Technology
RFID
(RFID)
RFID
RFIDは、電波を利用してタグに記録された情報を非接触で読み書きする自動認識技術です。「Radio Frequency Identification」の略で、日本語では無線周波数識別とも呼ばれます。
RFIDタグを搬送容器、パレット、製品、原料などへ取り付け、設備側のリーダー・ライターで識別情報を読み取ります。バーコードのように読み取り面を正確に合わせる必要がなく、移動する搬送物の識別や工程管理に利用しやすいことが特長です。
ハカルプラスでは、RFIDタグ、リーダー・ライター、PLC、計量コントローラ、タッチパネル、データベースを連携させ、搬送物の識別、位置管理、計量条件の選択、実績保存まで行うシステムを構築しています。
RFIDシステムの基本構成
RFIDタグ
識別番号や工程情報を記録する電子タグです。ICチップとアンテナで構成され、搬送容器やパレットなどへ取り付けます。
電池を持たず、リーダー・ライターから受けた電波を利用して応答するパッシブタグと、電池を内蔵して比較的広い範囲で通信するアクティブタグがあります。また、読み取り専用、追記可能、書き換え可能など、メモリの仕様も異なります。
リーダー・ライターとアンテナ
リーダー・ライターは、RFIDタグの情報を読み取り、対応するタグにはデータを書き込みます。アンテナ一体型と外付け型があり、計量ステーション、搬送分岐点、投入位置、排出位置などへ設置します。
読み取り範囲は、周波数帯、出力、アンテナ形状、タグの向き、周囲の金属や水分によって変わります。カタログ上の通信距離だけで判断せず、実際の容器と設備を使用して確認します。
PLC・上位システム
読み取ったタグ情報をPLCやFAパソコンへ送り、搬送先、計量条件、工程状態などを判定します。実績や履歴は、必要に応じてデータベースや生産管理システムへ保存します。
RFIDとバーコードの違い
RFIDとバーコードは、いずれも対象物を識別する技術ですが、読み取り方法や運用条件が異なります。
| 項目 | RFID | バーコード・二次元コード |
|---|---|---|
| 読み取り方法 | 電波による非接触通信 | 光学的にコードを読み取る |
| 読み取り方向 | 一定範囲内で読み取れる場合がある | コード面を読み取り装置へ向ける |
| データ更新 | 対応タグでは書き換え可能 | 印刷後の書き換えはできない |
| 環境の影響 | 金属、水分、周囲のタグの影響を受ける | 汚れ、傷、照明、読み取り面の影響を受ける |
| 導入費用 | タグ、アンテナ、リーダーが必要 | 比較的低コストで導入しやすい |
対象物を一つずつ近距離で読み取る場合はバーコードが適することがあります。向きを合わせにくい搬送物、繰り返し使用する容器、データを書き換えたい用途ではRFIDが候補となります。
搬送・計量設備での利用
多数の容器やパレットが複数工程を移動する設備では、RFIDによって各搬送物を個別に識別できます。
搬送容器が計量ステーションへ到着すると、一般に次の流れで処理します。
- RFIDタグから容器番号を読み取る
- 製造指示や容器情報と照合する
- 対象原料と計量設定値を呼び出す
- PLCが計量・搬送機器を制御する
- 計量完了後に実績値を記録する
- 次工程や搬送先を決定する
- 容器の位置と進捗状態を更新する
タグの読み取り結果だけで機器を動かすのではなく、容器到着センサ、搬送経路、計量器の状態、行先の空き状況なども確認して運転します。
タグとデータベースの役割分担
RFIDタグには識別番号だけを記録し、品種、設定重量、実績、工程履歴などをデータベース側で管理する方法があります。情報を一元管理しやすく、タグへの書き込み回数を抑えられます。
一方、行先や工程状態などをタグへ書き込めば、上位システムとの通信が一時的に途絶えた場合でも、タグ情報を基に処理を継続できる構成にしやすくなります。
どちらを採用するかは、通信障害時の運用、データ量、処理速度、書き換え回数、履歴管理の方法を踏まえて決定します。タグとデータベースの両方へ情報を持たせる場合は、どちらを正とするかも明確にします。
位置管理とデータトラッキング
各搬送地点でタグを読み取り、容器番号と工程を更新することで、搬送物の現在位置や進捗を管理できます。
- 計量待ち、計量中、計量完了
- 設定重量と実計量値
- 現在位置と次の搬送先
- 処理済み・未処理の工程
- 異常停止や滞留が発生した位置
ただし、RFIDの読み取り履歴と実際の容器位置が常に一致するとは限りません。手動搬送、読み取り失敗、容器の逆送、センサ故障などによってずれが生じるため、位置センサや搬送完了信号と組み合わせて管理します。
読み取り範囲の設計
読み取り距離を広げればよいとは限りません。範囲が広すぎると、隣接工程や待機中の容器のタグまで読み取る可能性があります。
対象のタグだけを識別するため、アンテナ位置、出力、タグの取付方向、遮蔽板、容器間隔などを調整します。読み取り結果が得られた時点で即座に採用せず、容器到着センサや読取回数などを用いて対象を確定する方法もあります。
金属・水分・取付方向の影響
金属製容器へ一般的なタグを直接取り付けると、通信距離が短くなったり、読み取れなくなったりすることがあります。金属対応タグ、スペーサー、専用取付部品などを使用し、実機で確認します。
液体や水分を多く含む原料も電波へ影響します。容器が空の状態だけでなく、実際の内容物を入れた状態でも試験することが重要です。
タグとアンテナの向きによって通信性能が変わるため、搬送中に容器が回転する場合は、タグを複数面へ設置する方法や、アンテナ配置を見直す方法を検討します。
読み取り・書き込み異常への対応
RFIDは非接触で利用できますが、すべての読み書きが必ず成功するわけではありません。
PLCソフトでは、再読取り、タイムアウト、照合エラー、書き込み後の再確認、警報、手動入力などを設計します。
タグへ書き込む場合は、書き込み完了信号だけでなく、再読取りによって内容が正しいことを確認する方法があります。処理途中で電源断や通信断が発生した場合に、書き込み前・書き込み後のどちらの状態として扱うかも決めておきます。
異常停止後の復旧
搬送設備が停止すると、複数の容器が設備内に残り、計量済みか、次にどこへ送るべきか分からなくなることがあります。
RFIDの識別情報、最終読取位置、計量実績、工程履歴を組み合わせることで、停止時点の状態を確認しやすくなります。
ただし、履歴だけを基に自動復旧させず、実際の容器位置、内容物、設備状態、安全条件を作業者が確認したうえで、継続、再計量、排出、取消などを判断します。
RFIDとPLCの連携
RFIDリーダー・ライターは、Ethernet、シリアル通信、産業用ネットワーク、デジタル入出力などを介してPLCと接続します。
PLCソフトでは、読取開始、タグ番号の取得、製造指示との照合、計量条件の選択、書き込み、タイムアウト、再試行、警報表示などを行います。
通信が復旧した後に古い読取結果を誤って使用しないよう、通信状態、読取時刻、工程番号なども管理します。
ハカルプラスのRFID対応
ハカルプラスでは、搬送容器へのRFIDタグの取付け、リーダー・ライターとPLCの接続、容器の位置管理、計量設定値・実績値の管理など、RFIDを利用した搬送制御システムを構築しています。
タグやアンテナの選定だけでなく、計量設備、搬送装置、PLC、計量コントローラ、タッチパネル、FAパソコン、データベース、上位システムまで含めて、情報と搬送物が一致する仕組みを検討します。
既設設備への追加についても、タグの取付け、アンテナスペース、PLCとの通信、制御盤改造、設備停止期間、試運転方法を確認したうえで対応方法を検討します。
よくある質問
Q. 読み取り範囲内に複数のタグがある場合、対象を判別できますか？
A. 複数タグを読み取れる方式でも、目的の容器を特定する仕組みが必要です。容器到着センサ、アンテナ位置、読取強度、工程情報などを組み合わせて判定します。
Q. タグが破損した場合はどのように運転を継続しますか？
A. 予備タグへの交換、容器番号の手動入力、一時的な工程退避などを検討します。交換後に誤った容器情報を引き継がないよう、タグとデータベースの対応付けを確認します。
Q. RFIDタグの情報とデータベースの内容が異なる場合はどうしますか？
A. どちらを正しい情報として扱うかを事前に決めます。不一致時は自動運転を継続せず、警報を出して作業者に確認を求める構成もあります。
Q. 高速で移動する搬送物も読み取れますか？
A. タグ、周波数帯、通信時間、アンテナ範囲、搬送速度によって異なります。必要な読取時間を確保できない場合は、減速、停止、アンテナの追加などを検討します。
Q. 既設設備へRFIDを後付けできますか？
A. 可能な場合があります。タグとアンテナの取付け、PLC通信、入出力、画面、データ管理、設備停止期間を調査し、改造範囲を決定します。