Che cos'è la tecnologia RFID, Radio Frequency Identification
(identificazione tramite radio frequenza)?

La tecnologia RFID utilizza le comunicazioni in radio frequenza per lo scambio di dati fra un dispositivo portatile dotato di memoria e un computer o PLC host. Un sistema RFID consiste tradizionalmente in un Tag/Etichetta/PCB per l'immagazzinamento dei dati, un'Antenna per comunicare col Tag ed un Controller per gestire la comunicazione fra l'Antenna ed il PC o PLC (i termini Lettore o Lettore/Scrittore vengono utilizzati quando l'Antenna ed il Controller si trovano nello stesso contenitore). Importante: il Tag/Etichetta/PCB solitamente è fissato al dispositivo di trasporto prodotto, alla cassetta contenente il prodotto o al prodotto stesso, creando così un database remoto che si muove insieme al prodotto.

I sistemi RFID prevedono tre componenti principali
- Tag/Etichette/PCB
- Antenne
- Controller

Un Tag/Etichetta/PCB RFID contiene una bobina, un chip in silicio programmato e, nei sistemi attivi Read/Write (lettura/scrittura), una batteria.

I Tag sono disponibili in varie dimensioni, capacità di memoria, gamme e resistenze alla temperatura. I Tag possono essere sufficientemente piccoli per essere iniettati in animali o abbastanza grandi per coprire un'intera scrivania. Quasi tutti i Tag sono incapsulati per assicurarne la resistenza agli urti, agli agenti chimici, all'umidità ed allo sporco.
Mentre i Tag sono immuni alla maggior parte dei fattori ambientali, i range di lettura/scrittura possono essere influenzati dalla vicinanza di metalli e dalle radiazioni elettromagnetiche.
I Tag possono essere alimentati da una batteria interna (in questo caso si parlerà spesso di "Tag attivo") o da un accoppiamento induttivo ("Tag passivo"). I Tag passivi non hanno alcun bisogno di manutenzione e virtualmente hanno una durata illimitata. La durata di un Tag attivo può essere limitata dalla durata della batteria, sebbene alcuni Tag siano dotati di batterie sostituibili o di batterie estremamente potenti.

Le Etichette sono costituite da bobine RF, realizzate secondo varie tecnologie, su di un substrato in carta/poliestere con un chip di memoria. Sebbene meno resistenti alle condizioni ambientali rispetto ai Tag incapsulati, le Etichette offrono dei vantaggi in termini di costi ridotti in applicazioni open loop (o a perdere). Quando l'Etichetta è utilizzata in un sistema open loop, sarà affissa al prodotto stesso e percorrerà l'intera supply chain. Si parla di applicazione a perdere nel senso di non riutilizzabile, per il fatto che quando l'articolo viene infine acquistato dal consumatore (per es. un PC), esso viene tolto dal circuito della supply chain. Questo è in contrasto con applicazioni di Tag riutilizzabili quali, ad esempio, quelli impiegati per la tracciatura di pallet in cui il Tag rimarrà nella supply chain a tempo indefinito. I costi ridotti rendono le Etichette estremamente interessanti per applicazioni quantitativamente importanti.

Le PCB (Printed Circuit Boards, schede a circuito stampato) sono state concepite per essere incorporate in un prodotto o in un dispositivo di trasporto del prodotto e, per quanto resistenti alle alte temperature, come nel caso della fabbricazione dei pallet, le PCB devono essere incapsulate qualora se ne preveda un utilizzo a contatto con i fattori ambientali esterni (per es. pioggia, umidità eccessiva, ecc.). I vantaggi delle PCB a RFID sono i costi ridotti e la capacità di tollerare ambienti nei quali le Etichette non potrebbero sopravvivere.
La fabbricazione di pallet in plastica rappresenta un buon esempio dell'applicazione delle PCB a RFID. La PCB viene collocata dentro il pallet in plastica prima della fase di saldatura a ultrasuoni del ciclo di fabbricazione. La PCB trasforma il pallet in un pallet "intelligente", e i dati possono essere letti e scritti sul pallet lungo tutta la supply chain.

Antenne
Un'Antenna è un dispositivo che utilizza onde radio per leggere e scrivere dati su Tag/Etichette/PCB. Alcuni sistemi utilizzano Antenne e Controller separati, mentre altri sistemi integrano Antenna e Controller all'interno di un singolo Reader (Lettore) o Reader/Writer
(Lettore/Scrittore). Le Antenne sono disponibili in tutte le forme e dimensioni, esistono quindi Antenne che possono essere installate in spazi
molto ristretti e Antenne più grandi per range di lettura/scrittura più estesi. Inoltre, le Antenne presentano caratteristiche esclusive per soluzioni particolari. Un esempio sono le Antenne stagne utilizzate nelle applicazioni per supporti magnetici degli hard disk. L'Antenna è montata in acqua deionizzata per leggere/scrivere dati sul Tag in immersione. Altri esempi sono quelli di Antenne che offrono varchi intorno a dispositivi di trasporto. Questi varchi (detti anche tunnel o porte) leggono o scrivono Tag/Etichette/PCB mentre questi vi passano attraverso.

Controller
Il Controller gestisce l'interfaccia di comunicazione fra un'Antenna e un PC, un PLC, un Server o un Modulo di Interfaccia di Bus. Il sistema host si interfaccia con il Controller e dirige l'interrogazione del Tag tramite comunicazione in parallelo, in serie o bus. I Controller RFID possono anche essere programmati in modo tale da eseguire controlli di processo direttamente a partire dai dati della memoria del Tag. Alcuni Controller sono addirittura dotati di linee input/output attivabili dal Controller, permettendo così una diminuzione del carico di lavoro del sistema host.


PERCHE' RFID?

Read Only
Nella sua forma più semplice (read only, sola lettura), la tecnologia RFID è utilizzata come sostituto diretto della tecnologia del codice a barre. I vantaggi offerti includono una precisione di lettura del 100%, la capacità di sopravvivere in ambienti ostili e l'eliminazione della necessità della visibilità diretta.
La precisione di lettura è spesso un fattore determinante nella scelta della tecnologia RFID. Con lettori di codici a barre a posizione fissa, una precisione di lettura alla prima scansione dal 95 al 98% è già un buon risultato. A seconda delle condizioni ambientali e della manutenzione, la precisione di lettura dei codici a barre spesso scende al di sotto del 90% col tempo. Nella maggior parte degli ambienti, la tecnologia RFID può raggiungere un valore del 99,5% - 100% come precisione di lettura alla prima scansione. Inoltre, grazie all'assenza di parti in movimento o di componenti ottici, la manutenzione non costituisce un problema. Anche le esigenze degli ambienti industriali favoriscono la tecnologia RFID. Alcuni ambienti necessitano di sistemi di raccolta dati che funzionino in immersione nei
fluidi, sostanze chimiche, in presenza di sporco e di calore. Esempi includono applicazioni in cui Tag e Antenne trasferiscono dati mentre sono completamente immersi in acqua, o anche casi in cui i Tag passano attraverso forni di verniciatura a 240°C.
* Il valore della tecnologia RFID è ancor più apprezzabile se si considerano le esigenze di visibilità diretta. Con il sistema RFID, il Tag non deve essere visibile direttamente dal lettore. Grazie alla capacità di penetrare la maggior parte dei materiali non metallici (purché si utilizzi la frequenza adeguata), i Tag RFID possono essere incorporati in cassette, contenitori e persino prodotti. Inoltre, contenitori e prodotti possono essere letti anche imballati senza che questo pregiudichi la correttezza dei risultati di acquisizione dei dati.
 

Read/Write (Riutilizzabili)
In uno stato più avanzato (read/write, ossia lettura/scrittura), la tecnologia RFID può essere utilizzata come una memoria di dati elettronica dinamica, che permette agli utenti di ridurre il traffico sulla rete, collegare stazioni di produzione remote e effettuare il backup di PC o PLC host.
Come esempio di memoria dati elettronica, nella fabbricazione di motori per automobili, il Tag viene affisso sul dispositivo di trasporto del motore. Le istruzioni di percorso e di costruzione vengono scritte sul Tag. Quando il motore e il suo dispositivo di trasporto si avvicinano alla prima stazione, il Tag è interrogato da un Lettore/Scrittore per determinare se il motore deve trovarsi o meno in quella stazione. In caso affermativo, l'informazione di costruzione è letta sul Tag e trasferita all'elaboratore locale, dove si decide la modalità di istruzione degli automatismi. Al termine di queste operazioni, i dati chiave relativi alla qualità e/o i risultati di produzione vengono memorizzati sul Tag. Questo permette all'utilizzatore di accedere ad informazioni relative alla qualità in qualsiasi fase di produzione. Nel caso in cui l'operazione non riesca, anche la non riuscita viene trascritta sul Tag. Quindi, prima di raggiungere la stazione successiva, il motore viene rimosso dalla linea e trasferito ad una stazione di rilavorazione remota. Alla stazione di rilavorazione, il Tag viene letto per determinare le modalità di riparazione del motore.
Nell'industria elettronica, diverse aziende hanno permesso a questa memoria dati dinamica elettronica di arrivare ben oltre, consentendo alle operazioni di produzione di procedere anche se il server o l'host centrali sono in panne. Poiché il Tag può combinarsi con un elaboratore locale in una data stazione per comunicare tutte le istruzioni di costruzione a quella data stazione, le operazioni possono essere condotte senza alcuna dipendenza della rete.

Read/Write (a perdere)
In uno stadio ancora più avanzato, Etichette a perdere vengono affisse ai prodotti durante la fabbricazione ed utilizzate poi lungo tutta la supply chain (dal produttore al rivenditore fino ai clienti). Essenzialmente, le Etichette RFID sono utilizzate per creare prodotti "intelligenti" che possono comunicare con l'ambiente circostante.
L'applicazione delle Etichette direttamente agli apparecchi televisivi dimostra il valore della creazione di "prodotti intelligenti". Durante la produzione, le Etichette RFID vengono applicate all'interno della struttura del televisore. Dopo aver utilizzato le Etichette durante la produzione (come illustrato sopra), le Etichette accompagnano i "prodotti intelligenti" in magazzino. Nel magazzino, le Etichette sono utilizzate per localizzare un dato modello e per indirizzare diversi modelli alle posizioni di immagazzinamento prestabilite. Inoltre, grazie alla capacità dei lettori/scrittori di comunicare con più Etichette nello stesso campo di azione dell'Antenna, tutti i televisori possono essere letti o scritti all'uscita del magazzino indipendentemente dal fatto che siano impilati su pallet o trasportati separatamente. Questo permette agli utenti di scrivere l'informazione relativa alla destinazione sui "prodotti intelligenti" e di registrare ciò che è stato spedito permettendo così di innescare il processo di fatturazione elettronica.
Al momento del ricevimento nel magazzino del rivenditore, i "prodotti intelligenti" sono letti all'entrata nell'edificio, permettendo così la registrazione immediata nell'inventario e la trasmissione dell'autorizzazione al pagamento dei fornitori.

I "prodotti intelligenti" sono quindi tracciati all'interno del punto vendita dove l'Etichetta viene utilizzata come antifurto e per l'inventario in tempo reale. Infine, quando i televisori lasciano il punto vendita, informazioni chiave riguardanti il cliente e la configurazione del prodotto vengono scritte sulle Etichette RFID. Se il cliente riconsegna un dato televisore al Centro Assistenza (o ad un centro assistenza affiliato),
tutti i dati registrati relativi al prodotto vengono immediatamente visualizzati sul monitor di un computer prima che il cliente raggiunga la cassa, portando quindi il servizio di assistenza ad un livello superiore.
Questo esempio dimostra come i "prodotti intelligenti" rappresentino non solo un risparmio economico lungo tutta la supply chain, ma anche valore aggiunto per il cliente. Questo valore aggiunto è utilizzato dai produttori (e dai rivenditori) per distinguere i propri prodotti rispetto alle offerte della concorrenza permettendo così ai produttori di aumentare le vendite e/o i margini.
 

Criteri di valutazione delle prestazioni del sistema RFID:
* Le prestazioni di un sistema RFID read/write sono valutate secondo i seguenti criteri:
* capacità di memoria del Tag
* velocità di trasferimento dati
* range di funzionamento
* funzionalità anticollisione (capacità di gestione di più Tag nello stesso campo)
* temperature di funzionamento
* frequenza di trasmissione RF del collegamento Tag-Antenna
* connettività del sistema RFID

Capacita' di memoria dei Tag:
La regola generale per qualsiasi sistema dotato di memoria è sempre stata che nessuna capacità di memoria è mai sufficiente. Invariabilmente, la risposta al potenziamento della capacità di memoria di un sistema è quella di aumentare la portata dell'applicazione di modo che risulti necessaria una quantità di memoria sempre maggiore. La quantità di memoria disponibile su Tag Read Only è di 20 bit di informazione. Tag attivi Read/Write vanno dai 64 byte ai 32 KB, questo significa che diverse pagine di testo scritto possono essere immagazzinate in un Tag Read/Write. La memoria di Tag passivi Read/Write va dai 48 byte ai 736 byte e presenta molti vantaggi ben definiti rispetto ai sistemi Attivi.

Velocità di trasferimento dati:
La velocità è un fattore importante per la maggior parte dei sistemi di acquisizione dati. Con l'attuale diminuzione dei tempi dei cicli di produzione, il tempo necessario per aggiornare o per accedere ai sistemi RFID di identificazione pallet deve collocarsi all'interno di una finestra molto ristretta. I sistemi a microonde sono in grado di raggiungere velocità elevate, ma i problemi intrinseci alla tecnologia a microonde possono superare di gran lunga i vantaggi derivanti dalla velocità. Velocità Read Only - La velocità di un sistema RFID Read Only è determinata dalla lunghezza del codice, dalla velocità di trasferimento dati dal Tag, dal range nel quale funzioneranno, dalla frequenza RF di lavoro del collegamento Tag-Antenna e dalla tecnica di modulazione utilizzata per il trasferimento dei dati. Questa velocità varierà a seconda dei prodotti specifici utilizzati in ogni applicazione. Per esempio, il sistema Read Only EMS trasmette i propri dati ad una velocità di 8750 bit al secondo. Velocità Read/Write passiva - La velocità di un sistema Read/Write RFID passivo si basa sugli stessi criteri dei sistemi Read Only, se si esclude il fatto che qui si deve considerare la velocità di trasferimento dati verso il Tag e dal Tag. La velocità varierà ancora una volta a seconda dei prodotti specifici utilizzati in ogni applicazione. Per esempio, il sistema HMS EMS trasferisce dati ad una velocità di 1000 byte al secondo. Velocità Read/Write attiva - La velocità di un sistema Read/Write attivo si basa sugli stessi criteri del sistema Read/Write passivo, ad eccezione del fatto che il sistema passivo necessita del caricamento di un condensatore
nel Tag per consentire la comunicazione. Importante notare che un sistema tipico Read/Write a bassa frequenza funzionerà alla velocità di solo 100 o 200 byte trasferiti al secondo. Poiché diverse centinaia di byte possono essere trasferiti ad una stazione, il trasferimento dell'informazione potrebbe richiedere alcuni secondi in più rispetto all'intera operazione meccanica. EMS ha risolto questo problema con la linea di prodotti Read/Write RFID a bassa frequenza ad alta velocità. Incorporando diverse tecniche esclusive e proprietarie, i nostri tecnici hanno progettato un sistema a bassa frequenza con velocità superiori rispetto a quelle della maggior parte dei sistemi a microonde. La serie HS trasferisce dati a velocità superiori a 3.000 byte al secondo. In una stazione che trasferisca 600 byte di informazioni, l'operazione richiede fino a sei secondi con le tecnologie precedenti, ma solo 200 millisecondi con i prodotti della serie HS.

Funzionalità anticollisione:
A seconda della configurazione del Tag e dell'Antenna, è possible, grazie ai prodotti della famiglia FastTrack(tm) , leggere e scrivere dati su più Tag simultaneamente nello stesso campo di azione. L'Antenna Tunnel FastTrack(tm) è stata progettata specificamente per leggere molti Tag simultaneamente. Nelle applicazioni per uffici postali,le Etichette FastTrack(tm) sono posizionate all'interno di buste che vengono poi inserite in sacchi per lettere dotati di Tag. Quando il sacco passa attraverso l'Antenna Tunnel, i dati vengono letti e scritti simultaneamente su tutti i Tag.

Temperature di funzionamento:
EMS è considerato il massimo esperto nelle applicazioni RFID a temperature elevate, ed ha numerose installazioni di questo tipo in tutto il mondo. L'esperienza ormai comprovata di EMS con le applicazioni ad alta temperatura ha origine con i Tag passivi Read Only serie ES. Progettati per resistere fino a temperature di 401°F (205°C), i Tag serie ES, grazie alla loro resistenza alle alte temperature, rappresentano la soluzione ideale per le applicazioni con forni di verniciatura e bagni chimici a temperature elevate. La seconda generazione della linea di prodotti passivi Read/Write per le alte temperature, i cosiddetti Tag serie HMS 100, può tollerare temperature ancora più elevate, fino a 464°F (240°C), e temperature inferiori alla soglia di congelamento ossia -40°F (-40°C). La terza generazione di Tag per le alte temperature presenta un vantaggio ulteriore per qualsiasi applicazione ad alta temperatura ossia i Tag sono a perdere!
I Tag FastTrack(tm) LRP250HT-FLX incorporano un processo di fabbricazione che permette a queste Etichette flessibili di rappresentare la soluzione migliore per qualsiasi applicazione ad alta temperatura. Grazie al retro adesivo, i Tag RFID FLX si attaccano semplicemente ai prodotti (per esempio alle automobili). I Tag resteranno quindi col prodotto durante l'intero ciclo produttivo, e potranno anche essere utilizzati per informazioni after sale presso il rivenditore.

Frequenza di lavoro RF del collegamento Tag-Antenna:
Una considerazione molto importante nella scelta di un sistema RFID è la banda di frequenza utilizzata per trasferire informazioni fra il Tag e
l'Antenna La FCC (Commissione federale per le comunicazioni) ha definito i seguenti limiti del range operativo: molto basso (50 a 500 khz), medio (13,56 Mhz) o microonde (0,9 a 2,5 Gigahertz). I sistemi a microonde offrono il vantaggio di un range potenzialmente più lungo, ma presentano altresì un fenomeno assai penalizzante noto come "Standing wave nulls" ossia "zone morte" all'interno del campo di lettura in
cui non si ha accesso al Tag. Tale fenomeno si verifica a causa della lunghezza d'onda ridotta della radiazione a microonde (12 a 30 centimetri). In pratica, questo indica che in un sistema a microonde il Tag non può garantire affidabilità totale se immobile in quanto potrebbe trovarsi in una zona morta. Sistemi a frequenza più bassa non presentano questo tipo di problema. Inoltre, tali sistemi non risentono dell'umidità nel campo di lettura. Questa tolleranza elevata ai diversi ambienti di lavoro permette ai sistemi a bassa e media frequenza di rappresentare le soluzioni privilegiate per la maggior parte delle applicazioni.

Connettività del sistema RFID
Come estensione di un sistema automatizzato, la tecnologia RFID deve essere in grado di integrarsi con le tecnologie di automazione esistenti e in fase di sviluppo. E' importante sottolineare la riduzione dei costi di installazione grazie all'interfacciamento diretto dei sistemi RFID Escort Memory Systems con i personal computer, i PLC (Programmable Logic Controllers) e i Moduli di Interfaccia di Bus industriali. Questa connettività permette a EMS di offrire sistemi RFID flessibili e di facile integrazione in svariati settori industriali.