О самой технологии NFC (Near Field Communication) написано множество статей, в том числе и здесь на Хабре. Активно данная технология находит применение в промышленности. В частности, компанией «Сибур», ведущим игроком в области нефтехимической промышленности, в целях повышения эффективности и для обеспечения контроля и автоматизированного сбора информации внедрены тысячи защищенных NFC-меток. «Защищенность» подразумевает наличие сертификата по соответствующему классу взрывозащиты. Вообще на объектах такого уровня все устройства должны быть взрывозащищенными, так как их применение предполагается во взрывоопасных средах.
Проблема со считыванием меток
Возникла проблема: взрывозащищенные смартфоны Sonim испытывали трудности с надежностью чтения меток. Иногда приходилось несколько раз прикладывать смартфон к метке для считывания, либо метка совсем не считывалась, что приводило к неудобствам для персонала и замедлению рабочих процессов.
Представители Сибура обратились за решением проблемы к специалистам ООО «Алькор-Коммьюникейшин» (2test) как к поставщику взрывозащищенных мобильных устройств.
Мне, как одному из участников этого проекта, опыт показался интересным. Может кому-то будет полезен при построении систем автоматизации.
Устройства, работу которых нам предстояло изучить
Взрывозащищенный смартфон SONIM XP10 (рисунки 1а и 1б) :
Android 12
Qualcomm SM4350 Pro, 2xA76@2.2GHz, 6xA55@1.9GHz
Дисплей 5,5", 2160х1080 точек, 18:9, Gorilla Glass Victus
NFC 13,56 МГц (антенна примерно по середине задней стенки корпуса, рисунок 3)
2. Взрывозащищённая NFC-метка Armaphon (рисунок 2):
Чип NTAG213
Полезная ёмкость 144 байт
Рабочая частота 13,56 МГц
Диапазон рабочих температур от -40°C до +60°C
Проверка работы NFC-меток на объектах
В ходе проверки работы NFC-меток на объектах Сибур была обнаружена закономерность: все метки были закреплены с помощью хомутов (стяжек) или саморезов вплотную к металлической поверхности (столбам и опорам).
При попытках считывания NFC-меток смартфоном SONIM XP10 не всегда с первого раза он считывал метки, часто для чтения метки необходимо было по-разному крутить смартфон и найти оптимальное положение смартфона для считывания.
Проблема плохого считывания меток была подтверждена, а также экспериментальным путем было выявлено оптимальное место на корпусе смартфона, приближение к которому метки обеспечивало более высокую стабильность считывания.
Изучение работы NFC-меток на стенде
На втором этапе был проведен анализ работы NFC-метки в лаборатории. Метка была размещена на отрезке металлической трубы прямоугольного сечения 60х40 мм с толщиной стенок 3 мм. В ходе тестирования применялась NFC-метка, аналогичная тем, которые применяются на объектах Сибур.
В процессе тестирования метка перемещалась на разное расстояние R от металлической поверхности. Кроме этого, дополнительно проверялась максимальная дистанция считывания L. Процент считывания определялся как отношение успешных считываний к общему количеству попыток считывания (не менее 10).
Результат эксперимента приведен в таблице:
Расстояние между меткой NFC и металлической поверхностью, R мм |
Процент считывания, % |
Максимальная дистанция считывания, L мм |
0 |
0 |
Не считывает |
2 |
0 |
Не считывает |
4 |
0 |
Не считывает |
6 |
30 |
5 |
8 |
50 |
7 |
10 |
80 |
9 |
12 |
90 |
11 |
14 |
100 |
13 |
16 |
100 |
15 |
Немного теории
Существуют обычные NFC-метки, которые можно ставить на неметаллические поверхности и «антиметаллические» NFC-метки, то есть метки для крепления на металл.
Чем же они отличаются? Поскольку NFC-метки работают по принципу электромагнитной индукции, металлическая поверхность в непосредственной близости от антенны выступает в качестве своеобразного «заземления» и снижает производительность антенны, в результате энергии сигнала оказывается не достаточно для питания чипа. Поэтому обычные NFC-метки будут работать не стабильно, если их разместить за металлом или на него. В таких случаях необходимо использовать «антиметаллические» NFC-метки.
Если NFC-метки предназначены для установки на металл, это указывается в техническом описании метки.
Например, IQRFID NFC label NTAG213 (D-25mm.)
Результаты анализа
Инженерами 2TEST было установлено, что защищенные NFC- метки, применяемые на «Сибур», не предназначены для установки на металл. При этом практически все они установлены на металлических поверхностях, вследствие чего не считываются или считываются плохо.
А что, если посмотреть в другую сторону?
Анализ технических характеристик смартфона и его ближайших аналогов, показал, что, возможно модуль NFC устройства SONIM XP10 по мощности передатчика и чувствительности приемника уступает этим характеристикам у других защищенных смартфонов, например, AORO A16, HОNEYWELL DOLPHIN, MIG S6, АРМА S3.3+, Conquest s29, SONIM XP8. Это также могло привести к худшему считыванию NFC-меток.
Поиск экономически выгодного решения
После того, как проблема была найдена, оставалось найти оптимальное ее решение. На первый взгляд было два очевидных решения:
Замена меток на «антиметаллические».
Замена смартфонов на смартфоны с лучшими характеристиками NFC модуля.
Но замена нескольких тысяч меток на объектах Сибур или приобретение новых смартфонов является крайне дорогостоящей, продолжительной и сложной задачей. Кроме того, найти подходящие «антиметаллические» метки, которые бы обладали необходимыми показателями и сертификатами безопасности оказалось непросто.
В результате было предложено экономически эффективное решение проблемы - для обеспечения разрыва между применяемыми NFC- метками и металлом установить полипропиленовую вставку необходимой толщины, чтобы обеспечить 100% считывание меток.
Как показали лабораторные тесты, оптимальное расстояние метки от металла для 100% считывания находится в диапазоне от 14 мм. Было установлено, что использование вместо воздушной прослойки полипропилена не оказывает влияния на считывание.
В качестве «разрыва» была применена прокладка из вспененного полиэтилена толщиной 15 мм. NFC-метки Armaphon с использованием прокладки считывалась так же хорошо, как и метка, предназначенная для крепления на металл.
В итоге заказчику реализовали самое быстрое и дешевое решение вопроса – установка специальных вставок-прокладок между меткой и металлической поверхностью, что обеспечивает гарантированное считывание меток смартфоном.
Как дополнительное решение, чтобы работнику было удобно ориентировать смартфон при работе, на защитном чехле смартфона обозначили место NFC-антенны: выполнили отверстие методом гидроабразивной резки, как показано ниже:
Заключение
После опытного тестирования установлено, что применение вставок привело к существенному улучшению считывания меток. В результате проблема была решена.
Комментарии (19)
yarkov
17.03.2024 14:12+1Являюсь постоянным покупателям магазина К&Б. Когда прикладываю смартфон к терминалу оплаты, то частенько не срабатывает NFC. Есть лайфхак)) Достаточно между смартфоном и терминалом разместить ладонь второй руки и всё работает как надо. Работает 10 из 10 раз.
Tumanyan Автор
17.03.2024 14:12Интересное наблюдение) В нашем случае при тестировании проверяли работу смартфона на разном расстоянии от метки. Получили результаты, которые получили: пока саму метку не отдалили от металла, считывание не происходило или происходило с перебоями.
fio
17.03.2024 14:12Ещё лайффак - если терминал (старый) ругается на телефон, приложенный к "лицу", то можно попробовать приложить его к боку терминала (где считыватель магнитной полосы).
evgeny_boger
17.03.2024 14:12+1Alibaba: ferrite sheet, не благодарите.
Tumanyan Автор
17.03.2024 14:12Полезный совет, спасибо! Мы смотрели в сторону ферритовых экранов и пробовали их, но отношение цена/качество оказалось не таким убедительным, как использование вставок из полиуретана.
klounader
17.03.2024 14:12на али продавались прокладки, толщина наверное не больше 0.5мм. работают отлично.
lumen_xp
Очень напоминает игру эффективных менеджеров при решении проблемы. Проблема считывания NFC известна давно (не соврать бы уж точно более 10 лет). А в статье - сами проблему создали, сами героически решили. Уж потестить на реальной железке можно было перед внедрением.
Смешно, коллеги!!!
Kill_Voice
Да это и правда невероятно смешно, при том, что скорее всего можно было просто использовать металлическую табличку с QR кодом вместо метки. Чудеса эффективного менеджмента)
inkelyad
Может, они их переписывают в процессе прямо на месте эксплуатации? "Осмотр железки был произведен...", "Эта штука должна быть ввинчена в установку номер...", "Сопроводительную документацию положили в папку номер...". И прочие сценарии когда удобно разные флажки расставлять по поводу того, что дальше с железкой должно происходить.
QR коды для тех же целей весьма неудобно перепечатывать.
Kill_Voice
В качестве QR подразумевал постоянный ID и хранение данных в учетной системе. История с записью в NFC выглядит ненадежной, метка перестала читаться и что теперь потеряли данные?
inkelyad
Ну да. Но я могу представить, что какие-то данные могут хотеть иметь привинченными прямо к железке.
Кроме того - оно загрязняется, пылится. Не зря в свое время железнодорожники на радио-интерфейс для своих меток перешли, а от оптических баркодов отказались.
Nareloote
Вы знаете, встречаюсь с тем, что на химических заводах (особенно обрабатывающих руду и другие прелести в кислоты или удобрения) даже таблички из нержавейки, отгравированные лазером становятся совершенно не читаемыми уже через год. Именно поэтому большинство крупных заводов вводят RFID метки. С NFC почти нигде не сталкивался (как раз из-за считывания), а вот RFID - постоянно.
Tumanyan Автор
Согласен на счет проблемных вопросов с QR-кодом.
Если говорить о RFID в стандартах 433, 868, 2400 МГц, то найти смартфон со встроенным RFID проблематично. Скорее всего это будет некий внешний считыватель - со всеми вытекающими... NFC в базе практически у всех производителей смартфонов. Достаточно поставить свой софт - и получаешь готовое решение по автоматизации процессов.
inkelyad
У меня есть некие подозрения, что оно, где все это есть встроенное продается под названием 'промышленный терминал....'. Но да, наверняка *10 к стоимости. Но, с другой стороны - этот взрывозащищенный смарт -- тоже вряд ли ценник обычного смартфона имеет.
Nareloote
Согласен с вами, что во многих смартфонах есть NFC чип. Но на таких предприятиях требуется взрывозащищенное оборудование (более того сертифицированное по ТР ТС 012). О котором идет речь в том числе в данной статье. А значит в этот диапазон оборудования попадают только специализированные терминалы сбора данных от известных производителей (Honeywell, Zebra), где RFID точно есть.
Tumanyan Автор
Использование QR кода не прижилось на промышленных объектах: в суровых погодных условиях использование камеры бывает проблематично: снегопад, сильный дождь. При этом регламент всегда в одно время - то есть дождаться хорошей погоды не представляется возможным, а размещение меток в большей степени на улице. Так же по информации от пользователя - они практикуют периодическую перезапись идентификационного кода NFC-меток.
brzsmg
QR или NFC имеют разные преимущества в зависимости от условий.
В нашей ситуации, в шахте или фабрике, табличку снесет или разъест солью или просто заметет. Метки используются, что бы проводить осмотр оборудования, и если это будет QR код, технолог просто не будет ходить до оборудования. Любого из ниже перечисленных условий достаточно, когда использование NFC оправдано:
Необходимо обеспечить нахождение технолога возле метки при считывании. QR можно сфотографировать и дома на стене повесить.
В помещение может быть очень грязно/пыльно.
Необходимо читать/писать данные, на месте, разными устройствами (сети, wifi, gps нет).
gregg666
Это скорее общеотраслевая проблема. При реализации инвестиционных программ по строительству или реконструкции промышленных объектов, технические специалисты заказчика, как правило, не имеют возможности рассмотреть предполагаемые технические решения (либо срок на рассмотрение 3 дня без отрыва от производства, либо сразу поздно и не актуально). Также, часто бывает такое что один проект реализуется прежде того, который, чисто технически, должен быть в начале. Это беда крупных госкорпораций в РФ, на которые, к тому же, натянули ценности и подходы SAP, как презерватив на глобус.
Tumanyan Автор
Использование "неметаллических" меток на указанных объектах сложилось исторически. Возможно, никто не задумался об этой проблеме, потому что изначально использовали их не так массово, не всегда на металле, да и как было сказано в статье - некоторые другие смартфоны более старых моделей считывали даже в таком виде метки без проблем. Почему не было организовано тестирование телефонов Sonim XP10 на предмет считывания меток на металле - нам не известно. К проблеме мы подключились уже позже. Цель статьи не рассказать о каком-то геройстве, или обвинить кого-то в упущениях, а сообщить о проблеме, решение которой нам показалось не тривиальным. Спасибо за конструктивные комментарии: много полезной информации от экспертов сообщества.