Especificación y uso de la RFID para el seguimiento de activos del IIoT

El seguimiento de activos y la gestión de la cadena de suministro son actividades importantes en toda una serie de aplicaciones del Internet Industrial de las Cosas (IIoT), incluidas las plantas de fabricación, los centros de logística y distribución, los centros de datos, los hospitales y la atención sanitaria, la agricultura, la construcción y el transporte. La especificación de un sistema de seguimiento de activos por identificación pasiva por radiofrecuencia (RFID) es compleja. Los activos valiosos pueden estar expuestos a diversas condiciones no controladas, como golpes y vibraciones, calor, frío glacial y entornos húmedos durante el transporte y el almacenamiento, y hay que tener en cuenta diversas normas de RFID específicas para cada aplicación.

Los diseñadores necesitan etiquetas resistentes y fiables que resistan las duras condiciones de los entornos industriales, de construcción y de fabricación, y que estén disponibles en varios tamaños estándar y rangos de lectura para adaptarse a las necesidades de tipos y clases de activos específicos. Este artículo repasa brevemente la tecnología RFID pasiva y varias normas del sector relacionadas con las etiquetas y los datos RFID. A continuación, presenta las etiquetas RFID, los lectores y las soluciones de sistema de Molex, Murata Electronics y ThingMagic.

Una etiqueta RFID pasiva consta de una antena y un circuito integrado que incluye un front-end (F/E) analógico con un modulador, un demodulador, una unidad de captación de energía de RF, un controlador con un codificador/decodificador, una electrónica de control, un reloj y una memoria (Figura 1). Las etiquetas RFID pasivas no utilizan baterías. En la mayoría de las etiquetas RFID pasivas, la memoria puede reescribirse, y las etiquetas RFID pueden intercambiar cantidades de datos mucho mayores que otras alternativas, como los códigos de barras.

Figura 1: Una etiqueta RFID pasiva se compone de una antena y un circuito integrado que incluye un frontal analógico (F/E), un controlador y una memoria. (Fuente de la imagen: Murata)

Las etiquetas RFID pasivas de ultra alta frecuencia (UHF) pueden leerse a distancias de hasta varios metros y pueden leerse varias etiquetas a la vez. A diferencia de los códigos de barras, la RFID utiliza comunicaciones inalámbricas y las etiquetas pueden leerse desde el exterior de las cajas de embalaje sin necesidad de abrirlas (Figura 2). Además, las etiquetas RFID son insensibles a la suciedad, la humedad, las vibraciones y otros factores ambientales que pueden interferir con el uso de los códigos de barras. Las etiquetas RFID vienen en una variedad de formatos diseñados para aplicaciones específicas. Algunas etiquetas están diseñadas para el rastreo y seguimiento de artículos metálicos y utilizan la superficie metálica como antena de refuerzo para aumentar el alcance de funcionamiento. Se han desarrollado varios estándares de comunicación y formato de datos para las etiquetas RFID pasivas.

Figura 2: Las etiquetas RFID pueden leerse a distancias de hasta varios metros. En algunos diseños, pueden leerse varias etiquetas simultáneamente y las etiquetas pueden leerse a través de cajas y otros embalajes. (Fuente de la imagen: Murata)

RAIN RFID

La alianza RAIN RFID promueve el uso del protocolo ISO/IEC 18000-63 GS1 UHF Gen2. RAIN (identificación de radio frecuencia) está diseñado para conectar las etiquetas RFID UHF y la nube. Permite almacenar, gestionar y compartir datos RFID a través de Internet. Un sistema que utiliza una solución RAIN tiene una etiqueta RFID, un lector y un software que puede proporcionar un enlace a la red local y de ahí a la nube (Figura 3). La alianza RAIN se ha basado en el sistema de numeración ISO para simplificar la codificación mediante números de identificación de la empresa (CIN). El sistema de numeración basado en la norma ISO está diseñado para apoyar la identificación sin colisiones de las etiquetas RAIN RFID. Su objetivo es ofrecer una alternativa libre de interferencias a los formatos de datos existentes definidos por el fabricante o por el propietario.

Figura 3: RAIN RFID está regulada por una única norma mundial denominada EPC UHF Gen2v2 o ISO/IEC 18000-63. (Fuente de la imagen: RAIN Alliance)

Códigos electrónicos de los productos y RFID

El código electrónico de producto (EPC) Gen 2v2 utilizado por RAIN es un estándar de protocolo de interfaz aérea para etiquetas RFID UHF pasivas. EPC Gen 2v2 incluye funciones para mejorar la seguridad, impedir la falsificación y aumentar la privacidad al permitir la autenticación de etiquetas y lectores. La memoria de una etiqueta Gen 2v2 puede dividirse en varios archivos y las etiquetas que cumplen con los requisitos pueden utilizarse para la vigilancia electrónica de artículos (EAS).

La norma EPC fue desarrollada por EPCglobal y aprobada y adoptada como norma ISO 18000-6C. Además de establecer un estándar para la comunicación entre las etiquetas y los lectores, un conjunto de normas asociadas al EPC establece cómo se comparten los datos del EPC entre varios usuarios. Un EPC es un identificador universal para objetos físicos. Dado que se utiliza ampliamente en las etiquetas RFID, el estándar de datos de la etiqueta EPC incluye requisitos para los datos adicionales al EPC que pueden almacenarse en una etiqueta RFID de Gen 2. Aunque existe un importante solapamiento entre los EPC y las etiquetas RFID, son intrínsecamente diferentes; la RFID es la tecnología de soporte de datos, y el EPC es un identificador y un formato de datos.

Normativa EAS y UDI para productos sanitarios

Al igual que los EPC, las normativas de identificación única de dispositivos (UDI) de muchos países exigen que los equipos médicos cuenten con identificadores individuales que respalden el EAS para un uso y almacenamiento seguros de los equipos médicos. Los sistemas UDI se aplican a muchos tipos de equipos médicos, pero son especialmente importantes en el caso de los instrumentos quirúrgicos, donde existe un riesgo significativo de preparar instrumentos incorrectos para un procedimiento.

Cientos de instrumentos quirúrgicos diferentes y el personal inexperto puede seleccionar fácilmente instrumentos incorrectos. El uso de etiquetas UDI y RFID puede eliminar esa preocupación. El uso de etiquetas RFID también facilita la recopilación del historial de usos de los instrumentos individuales y el número de usos dentro de un centro sanitario.

Etiqueta RFID pasiva para instrumentos quirúrgicos y herramientas industriales

Los diseñadores de sistemas RFID pueden utilizar la LXTBKZMCMG-010, una pequeña etiqueta RFID UHF sobre metal de Murata, para el seguimiento de instrumentos quirúrgicos, herramientas industriales y objetos metálicos similares (Figura 4). La LXTBKZMCMG-010 utiliza la superficie metálica para aumentar el alcance de lectura como antena de refuerzo. Esta etiqueta mide 6.0 x 2.0 x 2.3 milímetros (mm), funciona en toda la banda UHF y tiene un rango de temperatura de funcionamiento de -40 a +85 grados Celsius (°C), lo que la hace adecuada para el rastreo y seguimiento de objetos metálicos en entornos industriales, así como en instalaciones sanitarias.

Figura 4: La etiqueta RFID UHF RAIN LXTBKZMCMG-010 está optimizada para superficies metálicas como instrumentos quirúrgicos y herramientas industriales. (Fuente de la imagen: Murata)

Etiquetas RFID de bajo perfil para el seguimiento de activos

Las aplicaciones de seguimiento de activos e inventarios pueden beneficiarse de etiquetas diseñadas para sobrevivir a las altas vibraciones e impactos y a las grandes variaciones de temperatura que se dan en los sistemas industriales, agrícolas, de construcción y de transporte. Una huella de bajo perfil significa menos espacio, menos daños y menos costos. Por ejemplo, la etiqueta RFID 0133580821 de Molex tiene un grosor de 1.8 mm, un grado de protección IP68, puede utilizarse en entornos húmedos y funciona desde -50°C a +85°C (Figura 5). El 0133580821 tiene un rango de lectura de 4.5 metros y está diseñado para su uso en una variedad de materiales, incluyendo metales y plásticos.

Figura 5: Esta etiqueta RFID de 1.8 mm de grosor está optimizada para el seguimiento de activos e inventarios con un alcance de lectura de 4.5 metros y puede utilizarse en múltiples superficies, incluidos plásticos y metales. (Fuente de la imagen: Molex)

Lector RFID RAIN conectar y usar

El lector terminado de Elara RFID RAIN de ThingMagic tiene características de interfaz y funcionamiento que minimizan los esfuerzos de diseño y aceleran las implementaciones de RFID en cualquier aplicación que requiera distancias de lectura de hasta 2 metros (Figura 6). La Elara se ofrece en dos modelos, el PLT-RFID-EL6-ULB-4-USB que opera en la banda de 865 a 868 MegaHertz (MHz) y el PLT-RFID-EL6-UHB-4-USB que opera en la banda de 915 a 928 MHz. Ambos lectores se presentan en carcasas fabricadas con plásticos de calidad sanitaria.

Figura 6: El lector terminado de RFID Elara RAIN puede minimizar los esfuerzos de diseño y acelerar las implementaciones de RFID en cualquier aplicación que requiera distancias de lectura de hasta 2 metros. (Fuente de la imagen: ThingMagic)

Con Elara, los diseñadores pueden añadir fácilmente funciones de RFID a las aplicaciones que se benefician de un lector de sobremesa o de montaje fijo "conectar y usar". Se admiten flujos de trabajo autónomos que permiten la creación rápida de soluciones sin necesidad de que el diseñador tenga conocimientos de RFID o necesite kits de desarrollo de software y herramientas de integración. Algunos ejemplos de aplicaciones de Elara son la aplicación de la normativa UDI en centros sanitarios, el procesamiento y seguimiento de devoluciones en almacenes y centros de distribución, y la puesta en marcha de etiquetas RFID. Las capacidades de Elara incluyen:

• Integración simplificada del sistema y funcionamiento sin software gracias a los flujos de trabajo autónomos precargados.
• Apoyo a los estándares de la tecnología RAIN y a la interfaz de comunicación RAIN.
• Compatibilidad con el protocolo EPCglobal Gen 2v2.
• Lectura a granel de conjuntos de artículos, como instrumentos quirúrgicos o un kit de componentes para una cadena de montaje.
• Recuento y verificación de artículos para la tramitación de devoluciones o la realización de inventarios.
• Puesta en marcha de las etiquetas RFID
• Actualizar los datos de las etiquetas con información de uso y de otro tipo.

Lector RFID Industria 4.0 y dispositivo de servicio de borde

Para las aplicaciones de la industria 4.0 que necesitan varios lectores RFID y conexión a la nube a través de un servidor de borde, los diseñadores pueden recurrir al ALR-F800-X de Molex, que incluye un lector de etiquetas RFID UHF pasivo de clase empresarial de 4 puertos y un controlador de servicio de borde (Figura 7). El uso del ALR-F800-X permite procesar los datos RFID en la fuente y evaluarlos en tiempo real. El ALR-F800 puede alimentarse mediante un adaptador de corriente continua o una fuente de alimentación Power-over-Ethernet (PoE), lo que simplifica la implantación de sistemas RFID de Industria 4.0 a gran escala.

Figura 7: El ALR-F800-X incluye un lector de etiquetas RFID pasivas UHF de 4 puertos y un controlador de servicios de borde para apoyar las aplicaciones de la Industria 4.0. (Fuente de la imagen: Molex)

La tecnología de autoadaptación dinámica (DSA) del ALR-F800 supervisa el entorno de RF en tiempo real y controla varios parámetros, filtros y métricas de ajuste para optimizar las lecturas de las etiquetas RFID. Se puede añadir memoria mediante tarjetas micro-SD, y se dispone de un puerto USB para añadir conexiones Wi-Fi y de módem celular.

El software Emissary incorporado permite el soporte y la configuración de lectores y puntos de lectura adicionales sin necesidad de un servidor de borde dedicado (Figura 8). El software Emissary permite desarrollar flujos de trabajo completos mediante actividades prediseñadas (como leer la etiqueta, encender la luz, enviar datos, etc.) que simplifican y aceleran la puesta en marcha de nuevas aplicaciones. Emisario incluye:

• Visualización estructurada e intuitiva de funciones, dispositivos y puntos de lectura.
• Uso de convenciones de nomenclatura de sentido común, como "estación de envoltura", "puerta n.º 1", etc.
• Conjunto de herramientas basadas en Windows para la creación de flujos de trabajo.
• Configuración, control y mantenimiento de todos los lectores locales conectados al dispositivo.
• Utilización de la norma correcta de datos de etiquetas para una interpretación precisa de los datos entrantes.
• Gestión de informes de datos de lectura de etiquetas y consolidación de informes de múltiples lectores para su transferencia a la nube.

Figura 8: El software Emissary integrado en el ALR-F800-X permite configurar y admitir lectores y puntos de lectura adicionales sin necesidad de un servidor de borde dedicado. (Fuente de la imagen: Molex)

Resumen

Las etiquetas y los lectores de RFID pasiva pueden respaldar diversas actividades de seguimiento de activos en la IIoT, como la fabricación, la logística, los centros de datos, la atención sanitaria, la agricultura, la construcción y el transporte. A la hora de seleccionar y especificar los sistemas RFID, los diseñadores deben conocer una serie de normas del sector, como RAIN, EPC Gen 2v2, ISO/IEC 18000-63 y la normativa UDI. Hay varios tipos de etiquetas optimizadas para aplicaciones específicas, como instalaciones sobre metal y diseños de bajo perfil para aplicaciones de seguimiento de activos. Además de las etiquetas, hay lectores RFID disponibles, incluyendo diseños de sobremesa y lectores de nivel empresarial/controladores de servicio de borde que pueden acelerar el despliegue de las aplicaciones RFID de la Industria 4.0.