RFID-Scanner

Der Siegeszug der RFID-Technologie in Unternehmen ist ungebrochen. Ob im Handel, in der Industrie, im Gesundheitswesen und in Behörden, der RFID-Scanner setzt sich für den materialbegleiteten Informationsfluss zunehmend durch.

Kein Wunder, denn in puncto Schnelligkeit und Zuverlässigkeit toppt das Verfahren die NFC-Technologie um ein Vielfaches. Auf diese Weise lassen sich problemlos Massenaufträge bewerkstelligen, in denen die Objekterkennung erforderlich ist.

Im Endeffekt stehen RFID-Reader für die Automatisierung von Prozessen und Beschleunigung von Informationsflüssen im Sinne einer lückenlosen Produktverfolgung in Echtzeit während des gesamten Produktlebenszyklus. Angewendet werden die effizienten Hilfsmittel unter anderem in Lagern, Fabriken, Geschäften, Bibliotheken und Krankenhäusern. Mögliche Aufgaben der Scanner sind die Ressourcenplanung, Produktionsplanung, Warenwirtschaft, der Ticketverkauf sowie die Einlasskontrolle.

Was genau ist RFID?

Das Akronym RFID steht für Radio-Frequency Identification, was mit Funkerkennung übersetzt werden kann. Möglich ist also die drahtlose Erkennung von Waren und Objekten mithilfe der vorliegenden Informationen sowie ihre gleichzeitige Kennzeichnung durch RFID-Lesegeräte. Die kontaktlose Übertragung lässt sich beim Einsatz von Funkwellen im Mikrowellenfrequenzbereich (SHF) mit Reichweiten bis zu 200 Metern realisieren, was unter anderem für die Identifikation von Fahrzeugen genutzt werden kann.

Wie funktioniert die RFID-Technologie?

Bei der RFID-Technologie werden die Daten über Funkwellen von einem Datenträger, dem  Transponder, auf den RFID-Leser übertragen, die für die Funkübertragung jeweils mit einer Antenne ausgestattet sind. Die Sendeantenne findet dadurch in der Empfangsantenne ihr Komplement. Die Daten werden in einem Mikrochip gespeichert und weitergegeben.

In der Praxis ist der Transponder das Funketikett, das an den Barcode-Scanner gehalten wird. Auf diese Weise wird der Kontakt zwischen der Ware und dem Lesegerät hergestellt. Beide Systeme kommunizieren mittels induktiver Kopplung über ein magnetisches oder elektromagnetisches Feld miteinander.

RFID-Scanner werden als passive, semi-passive und aktive Geräte voneinander unterschieden. Passive RFID-Reader benötigen für die Versorgung des Mikrochips im Gegensatz zu aktiven RFID-Scannern keine Batterie, während semi-passive RFID-Lesegeräte zumindest auf einen Akku angewiesen sind, um die volatilen Speicher des Mikrochips zu versorgen.

Der Transponder: Herzstück der RFID-Technologie

Der Transponder ist Transmitter und Responder zugleich. Mit ihm werden Daten gelesen und an den RFID-Leser weitergegeben. Der Tag, wie der Transponder ebenfalls genannt werden kann, was sich aus dem englischen Begriff für Etikett ergibt, enthält eine Antenne, einen Mikrochip, ein Gehäuse und, sofern er aktiv oder semi-passiv ist, eine Batterie. Die Auswahl an RFID-Readern ist groß, denn auf dem Markt ist die Verfügbarkeit von RFID-Scannern in allen erdenklichen Größen, Farben, Bauformen und Materialien gegeben, die sich in puncto Leistung, Reichweite und Objektbenutzung erheblich voneinander unterscheiden.

Read-Only-Transponder sind wie einfache Barcode-Scanner ausschließlich auf das Einlesen von Daten ausgerichtet. Transponder mit Lese- und Schreibfähigkeit können hingegen die Daten zusätzlich überschreiben und es ist möglich, die vorliegenden Informationen zu verändern. High-End-Transponder bieten in puncto Schreibfähigkeit die ausgereifteste Technologie.

Zu diesem Zweck sind sie im Gegensatz zu passiven Transpondern mit einem segmentierbaren und beschreibbaren Arbeitsspeicher mit eigenem Betriebssystem sowie einer Batterie ausgerüstet, mit der eigene Sendefelder erzeugt werden. WORM-Transponder (write only, read many) lassen sich schließlich nur einmalig beschriften, was in vielen Fällen als ökonomischer Kompromiss betrachtet werden kann, der dem konkreten Einsatzzweck angepasst ist.

LF-, HF-, UHF- und SHF-Transponder

Transponder weisen eigenständige Funkwellenstandards auf. Grundsätzlich gilt, dass Transponder auf niedrigen Frequenzen geringere Reichweiten für die Objekterkennung aufweisen. Dafür arbeiten sie schneller und weisen eine stärkere Toleranz für die Beschaffenheit der auszulesenden Oberflächen wie gegen Metall und Wasser auf. Insgesamt können Transponder auf vier Funkwellenbänder ausgerichtet sein:

Low Frequency (LF oder NF)

Die Niederfrequenz (125 – 134 kHz) ermöglicht Reichweiten bis 10 cm. Typische Einsatzorte sind die Tiermedizin, Autoschlösser, Zugangskontrollen und Bezahlfunktionen. Der Frequenzbereich ist frei zugänglich und entsprechende Transponder sind gebührenfrei und nicht anmeldepflichtig.

Hochfrequenz (HF)

HF-Transponder laufen auf Funkwellen mit einer Frequenz von 13,56 MHz bei möglichen Reichweiten bis zu zwei Metern. Sie kommen unter anderem in Bibliotheken, bei der Datenübertragung und für Ticketsysteme zum Einsatz.

Ultrahochfrequenz (UHF)

Bei Frequenzen zwischen 860 und 960 MHz können Reichweiten bis 15 Meter erzielt werden. Einsatzbereiche sind zum Beispiel die Datenerfassung, Bestandsverwaltung und Erkennung von Fälschungen. UHF-Transponder kommen vor allem im Gesundheitswesen zum Einsatz. Die RFID-Lesegeräte müssen teilweise ausgerichtet werden und sind durch mehrmalige Antennenwindungen von deutlich größerer Bauart.

Superhochfrequenz (SHF)

Wird als Wellenband der Superhochfrequenzbereich mit Zentimeterwellen von 3 bis 30 GHz genutzt, sind sogar Reichweiten bis 200 Meter keine Utopie mehr. SHF-Transponder werden in Radaren, im Funkdienst, Seefunk und in der Elektronenspinresonanz-Spektroskopie verwendet. Eine Ausrichtung des Transponders ist in jedem Fall erforderlich.

Funktionsweise von RFID-Lesegeräten

RFID-Leser verwerten die in den Transpondern aufgeführten Produktinformationen. Zu diesem Zweck wird ein Kontakt über ein Funknetz zwischen dem Funketikett und dem Lesegerät hergestellt. Lesen können sie alle, je nach Modell ist sogar eine Überschreibung und Veränderung des Datenmaterials möglich. Die Kommunikation mit den Transpondern findet dabei über eine Luftschnittstelle statt, die über ein magnetisches oder elektromagnetisches Feld hergestellt wird.

RFID-Leser können als Handhelds manuell oder mobil genutzt werden oder sie sind für den Fließbandgebrauch als stationäre Geräte fest installiert. Obwohl RFID-Reader auf Basis von Funkwellen funktionieren, kann bei aktiven Geräten eine Stromversorgung sinnvoll sein, um Sendefelder nicht nur nutzen, sondern auch „aktiv“ generieren zu können. Schnittstellen ermöglichen schließlich die Datenweiterleitung an gewünschte Zielsysteme.

Was sind RFID-Scanner?

RFID-Scanner sind für das kontaktlose Ablesen von Daten entwickelt worden. Als hochgradig leistungsfähige Geräte entsprechen sie den Anforderungen der Industrie 4.0 in puncto Rechengeschwindigkeit, Genauigkeit und Funktionsumfang. Die Technologie ist für Reichweiten bis 200 Meter und Datenmengen bis 96 KB geeignet. Zudem lassen sie sich im Gegensatz zu NFC-Readern für die Datenweiterverarbeitung nutzen, etwa um neue Produktinformationen in den Mikrochip aufzunehmen. Mögliche Einsatzgebiete von RFID-Scannern sind Logistik, Inventur, Transportwesen, Zugangskontrolle, Warenerfassung und Ticketverkauf.

Vom Strichcode zum RFID-Chip

1D-Barcodes waren die ersten optoelektronisch auslesbaren Symbole zur Übermittlung von Informationen. Ihre Geschichte geht bis ins Jahr 1952 zurück mit Norman Joseph Woodland und Bernard Silver als Erfinder. Der Begriff der Strichcodes verweist auf die Beschränkung des Systems, die Muster nur in eine Richtung hin, also eindimensional, auslesen zu können. Bekannte 1D-Barcodes sind der Code 39, Code 128 und der EAN-Code auf Supermarktartikeln.

Mit dem 2D-Barcode entwickelte sich die Technologie weiter. Fortan war die Auslesung von Mustern in zwei Richtungen hin möglich und zu den Strichen gesellten sich Quadrate und Punkte. 2D-Codes weisen eine rechteckige Form auf und beliebt ist die Nutzung als Quadrat. Die Erweiterung auf eine neue Dimension bot die Möglichkeit, mehr Informationen schneller und zuverlässiger einzulesen. Systeme, die auf 2D-Codes basieren, sind der QR-Code, Aztek-Code, MaxiCode, PDF417 und die Datamatrix.

RFID-Chips sind in dieser Reihe die nächste Technologie, die noch einmal in allen Punkten leistungsfähiger ist, was sich besonders durch die größere Kapazität an einlesbaren Informationen (bis 96 KB), die bis zu 20 mal schnellere Geschwindigkeit und die größere Sicherheit beim Auslesen von Daten bemerkbar macht. Als Vorteile seien die Möglichkeit paralleler Scans sowie der Bearbeitung und Erweiterung von Daten genannt.

Dadurch können RFID-Scanner bald die Förderbänder an den Kassen ersetzen und es kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass sich die Informationen in laufenden Prozessen fortwährend verändern können. Zum ersten Mal lassen sich der Waren- und Datenfluss annähernd synchron halten. Die Leistungsfähigkeit der Technologie lässt schließlich Raum für die Implementierung neuer Funktionen. So ist der Zebra DS9808 Imager beispielsweise mit den Funktionen Retourenverarbeitung und Preisprüfung ausgestattet.

Was ist der Unterschied zwischen RFID und Barcode?

Während sich RFID und Barcode in der Bestimmung noch ähneln – beide Systeme dienen der schnellen Produktidentifizierung –, ist dies bei der Technologie schon anders. RFID ist im Vergleich zum Barcode eine neue Technologie. Die Codes werden nicht mehr mit einem Laser gelesen, sondern es findet eine magnetische oder elektromagnetische Kommunikation im Sinne der induktiven Kopplung für die Codierung statt. Dadurch kann die Übertragung von Daten schneller, zuverlässiger und über weitere Distanzen hinweg erfolgen. Der Spielraum für die Benutzung erweitert sich erheblich, was wir bei den Vorteilen der RFID-Technologie genauer ausführen werden.

RFID-Produktverfolgung für hochwertige Güter

Ein weiterer Vorteil der RFID-Technologie besteht in der Möglichkeit, eine wesentlich größere Anzahl an Informationen für ein einzelnes Produkt erfassen zu können. Besonders für hochwertige, komplexe Güter erweitert sich dadurch der Mehrwert der modernen Lesegeräte erheblich. Außerdem kann durch das nun mögliche Überschreiben von Daten auf Veränderungen während des Produktlebenszyklus eingegangen werden. Die Pulkerfassung wiederum beschleunigt die Abläufe weiter. Mögliche Fortschritte sind hier die Ersetzung von Förderbändern an der Kasse und der Scan sämtlicher Waren auf einer Palette in einem Schritt.

Vorteile der RFID-Technologie

Bei Vergleichen beziehen wir uns auf die RFID-Technologie als Referenz. Die Vorteile der RFID-Technologie sind im Detail:

• Geschwindigkeit um den Faktor 20 erhöht
• größere Sicherheit beim Einlesen
• Größere Toleranz gegenüber äußeren Einflüssen
• Einsatz bei unterschiedlichen Materialien wegen Materialdurchdringung
• Pulkerfassung: bis zu 1.000 Produkte gleichzeitig
• Reichweite bis 200 Meter
• Programmierung und Überschreibung von Daten
• anwendungsbezogene Bauformen für Individualeinsatz
• Verschlüsselung von Informationen
• Implementierung des Transponders ins Produkt möglich
• Sicherheit durch Kopierschutz

RFID vs. Barcode

Der Vergleich zwischen den Technologien von RFID und Barcode zeigt die deutlichen Vorteile, welche das RFID-System gegenüber den Barcodes aufweist. Das System wird sich durchsetzen. Dennoch verweist der Vergleich auch darauf, dass Barcodes weiter ihre Existenzberechtigung haben, weil sie in einigen Punkten eine Funktion erfüllen, die RFID-Scanner nicht zu leisten imstande sind. Vorteile der Barcode-Scanner sind zum Beispiel die Voraussetzung einer Lesebestätigung, weniger Bedenken beim Datenschutz und geringere Kosten.

• Datenmenge: 4-7 Kilobytes; bis 96 KB
• Datenzugriff: lesen; lesen und schreiben
• Datenübertragung: Laser; Funk
• Distanz: bis 5 m, bis 200 m
• Leserate: 90 %; 99 %
• Störanfälligkeit: Verschmutzung, Beschädigung, Abdeckung; Flüssigkeiten, Metall
• Pulkerfassung: nein; ja
• Lesebestätigung: ja; nein
• Diebstahlschutz: nein; ja
• Verschlüsselung: ja; ja
• Kosten: bis 12 Cent; 20-30 Cent
• Stationäres Scannen: nein; ja

Aktive vs. passive RFID-Systeme

Aktive RFID-Systeme erzeugen durch eine Batterie aktiv das elektromagnetische Feld, während passive RFID-Systeme auf vorhandene Sendefelder der Lesegeräte angewiesen sind. Sie sind demzufolge nicht an das Stromnetz angeschlossen. Das Aussparen der Batterie bei passiven RFID-Systeme erlaubt eine kompaktere Form.

Passive RFID-Scanner sind günstiger, weniger störanfällig, halten tendenziell unbegrenzt und bieten eine größere Sendestärke für beschleunigte Arbeitsvorgänge, da sie ihre Versorgungsenergie aus dem Trägersignal des RFID-Lesegerätes generieren. Der Nachteil der passiven RFID-Scanner liegt in der geringeren Reichweite, die bis etwa 15 Meter begrenzt ist.

Mögliche Störfelder bei der RFID-Technologie

Metall, Wasser und Magnetfelder können die Funkübertragung stören. Die Größe des Übertragungsraums macht die Fehleridentifikation nicht immer einfach, weswegen Spektrumsanalysatoren auf dem Markt verfügbar sind, die bei der Fehlerermittlung helfen. Typische Störquellen können sein:

• defekte elektrische Verbindungen
• Störungen der Hochspannungsisolatoren
• Solaranlagen und industrielle Antriebssteuerungen
• Rechnernetzwerke im Haus
• Fernablesesysteme von Verbrauchsmessern
• LED-Lampen
• Schaltnetzteile

RFID-Standards

Aufgrund der relativen Neuartigkeit der Technologie haben sich noch keine global gültigen Standards entwickelt, damit alle Komponenten im Produktlebenszyklus optimal zusammenarbeiten können. Standards, die dafür nötig sind, betreffen Funkfrequenzbereiche, den Speicher von Transpondern und die elektromagnetische Zuverlässigkeit. Vor allem fehlt derzeit noch ein Standard für weltweit freie Frequenzbänder zur transnationalen Vernetzung von Warenströmen.

Für sichere Datenstandards ist das Konzept der Savant-Server geplant und mit der Einführung durch den Entwickler Sun im Juli zu rechnen. Das fortschrittliche Java RFID System leistet das Caching, Filtern und Korrelieren der Daten und sortiert automatisch überflüssige Informationen als Datenmüll heraus. Mit Savant-Servern lassen sich Gruppen von RFID-Scannern steuern und überwachen, was die Effizienz der Steuerungsprozesse weiter optimiert und die Koordinierung erleichtert.

In Europa sollten Anwender besonders auf die folgenden RFID-Standards achten, die sich für verschiedene Branchen herausgebildet haben:

• ISO 18.000 für die Produktinformation
• ISO 14443 für Hotellerie, Finanzwesen und Verkehrssysteme
• ISO VDI 4472-2 für die Textilindustrie
• ISO 11784 für die Landwirtschaft (Tiererkennung)
• ISO 17363 für die Logistik (Frachtcontainer)

Electronic Productcode (EPC)

Am weitesten fortgeschritten ist derzeit der vom Massachusetts Institute of Technologie (MIT) entwickelte internationale Standard Electronic Productcode (ECP). Durch die Einführung im Jahre 1999 ist die Technologie bereits ausgereift. Sie ermöglicht das zuverlässige Scannen von Warencodes, die zugleich digital eingelesen und ausgewertet werden können, und beherrscht die Verwendung der EAN-Codes, die im Lebensmittelhandel genutzt werden.

Der EPC in der zweiten Generation ist noch leistungsfähiger geworden und lässt drei verschiedene Leseeinstellungen und den Betrieb von konkurrierenden Anwendungen mittels unterschiedlicher Codierungsarten zu. Zugleich wurde die Fähigkeit der Datenüberschreibung verbessert und die Lesegeschwindigkeit verdoppelt.

Anwendungsgebiete der RFID-Sensorik

Das Reservoir für Anwendungen der RFID-Sensorik ist breit gefächert und befriedigt unterschiedliche Bedürfnisse im Bereich von Handel, Logistik und Produktion:

Förder- und Transportsysteme

RFID-Scanner helfen in der Automation bei der Verfolgung von Waren und Gütern, indem sie auf Förderbändern und im Transportwesen die eindeutige Erfassung und Zuordnung ermöglichen und eine aufwendige Suche vermeiden. Ihr Einsatz beschleunigt den Produktionsprozess massiv und reduziert die Fehleranfälligkeit der Mitarbeiter erheblich, die mit RFID-Technologien arbeiten.

RFID als Sicherung in Warenhäusern

In Läden mit RFID-Technologie werden Waren, die den Verkaufsprozess noch nicht absolviert haben, als ungesichert klassifiziert. Kunden, welche die Schranke am Ausgang passieren und unbezahlte Waren mit sich führen, lösen automatisch einen Alarm aus. Mit Hinweisschildern, dass der Standort für den Diebstahlschutz auf die RFID-Technologie setzt, können mögliche Langfinger bereits im Vorfeld abgeschreckt werden.

RFID-Technologie in Ausweisen

Bereits seit 2005 sind Personalausweise und Reisepässe in Deutschland mit einem RFID-Chip versehen. Mit einem einfachen Fingerabdruck lassen sich mithilfe der eingespeisten Daten Personen zuverlässig identifizieren und Fälschungen sowie Identitätsdiebstahl verhindern. In Behörden ist die Eingabe einer PIN inzwischen gängige Praxis, was der eigenen Sicherheit dient.

Waren- und Bestandsmanagement

Die Überwachung und Verwaltung des Warenbestands wird durch RFID-Scanner erheblich erleichtert. Auch Inventuren mit langwieriger und fehleranfälliger manueller Zählung gehören der Vergangenheit an. Die Technologie ermöglicht die Automatisierung des Zählvorgangs und in Bibliotheken werden Arbeitsplätze eingespart, weil die Kunden selbstständig ihre Bücher ausleihen und zurückgeben können, was jeweils durch den RFID-Scan ins System aufgenommen wird.

RFID-Sensorik im PKW

Komponenten mit RFID-Sensoren lassen sich kabellos im Auto anbringen. Dies ermöglicht einen flexibleren Einbau der Komponenten. Darüber hinaus sind RFID-Systeme eine Schlüsseltechnologie für Innovationen wie das IoT und das Ideal vom Auto als erweitertes Zuhause, das zunehmend mit dem Internet verschmilzt.

RFID-Chips dehnen den Funktionsumfang und die Einsatzmöglichkeiten anderer Auto-ID-Systeme aus. Es können größere Datenmengen gespeichert werden, der Datenzugriff wird erleichtert und die Interaktion mit anderen Autokomponenten vereinfacht. Viele smarte Assistenten im Fahrzeug basieren auf dieser innovativen Technologie.

Zufahrtskontrolle für PKW und LKW

Automatische Zufahrtskontrollen in Mautstationen, Parkhäusern und Betriebsparkplätzen sorgen für ein höheres Maß an Sicherheit. Der Transponder kann in der Mautplakette oder im Mitarbeiterausweis an der Windschutzscheibe implementiert werden. Die Schreibfunktion ermöglicht jederzeit die Aktualisierung der Daten zu Fahrer und Fahrzeug.

Automatisierte Essensausgabe

In Krankenhäusern, Altenheimen und Pflegeeinrichtungen müssen viele Gerichte an den Gesundheitszustand der Patienten angepasst werden. Eine über die RFID-Technologie laufende automatische Datenerfassung erleichtert die Zuordnung und sorgt dafür, dass jeder Patient bei der Essensausgabe mit verträglichen Speisen versorgt wird. Im Idealfall wählt jede Person die Gerichte für ihren Wochenplan aus, die ihren persönlichen Vorgaben entsprechen und mit den ärztlichen Vorgaben nicht konfligieren.

Öffentliche Instandhaltung

RFID-Tags ermöglichen die Zuordnung von Spielplätzen, Toiletten, Müllbehältern und öffentlichen Anlagen sowie die Protokollierung der Kontrollergebnisse nach der Reinigung. Das System lässt sich auch für Wartung, Reparatur und im Falle von Neuanschaffungen verwenden. Möglich wird die Integration der RFID-Chips aufgrund ihrer Fähigkeit, ihre Lesefähigkeit nicht durch Nässe, Schmutz und Metall einzubüßen. Bäume in Parkanlagen lassen sich markieren, um ihren Zustand auf einen Blick zu erfassen, um schnell reagieren zu können, wenn der Baum zu einer potenziellen Gefahr für Parkbesucher wird.

RFID-Skipass

Da RFID-Chips im Gegensatz zu Magnetstreifen auch dann lesbar sind, wenn sie durch Textilien verdeckt werden, ermöglichen sie die reibungslose Auslesung von Daten an Skiliften. Der Zutritt für die Skilifte lässt sich nun mit gewünschten Parametern versehen, die automatisch mit den vorliegenden Daten im Skipass abgeglichen werden können. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass nur zugangsberechtigte Personen mit dem Lift mitfahren dürfen.

RFID in der Tierhaltung

In der Tierhaltung lassen sich Haustieren RFID-Chips unter die Haut einpflanzen. So lassen sie sich nach einem Verschwinden identifizieren, was die zeitnahe Kontaktierung des Besitzers erlaubt. Nutztiere können in einem Durchgang mit wichtigen Daten zur Befütterung, Impfung und zum Gesundheitszustand erfasst werden, was ihren Nutzwert in der Landwirtschaft 4.0 optimiert, die Seuchenbekämpfung erleichtert und Diebstahl sowie Tierschmuggel erschwert.

RFID in Wäschereien

Kleidungsstücke können in Wäschereien automatisch erfasst werden, was ihre Sortierung, Bestandsverwaltung und Ausgabe erleichtert. Das Einlesen der Daten lässt Mitarbeiter auf eine Reihe von nützlichen Informationen über mögliche Beschränkungen bei den Waschgängen zugreifen. Dies verhindert, dass Kleidungsstücke in Waschgängen gereinigt werden, die sie schlecht vertragen.

Häufige Fragen zu RFID-Scannern