งาน ซึ่งมาตรฐานการสื่อสารและรูปแบบข้อมูลต่างๆ ได้รับการพัฒนาสำหรับแท็ก RFID แบบพาสซีฟ

รูปที่ 2: สามารถอ่านแท็ก RFID ได้ในระยะหลายเมตร ในบางการออกแบบ สามารถอ่านแท็กได้หลายแท็กพร้อมกัน และสามารถอ่านแท็กผ่านกล่องและบรรจุภัณฑ์อื่นๆ ได้ (แหล่งที่มาภาพ: Murata)

RAIN RFID

RAIN RFID ส่งเสริมการใช้โปรโตคอล ISO/IEC 18000-63 GS1 UHF Gen2 RAIN (Radio frequency IdentificatioN) ออกแบบมาเพื่อเชื่อมโยงแท็ก UHF RFID กับคลาวด์ ช่วยให้ข้อมูล RFID ถูกจัดเก็บ จัดการ และแบ่งปันผ่านอินเทอร์เน็ต ระบบที่ใช้โซลูชัน RAIN จะมีแท็ก RFID เครื่องอ่าน และซอฟต์แวร์ที่สามารถเชื่อมโยงไปยังเครือข่ายในพื้นที่นั้นและไปยังระบบคลาวด์ต่อไป (รูปที่ 3) RAIN ได้สร้างระบบการกำหนดหมายเลขมาตรฐาน ISO เพื่อให้เข้ารหัสได้ง่ายขึ้นโดยใช้หมายเลขประจำบริษัท (CIN) ระบบกำหนดหมายเลขมาตรฐาน ISO ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับการระบุเอกลักษณ์ที่ไม่มีการชนกันของแท็ก RAIN RFID ซึ่งเป็นทางเลือกที่ไม่มีการทับซ้อนกับรูปแบบข้อมูลที่มีอยู่หรือรูปแบบที่กำหนดโดยผู้ขาย

รูปที่ 3: RAIN RFID ได้รับควบคุมโดยมาตรฐานสากลมาตรฐานเดียวที่เรียกว่า EPC UHF Gen2v2 หรือ ISO/IEC 18000-63 (แหล่งที่มาภาพ: RAIN Alliance)

รหัสผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และ RFID

รหัสผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ (EPC) Gen 2v2 ที่ RAIN ใช้เป็นมาตรฐานโปรโตคอลการสื่อสารผ่านอากาศสำหรับแท็ก UHF RFID แบบพาสซีฟ ซึ่ง EPC Gen 2v2 มีคุณสมบัติในการปรับปรุงความปลอดภัย ป้องกันการปลอมแปลง และเพิ่มความเป็นส่วนตัวโดยการใช้งานการรับรองความถูกต้องของแท็กและตัวอ่าน หน่วยความจำของแท็ก Gen 2v2 สามารถแบ่งออกเป็นหลายไฟล์ และแท็กที่เข้ากันได้สามารถใช้สำหรับระบบป้องกันการโจรกรรม (EAS)

มาตรฐาน EPC ที่พัฒนาโดย EPCglobal ได้รับการอนุมัติและนำไปใช้เป็นมาตรฐาน ISO 18000-6C นอกเหนือจากการกำหนดมาตรฐานสำหรับการสื่อสารของแท็กและอุปกรณ์อ่านแล้ว ชุดมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับ EPC ยังกำหนดวิธีการแบ่งปันข้อมูล EPC ระหว่างผู้ใช้ต่างๆ EPC เป็นรหัสระบุเอกลักษณ์ที่เป็นสากลของวัตถุกายภาพ เนื่องจากมีการใช้แท็ก RFID กันอย่างแพร่หลาย มาตรฐานข้อมูลแท็ก EPC จึงรวมข้อกำหนดสำหรับข้อมูลนอกเหนือจากมาตรฐาน EPC ที่อาจจัดเก็บไว้ในแท็ก RFID รุ่นที่ 2 แม้ว่าแท็ก EPC และแท็ก RFID จะมีความคล้ายคลึงกันเป็นอย่างมาก แต่แท้จริงแล้วก็มีความแตกต่างกัน โดยที่ RFID เป็นเทคโนโลยีผู้ให้บริการข้อมูล และ EPC เป็นรหัสระบุเอกลักษณ์และรูปแบบข้อมูล

ข้อบังคับ EAS และ UDI สำหรับอุปกรณ์การแพทย์

เช่นเดียวกับ EPC ข้อบังคับการระบุหมายเลขเฉพาะประจำอุปกรณ์ (UDI) ในหลายประเทศกำหนดให้อุปกรณ์ทางการแพทย์มีรหัสระบุอุปกรณ์โดยเฉพาะเพื่อรองรับ EAS สำหรับการใช้งานและการจัดเก็บอุปกรณ์ทางการแพทย์อย่างปลอดภัย ระบบ UDI ใช้กับอุปกรณ์ทางการแพทย์หลายประเภท แต่มีความสำคัญอย่างยิ่งกับเครื่องมือผ่าตัด ซึ่งมีความเสี่ยงสูงในการเตรียมเครื่องมือที่ไม่ถูกต้องสำหรับหัตถการ

เครื่องมือผ่าตัดมีหลายร้อยชนิดและบุคลากรที่ไม่มีประสบการณ์อาจเลือกเครื่องมือที่ไม่ถูกต้องได้อย่างง่ายดาย การใช้แท็ก UDI และ RFID สามารถขจัดข้อกังวลดังกล่าวได้ การใช้แท็ก RFID ยังช่วยอำนวยความสะดวกในการเก็บรวบรวมประวัติการใช้เครื่องมือแต่ละชิ้นและจำนวนการใช้ภายในสถานพยาบาล

แท็ก RFID แบบพาสซีฟสำหรับเครื่องมือผ่าตัดและเครื่องมืออุตสาหกรรม

นักออกแบบระบบ RFID สามารถใช้ LXTBKZMCMG-010 ซึ่งเป็นแท็ก RFID UHF RAIN บนโลหะที่มีขนาดเล็กจาก Murata สำหรับติดตามเครื่องมือผ่าตัด เครื่องมืออุตสาหกรรม และวัตถุโลหะที่คล้ายกัน (ภาพที่ 4) LXTBKZMCMG-010 ใช้พื้นผิวโลหะเป็นสายอากาศเสริม เพื่อเพิ่มช่วงการอ่าน แท็กนี้มีขนาด 6.0 x 2.0 x 2.3 มิลลิเมตร (มม.) ทำงานบนย่านความถี่ UHF ทั้งหมด และมีช่วงอุณหภูมิในการทำงาน -40 ถึง +85 องศาเซลเซียส (°C) ทำให้เหมาะสำหรับการติดตามวัตถุที่เป็นโลหะในอุตสาหกรรมตลอดจนสถานพยาบาล

รูปที่ 4: แท็ก LXTBKZMCMG-010 UHF RAIN RFID เหมาะสำหรับพื้นผิวโลหะ เช่น เครื่องมือผ่าตัดและเครื่องมืออุตสาหกรรม (แหล่งที่มาภาพ: Murata)

แท็ก RFID รูปทรงต่ำสำหรับการติดตามทรัพย์สิน

การติดตามทรัพย์สินและสินค้าคงคลัง สามารถใช้ประโยชน์จากแท็กที่ออกแบบมาให้ทนต่อแรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทกสูงและช่วงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกว้าง ซึ่งพบได้ในระบบอุตสาหกรรม การเกษตร การก่อสร้าง และการขนส่ง เนื่องจากมีขนาดเล็กจึงใช้พื้นที่น้อยลง ความเสียหายน้อย และมีต้นทุนที่ลดลง ตัวอย่างเช่น แท็ก RFID 0133580821 จาก Molex หนา 1.8 มม. มีการป้องกันระดับ IP68 สามารถใช้ได้ในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้น และทำงานได้ตั้งแต่ -50C ถึง +85C (รูปที่ 5) โดยที่ 0133580821 มีช่วงการอ่านที่ 4.5 เมตรและออกแบบมาเพื่อใช้กับวัสดุหลายประเภท รวมทั้งโลหะและพลาสติก

รูปที่ 5: แท็ก RFID หนา 1.8 มม. นี้เหมาะสำหรับการติดตามทรัพย์สินและสินค้าคงคลังด้วยช่วงการอ่าน 4.5 เมตร และสามารถใช้ได้กับหลายพื้นผิว รวมทั้งพลาสติกและโลหะ (แหล่งที่มาภาพ: Molex)

เครื่องอ่าน RAIN RFID แบบ Plug and play

เครื่องอ่านสำเร็จรูป Elara RAIN RFID จาก ThingMagic มีอินเทอร์เฟซและคุณสมบัติการทำงานที่ลดความพยายามในการออกแบบและเพิ่มความเร็วในการใช้งาน RFID ในการใช้งานที่ต้องการระยะการอ่านสูงสุด 2 เมตร (รูปที่ 6) Elara มีให้เลือก 2 รุ่น ได้แก่ PLT-RFID-EL6-ULB-4-USB ที่ทำงานในย่านความถี่ 865 ถึง 868 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) และ PLT-RFID-EL6-UHB-4-USB ที่ทำงานในย่านความถี่ 915 ถึง 928 MHz เครื่องอ่านทั้งสองมาอยู่กล่องพลาสติกที่ผ่านการรับรองสำหรับการใช้งานทางการแพทย์

รูปที่ 6: เครื่องอ่านสำเร็จรูป Elara RAIN RFID สามารถลดความพยายามในการออกแบบและเพิ่มความเร็วในการใช้งาน RFID ในการใช้งานที่ต้องการระยะการอ่านสูงสุด 2 เมตร (แหล่งที่มาภาพ: ThingMagic)

ในการใช้งาน Elara นักออกแบบสามารถเพิ่มความสามารถด้าน RFID ลงในแอปพลิเคชันที่ได้รับประโยชน์จากเดสก์ท็อปแบบ Plug and play หรือเครื่องอ่านแบบติดตั้งอยู่กับที่ ขั้นตอนการทำงานอัตโนมัติได้รับการสนับสนุนที่ช่วยให้สามารถสร้างโซลูชันได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องมีความเชี่ยวชาญด้าน RFID ในส่วนของนักออกแบบหรือความต้องการใช้ชุดพัฒนาซอฟต์แวร์และเครื่องมือรวม ตัวอย่างของแอปพลิเคชันของ Elara ได้แก่ การนำกฎระเบียบ UDI ไปใช้ในสถานพยาบาล การดำเนินการและติดตามการส่งคืนในคลังสินค้าและศูนย์กระจายสินค้า และการทดสอบการทำงานของแท็ก RFID ความสามารถของ Elara ได้แก่ :

• การรวมระบบที่ง่ายขึ้นและการทำงานโดยไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์โดยใช้ขั้นตอนการทำงานอัตโนมัติที่โหลดไว้ล่วงหน้า
• รองรับมาตรฐานเทคโนโลยี RAIN และอินเทอร์เฟซการสื่อสาร RAIN
• รองรับโปรโตคอล EPCglobal Gen 2v2
• การอ่านชุดรายการจำนวนมาก เช่น เครื่องมือผ่าตัดหรือชุดส่วนประกอบสำหรับสายการประกอบ
• การนับและการตรวจสอบรายการสำหรับการคืนสินค้าหรือการรับสินค้าคงคลัง
• การทดสอบการทำงานของแท็ก RFID
• การอัปเดตข้อมูลแท็กด้วยข้อมูลการใช้งานและข้อมูลอื่นๆ

เครื่องอ่าน Industry 4.0 RFID และอุปกรณ์บริการระดับ Edge

สำหรับแอปพลิเคชัน Industry 4.0 ที่ต้องใช้เครื่องอ่าน RFID หลายเครื่องและการเชื่อมต่อกับคลาวด์ผ่านเซิร์ฟเวอร์ระดับ Edge นักออกแบบสามารถหันไปใช้ ALR-F800-X จาก Molex ที่มีเครื่องอ่านแท็ก UHF RFID ระดับองค์กร 4 พอร์ตและตัวควบคุมบริการระดับ Edge (รูปที่ 7) การใช้ ALR-F800-X ช่วยให้สามารถประมวลผลข้อมูล RFID ที่ต้นทางและประเมินผลแบบเรียลไทม์ ALR-F800 สามารถจ่ายไฟโดยใช้อะแดปเตอร์จ่ายไฟกระแสตรงหรือแหล่งพลังงานแบบ Power over Ethernet (PoE) ซึ่งทำให้การปรับใช้ระบบ RFID ขนาดใหญ่ใน Industry 4.0 ง่ายขึ้น

รูปที่ 7: ALR-F800-X ประกอบด้วยเครื่องอ่านแท็ก UHF RFID แบบพาสซีฟระดับองค์กร 4 พอร์ตและตัวควบคุมบริการระดับ Edge เพื่อรองรับการใช้งาน Industry 4.0 (แหล่งที่มาภาพ: Molex)

เทคโนโลยีการปรับตัวแบบไดนามิก (DSA) ใน ALR-F800 จะตรวจสอบสภาพแวดล้อม RF ในแบบเรียลไทม์และควบคุมพารามิเตอร์ ตัวกรอง และค่าการปรับแต่งต่างๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการอ่านแท็ก RFID สามารถเพิ่มหน่วยความจำได้โดยใช้การ์ด micro-SD และมีพอร์ต USB สำหรับเพิ่มการเชื่อมต่อ Wi-Fi และโมเด็มมือถือ

ซอฟต์แวร์ Emissary ที่อยู่ภายในนั้นช่วยสนับสนุนและกำหนดค่าเครื่องอ่านเพิ่มเติมและอ่านจุดโดยไม่ต้องใช้เซิร์ฟเวอร์ Edge เฉพาะ (ภาพที่ 8) ซอฟต์แวร์ Emissary ช่วยให้พัฒนาขั้นตอนการทำงานทั้งหมดโดยใช้กิจกรรมที่ออกแบบไว้ล่วงหน้า (เช่น อ่านแท็ก เปิดไฟ ส่งข้อมูล และอื่นๆ) ซึ่งจะทำให้ทดสอบแอปพลิเคชันใหม่ง่ายขึ้นและเร็วขึ้น โดย Emissary ประกอบไปด้วย:

• การแสดงภาพฟังก์ชัน อุปกรณ์ และจุดอ่านที่มีโครงสร้างและใช้งานง่าย
• ใช้หลักการตั้งชื่อทั่วไป เช่น 'wrap station', 'door #1' และอื่นๆ
• ชุดเครื่องมือที่ใช้ Windows สำหรับการสร้างขั้นตอนการทำงาน
• ตั้งค่า ควบคุม และบำรุงรักษาเครื่องอ่านในพื้นที่ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์
• การใช้มาตรฐานข้อมูลแท็กที่ถูกต้อง เพื่อการตีความข้อมูลขาเข้าที่ถูกต้อง
• การจัดการรายงานข้อมูลการอ่านแท็กและการรวมรายงานจากเครื่องอ่านหลังเครื่อง เพื่อถ่ายโอนไปยังคลาวด์

รูปที่ 8: ซอฟต์แวร์ Emissary ที่ติดตั้งใน ALR-F800-X ช่วยให้กำหนดค่าและรองรับเครื่องอ่านเพิ่มเติมและจุดอ่านโดยไม่ต้องใช้เซิร์ฟเวอร์ Edge เฉพาะ (แหล่งที่มาภาพ: Molex)

บทสรุป

แท็ก RFID แบบพาสซีฟและเครื่องอ่านสามารถรองรับการติดตามทรัพย์สินต่างๆ ใน IIoT รวมถึงการผลิต การขนส่ง ศูนย์ข้อมูล การดูแลสุขภาพ การเกษตร การก่อสร้าง และการขนส่ง ในขณะที่เลือกและกำหนดระบบ RFID นักออกแบบจำเป็นต้องทราบมาตรฐานอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึง RAIN, EPC Gen 2v2, ISO/IEC 18000-63 และระเบียบ UDI แท็กประเภทต่างๆ ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะ เช่น การติดตั้งบนโลหะและอุปกรณ์รูปทรงต่ำสำหรับการติดตามทรัพย์สิน นอกจากแท็กแล้ว เครื่องอ่าน RFID ยังมีให้บริการ รวมถึงการออกแบบเดสก์ท็อปและเครื่องอ่านระดับองค์กร/ตัวควบคุมบริการ Edge ที่ช่วยให้การปรับใช้ RFID ใน Industry 4.0 เร็วขึ้น