西門(mén)子RFID在筒紗輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳紀(jì)旸　秦嶺　管彥詔

摘 要：介紹了西門(mén)子的一種基于無(wú)線射頻識(shí)別物聯(lián)網(wǎng)的多點(diǎn)提升集中下降的筒紗識(shí)別分選輸送系統(tǒng)，描述了該系統(tǒng)的組成、工藝流程以及系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)區(qū)采用分類存儲(chǔ)的方法進(jìn)行存儲(chǔ)，并利用西門(mén)子RFID進(jìn)行識(shí)別。

關(guān)鍵詞：筒子紗；識(shí)別分選；輸送系統(tǒng)；西門(mén)子RFID

中圖分類號(hào)：TS49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095-1302（2016）04-00-02

0 引 言

筒紗染色是色織、針織、制線等企業(yè)紗線染色發(fā)展的大趨勢(shì)。筒紗染色應(yīng)具備的工藝條件為松式絡(luò)筒。松式絡(luò)筒是影響筒紗染色效果的關(guān)鍵工序之一，待染色的紗線無(wú)論卷繞形式如何，都需要按漂染廠所規(guī)定的加工要求進(jìn)行松式絡(luò)筒，這是筒紗染色的第一道生產(chǎn)工序。松式絡(luò)筒的目的是將緊紗經(jīng)過(guò)松式絡(luò)筒機(jī)卷繞成密度、重量、成形等都符合染色要求的松式筒紗。然而，紡紗企業(yè)中經(jīng)松式絡(luò)筒機(jī)卷繞完成的松式筒紗的收集、識(shí)別分選、輸送基本是由人工完成，用工量較大，在企業(yè)用工緊缺的形勢(shì)下，筒紗的自動(dòng)收集輸送、識(shí)別分選成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)組成及流程

紡紗企業(yè)的松式絡(luò)筒機(jī)的松筒情況并非一成不變，而是隨著每天生產(chǎn)計(jì)劃及任務(wù)的不同而改變，且筒紗的品種每天都可能會(huì)發(fā)生改變。在松式筒紗輸送過(guò)程中，輸送系統(tǒng)如何能正確將不同的筒紗輸送到指定緩存區(qū)成為此系統(tǒng)的關(guān)鍵。為了確保輸送無(wú)誤差，輸送系統(tǒng)必須要實(shí)時(shí)記錄各絡(luò)筒機(jī)、緩存區(qū)所運(yùn)輸筒紗的信息。相比于傳統(tǒng)條形碼設(shè)備的易損性和低安全性，RFID具有非接觸性、無(wú)方向性、永久使用、對(duì)環(huán)境敏感度低等特性[1]，使得 RFID 技術(shù)在零售、 物流、圖書(shū)館智能化管理等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通過(guò)比較，我們采用西門(mén)子RFID系統(tǒng)[2]。

本文以某紡紗廠為例，介紹一種基于無(wú)線射頻識(shí)別物聯(lián)網(wǎng)的多點(diǎn)提升集中下降的筒紗識(shí)別分選輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用皮帶式輸送，由于皮帶式輸送系統(tǒng)是一種自動(dòng)化程度較高的系統(tǒng)，因而可以實(shí)現(xiàn)筒紗的連續(xù)輸送。受限于筒紗輸送車間空間等因素，故采用空中運(yùn)輸方式，即傳輸帶下方人工可以正常行走，因此需要提升機(jī)提升筒紗至主傳輸帶。當(dāng)經(jīng)過(guò)松式絡(luò)筒機(jī)松式絡(luò)筒完畢之后的筒紗通過(guò)提升機(jī)提升至主傳輸帶上，進(jìn)行筒紗的集中輸送，然后筒紗通過(guò)皮帶螺旋下降至待碼垛區(qū)。由于筒紗管內(nèi)貼有 RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽記錄了筒紗的種類等信息，在螺旋下降出口處安裝 RFID讀卡器，就可以通過(guò)識(shí)別 RFID 標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對(duì)筒紗的準(zhǔn)確定位和實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及種類的識(shí)別分選，不同種類的筒紗進(jìn)入不同的緩存?zhèn)鬏攷нM(jìn)行筒紗的緩存。碼垛機(jī)器人將不同的筒紗碼至不同的筒紗托盤(pán)上，然后由AGV智能小車將碼垛完畢的托盤(pán)輸送至緩存區(qū)。AGV智能小車上也裝有閱讀器，可以讀取不同筒紗的信息并識(shí)別筒紗種類，通過(guò)上位機(jī)控制，從緩存區(qū)調(diào)用相應(yīng)的筒紗托盤(pán)到達(dá)碼垛機(jī)器人末端，暫時(shí)不需要的筒紗托盤(pán)仍可以返回緩存區(qū)等待下一次調(diào)用。這些功能使該系統(tǒng)使用靈活，操作簡(jiǎn)單，是一種比較柔性的輸送系統(tǒng)，更符合現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，傳統(tǒng)制造系統(tǒng)品種少，大批量的生產(chǎn)方式正逐步向柔性制造方向轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)的柔性對(duì)系統(tǒng)的生存越來(lái)越重要[3]。物料輸送系統(tǒng)為柔性制造系統(tǒng)輸送物料發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。筒子紗輸送系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

2 西門(mén)子RFID系統(tǒng)介紹

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)又稱無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，它利用無(wú)線電射頻實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器（PLC）或微型計(jì)算機(jī)（PC）與標(biāo)識(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)非接觸式目標(biāo)識(shí)別與跟蹤。

RFID系統(tǒng)由以下五個(gè)獨(dú)立部件組成：

（1）一點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（電子標(biāo)簽）；

（2）讀/寫(xiě)裝置和便攜式手持終端；

（3）天線；

（4）與自動(dòng)化系統(tǒng)連接的接口；

（5）用于系統(tǒng)集成的軟件。

西門(mén)子RIFD系統(tǒng)SIMATIC RF200是一種緊湊型的低成本讀寫(xiě)裝置，尤其適合在工業(yè)生產(chǎn)中的小型裝配線和內(nèi)部物流系統(tǒng)中使用。通過(guò)RF200可極為經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)HF范圍（13.56 MHz，ISO15693）內(nèi)的中等性能識(shí)別任務(wù)。RF200讀寫(xiě)裝置可與MOBY D產(chǎn)品系列（MDS Dxxx）中的所有ISO數(shù)據(jù)載體一起使用?？蓱?yīng)用于所有MOBYSIMATIC RF系列（ASM 456、ASM 475、SIMATIC RF1xxC）的通訊模塊來(lái)連接SIMATIC S7-300、PROFIBUS、PROFINET和TCP/IP（XML）。SIMATIC RF200識(shí)別系統(tǒng)具有以下功能：13.56 MHz工作頻率（工作原理符合ISO 15693）無(wú)源（不帶電池）、免維護(hù)的數(shù)據(jù)載體（MDX Dxxx），存儲(chǔ)容量高達(dá)2 000字節(jié)FRAM堅(jiān)固耐用的緊湊部件，防護(hù)等級(jí)為IP67，借助于反復(fù)驗(yàn)證的函數(shù)塊（FC44、FC45、FB45），可簡(jiǎn)便集成到SIMATIC、PROFIBUS、PROFINET、TCP/IP中。RF200識(shí)別系統(tǒng)價(jià)格合理，是節(jié)省空間的緊湊部件，可與MOBY D系列中價(jià)格具有吸引力且不帶電池的ISO 15963數(shù)據(jù)載體一起使用，投資和運(yùn)行成本都較低。擁有工業(yè)識(shí)別領(lǐng)域內(nèi)完整和可擴(kuò)展的產(chǎn)品系列，可實(shí)現(xiàn)靈活和經(jīng)濟(jì)的解決方案。通過(guò)無(wú)縫集成到全集成自動(dòng)化系統(tǒng)中而簡(jiǎn)化組態(tài)、調(diào)試、診斷和維護(hù)。通過(guò)PROFIBUS和PROFINET通訊模塊與自動(dòng)化系統(tǒng)（如SIMATIC、SIMOTION和SINUMERIK）進(jìn)行集成總線連接。借助隨時(shí)可用的函數(shù)塊進(jìn)行簡(jiǎn)便的S7軟件集成。RF200的技術(shù)特性如表1所列。

3 框架設(shè)計(jì)

筒紗輸送系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)如圖2所示。該系統(tǒng)硬件由上位機(jī)模塊，PLC控制模塊和RFID模塊組成。其中，上位機(jī)模塊包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控機(jī)、管理機(jī)。PLC控制模塊包括西門(mén)子S7-300系列CPU和遠(yuǎn)程I/O模塊，RFID模塊包括識(shí)別控制器、讀寫(xiě)設(shè)備和電子標(biāo)簽。上位機(jī)模塊與PLC控制模塊通過(guò)交換機(jī)互聯(lián)交互，并采用Ethernet通訊。PLC控制模塊與RFID模塊采用Profinet總線通訊。

上位機(jī)模塊的主要功能是與PLC進(jìn)行通訊，顯示筒子紗輸送運(yùn)行的狀態(tài)、故障等信息，完成系統(tǒng)運(yùn)行控制、調(diào)度、管理、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、打印等功能。PLC控制模塊采用集中控制與分散控制相結(jié)合的方式，所有設(shè)備統(tǒng)一由CPU控制。每個(gè)提升機(jī)有一個(gè)獨(dú)立的電氣控制箱，分布式I/O模塊分散布置于現(xiàn)場(chǎng)，采集現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)并輸出動(dòng)作控制信號(hào)。

RFID模塊由控制器、讀寫(xiě)設(shè)備和載碼體（即電子標(biāo)簽）三部分組成。載碼體有一個(gè)固定碼存儲(chǔ)空間和一個(gè)可重寫(xiě)的存儲(chǔ)空間。固定碼存儲(chǔ)空間寫(xiě)入唯一的電動(dòng)小車號(hào)，可重寫(xiě)存儲(chǔ)空間寫(xiě)入需運(yùn)送物件的信息。固定碼中的數(shù)據(jù)只能通過(guò)讀寫(xiě)設(shè)備讀出，可重寫(xiě)存儲(chǔ)空間中所存儲(chǔ)的信息，并通過(guò)讀寫(xiě)設(shè)備讀出或重新寫(xiě)入?！白x”或“寫(xiě)”操作都是通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)送指令給讀寫(xiě)設(shè)備完成的。多個(gè)讀寫(xiě)設(shè)備可同時(shí)連接到一個(gè)控制器，控制器受控于上一級(jí)PLC。

4 結(jié) 語(yǔ)

物流系統(tǒng)的自動(dòng)化、信息化和智能化已成為物流業(yè)的一個(gè)主要趨勢(shì)。筒紗輸送系統(tǒng)采用RFID技術(shù)進(jìn)行信息識(shí)別、跟蹤，積放存儲(chǔ)區(qū)利用分類動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)的方法存儲(chǔ)，有效解決了筒子紗多品種更換的難題，保證了整體系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性，符合紡織企業(yè)更換品種時(shí)的無(wú)人管理模式，提高了效率，取得了很好的成果。

參考文獻(xiàn)

[1]丁斌，羅烽林，孫曉林，等.離散型制造企業(yè) RFID 應(yīng)用策略研究[J].中國(guó)管理科學(xué)， 2008，16（2）：76-82.

[2]西門(mén)子公司.RIFD系統(tǒng)產(chǎn)品樣本[Z].西門(mén)子樣本手冊(cè)，2009.

[3] Richard G.Green .Flexible Manufacturing System ： Are They in Your Future[J]. Tooling & Production，1986：35-37.