淺析RFID射頻識(shí)別技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的應(yīng)用

耿貴乾+李清縣

【摘 要】本文以BALUFF工業(yè)RFID識(shí)別系統(tǒng)（BIS）為例，介紹了射頻識(shí)別技術(shù)在基于PLC控制的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了 BIS RFID系統(tǒng)工作原理、硬件組成架構(gòu)、軟件程序?qū)崿F(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】BIS RFID；裝配線；BMS；PLC

【Abstract】This paper introduces the application of RFID technology in engine assembly line which based on PLC control，taking BALUFFS INDUSTRIAL RFID SYSTEM as an explem； Mainly introduced the BIS RFID system working principle， hardware architecture， software implementation.

【Key words】BIS RFID； assembly line； BMS； PLC

0 引言

近幾十年國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各大汽車廠商不斷推出新產(chǎn)品，生產(chǎn)線不斷迭代升級(jí)。產(chǎn)品的多樣化、復(fù)雜化對(duì)生產(chǎn)線信息管理技術(shù)提出了更高挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的感應(yīng)開(kāi)關(guān)、條形碼等識(shí)別技術(shù)已逐漸難以滿足生產(chǎn)線對(duì)柔性化、工況復(fù)雜化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量追溯等的要求。RFID技術(shù)在流程控制與生產(chǎn)信息的控制，實(shí)現(xiàn)物流與信息流的同步方面提供了很好的解決方案。RFID射頻識(shí)別技術(shù)可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需建立機(jī)械或光學(xué)接觸。90年代興起并推廣，目前已應(yīng)用到汽車管理、食品、零售等各個(gè)領(lǐng)域。

本文以巴魯夫BIS RFID系統(tǒng)為例介紹了射頻識(shí)別技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的具體應(yīng)用。

1 RFID系統(tǒng)組成

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線應(yīng)用的巴魯夫RFID系統(tǒng)主要由控制器（現(xiàn)場(chǎng)為PLC）、處理器、讀寫頭、編碼塊四部分組成。如圖1

編碼塊TAG：為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，數(shù)據(jù)以EEPROM或FRAM形式存儲(chǔ)在編碼塊上，每個(gè)編碼塊有唯一的電子編碼。

讀寫頭Read/Write-HEAD：通過(guò)電子編碼識(shí)別編碼塊并為其提供電源，通過(guò)電感或電磁耦合方式傳輸數(shù)據(jù)。

處理器Processor：控制讀寫頭的讀寫操作，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC控制器建立通訊。

控制器Conrtol：PLC或PC，程序員編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。

2 系統(tǒng)工作原理

如圖2，編碼塊及讀寫頭上裝有天線（兩者需選用同類型天線，當(dāng)嵌入金屬時(shí)需選用特殊型號(hào)），當(dāng)編碼塊進(jìn)入讀寫頭磁場(chǎng)范圍內(nèi)時(shí)，讀寫頭通過(guò)感應(yīng)電流為編碼塊內(nèi)芯片供電，而后兩者通過(guò)一定頻率的射頻波傳遞信息，通常頻率越高傳輸距離約長(zhǎng)，剛干擾能力越低。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線RFID技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

3.1 系統(tǒng)概況

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線輸送載體為托盤，編碼塊嵌入托盤中，讀寫頭固定在工位輥道上，需裝配發(fā)動(dòng)機(jī)被吊裝到托盤上隨托盤輸送到各工位，工位輥道上的接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到托盤到位后，PLC判斷工位狀態(tài)，并發(fā)出讀命令至處理器，讀取完成數(shù)據(jù)發(fā)送至PLC并顯示在工位HMI面板上。工作完成PLC發(fā)出寫命令至處理器，將本工位工作信息寫入編碼塊。發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完至下線工位，發(fā)動(dòng)機(jī)被吊裝至物流倉(cāng)庫(kù)，托盤上編碼塊數(shù)據(jù)清零，循環(huán)使用。裝配線編碼塊主要存儲(chǔ)信息如下：

●托盤序列號(hào) Pallet ID number

●主站狀態(tài) Master Status

●是否為空托盤 Pallet loaded

●發(fā)動(dòng)機(jī)序列號(hào) Engine unique number

●工位信息 Station Status

3.2 程序?qū)崿F(xiàn)

3.2.1 建立信息矩陣

通常情況編碼塊需存儲(chǔ)數(shù)據(jù)較為龐大，如不制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)則，則存儲(chǔ)數(shù)據(jù)將變?yōu)闊o(wú)用數(shù)據(jù)，使用者無(wú)法從中提取有用信息，對(duì)再次編程者帶來(lái)極大困難。本例裝配線采用如下圖3中建立矩陣式TAG Address 地址表的方式對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)加以注釋，以便PLC數(shù)據(jù)處理時(shí)清晰明了。

3.2.2 初始化及設(shè)備狀態(tài)判斷

PLC發(fā)出讀信息命令前需對(duì)上臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)信息清零及相關(guān)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判斷，以確保滿足讀寫條件。如圖4，托盤進(jìn)入及讀初始化命令發(fā)出時(shí)，程序執(zhí)行雙重清零。

如圖5，PLC對(duì)托盤、編碼塊TAG、處理器狀態(tài)進(jìn)行判斷。托盤在位狀態(tài)由接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)信號(hào)并發(fā)送至PLC輸入節(jié)點(diǎn)，編碼塊在位狀態(tài)及處理器工作狀態(tài)由BALLUF處理器通過(guò)總線傳入PLC。當(dāng)托盤在位、編碼塊在位且處理器不在讀寫狀態(tài)時(shí)，PLC方可發(fā)出讀命令。

3.2.3 讀取地址賦值

每個(gè)工位讀取前需根據(jù)圖2 -TAG Address地址表賦值讀取起始地址，以便提取有用信息。如圖6，本工位起始地址信息主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)系列號(hào)、本工位信息、上工位信息的起始地址。本例發(fā)動(dòng)機(jī)序列號(hào)起始地址2，本工位信息起始地址32，上工位信息起始地址16（可參照?qǐng)D3對(duì)照）。

3.2.4 讀取數(shù)據(jù)

當(dāng)以上條件滿足是PLC向BALLUF處理器發(fā)出讀指令，以賦值地址為起始讀取一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)（PLC賦值數(shù)據(jù)長(zhǎng)度），讀寫完成處理器通過(guò)總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC。PLC依據(jù)TAG Address地址表將數(shù)據(jù)分字段提取相關(guān)信息，如發(fā)動(dòng)機(jī)名稱、序列號(hào)，機(jī)型代碼等，并依據(jù)此信息進(jìn)行程序判斷得出不本工位相關(guān)操作信息，如是否需裝配、螺栓擰緊數(shù)據(jù)、質(zhì)量門信息等。如圖7，在ReadData不同字段中中提取相關(guān)信息賦予相關(guān)變量以作為其他程序執(zhí)行的條件。

3.2.5 人機(jī)交互界面

裝配線機(jī)型復(fù)雜，涉及操作信息較多，僅通過(guò)傳統(tǒng)的操作卡信息難以滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，且許多情況下需人工輸入或確認(rèn)相關(guān)信息以完成工位操作。這種情況下簡(jiǎn)單快捷的人機(jī)交互界面變得尤為重要，本例中每個(gè)工位都設(shè)有HMI交互面板以顯示相關(guān)操作信息，如發(fā)動(dòng)機(jī)序列號(hào)、是否需裝配、合格狀態(tài)、擰緊顆數(shù)等，某些工位還提供手動(dòng)讀寫功能以滿足讀寫特定地址信息需要，如返修上線時(shí)需手動(dòng)寫入特定工位信息，圖8位為手動(dòng)讀寫HMI實(shí)例。

3.2.6 寫入數(shù)據(jù)

寫數(shù)據(jù)為讀取數(shù)據(jù)的逆過(guò)程，程序執(zhí)行順序?yàn)閷憯?shù)據(jù)賦值、TAG地址/數(shù)據(jù)長(zhǎng)度賦值、檢查設(shè)備狀態(tài)、寫入數(shù)據(jù)。工位需寫入的信息主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)（讀取或掃描）、工位號(hào)、合格信息等。當(dāng)操作完成合格或不合格信息觸發(fā)時(shí)，且設(shè)備狀態(tài)滿足條件時(shí)（如圖4）系統(tǒng)對(duì)編碼塊執(zhí)行寫入數(shù)據(jù)操作。寫入完成發(fā)動(dòng)機(jī)方可，放入下工位。圖9為依據(jù)TAG Address地址表對(duì)WriteData不同字段賦值相關(guān)信息數(shù)據(jù)。

3.2.7 下線清零

下線工位發(fā)動(dòng)機(jī)吊裝至物流倉(cāng)庫(kù)，托盤重新至上線工位循環(huán)使用。因此在進(jìn)入上線工位前需將上線循環(huán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)清空，若數(shù)據(jù)不全部清空會(huì)造成上線發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法裝配或其他質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。如上循環(huán)某工位合格信息未清零，本循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入工位后，員工還未執(zhí)行操作系統(tǒng)讀取到合格信號(hào)后便會(huì)放行發(fā)動(dòng)機(jī)造成零件漏裝等事故，在沒(méi)有員工操作的自動(dòng)站風(fēng)險(xiǎn)更高。本例在上線預(yù)停工位發(fā)動(dòng)機(jī)到位后，PLC向處理器發(fā)出清零指令清楚TAG信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，RFID射頻識(shí)別技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知層非常重要的應(yīng)用技術(shù)必將的到國(guó)家大力推廣。學(xué)些和掌握射頻識(shí)別技術(shù)，將使我們?cè)趯?shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中更高效的解決問(wèn)題，并有效提高生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)信息感知、“透明”管理。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]