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Turck: Standortbestimmung der RFID-Schreibleseköpfe bei UHF-Anwendungen durch Simulation | Teil 1

Artikel | von Hans Turck | 18. April 2013
Basis einer möglichst genauen Simulation ist das Erfassen der Umgebung einer zu berechnenden UHFRFID- Applikation inklusive der dort vorhandenen Materialien. Basis einer möglichst genauen Simulation ist das Erfassen der Umgebung einer zu berechnenden UHFRFID- Applikation inklusive der dort vorhandenen Materialien. BILD: Turck

Von Dr.-Ing. Patrick Bosselmann

Eine der größten Herausforderungen bei Planung und Installation von RFID-Lösungen im UHF-Frequenzband (860…960 MHz) ist das Finden der idealen Standorte und Betriebsparameter für die Schreibleseköpfe. Da die Reichweiten in diesem Frequenzbereich im Gegensatz zum HF-Band um ein Vielfaches höher sind, besteht die Gefahr, dass Störungen in der unmittelbaren Umgebung zu Fehllesungen der Datenträger führen. So kann die tatsächliche Reichweite eines UHF-Schreiblesekopfs in einer realen Kundenapplikation von einer universellen, aber abstrakten Laborbetrachtung deutlich abweichen.

Vorhersagen selten verlässlich

Die Ausbreitung der Funkwellen hängt in der Realität davon ab, wie Wände, Decken und andere Objekte die Wellen reflektieren beziehungsweise abschirmen. Metalle reflektieren besonders stark, was – je nach Applikation – gewünschte oder unerwünschte Wellenüberlagerungen (Interferenzen) nach sich ziehen kann. Diese Interferenzen können verstärkend oder vermindernd auf die Erreichbarkeit eines Datenträgers wirken. Häufig verändern sich im Laufe eines Applikationsprozesses auch die Umgebungsbedingungen hinsichtlich des RFID-Funkverhaltens, so dass beispielsweise durch stärkeres oder schwächeres Reflexionsverhalten Datenträger unerwartet nicht mehr erreichbar sind oder unbeabsichtigt angesprochen werden. Kommen in einer UHF-Applikation mehrere Schreibleseköpfe gleichzeitig zum Einsatz, etwa entlang einer Produktionslinie, erhöht sich die Interferenz-Wahrscheinlichkeit zusätzlich durch den unsynchronisierten Parallelbetrieb dieser Sendequellen. Kurz: Die meisten Industrieapplikationen sind zu komplex, um genau vorherzusagen, ob ein UHF-RFID-Datenträger, der so genannte Tag, jederzeit zuverlässig im Lese- oder Schreibbetrieb ansprechbar sein wird.

Praxis-Tests sind zeitaufwändig

Die heutige Standard-Prognose-Praxis für UHF-RFID-Applikationen basiert auf Abschätzungen, groben Berechnungen, Erfahrungswerten und auch etwas Bauchgefühl. So grenzen Anlagenplaner die Möglichkeiten einer UHF-Installation ein und überprüfen ihre Einschätzung vor der endgültigen Entscheidung mit einem Testsystem in der konkreten Anlage. Um eine verlässliche Vorhersage zu erhalten, müssen Produktionsprozesse unterbrochen, Antennen installiert und gegebenenfalls Messgeräte positioniert werden. Die Tests sind zudem zeit- und kostenaufwändig. Sind die Ergebnisse negativ und Datenträger können nicht erreicht werden (no reads) beziehungsweise werden fälschlicherweise erreicht (false positive reads), beginnt oft eine müßige Trial-and-Error-Suche nach dem korrekten Standort und den optimalen Betriebsparametern der UHF-Antenne.

Simulation statt Bauchgefühl

Mit der Berechnung von UHF-RFID-Applikationen mittels einer Raytracer-Software kann Turck seinen Kunden die Unsicherheit vor der Installationen eines UHF-RFID-Systems nehmen. Die Software berechnet die Verbreitung von UHF-Funkwellen unter Berücksichtigung von komplexen Umgebungsbedingungen. Sie basiert auf dem Algorithmus „Ray Tracing“, der aus der Berechnung von virtuellen, räumlichen Szenen für grafische Zwecke entstanden ist. Die Funkwellensimulation auf Basis des Raytracer-Algorithmus kann Aussagen über die Versorgung von passiven RFID-Datenträgern mit elektromagnetischer Leistung in einer vorab definierten räumlichen Umgebung liefern.

Alle relevanten Betriebsparameter werden in einer Raytracer-Simulation berücksichtigt. Wichtigste Elemente sind die Größe des betreffenden Gebäudes mit exaktem Zuschnitt seiner Räume, Tore, Wände und anderer Objekte wie Förderbänder, Gabelstapler, Maschinen oder Regale. Neben der Geometrie des Raums und der Anordnung seiner wesentlichen Objekte müssen für eine exakte Berechnung auch deren jeweilige Materialeigenschaften bekannt sein, um Reflexions- und Transmissionswerte festlegen zu können. Weitere Geometriegrößen sind die Positionen der RFID-Schreibleseköpfe und die Bereiche der zu erfassenden Datenträger. Elektrische Betriebsparameter wie Sendeleistung, Empfangsempfindlichkeiten, verwendete Antennen und Polarisationseigenschaften werden ebenfalls festgelegt.

Zur Person: Dr.-Ing. Patrick Bosselmann hat die Raytracer-Software im Rahmen seiner Promotion an der RWTH Aachen weiterentwickelt. Seit 2008 bringt er sein Know-how im RFID-Produktmanagement bei Turck ein.

In Teil 2 stellt Dr.-Ing. Bosselmann die Themen 3D-Darstellung, Kundenvorteile und Live-Testphase in den Mittelpunkt.

Der komplette Beitrag ist erschienen in der Dezemberausgabe 2012 des Fachmagazins "RFID im Blick".

Letzte Änderung am Donnerstag, 18 April 2013 09:22
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