Guide pratique : choisir un tag RFID pour des applications industrielles

Bien choisir un tag RFID pour des applications industrielles n’est pas chose simple : technologie, prix, performance, résistance aux contraintes (température, poussière, etc.), compatibilité avec l’objet à tracer, etc. Nexess présente dans ce billet de blog un guide pratique pour choisir le bon tag RFID pour une application industrielle.

Passif, Actif, Semi-Passif : quelle technologie RFID pour mon application ?

Pour faire le choix de la bonne technologie RFID pour le tag que vous allez employer pour votre application, il convient de faire un résumé des technologies disponibles sur le marché :

• Le tag RFID passif : comme son nom l’indique, ce tag RFID est purement passif, c’est à dire qu’il n’intègre pas d’émetteur radiofréquence. Le tag passif utilise l’onde (magnétique ou électromagnétique) issue de l’interrogateur (lecteur RFID + antenne) pour alimenter le circuit électronique embarqué. Il peut contenir des informations dans sa mémoire. C’est le type de tag le plus répandu sur le marché.

• Le tag RFID semi-passif ou assisté par batterie (BAP Battery Assisted Passive) : ce tag embarque une alimentation (batteries). L’alimentation n’est pas utilisée pour apporter de l’énergie à  un émetteur puisque le principe de communication reste équivalent au tag RFID passif. Cette énergie est utilisée en général pour alimenter le circuit électronique du tag ou un capteur connecté au circuit de base par exemple (température, intensité, accélération, gyroscope, etc.). Ce type de tag propose théoriquement des performances plus élevées en comparaison au tag RFID passif. Ce type de tag est utilisé généralement pour des applications particulières:  relevé de température, flux de personnes, etc. Ces tags nécessitent de la maintenance liée au changement de batteries. Ils représentent moins de 15% des ventes de tags RFID en 2012.

• Le tag RFID actif : ce tag embarque un émetteur radiofréquence et par conséquent une alimentation (batteries, piles). Tout comme le tag semi-actif, il peut être équipé de capteurs (température, gyroscope, GPS, etc.) et embarquer de l’intelligence sous format d’un micro-contrôleur par exemple. Ce tag peut interagir de manière autonome et en temps réel avec son environnement grâce à sa batterie: envoi de sa position, prise de température, etc. Ces tags nécessitent la mise en place d’une structure de communication (nœuds, antennes, lecteurs) afin de “quadriller”  une zone, un bâtiment, etc.  Ils nécessitent également de la maintenance liée au remplacement des batteries, plus fréquent qu’un tag semi-actif. Ils représentent moins de 15% des ventes de tags RFID en 2012.

Ces 3 descriptions permettent d’orienter la réflexion pour choisir quelle technologie RFID employer en fonction des avantages et contraintes techniques énoncées ci-dessus.

En découle bien évidemment une analyse de l’application visée par cette technologie et une réflexion concernant les besoins de traçabilité :

• L’objet à tracer doit-il être géolocalisé à tout instant ? Dans le bâtiment ou en dehors ?
• L’objet à tracer doit-il être identifiable via un lecteur avec interrogation au contact (<1m), à distance moyenne (<10m) ou à longue portée (>10m) ?
• Combien d’objets à tracer ?
• Quelle est la taille de l’objet à identifier ?
• Quelle est la valeur de l’objet à identifier ?
• Le tag doit-il suivre la vie complète de l’objet ?

Choisir un tag RFID pour des applications industrielles : la tag passif, 4 fréquences, 4 caractéristiques

Choisir un tag RFID pour des applications industrielle doit être obligatoirement dicté par sa future utilisation et les performances attendues.

Quelques bonnes questions à se poser afin d’orienter son choix :

• A quelle distance l’objet doit-il être identifié / interrogé : quelques centimètres, plusieurs mètres, plusieurs dizaines de mètres ?
• Mon installation industrielle est-elle soumise à des contraintes CEM ?
• L’objet à tracer est-il métallique ?
• L’objet à tracer contient-il du liquide ?
• Faut-il identifier rapidement un grand nombre d’objets ?
• Etc.

La réponse à ces questions orientera le choix du tag passif et de sa fréquence associée. Il existe en effet 4 fréquences dont les caractéristiques diffèrent :

• LF (Low Frequency) : fréquences comprises entre 125 et 134,2 KHz. La portée maximale de détection d’un tag répondant à cette fréquence est d’environ 50 cms. Les caractéristiques associées à cette plage de fréquence sont les suivantes: prix élevé même avec des volumes importants, faible impact d’un environnement métallique ou liquide sur les performances de lecture.

• HF (High Frequency) : fréquence de 13,56MHz. La portée maximale de détection d’un tag répondant à cette fréquence est d’environ 1 mètre. Les caractéristiques associées à cette fréquence sont les suivantes : prix inférieur aux tags LF, adapté aux applications nécessitant une lecture au contact sans grand volume de tags à lire, fréquence globale (le même dans tous les pays).

• UHF (Ultra High Frequency) : fréquences comprises entre 868 et 915 MHz. La portée maximale de détection d’un tag répondant à cette plage de fréquence est d’environ 3 à 10 mètres. Les caractéristiques associées à cette plage de fréquence sont les suivantes : prix inférieur aux tags LF et HF pour des volumes importants, adapté aux applications nécessitant de la distance de lecture et un grand volume de tags à lire très rapidement, tags dédiées aux environnements contraints (métal, liquide, etc.).

• SHF (Super High Frequency): fréquences comprises entre 2,45 et 5,8GHz. La portée maximale de détection d’un tag répondant à cette plage fréquence est d’environ 1 mètre. Les caractéristiques associées à cette plage de fréquence sont les suivantes : performances relativement similaires à l’UHF, forte sensibilité aux environnements métalliques et liquides, directivité de la détection des tags.

Selon l’étude “RFID Forecasts, Playersand Opporunities 2014-2024” d’IDTechEx, l’estimation du nombre de tags RFID passifs qui seront vendus sur le marché en 2020, toutes applications et marchés confondus sont présentés ci dessous :

• LF : 1308 millions (646.5 en 2013)
• HF : 5904 millions (2182 en 2013)
• UHF : 30000 millions (3079 en 2013)

Ratio Coût / Performance : le bon compromis

Choisir un tag RFID pour des applications industrielles nécessite une analyse du ratio coût / performance afin d’optimiser le retour sur investissement (ROI) de la mise en oeuvre d’une solution RFID.

Cas du tag RFID passif

Il existe de nombreux fournisseurs de tags RFID passifs sur le marché, proposant des gammes spécialisées dans des secteurs et applications spécifiques : logistique, retail, environnements sévères, aéronautique, etc. Le choix de tags RFID passifs est donc pléthorique et peut parfois se révéler complexe lorsqu’il s’agit de les différencier sur le papier au niveau technique / coût ou en test réel de performances sur le terrain.

Plusieurs critères ont une influence non négligeable sur le prix des tags mais également leurs performances. Quelques éléments sont cités ci dessous :

• Environnement contraint type ATEX (Atmosphère EXplosive) : les tags certifiés ATEX sont sensiblement plus cher car ils disposent d’une conception particulière pour répondre aux exigences de la norme. Le coût de la certification a également un impact sur le prix

• Taille du tag : plus un tag est petit avec une recherche de performance élevée (distance d’1 mètre de lecture avec lecteur portable), plus sont prix aura tendance à être légèrement plus élevé que les autres. Cette affirmation peut être observée notamment pour les petits tags céramiques compatibles avec le métal qui nécessitent une conception particulière.

• Le volume : comme pour tout consommable, le prix d’un tag RFID passif diminue fortement avec le volume d’achat envisagé. Les premiers paliers significatifs observés sont atteints pour des volumes de quelques milliers.

• L’application : si l’application recherchée est très particulière voire quasi unique et nécessitant un design ou packaging particulier, le prix du tag peut s’envoler. Prenons exemple d’un tag nécessitant une résistance à des plages de températures importantes, aux attaques chimiques, etc.

• La mémoire : si le tag doit stocker de l’information dont le volume est plus important que la mémoire classique de 512 bits, il faut faire appel à des tags dits de haute mémoire (2 Kbits à 64 Kbits). On peut observer un prix sensiblement supérieur aux tags dits classiques mais également des performances diminuées notamment sur la distance d’écriture (compter 40% de la distance de lecture).