倍加福工业RFID技术

RFID 射频识别技术

基本介绍

自2004年以来，与RFID技术相关的文章在各个媒体上不断涌现，相关的报道让这个历史其实并不短的技术在短时间内成为国际追逐的焦点。

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

埃森哲实验室首席科学家弗格森认为RFID是一种突破性的技术："第一，

可以识别单个的非常具体的物体，而

不是像条形码那样只能识别一类物

体；第二，其采用无线电射频，可以

透过外部材料读取数据，而条形码必

须靠激光来读取信息；第三，可以同

时对多个物体进行识读，而条形码只

能一个一个地读。此外，储存的信息

量也非常大。"

电感式RFID工作原理

RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

RFID技术可以基本分为低频系统、频率为13.56MHz的高频(HF)系统以及频段在900MHz左右的超高频系统(UHF)，还有工作在2.4GHz或者5.8GHz(见表)微波频段的系统。除了频率范围外的另外一个差异性因素是电源：无源RFID收发器，这种收发器主要用在物流和目标跟踪，他们自身并没有电源，而是从读/写器的RF电场获得能量；有源收发器由电池供电，因此具有数十米的长距离，但是体积更大，最重要的是更贵。

RFID vs Barcode

和传统条码识别相比较，RFID有以下几方面优势:

z快速扫描

RFID读取非常快，有些微波系统可同时读取多个标签。

z体积小型化，样式多样化

RFID标签可制作成各种形状，以应用在不同的场合。

z抗污染能力耐久性

RFID对水，油和化学药品等物质具有很强抵抗性。

z可重复使用

条码数据一但印刷/打印后就无法更改，RFID电子标签数据可重复地新增，修改，删除。

z穿透性和无屏障读取

在被覆盖的情况下，RFID能够透过纸张，木材和塑料等非金属，并能够进行穿透性通讯。

z数据的记忆容量大

一维条码的容量是50Byte，二维条码最大存储容量是2至3000Byte, RFID 系列的最大空间可支持8Kbyte(P+F MVC载体)。随着记忆载体的发展，数据容量也有不

断扩大的趋势。

z安全性

由于RFID承载的是电子式信息，其数据可经由密码保护。P+F IPC03载体可设定密码。对于13.56MHz 系列载体，倍加福支持一种特殊的数据保护功能，用户可

将数据一次性写入载体，之后该数据将无法再修改。

条码和RFID比较

RFID 应用：

RFID 在工业自动化领域广泛地应用

1． P+F 微波式识别系统应用于公交车站点 系统特点: 微波式射频识别系统，采用MTT6000型6m 工作距离的射频天线，可快速准确地识别进站车辆。

2． P+F 125KHz 系统应用于化工行业 系统特点: 通过采用P+F RFID 系统保证能正确地区分原材料，防止用户人员疏忽，将原材料输送给错误的存储罐。系统的安全性，产品的可靠性要非常高，不然将给客户带来无法估计的损失。

3．P+F 射频识别系统应用在移动工程车辆上 系统特点: 移动车辆是要求非常苛刻的应用场合，要求所有元器件稳定性高，可靠性高，易维护，环境适应性强(温度，适度，高压水冲洗，紫外线UV)。在设计自出，合乎测试了很多不同厂家的RFID 产品，P+F 的产品才测试中脱颖而出，其全浇铸式的射频天线，高等级的抗震能力赢得客户的认可。

MTT6000

4. P+F 射频识别系统应用于空调压缩机生产线(Heier, Emerson) 系统特点: 移动车射频载体被安装在工装板上，成45角。载体内数据在加工站点处被读取及写入新的状态。

项目– Liebherr 利勃海尔

工件自动识别。机械手臂自动识别所加 载的工具是否正确。(移动设备集成

)

载体存储的信息:

? 机油容量 ? 机油压力 ? 机油种类

? 工作时间 ?

工具类型

5. P+F 射频识别系统用于离合器分离轴承的装配生产线 系统简介:

装配设备由一个转盘系统，两个机器人和一手工工作站组成。所有工装板均安装了射频数据载体。利用两个机器人中的一个对轴承的零件进行测量并根据测量值将这些部件组装成内部空袭尽可能小的成品。由此得到各部件之间的相互配合关系都作为数据存储到射频载体内并伴随这些零件。第二个机器人是一个装配机器人，它将各个部件组装成成品。载体中的数据会在此处被读取，以便机器人总能准确无误地装备正确的部件

6. P+F 射频识别系统用于机床工具识别 系统简介:

装备了夹具和工具自动交换装置的CNC 机械设备适合完成批量越来越少的的生产加工。安装在工具上的载体必须耐高温，体积小，可嵌入金属安装。

存储信息

? 识别号 130004711 ? 生产标号 Y21 ? 生产地点 CNSHA ? 旋转方向 3 ? 最大转速 24 000 ? 最小转速 18 000 ? 优选转速 20 000

7. P+F 射频识别系统用于屠宰加工环节

系统简介:

根据一些法律规定，要求厂家所生产的食品具有可追溯性。此项要求只能通

过安全可靠的射频识别系统解决(RFID)。仔细分析食品行业的应用条件，该领域对安全性有着特别高的要求。因此，所提供的射频识别读写设备和射频标签必须满足这些针对行业的特殊要求，像在该行业内经常性高强度的清洗过程，高温消毒过程等。倍加福RFID射频识别系统完全能够满足食品加工行业的各种要求。

8. P+F 射频识别系统用于汽车发动机生产线

系统要求:

发动机生产过程中的数据非常多，要求RFID系统具有高存储空间。P+F在该领域提供给客户多种解决方案，一种采用13.56MHz系统，载体的存储空间可达2000Byte，另一种是125KHz低频系统，载体的空间可达8Kbyte. (奔驰发动机，维柴发动机，宝马发动机等)

过程数据:

①发动机型号、号码、上线日期、时间

②飞轮拧紧数值、结果（6个螺栓）

③飞轮动平衡结果（相位）

④缸盖拧紧数值（力矩、角度、最终力矩）、结果（10个螺栓）

⑤皮带轮拧紧数值、结果（1个螺栓）

⑥油道测漏数值、结果，水道测漏数值、结果

⑦火花塞检测数据、结果（8个火花塞）IN、EX凸轮轴螺栓拧紧数据、结果（5个螺栓）

⑧重要零部件批次管理：机油泵、火花塞

9. P+F 射频识别系统用于汽车变速箱生产线

系统要求:

与发动机生产线相似，该生产线的过程数据也很多。

10. P+F 射频识别系统用于PCB生产线

系统要求:

读写天线要易于安装，同时托盘的移动速度最快可达60m/min。在该应用中，P+F提供了速度可达2m/s的低频识别系统。

11. P+F 射频识别系统用于输送系统

系统简介:

BMW 宝马汽车在Dingolfing(德国南部)总装制作厂，在7型以及5型系列采用了倍加福微波识别系统。对车身的识别，之前采用的是条码系统，通过人工进行。为了降低生产成本以及提高系统可靠性，改装了微波识别系统(2.45GHz)。当每个已喷漆的车身进入总装生产线时，都会在他的发动机护罩上固定一载体，并向其中写入与、型号相关的数据(如，汽车底盘数据)。总共约有3000个载体在循环使用，整个生产环节大约有70个读写站。

13. P+F 射频识别系统用于过山车系统 系统简介: 过山车上安装RFID 射频识别系统，要求系统响应速度快，稳定性高。

MVH2000-F15-V1，微波识别站 读取距离最远

4000mm MVC-60B-64K 微波载体

系统简介:

P+F的电感识別系统用于玉溪卷烟厂中试车车间的烟叶配方立体库中。在烟叶进入仓库時,烟叶的种类和重量写入到载码体中,并且在进入仓库時进行辨別,以保証不同的烟叶放入不同的库位中。在存储一定時间后,烟叶需用于生产,在出库時再把信息从载码体中读出,并進入生产通道。

15. P+F 射频识别系统用于江淮汽车过廊线

系统简介:

通过DP总线系统获取车型资料，载体采用13.56MHz高频系统。

Nr. Item P/N Remark

1 IC-KP-B6-SUBD 128760Profibus-DP RFID Controller (IP20 SUBD)

2 IQH-FP-V1 182123Q System R/W Heads

3 IQC21-50P 187848RFID Tags with 112 Byte

4 V1S-W-ABG-PG9 211364Connectors (Controller)

5 V1-G-ABG-PG9 208869Connectors (RFID Heads)

6 IPZ-MH50 42895 RFID Mounting Accessories

7 V1-G-20M-PUR ABG-V1-W 127861Connection Cable 20m

8 V1-G 117051Power Connection Cable

16. P+F 射频识别系统用于其他客户

KSEC

Material

handling Yuxi Tobacco Factory Tobacco leaves warehouse ChengDe hanging conveyor

conveyor control JinBei automobile factory Conveyor system in final assembly Post design institute

conveyor control Shenzhen airport Goods control Taiyuan material handling conveyor

control

Hanzhou steel factory

conveyor control

Coroma Control of Toilet

Basins colour Coroma & Fowler Industries

Identify spray paint Colour

KPR Hobart Tracking of Zinc Cells Pasminco Hobart Smelter Tracking of Anode & Cathode

Barclay Mowlem Tracking of Crane PHA LAI Coal Handling Plant,

VIETNAM Conveyor Control

Kodak

Tracking of Photograhic film

Kodak Australia Identify of Packaging boxes for different Film Integrated Automation Tracking of

carcases

MPSC

tracking & recording of Carcases

Automated Control Engineering

Identify of Cells Pasminco Hobart Smelter

Identify of Cells

KEMPE Internation

Tracking of Aluminium

Cells

System Designer

Tracking of Cells

BMW Dingolfingen/Germany Body-identification at final assembly

BMW Spartanburg/USA

Body-identification at final assembly

Identification at body shop

BMW Spartanburg/USA

Gear

assembly

GM Warren/USA

Body-identification at final assembly

Audi Gy?r/Hungary

Rover Oxford/GB Body-identification at final assembly

Porsche Stuttgart/Germany

Body-identification at final assembly

Vehicle-identification at loadingstations

Thyssen Duisburg/Germany

for longterm parker and employees Airport Genf/Swiss Accesscontrol

Busstation Fribourg/Swiss Car pool management system

Leisure park Friedberg/Germany Pony-identification

TBM Secura Munich/Germany Fork lift truck-identification

P+F RFID 射频识别系统优势

?产品系列全: 低频到微波各频率段识别系统, 多种样式读/写站

(适合各种应用场合)

?数据载体种类多样: 不同形状，不同容量，不同应用

?20多年产品生产研发经验，针对各种工业自动化应用

?控制器兼容性强: 支持所有频率(对集成商非常有利)

?可靠性，稳定性高:

?安装简单，产品EMC性能突出

?控制程序简单，易调试，易维护

?系统简洁，连接方便

?高性价比，配置更灵活(4，2，1通道控制器)

P+F RFID 系统: Robust Flexible Individual Device

RFID技术的重要参数

低频段射频标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30kHz ~ 300kHz。典型工作频率有：125KHz，133KHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于1米。

低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。与低频标签相关的国际标准有：ISO11784/11785（用于动物识别）、ISO18000-2（125-135 kHz）。低频标签有多种外观形式，应用于动物识别的低频标签外观有：项圈式、耳牌式、注射式、药丸式等。典型应用的动物有牛、信鸽等。

低频标签的主要优势体现在：标签芯片一般采用普通的CMOS工艺，具有省电、廉价的特点；工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透水、有机组织、木材等；非常适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用（例如：动物识别）等。

低频标签的劣势主要体现在：标签存贮数据量较少；只能适合低速、近距离识别应用；与高频标签相比：标签天线匝数更多，成本更高一些；

低频特性：

z工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz, TI 的工作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为2500m.

z除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取

距离。

z工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。

z低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价格贵，但是有10年以上的使用寿命。

z虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。

z相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。

z感应器的价格相对与其他频段来说要贵。

主要应用：

1．工业自动化生产加工

2．汽车防盗和无钥匙开门系统的应用

3．马拉松赛跑系统的应用

4．自动停车场收费和车辆管理系统

5．自动加油系统的应用

6．酒店门锁系统的应用

7．门禁和安全管理系统

符合的国际标准：

a) ISO 11784 RFID畜牧业的应用－编码结构

b) ISO 11785 RFID畜牧业的应用－技术理论

c) ISO 14223-1 RFID畜牧业的应用－空气接口

d) ISO 14223-2 RFID畜牧业的应用－协议定义

e) ISO 18000-2 定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议

f) DIN 30745 主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准

HF射频识别

13.56MHz系统将在很多工业领域中越来越重要，这种系统归为无源类，具有高度的可小型化特点，在最近几年不断地得到改进。用来获取货物和产品信息，并符合ISO标准14443、18000-3,1的系统相对较慢，在某些情况下一次读操作需要几秒钟的时间，不同的数据量所需的具体时间不同。根据不同的种类，ISO 15693标准类型的系统可以对付最大速度为0.5m/s 的运动目标，能获得高达26.48kbps的数据传输速度。

该频段的射频标签，从射频识别应用角度来说，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，所以宜将其归为低频标签类中。另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段又称为高频，如表2.2所示，所以也常将其称为高频标签。鉴于该频段的射频标签可能是实际应用中最大量的一种射频标签，因而我们只要将高、低理解成为一个相对的概念，即不会在此造成理解上的混乱。为了便于叙述，我们将其称为中频射频标签。中频标签一般也采用无源设主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感（磁）耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。中频标签的阅读距离一般情况下也小于1米。

中频标签由于可方便地做成卡状，典型应用包括：电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。相关的国际标准有：ISO14443、ISO15693、ISO18000-3（13.56MHz）等。

中频标准的基本特点与低频标准相似，由于其工作频率的提高，可以选用较高的数据传

输速率。射频标签天线设计相对简单，标签一般制成标准卡片形状。

13.56MHz 特性：

z工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。

z除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离。

z该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。

z感应器一般以电子标签的形式。

z虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。

z该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。

z可以把某些数据信息写入标签中。

z数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。

主要应用：

1．图书管理系统的应用

2．瓦斯钢瓶的管理应用

3．服装生产线和物流系统的管理和应用

4．三表预收费系统

5．酒店门锁的管理和应用

6．大型会议人员通道系统

7．固定资产的管理系统

8．医药物流系统的管理和应用

9．智能货架的管理/智能立体仓库

符合的国际标准：

a) ISO/IEC 14443 近耦合IC卡，最大的读取距离为10cm.

b) ISO/IEC 15693 疏耦合IC卡，最大的读取距离为1m.

c) ISO/IEC 18000-3 该标准定义了13.56MHz系统的物理层，防冲撞算法和通讯协议。

d) 13.56MHz ISM Band Class 1 定义13.56MHz符合EPC的接口定义。

高频/低频能量分布图

超高频与微波标签

UHF和微波系统最终可以允许达到几米的覆盖距离；他们通常具有自己的电池，因此适合于例如在装载坡道上货盘内的大型货物的识别，或者甚至是在汽车厂产品线上的车辆底盘。这些频率范围的缺点是大气湿度的负面影响，以及需要不时地或始终需要保持收发器相对于读写天线的方位。

超高频与微波频段的射频标签，简称为微波射频标签，其典型工作频率为：433.92MHz，862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz。微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大于1m，典型情况为4~6m，最大可达10m以上。阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。

由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求，进而这种需求发展成为一种潮流。目前，先进的射频识别系统均将多标签识读问题作为系统的一个重要特征。

以目前技术水平来说，无源微波射频标签比较成功产品相对集中在902~928MHz工作频段上。2.45GHz和5.8GHz射频识别系统多以半无源微波射频标签产品面世。半无源标签一般采用钮扣电池供电，具有较远的阅读距离。

微波射频标签的典型特点主要集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多标签读写、是否适合高速识别应用，读写器的发射功率容限，射频标签及读写器的价格等方面。典型的微波射频标签的识读距离为3~5m，个别有达10m或10m以上的产品。对于可无线写的射频标签而言，通常情况下，写入距离要小于识读距离，其原因在于写入要求更大的能量。微波射频标签的数据存贮容量一般限定在2Kbits以内，再大的存贮容量是乎没有太大的意义，从技术及应用的角度来说，微波射频标签并不适合作为大量数据的载体，其主要功能在于标识物品并完成无接触的识别过程。典型的数据容量指标有：1Kbits，128Bits，64Bits等。由Auto-ID Center制定的产品电子代码EPC的容量为：90Bits。

微波射频标签的典型应用包括：移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。相关的国际标准有：ISO10374，ISO18000-4（2.45GHz）、-5（5.8GHz）、-6（860-930 MHz）、-7（433.92 MHz），ANSI NCITS256-1999等。

UHF 天线能量分布图

黑色表示盲区(UHF 系统)

UHF特性：

z在该频段，全球的定义不是很相同－欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频段为950到956之间。该频段的波长大概为30cm左右。

z目前，该频段功率输出目前统一的定义(美国定义为4W，欧洲定义为500mW)。可能欧洲限制会上升到2W EIRP。

z甚高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。

相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。

z电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。

z该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。

z有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。

主要应用：

1．供应链上的管理和应用

2．生产线自动化的管理和应用

3．航空包裹的管理和应用

4．集装箱的管理和应用

5．铁路包裹的管理和应用

6．后勤管理系统的应用

符合的国际标准：

a) ISO/IEC 18000-6 定义了甚高频的物理层和通讯协议；空气接口定义了Type A 和Type B两部分；支持可读和可写操作。

b) EPCglobal 定义了电子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。例如：Class 0, Class 1, UHF Gen2。

c) Ubiquitous ID 日本的组织，定义了UID编码结构和通信管理协议。

我们毫无怀疑，在将来，甚高频的产品会得到大量的应用。例如WalMart, Tesco, 美国国防部和麦德龙超市都会在它们的供应链上应用RFID技术。