RFID技術(shù)在粗細(xì)聯(lián)系統(tǒng)上的應(yīng)用

崔桂華 趙傳福

摘要：主要介紹了RFID在粗細(xì)聯(lián)系統(tǒng)上的應(yīng)用。介紹了RFID技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和在粗細(xì)聯(lián)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用控制解決方案及給紡織廠(chǎng)生產(chǎn)管理帶來(lái)的生產(chǎn)效率的提高和生產(chǎn)的數(shù)字化管理。

關(guān)鍵字：射頻識(shí)別、粗細(xì)聯(lián)、控制器、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

經(jīng)過(guò)近幾年的高速發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)成為名副其實(shí)的世界紡織大國(guó)；粗紗機(jī)也由過(guò)去的以普通鐵炮變速為主，轉(zhuǎn)變成為以電腦型粗紗機(jī)占主導(dǎo)地位的局面。電腦粗紗機(jī)的發(fā)展，企業(yè)用工慌、用工成本居高不下，促使近幾年粗細(xì)聯(lián)的發(fā)展日新月異， 為紡織廠(chǎng)自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)提供了設(shè)備保證。但紡紗廠(chǎng)粗紗和細(xì)紗之間具有多機(jī)臺(tái)、多機(jī)型、適紡性差異和產(chǎn)品多樣性的特點(diǎn)，不僅給生產(chǎn)管理帶來(lái)很大困難，同時(shí)制約了生產(chǎn)效率的提高，尤其是在多種、小批量和短周期的市場(chǎng)壓力下，如何保證粗細(xì)聯(lián)系統(tǒng)適應(yīng)多品種、小批量的要求，使所紡品種不產(chǎn)生混淆，能夠具有可追溯性，增加紡紗廠(chǎng)的智能管理和優(yōu)化生產(chǎn)，結(jié)合粗細(xì)聯(lián)設(shè)備的特點(diǎn)，使用RFID射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)運(yùn)輸過(guò)程實(shí)現(xiàn)品種識(shí)別、品種跟蹤和遠(yuǎn)程監(jiān)控，自動(dòng)優(yōu)化各機(jī)臺(tái)的需求分配，自動(dòng)記錄并及時(shí)反饋監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)了紡紗廠(chǎng)粗紗機(jī)和細(xì)紗機(jī)之間的物流和信息流的傳輸和控制。不僅節(jié)省了人工，提高了效率，還為管理人員及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)布置和實(shí)現(xiàn)靈活的生產(chǎn)調(diào)度提供了有力的支持。

RFID射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency IDentification）技術(shù)，又稱(chēng)電子標(biāo)簽、無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。常用的有低頻（125k～134.2K）、高頻（13.56Mhz）、超高頻，無(wú)源等技術(shù)。

RFID是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，只有兩個(gè)基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測(cè)和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個(gè)詢(xún)問(wèn)器（或閱讀器）和很多應(yīng)答器（或標(biāo)簽）組成。

其基本組成如下（見(jiàn)圖一）：

標(biāo)簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。

閱讀器（Reader）：讀?。ㄓ袝r(shí)還可以寫(xiě)入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式RFID讀寫(xiě)器（如：C5000W）或固定式讀寫(xiě)器。

天線(xiàn)（Antenna）：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。

RFID具有以下優(yōu)點(diǎn)：

快速掃描。對(duì)于條形碼而言一次只能掃描一個(gè)條形碼；而RFID采用的是非接觸方式，無(wú)方向性要求，標(biāo)簽一進(jìn)入磁場(chǎng)，解讀器就可以即時(shí)讀取其中的信息，通常在幾毫秒就完成一次讀寫(xiě)，采用防沖撞機(jī)制，使之可同時(shí)處理多個(gè)標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)批量識(shí)別，最多同時(shí)識(shí)別可達(dá)50個(gè)/s，并能在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行識(shí)別。

體積小型化、形狀多樣化。RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。此外，RFID標(biāo)簽更可往小型化與多樣形態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用于不同產(chǎn)品。

抗污染能力和耐久性。傳統(tǒng)條形碼的載體是紙張，因此容易受到污染，但RFID對(duì)水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有很強(qiáng)抵抗性。此外，由于條形碼是附于塑料袋或外包裝紙箱上，所以特別容易受到折損；RFID卷標(biāo)是將數(shù)據(jù)存在芯片中，因此可以免受污損。

可重復(fù)使用?，F(xiàn)今的條形碼印刷上去之后就無(wú)法更改，RFID標(biāo)簽則可以重復(fù)地新增、修改、刪除RFID卷標(biāo)內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，方便信息的更新。

穿透性和無(wú)屏障閱讀。在被覆蓋的情況下，RFID能夠穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)，并能夠進(jìn)行穿透性通信。而條形碼掃描機(jī)必須在近距離而且沒(méi)有物體阻擋的情況下，才可以辨讀條形碼。

安全性好，不易被復(fù)制。

基于RFID技術(shù)的粗細(xì)聯(lián)控制系統(tǒng)解決方案

粗細(xì)聯(lián)輸送系統(tǒng)是粗紗機(jī)和細(xì)紗機(jī)之間進(jìn)行物流和信息流交換的一個(gè)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中不光是單純的滿(mǎn)紗和空管的運(yùn)輸過(guò)程，還要求按粗紗存放時(shí)間，粗紗的品種，細(xì)紗機(jī)的實(shí)時(shí)需求合理的運(yùn)送調(diào)度和品種調(diào)度，傳統(tǒng)的粗細(xì)聯(lián)產(chǎn)品只是解決了物流的運(yùn)輸過(guò)程，但品種識(shí)別和生產(chǎn)的合理安排需要人工進(jìn)行參與，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程的實(shí)時(shí)跟蹤、精準(zhǔn)管理、智能控制。針對(duì)紡織廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)際需求，粗細(xì)聯(lián)控制系統(tǒng)采用了RFID先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)，以RFID、傳感器網(wǎng)為核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸送過(guò)程中的每一個(gè)部分的實(shí)時(shí)跟蹤和遠(yuǎn)程監(jiān)控，自動(dòng)優(yōu)化粗紗的需求；實(shí)現(xiàn)了紗庫(kù)中滿(mǎn)紗先進(jìn)先出、粗紗在紗庫(kù)的存放時(shí)間最短；實(shí)現(xiàn)了紗線(xiàn)品種自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)確認(rèn)；滿(mǎn)足了紡紗廠(chǎng)小批量、多品種的需求，能夠確保紗線(xiàn)品種的正確性。

系統(tǒng)控制原理圖如圖二：

由圖二可以看出，整個(gè)控制系統(tǒng)是有CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、RFID射頻識(shí)別網(wǎng)絡(luò)和主控中心組成。CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)主要完成整個(gè)粗細(xì)聯(lián)系統(tǒng)的動(dòng)作流程；RFID射頻識(shí)別主要完成粗紗和空管的信息識(shí)別，并將識(shí)別信息發(fā)給主控中心進(jìn)行處理；主控中心作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對(duì)信息的搜集、分析、處理，發(fā)出控制指令，通過(guò)CC-LINK總線(xiàn)完成整個(gè)粗細(xì)聯(lián)控制系統(tǒng)的有序、可靠、高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)。

因?yàn)榇旨?xì)聯(lián)系統(tǒng)每個(gè)廠(chǎng)家的粗紗機(jī)和細(xì)紗機(jī)數(shù)量不相同，設(shè)備安裝位置不相同，所以將控制系統(tǒng)分為模塊化控制，共分為粗紗機(jī)控制模塊、智能紗庫(kù)控制模塊、公共輸送控制模塊和細(xì)紗機(jī)控制模塊。每一個(gè)部分作為一個(gè)控制模塊，對(duì)應(yīng)著一個(gè)控制程序，所有程序的調(diào)度都要用過(guò)過(guò)主控中心統(tǒng)一調(diào)配。粗紗的輸送和空管輸送都是通過(guò)輸送鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以在實(shí)施方案中每一根輸送鏈都安裝了電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽賦予了不同的ID，作為每一根輸送鏈的唯一標(biāo)識(shí)，在粗紗機(jī)的換紗機(jī)械手、智能紗庫(kù)的入出出口、每臺(tái)細(xì)紗機(jī)的入出口處都安裝了讀卡器，對(duì)整個(gè)粗細(xì)聯(lián)系統(tǒng)的滿(mǎn)紗和空管進(jìn)行識(shí)別和信息搜集。

下面以一個(gè)粗細(xì)聯(lián)控制實(shí)例對(duì)RFID在粗細(xì)聯(lián)上的功能進(jìn)行詳細(xì)的介紹。粗細(xì)聯(lián)流程示意圖見(jiàn)圖三。

該流程示意圖由2臺(tái)粗紗機(jī)、一個(gè)公共智能紗庫(kù)、公共輸送軌道、1臺(tái)立式尾紗清除機(jī)、6臺(tái)1440錠細(xì)紗機(jī)長(zhǎng)車(chē)組成。智能紗庫(kù)共有8條軌道，細(xì)紗機(jī)有12條細(xì)紗機(jī)軌道。

該流程的工作過(guò)程是自動(dòng)落紗粗紗機(jī)在紡制粗紗機(jī)時(shí)，空滿(mǎn)管交換需要的空管從智能紗庫(kù)輸送出紗庫(kù)至換紗機(jī)械手處等待，粗紗機(jī)滿(mǎn)紗進(jìn)行自動(dòng)落紗、機(jī)械手交換空滿(mǎn)管，滿(mǎn)紗輸送至智能紗庫(kù)存放，當(dāng)細(xì)紗機(jī)需要滿(mǎn)紗時(shí)，發(fā)出需求信號(hào)，主控系統(tǒng)根據(jù)粗紗品種、粗紗存放時(shí)間對(duì)紗庫(kù)粗紗進(jìn)行調(diào)度，滿(mǎn)足細(xì)紗需求的粗紗將通過(guò)正轉(zhuǎn)方向送出至細(xì)紗，同時(shí)細(xì)紗帶有殘紗的紗管通過(guò)反轉(zhuǎn)運(yùn)送至尾紗清除機(jī)進(jìn)行殘紗的清除，清除干凈的空管通過(guò)反轉(zhuǎn)送入智能紗庫(kù)存放備用。下面分別詳細(xì)介紹RFID在各部分的作用。

粗紗機(jī)側(cè)RDID使用說(shuō)明：假設(shè)其中一臺(tái)粗紗機(jī)已經(jīng)完成自動(dòng)落紗和機(jī)械手空滿(mǎn)管交換過(guò)程，帶有電子標(biāo)簽的輸送鏈按正轉(zhuǎn)方向進(jìn)行粗紗的輸送，在送出粗紗機(jī)側(cè)時(shí)讀卡器讀取該臺(tái)粗紗機(jī)紡制粗紗的品種、滿(mǎn)紗時(shí)間、粗紗機(jī)機(jī)臺(tái)號(hào)、產(chǎn)量信息等，并將所有信息上傳至主控中心，主控中心將上傳信息進(jìn)行分析、處理，為將要發(fā)出的指令提供依據(jù)。在輸送鏈正轉(zhuǎn)脫離粗紗機(jī)進(jìn)入智能紗庫(kù)時(shí)，智能紗庫(kù)入口處的讀卡器重新讀取該輸送鏈的信息并上傳，再次確認(rèn)各種信息是否和前面信息相符，粗紗進(jìn)入智能紗庫(kù)等待細(xì)紗機(jī)需求信號(hào)。

智能紗庫(kù)RFID控制流程說(shuō)明：在智能紗庫(kù)中，示意圖中標(biāo)注的正轉(zhuǎn)為滿(mǎn)紗運(yùn)行方向，反轉(zhuǎn)為空管運(yùn)行方向，并且智能紗庫(kù)的8條軌道可以任意存放空管和滿(mǎn)紗?？刂浦行膶⒄D(zhuǎn)方向進(jìn)來(lái)的滿(mǎn)紗和反轉(zhuǎn)方向進(jìn)來(lái)的的空管按照先進(jìn)先出的原則進(jìn)行存放，在每個(gè)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)入口都裝有一個(gè)讀卡器，當(dāng)滿(mǎn)紗或空管到達(dá)讀卡器時(shí)，讀卡器自動(dòng)讀取電子標(biāo)簽ID、滿(mǎn)紗或空管的信息并上傳，在主控中心記憶每個(gè)紗庫(kù)軌道的存儲(chǔ)狀態(tài)，包括軌道占用、軌道存放是粗紗還是空管、粗紗或空管存放時(shí)間、粗紗品種等，當(dāng)細(xì)紗機(jī)發(fā)出需求信號(hào)時(shí)，主控中心根據(jù)存儲(chǔ)的信息按存放品種、存放時(shí)間進(jìn)行判斷，并通過(guò)CC-LINK網(wǎng)絡(luò)發(fā)出命令，驅(qū)動(dòng)輸送鏈送出紗庫(kù)，在滿(mǎn)紗出庫(kù)時(shí)RFID讀卡器將再次讀取該輸送鏈信息并上傳，確認(rèn)送出品種為細(xì)紗機(jī)需求品種，并且主控中心更新紗庫(kù)的狀態(tài)，將狀態(tài)設(shè)置為未被占用，同時(shí)記錄空軌道的空閑時(shí)間。

細(xì)紗機(jī)RFID控制流程說(shuō)明：假設(shè)現(xiàn)在有一臺(tái)細(xì)紗機(jī)需要粗紗，主控中心在收到需求時(shí)，會(huì)根據(jù)細(xì)紗所需品種判斷紗庫(kù)粗紗品種是否滿(mǎn)足要求，判斷存放時(shí)間最長(zhǎng)的滿(mǎn)足要求的粗紗，細(xì)紗機(jī)先送出已使用的粗紗空管，粗紗空管經(jīng)過(guò)細(xì)紗機(jī)側(cè)讀卡器時(shí)，讀卡器自動(dòng)讀取標(biāo)簽的ID地址并上傳，空管信息上傳至主控中心，主控中心根據(jù)信息進(jìn)行合理的空管存放；同時(shí)，滿(mǎn)紗經(jīng)過(guò)運(yùn)輸軌道輸送至細(xì)紗機(jī)，在經(jīng)過(guò)細(xì)紗機(jī)讀卡器時(shí)，讀卡器自動(dòng)讀取該輸送鏈信息并上傳，控制中心根據(jù)存儲(chǔ)信息、細(xì)紗機(jī)需求信息再次確認(rèn)粗紗品種是否是細(xì)紗機(jī)需要品種，是的話(huà)放行，不是則報(bào)警處理，做到了對(duì)粗紗品種的多次識(shí)別和確認(rèn)，滿(mǎn)足了紡織廠(chǎng)的小批量、多品種的實(shí)際需求。

RFID射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)紡織廠(chǎng)生產(chǎn)管理的提高

粗細(xì)聯(lián)使用RFID技術(shù)，將控制器、傳感器、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，以織造智能化，推進(jìn)產(chǎn)品、織造過(guò)程與物聯(lián)網(wǎng)的集成融合，建立了粗細(xì)聯(lián)系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)織造過(guò)程的實(shí)時(shí)跟蹤、精準(zhǔn)管理，提高了生產(chǎn)效率，人工成本大大降低，并且簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，將以前需要人工調(diào)度變?yōu)樽詣?dòng)化調(diào)度過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了以下功能：

粗紗機(jī)和細(xì)紗機(jī)之間的物流和信息流的傳輸。

生產(chǎn)過(guò)程中品種和粗紗配置的合理調(diào)配。

生產(chǎn)報(bào)表的顯示、打印和統(tǒng)計(jì)。

數(shù)據(jù)分析：顯示一些反映生產(chǎn)的綜合指標(biāo)的分析結(jié)果（運(yùn)轉(zhuǎn)效率、班產(chǎn)量比較、停車(chē)率和原因等分析）。

工藝配方：可執(zhí)行工藝參數(shù)和工藝配方的上載和下載，可進(jìn)行工藝的批量變更。

用戶(hù)查詢(xún)：實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)狀況的動(dòng)態(tài)查詢(xún)。

系統(tǒng)報(bào)警：根據(jù)設(shè)備狀態(tài)發(fā)出警報(bào)和報(bào)警。

結(jié)束語(yǔ)：RFID在粗細(xì)聯(lián)上的使用解決了傳統(tǒng)粗細(xì)聯(lián)設(shè)備粗紗品種識(shí)別的難題，滿(mǎn)足了紡紗廠(chǎng)小批量、多品種的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)了紡紗廠(chǎng)粗紗和細(xì)紗工序的數(shù)字化、智能化管理，取得了很好的效果。