圖爾克RFID系統在渦輪增壓器生產線上的應用

圖爾克（天津）傳感器有限公司　只　凱

圖爾克RFID系統在渦輪增壓器生產線上的應用

圖爾克（天津）傳感器有限公司只凱

1　行業背景

在全球“工業4.0”和《中國制造2025》的大背景下，我國的汽車行業正經歷著從汽車生產大國到生產強國轉變的過程。汽車零部件作為汽車工業的基礎，是保持汽車行業持續快速發展的重要條件。尤其是現在汽車行業正在轟轟烈烈、如火如荼開展的自主研發與創新，這就尤其需要一個完整的零部件體系作支撐。整車自主品牌的技術創新需要零部件作基礎，零部件的自主創新又對整車產業的發展產生強大推動力，他們是相互影響、相互作用的，沒有整車的自主品牌，強大零部件體系的研發創新能力也就難以迸發，沒有強大零部件體系的支撐，自主品牌的做大作強將難以為繼。

另外，隨著汽車保有量的迅速增加，汽車尾氣對環境的影響越來越受到重視，各國對汽車尾氣的排放標準也有了更嚴格的要求。環保、更低的排放標準正好是渦輪增壓器一個很重要的特點。在污染日趨嚴重的今天，一個有高度責任感的汽車制造商不僅要滿足客戶對汽車的駕乘欲望，有足夠的駕駛樂趣，更要以保護環境、創造良好的生存空間為己任。渦輪增壓器正好能滿足既提高燃油經濟性，降低排放，同時又不會以失去駕駛樂趣為代價的綜合性要求。因為增壓會給燃燒室提供更多的空氣，使燃燒更徹底，排放更干凈。因此，渦輪增壓器作為提高功率、減少排放的核心裝置之一，正被越來越多的應用在各種型號的汽車上。

現今，各汽車零部件生產企業也開始逐步提高生產線的智能化程度，以適應當前的技術發展形勢。隨著汽車生產質量的要求越來越高，對其零部件進行質量控制和信息追溯就顯得十分的重要。圖爾克公司的RFID產品恰好能夠滿足各汽車零部件生產廠的要求，提高生產線的信息化水平。

2　RFID與渦輪增壓器生產線

2.1RFID

RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術。可通過無線訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。常用的通訊頻率有低頻、高頻、超高頻等。

從概念上來講，RFID類似于條碼掃描。對于條碼技術而言，它是將已編碼的條形碼附著于目標物并使用專用的掃描讀取器利用光信號將信息由條形碼傳送到掃描讀取器；而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標物的RFID標簽，利用頻率信號將信息由RFID標簽傳送至RFID讀寫器。

標簽在識別時從識別器發出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池。標簽包含了電子存儲的信息，最大數米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。

RFID的優點主要有：

（1）RFID的數據存儲容量非常大，最多可存儲幾千個字節；

（2）RFID由于采用無線射頻的方式進行數據的讀寫，其磁場可以穿透非金屬材料，所以可以在相對復雜的環境下工作；

（3）RFID可以根據需要實時修改數據；

（4）RFID可以實現動態識別，這有利于提高生產線的生產節拍。

2.2渦輪增壓器生產線

渦輪增壓器的生產檢測工藝主要有核心體水道密封檢測、核心體總成泄漏測試、氣壓殼密封測試、氣壓殼上各種閥功能及泄漏測試、葉前間隙測試、渦前間隙測試、軸向間隙測試、徑向間隙測試、總成密封測試、渦輪轉子靈活性測試、三殼角度檢測等。

裝配線采用自動生產管理系統，可以對生產過程進行實時監控、數據收集處理、狀態標記，并與控制系統相集成，對設備進行控制。裝配工作臺對零部件進行預裝、擰緊、壓裝、視覺檢測、RFID識別，同時具備運用機械、電氣防漏防錯技術以及力、位置等在線檢測功能，防止錯裝、漏裝、裝不到位或者質量缺陷。

以工業控制計算機為核心，綜合管理可以依據多種條件進行統計，生成報表，可以根據產品序列號等信息追溯檢索生產時記錄的各種信息。報表、檢索功能可以脫離生產線單獨為管理、售后服務等方面使用。

3　圖爾克產品應用

圖爾克針對客戶現場環境和載碼體需要安裝在托盤底部等需求，經過深入交流，推薦了具有IP67防護等級的HF RFID產品，成功地滿足了客戶的需求。

控制系統的組成：

（1）RFID產品：圖爾克BLident HF系列；

（2）主控制器：SIEMENS S7 300 PLC；

（3）現場總線協議：PROFIBUS DP。

主控制器采用的是SIEMENS S7 300系列PLC產品，實現整個系統的控制，保證系統的連續不間斷運行。現場總線為PROFIBUS DP網絡，連接現場的各個RFID子站。現場安裝圖爾克公司IP67防護等級的BLident系列RFID產品。控制系統操作的所有讀寫過程，都可由就近的接口模塊完成，并將載碼體內數據經總線傳入控制系統。

讀寫頭及載碼體安裝方式

渦輪增壓器的生產是一個十分復雜的過程，其中每個零部件的安裝及測試都十分重要，任何一個環節出現問題都會影響到產品的質量。所以在渦輪增壓器的生產過程中需要一種實時的信息化管控系統，及時存儲和記錄產品的每一步操作及相應的檢測結果。

而RFID系統的引入，很好地為客戶解決了上述問題。通過在渦輪增壓器夾具托盤上安裝HF載碼體，每個操作工位和檢測工位安裝HF讀寫頭，可以根據需要實時讀取和寫入當前托盤上產品的生產狀態及檢測結果，在產品下線時進行信息匯總并上傳至服務器中，同時將數據與此產品的串號進行綁定。

例如在零件安裝工位，夾具托盤到位后，系統會通過RFID讀寫頭讀取本工位托盤上的載碼體數據，得到當前的渦輪增壓器型號，再根據不同的型號來指示操作人員按順序安裝需要的零件。各部件安裝完畢后，經操作人員確認，系統會通過RFID讀寫頭將本工位進行的各安裝操作寫入到夾具托盤的載碼體中。

在各檢測工位，夾具托盤到位后，系統同樣會通過RFID讀寫頭讀取此工位托盤上的載碼體數據，得到當前的渦輪增壓器型號及各零部件的安裝情況，然后控制器再操作不同的檢測設備對其進行性能測試。測試完畢后，再將測試結果寫入到夾具托盤的載碼體中。

所以，RFID系統的引入，從根本上避免了生產質量事故的發生，為客戶降低了生產風險，節約了成本。得益于圖爾克BLident系列RFID產品卓越的性能和顯著的特點，渦輪增壓器生產線在運行過程中穩定性、可靠性和高效性被進一步優化和提升，達到了客戶的期望。

4　客戶增值

針對讀寫距離要求較近的應用環境，可選用圖爾克高頻（HF）RFID產品，并將載碼體（TAG）安裝在托盤等載具上，進行閉環的反復讀寫；針對讀寫距離要求較遠的應用環境，可選用圖爾克超高頻（UHF）RFID產品，然后將載碼體（TAG）安裝到產品本體或托盤上，進行讀寫操作。

BLident系列產品

（1）圖爾克擁有多種防護等級的接口模塊（IP69K、IP67、IP20），能夠很好地適應各種現場環境。

（2）BLident系列所有模塊都支持熱插拔，并且高頻HF和超高頻UHF讀寫頭可以安裝到同一個接口模塊上。

（3）單個站最多支持8個通道, 還可兼容常規數字量、模擬量的I/O模塊。

（4）支持PROFIBUS DP、DeviceNet?、EtherNet Modbus-TCP、 PROFINET IO、EtherNet/IP等現場總線協議，并可選配可編程網關。

（5）擁有多種類型載碼體（金屬表面安裝、耐高溫等），滿足客戶各種工業環境下的安裝要求。

總之，針對汽車零部件行業，圖爾克基于現場總線的IP67防護等級BLident系列RFID產品，在原材料運輸、生產加工、成品管理等領域，有著更廣闊的應用空間。

產品推薦

用于EtherCAT的緊湊型RFID I/O模塊

2016年3月15日，圖爾克在漢諾威工業博覽會上首次推出帶EtherCAT接口的緊湊型RFID模塊。該堅固外殼的IP67 I/O模塊使得BLident RFID系統能夠直接連接Ethercat主站系統。通過這種方式，控制器可以讀取和處理來自BLident系統的大數據集。該過程通過非循環服務被執行，因此數據在控制器中始終即時可用，并且時間和決策關鍵數據可被實時處理。為此，圖爾克提供了可在控制器中被處理的標準功能模塊，從而簡化了RFID在用戶系統中的集成。

通過每個通道1萬6千字節的存儲區，緊湊型模塊為處理大數據提供了足夠大的存儲空間。讀寫命令還可被直接保存在模塊中，以縮短反應時間和提高處理速度。這使得系統能夠更快速地對應用做出響應。

如同所有BLident模塊，新系統還允許HF（高頻）和UHF（超高頻）讀寫頭并行操作。這為客戶提供了更大的靈活性，并可根據應用確定要使用的RFID技術。

只凱，男，天津人，天津理工大學工學學士，天津大學工程碩士，工程師，現就職于圖爾克（天津）傳感器有限公司，主要從事現場總線及RFID應用方面的研究。