CODESYS在RFID（射频识别）技术中的应用----“BL IDENT”，用于定制化射频识别解决方案

背景
RFID是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号及其空间耦合的传输特性，实现对静止或移动物品的自动识别。射频识别常称为感应式电子芯片或接近卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。一个简单的RFID系统由阅读器（Reader）、应答器（Transponder）或电子标签（Tag）组成，其原理是由读写器发射特定频率的无线电波能量给应答器，用以驱动应答器电路，读取应答器内部的ID码。RFID技术起源于第二次世界大战时期的飞机雷达探测技术。二战期间，英军为了区别盟军和德军的飞机，在盟军的飞机上装备了一个无线电收发器。战斗中控制塔上的探询器向空中的飞机发射一个询问信号，当飞机上的收发器接收到这个信号后，回传一个信号给探询器，探询器根据接收到的回传信号来识别是否为己方飞机。这一技术至今还在商业和私人航空控制系统中使用。雷达的改进和应用催生了RFID技术。1945年，Leon Theremin发明了第一个基于RFID技术的间谍用装置。1948年Harry StocKMan发表的论文“利用反射功率的通信”奠定了射频识别的理论基础。20世纪50年代是RFID技术研究和应用的探索阶段，远距离信号转发器的发明扩大了敌我识别系统的识别范围。直到20世纪70年代，RFID技术终于走出实验室进入应用阶段。很快，RFID技术与产品得到了很大的发展，各种测试技术加速发展，出现了早期的规模化应用。20世纪80年代以来，集成电路、微处理器等技术的发展加速了RFID的发展，各种规模化应用发展起来，封闭系统应用开始成形。2001年以后，标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、 无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。RFID技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实。 1） 产品案例：在糖果生产设备中，RFID可以保证随时对每个环节进行检测2） RFID系统可确保货物托运的透明度
原理尽管在过去的二十年中，RFID应用在许多工业生产的系统中，但如今，非接触式识别技术已成为生产技术中越来越重要的标准。RFID技术的主要特点是通过电磁耦合方式来传送识别信息，不受空间限制，可快速地进行物体跟踪和数据交换。不同技术和技术标准的发展极大地促进了这一需求的增长。最初，人们除了选择专有解决方案（约1.5 MHz的频率）外，也只能选择将125 kHz或250 kHz的系统用作开放标准。但是，随着需求的提升，现在用户很喜欢在众多无线电频率之间进行多方案选择。在某些应用行业和场合中，每种射频都有其特定的优势，并必须遵守无线电频率管理的诸多规范。

图示说明：一个RFID系统由电子标签、读写器天线、读写器、传感器/执行器/报警器、控制器、主机和软件系统、通信设施等部分组成。
选择合理频率范围制造商最熟悉125和250 kHz范围内的单个标准频率，因为近十年内几乎每种电感式传感器的工作数值都在该频率范围内。如今，根据各种标准，RFID系统的工作频率范围为125 kHz至13.56或433 MHz-甚至高达5.8 GHz。RFID扩大了工作频率范围的同时，其实也使得RFID频率选择工作变得更加困难，这需要工程师具备大量的技术知识。但是，RFID对于频率选择等的技术改进要求是合理的–它更适合于各个行业的各个应用。这样会要求用户或系统集成商仔细查看该应用程序，以确定哪个系统是合适的系统，选择频率必须遵循不同的行业标准。
例如，在400至900 MHz之间的UHF范围以及2.45至5.8 GHz的微波范围内的解决方案中，首先，您必须查看允许的最大传输功率与可能的干扰因素之间的比率，最终选择的高频可以避免可能的相互影响。根据设计，高频可以允许最大100 米的范围。
远距离传输的局限性在许多应用中，使用高频是不现实的。比如，无线频率越高，通过极性液体（例如水）吸收的能量就越多（这就是为什么微波炉非常适合加热的原因）。这意味着高频在食品和饮料生产中（或者更确切地说是在水分子存在的任何环节中）的使用受到很大限制，甚至是无法使用。再比如，高频应用在金属环境中可能会产生其他问题。例如，金属环境下，高频无线波被反射并部分干涉，从而使原本承载着有效数据的读卡器发生物理偏移和碎片化，这可能导致错误寻址而致使读取错误。在这种情景下，HF范围（13.56 MHz）的系统显然是有利的。它们可能会提供“仅”最大100厘米的识别范围，但是，它对水分不敏感。通过金属环境确实会对这些频率的电波产生干扰，但是，某些设计（包括Turck的设计）提供了配有铁氧体箔的数据载体，可直接安装在金属上，或者，以要求的距离（最小20-30mm）把传统数据载体安装到金属上，就可以减小这些干扰了。

125 kHz范围的RFID系统可以在金属环境中使用LF系统(低频射频)。在这个范围下，甚至还有一些特殊的设计可用于通过金属直接读取和写入数据载体。然而，这样使用可能存在的缺点是：一般工业环境中，在该频率范围内，存在许多干扰，使得电压波动较大。因此，许多电感式传感器以相似的频率和相同的输出工作时，抗干扰性更强大的传感器将会获得成功。LF系统（(低频射频)）的另一个缺点是传输速率较低。对于快速应用程序或所谓的“即时”读写操作（其中的处理是动态执行的），只能在非常有限的范围内使用。为了能够实现极短的循环时间和高处理速度，必须在尽可能短的时间内读写数据载体。对于此类应用， 13.56MHz范围内的系统是可以满足的，由于频率较高，因此可以在载波上调制更多的信息，从而增加每秒传输的数据量。对于某些应用而言，选择合适的RFID系统并非易事。到目前为止，如果要组合不同的需求形成综合方案，用户则只能妥协地选择“折中方案”。随着BL ident RFID系统的扩展，图尔克现在提供了将HF和UHF技术优点组合到一个系统中的选项。（并行操作不需要高成本的配置；例如，可以将UHF识别头连接到现有的HF系统；应用范围可扩展到三米）。如果BL ident主要用于生产控制，现在也可以使其应用于物流追溯以及整个供应链的管理中。在纽伦堡举行的PLC / IPC /驱动器贸易展览会上，图尔克推出了两种UHF识别头。量程为三米的产品规格：260 x 260 mm；最大量程为一米的产品规格：80 x 80 mm。BL ident提供了标准读写头选择，传感器外壳尺寸满足特定行业的需求，例如重力滚筒输送机中使用的解决方案。Q80恰好适合80厘米宽的标准滚筒输送机滚筒之间的距离。Q80还可以处理“组检测”，换句话说，它能够同时识别大量数据载体。
BL ident产品系列基于模块化I / O系统：BL67，BL compact和BL20C，除数据载体和读写头外，还包括通讯技术和网关。由于模块化设计，RFID系统可以轻松集成到现有的Turck I / O解决方案中。根据扩展性不同，可以使用两个、四个、六个或八个通道。现场总线接口可用于Profibus DP，DeviceNet，EtherNet / IP，PROFINET I / O和Modbus TCP。
紧凑式可编程数据网关作为接口组件的扩展，图尔克提供了可编程网关。紧凑式控制系统可以让用户使用CODESYSIDE进行编程，并满足对分散式自动化解决方案不断增长的需求。网关的核心是具有512 KB程序存储器的32位RISC处理器，该处理器可在不到一毫秒的时间内处理1,000条AWL命令。作为编程接口，除了10/100 Mbit以太网外，用户还可以选择RS232接口。
凭借其“智能性”，网关可以减轻中央控制系统的负担，因为RFID通信可以完全在网关中直接处理。可编程网关中列出了PLC所需的功能组件，如果需要使用上级控制系统，只需替换用户数据即可。

RFID技术可以在诸多行业进行应用，CODESYS在这些行业中可以结合OEM的硬件产品提供软件解决方案：
1、物流物流仓储是RFID最有潜力的应用领域之一，UPS、DHL、Fedex等国际物流巨头都在积极实验RFID技术，以期在将来大规模应用于提升其物流能力。可应用的过程包括：物流过程中的货物追踪、信息自动采集、仓储管理应用、港口应用、邮政包裹、快递等。2、交通出租车管理、公交车枢纽管理、铁路机车识别等，已有不少较为成功的案例。3、身份识别RFID技术由于具有快速读取与难伪造性，所以被广泛应用于个人的身份识别证件中。如开展的电子护照项目、我国的第二代身份证、学生证等其他各种电子证件。4、防伪RFID具有很难伪造的特性，但是如何应用于防伪还需要政府和企业的积极推广。可以应用的领域包括贵重物品（烟、酒、药品）的防伪和票证的防伪等。5、资产管理可应用于各类资产的管理，包括贵重物品、数量大相似性高的物品或危险品等。随着标签价格的降低，RFID几乎可以管理所有的物品。6、食品可应用于水果、蔬菜、生鲜、食品等管理。该领域的应用需要在标签的设计及应用模式上有所创新。7、信息统计RFID的运用，信息统计就变成了一件既简单又快速的工作。由档案信息化管理平台的查询软件传出统计清查信号，阅读器迅速读取馆藏档案的数据信息和相关储位信息，并智能返回所获取的信息和中心信息库内的信息进行校对。如针对无法匹配的档案，由管理者用阅读器展开现场核实，调整系统信息和现场信息，进而完成信息统计工作。8、查阅应用在查询档案信息时，档案管理者借助查询管理平台找出档号，系统按照档号在中心信息库内读取数据资料，核实后，传出档案出库信号，储位管理平台的档案智能识别功能模块会结合档号对应相关储位编号，找出该档案保存的具体部位。管理者传出档案出库信号后，储位点上的指示灯立即亮起。资料出库时，射频识别阅读器将获取的信息反馈至管理平台，管理者再次核实，对出库档案和所查档案核查相同后出库。而且，系统将记录信息出库时间。若反馈档案和查询档案不相符，安全管理平台内的警报模块就会传输异常预警。9、安全控制安全控制系统能实现对档案馆的及时监控和异常报警等功能，以避免档案被毁、失窃等。档案在被借阅归还时，特别是实物档案，常常用作展览、评价检查等，管理者对归还的档案仔细检查，并和档案借出以前的信息核实，能及时发现档案是否受损、缺失等。BL20的全称叫做图尔克BL20 I/O系统用途：BL20 (IP20)和BL67 (IP67) IO系统的可编程网关可以用作独立PLC来控制任务或用作网络设备，进行外围的快速信号处理。该网关配备有现场总线接口PROFINET、Modbus TCP、Ethernet/IP或PROFIBUS-DP;此外，这些网关支持标准以太网和串行通讯。扩展模块通过内部总线与网关进行通讯，且能独立于现场总线协议进行配置。支持的通讯协议：PROFINET、Modbus TCP、Ethernet/IP或PROFIBUS-DP、OPC服务器编程方式：CODESYS V3 IDE接口：Ethernet和USB可编程接口，2×RJ45端口防护等级：IP20/IP67供电方式：集成电源其它：有用于显示PLC状态、电源电压、内部错误和总线错误的LED，集成以太网交换机允许线性拓扑结构
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