以太網(wǎng)RFID在汽車起動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的應(yīng)用設(shè)計(jì)①

周國(guó)棟， 張墩利

(湖南廣播電視大學(xué)機(jī)電工程系，湖南長(zhǎng)沙414000)

0 引言

無(wú)線射頻識(shí)別RFID(radio frequency identification)是一種利用磁場(chǎng)空間耦合原理實(shí)現(xiàn)非接觸式自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)［1］，該識(shí)別技術(shù)具有非接觸、速度快、準(zhǔn)確率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)［2］.目前在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中應(yīng)用廣泛，在制造業(yè)自動(dòng)化、生產(chǎn)線自動(dòng)化、交通自動(dòng)化等領(lǐng)域的應(yīng)用也備受關(guān)注［3～5］.由于RFID節(jié)點(diǎn)多，數(shù)據(jù)傳輸和節(jié)點(diǎn)管理必須要依賴網(wǎng)絡(luò)，但目前RFID的應(yīng)用大都是局域網(wǎng)總線(CAN)，這種通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好，但是高層協(xié)議缺乏規(guī)范，編程和調(diào)試非常麻煩，開發(fā)效率很低.而TCP/IP協(xié)議技術(shù)成熟、有規(guī)范統(tǒng)一的高層協(xié)議、開發(fā)效率很高.本文介紹了一種利用TCP/IP協(xié)議管理RFID網(wǎng)絡(luò)的解決方案，并開發(fā)了獨(dú)立的上層管理程序

1 西門子以太網(wǎng)RFID及上位機(jī)通訊管理面臨的問題

西門子公司在2010年推出RFID的TCP/IP協(xié)議解決方案，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車供應(yīng)商以及配套生產(chǎn)線中的機(jī)械制造、輸送系統(tǒng)和裝配線等，其通訊原理如圖1所示.核心模塊為RF182C，它可將RFID讀/寫設(shè)備與使用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)連接，是對(duì)Profibus和Profinet已有模塊的補(bǔ)充，并且使用標(biāo)準(zhǔn)XML代碼進(jìn)行編程，可以輕松集成于.PC環(huán)境，或連接到商用控制器，具有十分優(yōu)越的開發(fā)效率，有很好的工程實(shí)用價(jià)值.

西門子提供的XML通訊協(xié)議雖然簡(jiǎn)單易用，但上位機(jī)的通訊管理程序需要在具體應(yīng)用中開發(fā)，在汽車起動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線RFID通訊管理程序開發(fā)中，面臨兩個(gè)主要問題，一是通訊延遲問題，上位機(jī)發(fā)送命令指令后，到收到回執(zhí)，受網(wǎng)絡(luò)設(shè)備限制，會(huì)存在一定的延時(shí)，這在控制程序中要充分考慮到;二是多節(jié)點(diǎn)問題，本生產(chǎn)線上存在3個(gè)RF182C控制器和6個(gè)RF260C讀寫器，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通訊都是異步模式，需要上位機(jī)開辟獨(dú)立的進(jìn)程進(jìn)行管理，因此開發(fā)的上位機(jī)管理程序必須很好地解決以上問題.

圖1 以太網(wǎng)RFID控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 通訊管理程序流程圖

2 汽車起動(dòng)機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線的工作流程及RFID的作用

汽車起動(dòng)機(jī)是很重要的一個(gè)汽車部件，其制造、安裝、檢測(cè)過(guò)程的精度都直接影響產(chǎn)品性能，為提高汽車起動(dòng)機(jī)的品質(zhì)和生產(chǎn)效率，很多廠家都對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行了自動(dòng)化改造，自動(dòng)化生產(chǎn)線能精確控制生產(chǎn)和檢測(cè)過(guò)程，并通過(guò)RFID全程記錄各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，建立起每個(gè)產(chǎn)品的詳細(xì)出廠檔案，以備后續(xù)的維護(hù)維修和產(chǎn)品升級(jí).目前的起動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線大都使用CAN總線來(lái)傳輸RFID數(shù)據(jù)，開發(fā)維護(hù)效率很低，本文介紹的以太網(wǎng)RFID架構(gòu)簡(jiǎn)單，編程、調(diào)試、維護(hù)都很方便，并已用于新的生產(chǎn)線，運(yùn)行情況表明完全滿足生產(chǎn)要求.

基于以太網(wǎng)RFID的汽車起動(dòng)機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)圖如圖1所示.

3 上位機(jī)RFID通訊管理程序

3.1 RF182C 通訊協(xié)議

圖3 以太網(wǎng)RFID上位機(jī)調(diào)試界面

西門子為RF182C提供了豐富的通訊協(xié)議，見文獻(xiàn)［6］，其中命令代碼(command標(biāo)簽)有7種，表1列出了最常用的三種，在本生產(chǎn)線中也只用到了此三種.

表1 RF182C三種主要通訊協(xié)議列表

通訊命令采用XML格式封裝，以寫命令為例，根節(jié)點(diǎn)＜command＞＜/command＞表示該協(xié)議內(nèi)容為命令代碼，子結(jié)點(diǎn)＜writeTagData＞＜/writeTagData＞表示命令內(nèi)容寫標(biāo)簽數(shù)據(jù)，子節(jié)點(diǎn)＜startAddress＞＜/startAddress＞表示要標(biāo)簽起始地址，子節(jié)點(diǎn)＜data＞＜/data＞表示要寫入的數(shù)據(jù)，地址和數(shù)據(jù)都采用16進(jìn)制編碼.命令從PC發(fā)送到RF182C后，經(jīng)解析轉(zhuǎn)發(fā)給RF260C讀寫器，執(zhí)行完畢后將執(zhí)行結(jié)果用XML編碼后返回，每種命令的回執(zhí)格式有所不同，這里不一一介紹，以寫命令的回執(zhí)為例，返回的XML文本為＜reply＞＜result-Code＞ErrorCode＜/resultCode＞＜/writeTagData＞＜/reply＞，根節(jié)點(diǎn)＜reply＞＜/reply＞表示內(nèi)容為回執(zhí)，子節(jié)點(diǎn) ＜resultCode＞ErrorCode＜/result-Code＞表示執(zhí)行結(jié)果的錯(cuò)誤編碼，如果ErrorCode為0000則表示執(zhí)行成功，否則表示錯(cuò)誤編碼，錯(cuò)誤內(nèi)容可以查閱文獻(xiàn)［6］.實(shí)際應(yīng)用中，首先由上位機(jī)發(fā)送reset命令對(duì)讀寫節(jié)點(diǎn)復(fù)位，復(fù)位成功后，讀寫器處于監(jiān)聽狀態(tài)，一旦有標(biāo)簽進(jìn)入或離開，便會(huì)發(fā)送回執(zhí) ＜tagCount＞countCode＜/tagCount＞，countCode為0001表示有標(biāo)簽進(jìn)入檢測(cè)范圍，為0000表示標(biāo)簽離開檢測(cè)范圍，上位機(jī)根據(jù)這些信息采取相應(yīng)動(dòng)作.

3.2 上位機(jī)通訊管理程序

針對(duì)汽車起動(dòng)機(jī)總裝線RFID面臨的兩個(gè)問題，在控制程序中采用延時(shí)加查詢等待和多進(jìn)程管理方式進(jìn)行了有效解決，將RFID通訊控制封裝成類，多個(gè)節(jié)點(diǎn)控制時(shí)可以重用，非常方便.控制程序設(shè)計(jì)如圖2所示.

3.3 運(yùn)行情況

主控程序采用VS2010編輯環(huán)境和C#語(yǔ)言開發(fā)，RFID調(diào)試界面如圖所示.

需要指出的是網(wǎng)絡(luò)延時(shí)時(shí)間的問題，通過(guò)反復(fù)實(shí)踐證明，當(dāng)讀寫器節(jié)點(diǎn)數(shù)為2個(gè)，延時(shí)時(shí)間設(shè)置為200ms比較合適，節(jié)點(diǎn)數(shù)為4～6個(gè)時(shí)，延時(shí)時(shí)間應(yīng)當(dāng)設(shè)置為600ms.

4 結(jié)論

西門子RFID以太網(wǎng)解決方案及上位機(jī)控制程序已成功應(yīng)用于長(zhǎng)沙日立汽車電器公司的汽車起動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上，實(shí)踐證明該方案運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，調(diào)試和維護(hù)簡(jiǎn)單方便，使得管理層能準(zhǔn)確、及時(shí)地了解生產(chǎn)線狀態(tài)，提高了管理效率，降低了零件庫(kù)存量和庫(kù)存費(fèi)用，降低了企業(yè)的運(yùn)行成本，大大提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量.

［1］游戰(zhàn)清，李蘇劍.無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004:45－50.

［2］譚民，劉禹，曾雋芳.RFID技術(shù)系統(tǒng)工程及應(yīng)用指南［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007:117－123.

［3］李文川，王旭，王志勇.汽車制造企業(yè)的RFID應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系研究［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2011，22(5):513 －517.

［4］何偉，曾雋芳，魏書楷，等.RFID生產(chǎn)線監(jiān)控及調(diào)度管理系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化儀表，2010，31(3):35－37.

［5］溫雯，高歌.基于RFID射頻識(shí)別技術(shù)的道路交通管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33(4):151－153.

［6］Siemens Inc.RF182CCommunication Module Operating Instructions［S］.