RFID 在金膜電容器自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

馮英龍， 張 磊

（西安航天動力試驗技術(shù)研究所， 陜西 西安 710100）

0 引言

射頻識別技術(shù)（簡稱RFID）是20 世紀90 年代興起的一種非接觸式的自動識別技術(shù)[1]。相對于傳統(tǒng)的條形碼、磁卡及IC 卡技術(shù)具有非接觸、閱讀速度快、無磨損等特點[2]。 目前RFID 應(yīng)用場合不斷擴大和延伸，在圖書管理系統(tǒng)、汽車焊接生產(chǎn)線、物流生產(chǎn)線等都得到了很廣泛的應(yīng)用[1]。它的應(yīng)用節(jié)省了生產(chǎn)時間，提高了系統(tǒng)的靈活性，降低了運營成本。在國內(nèi)諸多金膜電容器生產(chǎn)廠家中，在生產(chǎn)線產(chǎn)品分類、噴金選擇、參數(shù)自動識別等工藝流程中一直無法實現(xiàn)突破， 導(dǎo)致生產(chǎn)過程中只能依靠手動和半自動的生產(chǎn)模式，工作量大，自動化水平低下，過于依賴人工。 這種背景下，本文提出了RFID 應(yīng)用于金膜電容器自動化生產(chǎn)線的思路， 解決了金膜電容器自動化生產(chǎn)線的技術(shù)瓶頸，改變了金膜電容器陳舊的生產(chǎn)工藝，推動了金膜電容器的發(fā)展。

1 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件主要由積放鏈導(dǎo)軌、積放鏈、道岔分岔、上料小車、芯子元件框、安裝支架、人機界面、PLC、總線模塊、射頻控制器、讀寫頭（R/W）、射頻載碼體（數(shù)據(jù)載體或數(shù)據(jù)存儲器）、終端電阻、接插件、屏蔽電纜以及其他附件等組成，如圖1 所示。 根據(jù)生產(chǎn)線各工位需要，結(jié)合現(xiàn)場工藝流程， 金膜電容器自動化生產(chǎn)線設(shè)計時選用4 套射頻控制器，采用多工模式，每套控制器連接兩個讀寫頭，即共配置8 個讀寫頭。 按照金膜電容器生產(chǎn)線最大工作需求，確定上料小車的數(shù)量即載碼體的個數(shù)，經(jīng)過核算，安裝50 個載碼體固定于積放鏈上料小車上循環(huán)使用可以滿足生產(chǎn)需要。

圖1 積放鏈與芯子元件框?qū)訄D

2 金膜電容器生產(chǎn)線上射頻識別系統(tǒng)的工作原理

如圖2 所示， 生產(chǎn)線上讀寫頭的控制包括寫操作和讀操作。 將金膜電容器元件參數(shù)包括芯子型號、長度、外徑、 噴金入口選擇工位等參數(shù)輸入到人機界面，HMI 與PLC 通過以太網(wǎng)通訊，將參數(shù)傳給PLC。 當“寫”工位工件位置檢測開關(guān)檢測到工件到位信號后，工件停止運行，通過載碼控制器控制讀寫頭將之前金膜電容器元件數(shù)據(jù)寫入載碼體，完成寫操作，并將此次的操作結(jié)果顯示在人機界面上。 當“讀”工位工件位置檢測開關(guān)檢測到上料小車和工件到位后， 載碼控制器控制讀寫頭持續(xù)讀取安裝在上料小車上載碼體（TAG）中存儲的數(shù)據(jù)，完成讀操作，并將數(shù)據(jù)傳給PLC[3]，同時顯示在人機界面上。 PLC 將獲得的數(shù)據(jù)信息進行處理，以決定下一步的工序流程。

圖2 RFID 在系統(tǒng)中工作原理圖

通過上述對安裝在上料小車上載碼體的讀/寫操作，所有信息均通過PLC 上傳給車間生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)（PMC）進行進一步的處理和控制，從而實現(xiàn)對整個金膜電容器自動化生產(chǎn)線工件參數(shù)的跟蹤和生產(chǎn)過程的控制。

3 RFID 在金膜電容器自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

3.1 RFID 型號的確定

鑒于德國倍加福射頻識別系統(tǒng)成熟技術(shù)以及具有良好的穩(wěn)定性， 設(shè)計時選用該產(chǎn)品應(yīng)用于金膜電容器自動化生產(chǎn)線。按照生產(chǎn)工藝要求，選用低頻段識別系統(tǒng)完全滿足工業(yè)自動化領(lǐng)域。 整套射頻識別系統(tǒng)元器件選型及配置如表1 所示，其中控制器工作溫度-25 到70℃，兼容P+F 所有頻率RFID 讀/寫設(shè)備，支持RS232，RS485，Profibus，CC-Link，EtherCAT 以及以太網(wǎng)通訊， 可與多種PLC 實現(xiàn)連接。 讀寫頭工作頻率125KHz，傳輸速率2KBit/s，工作溫度-25 到70℃，讀距離0～100mm，寫距離0～80mm[2]。 載碼體工作頻率125KHz， 傳輸速率2KBit/s， 存儲空間EEPROM 為928Bit，ROM 為32Bit，讀次數(shù)不限，寫次數(shù)大于100000 次，工作溫度-40 到120℃[2]。

表1 生產(chǎn)線RFID 配置表

3.2 RFID 的使用要點

載碼控制器通常固定于生產(chǎn)線易于操作及觀察的部位， 如果條件不允許， 也可以安裝在空間相對狹小的地方。 其堅硬的金屬外殼及接插件連接形式確保在惡劣的環(huán)境下可靠地工作。 讀寫頭分別布置在生產(chǎn)線上料工位1、上料工位2、1 號噴金間道岔入口、1 號噴金間元件識別工位、2 號噴金間道岔入口、2號噴金間元件識別工位、 元件下料識別工位、載碼體存儲數(shù)據(jù)清零工位，且讀寫頭周圍避免安裝強磁場器件，以防止干擾。 如圖1 所示，載碼體采用防護等級為IP65，固定在裝有工件的積放鏈上料小車上，自始至終隨工件運行。這實際上就形成了一個個隨工件運動的移動數(shù)據(jù)庫，工件由此變成了在整個生產(chǎn)流程中隨身攜帶數(shù)據(jù)庫的 “智能工件”。 為防止載碼體與上料小車直接接觸影響感應(yīng)距離， 設(shè)計時在載碼體底部安裝2～3mm 絕緣膠墊，克服了金屬干擾問題。

3.3 金膜電容器生產(chǎn)工藝的改進

過去金膜電容器的生產(chǎn)非常依賴人工來完成， 需要人工識別元件、手工裝芯子元件、手工上料、噴金前參數(shù)調(diào)整，手動下料等，工藝流程非常繁瑣，生產(chǎn)人員負擔(dān)很重。通過RFID 的應(yīng)用，設(shè)計了金膜電容器自動化生產(chǎn)線，改進了過去金膜電容器陳舊的生產(chǎn)工藝， 使金膜電容器生產(chǎn)水平大幅提高，如表2 所示，列出了RFID 在金膜電容器生產(chǎn)線各個工位的作用，完全解放了人力資源，也大大提高了生產(chǎn)效率。

表2 RFID 各部分作用表

4 結(jié)論

RFID 在金膜電容器生產(chǎn)線的應(yīng)用和過去陳舊的生產(chǎn)工藝相比，在產(chǎn)品種類多樣、信息存儲量大、環(huán)境惡劣、工藝流程復(fù)雜、人員需求多的場合應(yīng)用RFID 具有相當?shù)膬?yōu)越性， 推動了金膜電容器行業(yè)的發(fā)展。 本系統(tǒng)自2018 年正式在桂林電力電容器有限責(zé)任公司現(xiàn)場投入使用以來， 整個金膜電容器生產(chǎn)線運行狀況穩(wěn)定， 射頻識別系統(tǒng)讀寫信息可靠， 系統(tǒng)操作界面友好，符合人機工程設(shè)計，操作簡便，能有效的提高生產(chǎn)效率，解放了人力資源，滿足生產(chǎn)和管理的需要。