RFID

Au même titre que le code à barres ou le Datamatrix, la RFID fait désormais partie du paysage industriel.
En quelques années, son champ d’applications n’a cessé de s’accroître.
Du télépéage au marquage du bétail en passant par la lutte contre la contrefaçon ou le suivi de bagages, la production industrielle tous les secteurs, ou presque, en ont profité.

RFID : comment ça marche ?

La RFID (Radio Frequency IDentification) est une technologie de communication par fréquences radio.
Elle définit un échange d’informations entre une étiquette (“tag” ou transpondeur) composée d’une puce électronique et d’une antenne, et un système de lecture/écriture.

Le principe de la communication est relativement simple.
Le dispositif de lecture génère un champ électromagnétique à une fréquence déterminée vers les tags placés dans son champ de lecture.
Un tag qui entre dans ce champ reçoit l’énergie d’activation émise par le lecteur. Grâce à elle, il peut à son tour émettre un signal et établir ainsi un dialogue, suivant un protocole d’échange de données bien défini.

La communication s’effectue ainsi à distance, sans qu’il soit nécessaire d’obtenir une visibilité directe entre le lecteur et l’étiquette.
L’échange d’informations s’effectue dans les deux sens : il est aussi bien possible de lire les données encodées dans le tag, que de les modifier ou d’en inscrire de nouvelles.

On distingue trois types d’étiquettes :
> Les étiquettes dites passives qui ne sont activées qu’en présence du champ émis par le système de lecture/écriture.
> Les modèles actifs qui disposent d’une énergie interne leur permettant d’émettre.
> Les étiquettes semi-passives qui intègrent une source d’énergie pour exécuter certaines tâches internes.

Les systèmes RFID se caractérisent par ailleurs par le protocole utilisé dans l’échange des données, ainsi que par la fréquence de la communication.
Quatre bandes de fréquences peuvent être utilisées pour cette application : BF (125 – 134,2 kHz), HF (13,56 MHz), UHF (869 – 950 MHz suivant les zones géographiques) et SHF (autour de 2,45 GHz).

OsiSense XG

OsiSense XG de Schneider Electric permet de jouer l’ouverture avec une liberté de choix des étiquettes et l’adaptation automatique aux protocoles réseaux.
Les avantages sont multiples :
> Liberté de choix (100% compatible). Parmi la gamme des étiquettes industrielles OsiSense XG, ou parmi les étiquettes du marché normalisées ISO (non verrouillées).
> Facilité et rapidité (30% de gains de mise en œuvre).
> Testé et approuvé (100% RoHS et UL, CE, FCC certifiés).

Avec les standards 13.56 MHz (ISO 18000-3, ISO 15693, ISO 14443).

Intégration automatique dans l’architecture
La RFiD OsiSense XG facilite l’accès aux données des étiquettes.
Pas de programmation spécifique, adaptation automatique au protocole et à la vitesse du réseau utilisé (EtherNet/IP, Modbus TCP/IP, Modbus RTU, Uni-Telway, Profibus DP).

Installation simple
La station s’auto-adapte à l’environnement, et s’intègre facilement même dans des endroits les plus exigus grâce à sa compacité (40x40x15mm) et à des accessoires de fixation et de câblage rapide.
Il existe aussi la possibilité avec les derniers modèles de fixer le boitier avec un simple perçage de diamètre 22 mm.

Raccordement et réglage rapide
Il suffit de connecter la station à l’automate et ça fonctionne !
Tout est intégré dans le produit (antenne, contrôleur RFiD, protocole).
La simple présentation du badge de configuration permet de régler l’adresse réseau de la station.

Guide de sélection

Système RFID OsiSense XG

Le système d’identification OsiSense XG est ouvert à la plupart des étiquettes électroniques ISO 18000-3, ISO 15693 et ISO 14443.
Le système OsiSense XG intègre les protocoles Modbus RTU, Uni-Telway, Modbus TCP/IP, PROFIBUS-DP et EtherNet/IP.
L’offre RFID OsiSense XG comprend :
> 4 modèles de stations compactes (lecture/écriture) 13,56 MHz.
> 12 modèles d’étiquettes électroniques 13,56 MHz.
> 1 terminal portable RFID.
> 3 modèles de boîtes de raccordement réseau.
> 2 modèles de répartiteurs électromagnétiques (accessoires permettant de modifier la forme de la zone de dialogue entre étiquette et station compacte).
> Des accessoires de raccordement et de fixation.

Préparation
Les stations compactes OsiSense XG sont simples à configurer :
> Fonctions RFID et réseau intégrées.
> Pas de programmation.
> Détection automatique des étiquettes électroniques RFID (lecture ou écriture).
> Réglage automatique des paramètres de communication (vitesse, format, parité, protocole, …).
> Configuration de l’adresse réseau (1 à 15) à l’aide du badge fourni avec la station ou par le serveur web intégré pour la station Ethernet.
> Compatibilité en lecture/écriture avec la plupart des étiquettes 13,56 MHz du marché.
> Faible sensibilité aux environnements métalliques.

Mise en œuvre
Les stations OsiSense XG sont compactes et robustes. Elles peuvent s’intégrer facilement sur des lignes de production flexibles :
– raccordement rapide par connecteur M12.
– montage par fixation encliquetable.
Une gamme étendue de cordons et de boîtiers d’adaptation permet de raccorder facilement les stations OsiSense XG aux réseaux de communication.

Description
Stations compactes OsiSense XG 13,56 MHz
Les stations XGCS permettent de lire et écrire des étiquettes RFID 13,56 MHz compatibles avec les normes ISO 15693 et ISO 14443 A et B.

Quatre modèles de stations compactes OsiSense XG sont proposés :

> Station compacte format plat 40, XGCS4901201 :
– Dimensions (mm) : 40 x 40 x 15.
– Portée nominale : de 10 à 70 mm selon l’étiquette associée.

> Station compacte format plat 80, XGCS8901201 :
– Dimensions (mm) : 80 x 80 x 26.
– Portée nominale : de 20 à 100 mm selon l’étiquette associée.

> Station compacte format plat 80, XGCS850C201 :
– Dimensions (mm) : 80 x 93 x 40
– Portée nominale : de 20 à 100 mm selon l’étiquette associée.

> Antenne externe avec tête flexible XGW4F111 pour la localisation des étiquettes placées dans des lieux difficiles d’accès, avec le terminal portable XGST2020.

Fonctions intégrées aux stations compactes :
Les stations compactes OsiSense XG intègrent des fonctions qui facilitent la communication entre les étiquettes, les stations et le contrôleur (plate-forme d’automatisme, PC…).
Ces fonctions embarquées sont activées par des requêtes standard de lecture/écriture de mots envoyées par la plate-forme d’automatisme :

> Firmware version : interrogation de la station pour connaître sa version.

> Reset : la station est réinitialisée sur ses paramètres d’usine par défaut (adresse réseau à 1, vitesse de transmission à 19200 Bauds, paramètres effacés).

> Init : la station est réinitialisée et fonctionne comme après une remise sous tension (adresse inchangée, vitesse de transmission inchangée, paramètres effacés).

> Sleep mode : la transmission du champ électromagnétique de la station est activée uniquement sur réception par la station d’une instruction de lecture ou d’écriture. Ce mode réduit la consommation de la station et permet de s’affranchir des interférences lorsque les stations sont proches les unes des autres.

> Auto Read/Write : ce mode permet à la station d’exécuter automatiquement jusqu’à 10 commandes de lecture ou d’écriture dans une étiquette dès qu’elle arrive dans la zone de dialogue (jusqu’à 87 mots en écriture et jusqu’à 109 mots en lecture).

Communication
Série RS485
> Les stations XGCS4901201 et XGCS8901201, équipées d’un port série RS485, supportent les protocoles Modbus RTU et Unitelway permettant d’échanger jusqu’à 123 mots par requête de lecture ou d’écriture.
> Le protocole et les paramètres de communication sont détectés automatiquement. Il n’y a pas de configuration à effectuer au niveau des stations.
> Jusqu’à 15 stations peuvent être raccordées sur le même réseau. Tous les raccordements se font par connecteurs M12, à partir d’un gamme complète de cordons, de tés et de boîtiers d’adaptation réseau.

Ethernet
> La station Ethernet XGCS850C201 est équipée de deux connecteurs M12 permettant de chaîner jusqu’à 32 stations. Le rebouclage du réseau en anneau est supporté.
> Les protocoles supportés sont Modbus/TCP et EtherNet/IP.
Ils permettent d’échanger jusqu’à 123 mots par transaction.
> Les services I/O scanning et assembly supportés permettent un accès permanent à l’état de la station et une synchronisation avec le passage des étiquettes devant la station.
> Un serveur web embarqué permet d’accéder au réglage des paramètres d’adresse réseau, aux informations de diagnostic réseau, à l’état de la station et d’activer les fonctions RFID intégrées. Une page de visualisation des tables internes de la station est également disponible.

Etiquettes électroniques RFID OsiSense XG
Les étiquettes électroniques XGHB avec mémoire de type EEPROM ou FeRAM (1) offrent les avantages suivants :
> Un accès rapide aux données.
> Une gamme étendue de capacités mémoire.
> Une sécurité d’accès au contenu.
> Un fonctionnement sans batterie.
> Une souplesse de positionnement.
> Une protection adaptée aux conditions environnementales.
La distance nominale de transmission est de 18 à 100 mm, selon le modèle d’étiquette et la station compacte associée.

(1) EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory) : mémoire programmable, effaçable électriquement.
FeRAM (Ferroelectric Read-Only Memory) : mémoire RAM non volatile.

Terminal portable RFID
Le terminal RFID XGST2020, avec logiciel embarqué et lecteur externe, est un outil puissant pour l’exploitation facile et efficace des étiquettes RFID.
La station amovible externe communique avec une large gamme d’étiquettes électroniques ISO 14443 et ISO 15693. Elle dispose également d’une large plage de dialogue jusqu’à 70 mm.
La batterie intégrée offre une grande autonomie au terminal (au moins un jour complet d’utilisation intensive).

Répartiteurs électromagnétiques (field expander)
Les répartiteurs électromagnétiques sont des accessoires conçus pour fonctionner avec les stations OsiSense XG.
Ils permettent d’adapter la forme du champ de dialogue de la station XGCS4901201 aux applications de convoyage/ manutention.
Le concept est une liaison par induction, sans connexion entre la station et le répartiteur électromagnétique.
Deux modèles standard sont proposés :

> Le modèle convoyeur XGFEC540 assure la détection des étiquettes ISO 15693 sur une bande étroite couvrant la largeur du convoyeur (fixation entre deux rouleaux du convoyeur)
– Dimensions (mm) : 400 x 23 x 50.
– Portée nominale : de 30 à 90 mm selon l’étiquette associée.

> Le modèle universel XGFEC2525 augmente la surface et la distance de détection des étiquettes ISO 15693, ce qui permet également une vitesse de passage plus élevée des étiquettes.
– Dimensions : 250 x 250 x 10.
– Portée nominale : de 26 à 150 mm selon l’étiquette associée.

> Compatibilité en lecture/écriture avec la plupart des étiquettes 13,56 MHz ISO15693 du marché.
(Attention : ces accessoires ne sont pas compatibles avec les étiquettes ISO 14443).

Boîtes de raccordement OsiSense XG
Quatre types de boîtes de raccordement rapide sont proposés :
> Boîte Ethernet XGSZ33ETH pour réseau Ethernet Modbus TCP/IP.
> Boîte EtherNet/IP XGSZ33EIP pour réseau EtherNet/IP.
> Boîte PROFIBUS-DP XGSZ33PDP pour réseau PROFIBUS-DP.
> Boîte de dérivation TCSAMT31FP pour bus de communication Modbus et Uni-Telway.

Boîte Modbus TCP/IP XGSZ33ETH
La boîte OsiSense XGSZ33ETH permet de raccorder les stations XGCS au réseau Ethernet (protocole Modbus TCP/IP).
Elle permet à la plate-forme d’automatisme ou au PC d’accéder aux fonctions des stations XGCS :
– Lecture/écriture d’étiquettes.
– Contrôle et commande.
– Surveillance.
– Diagnostic.
La boîte XGSZ33ETH est munie de connecteurs M12. Elle est utilisée pour raccorder l’alimentation, le réseau Ethernet et 1 à 3 stations XGCS (jusqu’à 8 stations, par chaînage).

Boîte EtherNet/IP XGSZ33EIP
La boîte OsiSense XGSZ33EIP permet de raccorder les stations XGCS au réseau EtherNet/IP.
Elle permet à la plate-forme d’automatisme ou au PC d’accéder aux fonctions des stations XGCS :
– Lecture/écriture d’étiquettes.
– Contrôle et commande.
– Surveillance.
– Diagnostic.
La boîte XGSZ33EIP est munie de connecteurs M12. Elle est utilisée pour raccorder l’alimentation, le réseau EtherNet/IP et 1 à 3 stations XGCS (jusqu’à 15 stations, par chaînage).

Boîte PROFIBUS-DP XGSZ33PDP
La boîte OsiSense XGSZ33PDP permet de raccorder les stations XGCS au réseau PROFIBUS-DP.
Elle permet à la plate-forme d’automatisme ou au PC d’accéder aux fonctions des stations XGCS :
– Lecture/écriture d’étiquettes.
– Contrôle et commande.
– Surveillance.
– Diagnostic.
La boîte XGSZ33PDP est munie de connecteurs M12. Elle est utilisée pour raccorder l’alimentation, le réseau PROFIBUS-DP et 1 à 3 stations XGCS (jusqu’à 15 stations, par chaînage).

Boîte de dérivation TCSAMT31FP
La boîte de dérivation OsiSense TCSAMT31FP permet de raccorder les stations XGCS aux bus de communication Modbus et Uni-Telway.
La boîte TCSAMT31FP est munie de connecteurs M12.
Elle est utilisée pour raccorder l’alimentation, le réseau bus de communication (Modbus) et 1 à 3 stations XGCS (jusqu’à 15 stations, par chaînage).
Elle se présente sous la forme d’un boîtier métallique étanche.

(1) Mise sous tension et voyants de signalisation du réseau Ethernet.
(2) Une embase Ethernet type M12, codage D.
(3) Une embase d’alimentation type M12 mâle, 4 contacts.
(4) Trois embases type M12 femelle, codage A, pour raccorder les stations XGCS.
(5) Configuration de l’adresse réseau.
(6) Une embase d’entrée réseau type M12 mâle.
(7) Une embase de sortie réseau type M12 femelle.
(8) Un port de configuration type M12 femelle.
(9) voyants de signalisation du réseau et de l’état de la boîte de raccordement.
(10) Un voyant vert : sous tension.

Exemple de montage d’un réseau Modbus
Longueur maximale du bus
La longueur maximale du bus (L + L1 + l4) dépend de la vitesse du réseau :
– 9600 bauds : 1000 m.
– 19 200 bauds : 500 m.

Longueur maximale des dérivations : l1, l2 et l3 : 10 m

Exemples de raccordement à une plate-forme d’automatisme Schneider Electric

Raccordement par chaînage

(1) Connecteur M12 mâle XZCC12MDB50R

Les stations compactes peuvent se connecter directement sur le port Modbus d’une plate-forme d’automatisme. Jusqu’à 15 stations compactes peuvent être reliées sur le port RS 485 à l’aide de tés de raccordement (prévoir une adaptation de fin de ligne dans le cas de réseau de longueur supérieure à 100 m, référence TM7ACTLA).
Ce système de câblage est spécifique à OsiSense XG (réseau alimenté).
Aucun autre équipement esclave Modbus ne doit y être raccordé.

Exemples de montage d’un réseau Ethernet
Topologie en étoile

Il est possible d’étendre le nombre de stations raccordées à chaque boîte par l’intermédiaire de tés de raccordement M12 (réf. TCSCTN011M11F).
Remarque concernant l’utilisation de la boîte XGSZ33ETH sur Modbus/TCP : pour un fonctionnement performant, il est conseillé de connecter 8 stations compactes au maximum (la boîte Ethernet disposant d’une capacité de 8 ports de communication ouverts simultanément sur TCP/IP).
En cas d’utilisation de la fonction I/O scanning (qui occupe un port de communication supplémentaire), ne pas connecter plus de 7 stations.
La longueur totale du réseau côté stations XGCS49/89 est limitée à 160 m.

Topologie Daisy-Chain

Topologie en anneau

Exemple de raccordement mixte IP 20 et IP 67 sur réseau Ethernet

Exemples de raccordement à un terminal Magelis

(1) Connecteur SUB-D mâle, 25 contacts.
(2) Connecteur d’alimentation du terminal Magelis.
(3) Connecteur M12 mâle XZCC12MDB50R.

Exemple d’architecture dans un réseau PROFIBUS-DP

Exemple de raccordement à un PC

Terminal portable XGST2020

Fonctions
Le terminal comporte trois types de fonctions intégrées :
> Exploitation directe sur étiquettes RFID.
> Mappage (écrans prédéfinis par l’opérateur).
> Configuration.

Exploitation directe sur étiquettes RFID
> Lecture/écriture de mots. Les groupes contenant jusqu’à 15 mots peuvent être lus/écrits à partir d’une adresse de début donnée. Les dates peuvent s’afficher dans différents formats : Décimal/Décimal signé/Binaire/IP décimal/Hexadécimal/ASCII.

> Copie d’étiquette d’une étiquette à l’autre. La mémoire complète de l’étiquette ou une partie peut être copiée.

> Initialisation de l’étiquette. La mémoire complète de l’étiquette ou une partie définie peut être écrite à l’aide d’une valeur choisie par l’opérateur.

> Présence de l’étiquette. Test cyclique de la présence de l’étiquette à l’avant de la station reliée au terminal. Un voyant et un indicateur graphique fournissent des informations concernant le résultat du test.

> Identification de l’étiquette. Le protocole RFID, l’identifiant unique et la taille de la mémoire utilisateur de l’étiquette, à l’avant de la station, sont détectés par un scanner activé par le terminal portable et affichés à l’écran.

Mappages
Un mappage est une liste de variables, stockées de manière permanente dans la mémoire du terminal pour un accès facile et rapide par les opérateurs.
Chaque variable du mappage est associée à un nom et affichée dans le format sélectionné dans la liste de choix, en mode lecture seule ou lecture/écriture.
Les outils de création, de modification et de sauvegarde sont intégrés au logiciel du terminal portable.
Jusqu’à 256 mappages peuvent être stockés dans la mémoire (chacun étant identifié par un numéro et un nom).
Chaque mappage peut contenir jusqu’à 256 variables. Chaque variable est définie par sa position dans la mémoire des étiquettes, sa taille et son type (mot ou octet) et son format d’affichage à l’écran.

Les formats suivants sont pris en charge par le terminal portable :
> Décimal (1 mot) : de 0 à 65535.
> Décimal (1 octet) : de 0 à 255.
> Décimal signé (1 octet) : de -128 à +127.
> IP décimal (2 mots) : de 0.0.0.0 à 255.255.255.255.
> Hexadécimal (4 octets) : de 0000 à FFFF.
> Bit booléen (un bit).
> Binaire (1 octet) : de 00000000 à 11111111.
> Liste (1 octet) : de 0 à 15. Une chaîne, associée à chaque valeur de l’octet, s’affiche à l’écran au lieu de la valeur de l’octet.
> Chaîne ASCII : de 1 à 21 caractères.
> Chaîne hexadécimale : de 2 à 30 caractères hexadécimaux (1 à 15 octets).
> Date (8 octets) : AAAA/MM/JJ.
> Heure (2 octets) : HH:MM.
Les données affichées sur un mappage peuvent être stockées dans la mémoire du terminal ou écrites dans une étiquette RFID.
Une sauvegarde de chaque mappage ou de tous les mappages peut être stockée sur une clé USB reliée à la prise USB du terminal portable.

Configuration
Mise à jour du terminal
Cette fonction est protégée par un mot de passe et donne accès aux éléments suivants :
> Mise à jour de la station reliée au terminal portable.
> Modification de l’image de l’écran de démarrage en chargeant un fichier à partir d’une clé USB.
> Réinitialisation du terminal portable sur ses paramètres d’usine.
> Modification du mot de passe.

Paramètres du terminal
Cette fonction permet la modification des éléments suivants :
> Localisation de l’écran.
> Temporisation de l’arrêt.
> Numéro de mappage préféré.
> Adresses IP et de passerelle du port Ethernet.
> Niveau de rétro-éclairage.

Gestion du mappage
Cette fonction permet d’accéder aux éléments suivants :
> Sauvegarde et restauration de tous les mappages d’utilisateur de et vers la clé USB.
> Exportation et importation d’un mappage d’utilisateur de et vers la clé USB.
> Création, modification, copie et suppression des mappages. Chaque mappage est protégé par un mot de passe.

Aide en ligne
L’aide contextuelle en ligne est accessible en permanence.
En outre, un didacticiel sur la création du mappage est accessible depuis l’écran principal.

Gestion de la batterie
Le terminal portable est alimenté par une batterie au lithium haute capacité.
> L’état de la batterie s’affiche sur l’écran de menu.
> Une LED bleue clignote lorsque la batterie doit être rechargée.
> Une LED orange clignote lorsque la batterie est en cours de chargement.

Accessoires
Accessoires du terminal portable
Le terminal portable est livré dans une valisette en plastique XGST2422, avec les accessoires suivants :
> Un chargeur USB XGST2CH avec des prises internationales. Il peut être utilisé conjointement avec la station d’accueil XGST2SU pour un raccordement aisé avec le terminal portable.
> Une batterie au lithium haute capacité XGST2BA.
> Une mémoire flash USB 2 Go XGSZK1, pour le transfert des données entre les terminaux portables ou le PC. Cette clé USB contient également tous les documents techniques sur la gamme RFID OSiSense XG : catalogues, formation et exemples.
> Un stylet pour l’écran tactile.
> Une dragonne pour une manipulation du terminal en toute sécurité.
> Une clé hexagonale.

Stations
Deux versions des stations compactes sont disponibles :
> Station compacte XGCS4901201 pour montage à l’arrière du terminal portable.
> Antenne externe avec tête flexible XGW4F111 pour l’exploitation à distance des étiquettes situées dans des lieux difficiles d’accès (sous des palettes, par exemple).

Station d’accueil
La station d’accueil XGST2SU est recommandée pour un chargement plus facile de la batterie.
Le montage mural ou sur un bureau est possible.
La station d’accueil est alimentée par le chargeur mural (référence XGST2CH).

Vidéos de présentation