圖爾克RFID系統在智能電表檢測線中的應用

圖爾克（天津）傳感器有限公司 只 凱

圖爾克RFID系統在智能電表檢測線中的應用

圖爾克（天津）傳感器有限公司 只 凱

本文結合智能電表行業的發展現狀，介紹了電表檢測線和RFID技術，以及圖爾克RFID系統在智能電表檢測線中的應用。

智能電表；圖爾克；RFID

1 行業背景

現今，智能電表的使用范圍越來越廣泛，除了國家電網公司的大批量采購以外，商業地產、市政建筑、學校、醫院、工業現場、精密制造、交通基礎設施、數據中心、通信等，都在大規模使用。

相關報告顯示，當前我國智能電表用戶數已經超過1.4億。預計，國家電網公司智能電表和用電管理系統每年的市場都在160億元以上。最近幾年，隨著工業領域開始推廣工業節能系統和綠色建筑系統，以及電力測量系統、電力節能分析系統、能耗管理系統的需要，我國智能電表行業已經進入了高速發展的關鍵時期。

而且，和外國先進技術水平相比，國內的智能電表產品具有無法替代的優勢。比如，國產智能電表在標準符合度、功能配置和人機界面等方面更加適合中國國情，并且在客戶需求響應方面也比國外產品更加靈活。所以，在這些優勢的推動下，我國智能電表行業的市場前景將越來越廣闊。

圖1 智能電表

2 智能電表檢測線與RFID系統

2.1 智能電表檢測線

智能電表的生產制造過程一般包括電路板的貼片加工、電表組裝、校表、驗表、參數設置、功能測試、走字等多道工序。其中，校表、驗表、參數設置、功能測試、走字等工序都屬于檢測的相關工作，大約占電表生產制造全過程的70%。

一直以來，電表的檢測工作一般會采用傳統的人工方式，工作效率低，運營成本高，且檢測結果和操作人員的技術能力關系密切，很難保證檢測標準和檢測結果的一致性。所以，為了提高檢測質量和效率，充分利用自動控制技術對智能電表進行自動化流水線檢定勢在必行。

現在應用最為廣泛的是鏈板托盤式自動檢測線，如圖2所示，其功能比較全面，且檢測效率較高。每個托盤會根據所產電表的外形定制化加工，托盤會在檢測線上循環使用。鏈板式傳輸系統的優點是可以輕松實現轉彎、分道等工作。生產線運行時，電表托盤被鏈板式輸送線運達測試工作區后，PLC控制托盤依次進入檢測位，定位氣缸把托盤升起，然后控制測試設備的測試針與電表的相關接線端子自動對接，開始檢測。檢測結束后，測試針從電表的接線端子自動拔出，電表托盤由輸送線運出檢測區。由于自動線設計有等待檢測緩沖區，上一組電表在檢測區接受檢測的同時，下一組的電表已經被運送到了檢測工位附近的待檢區，這樣減少了檢測工位等待的時間，極大地提高了檢測線的運行效率。

圖2 鏈板托盤式自動檢測線

智能電表的自動化檢測線是隨著電子技術、通信技術以及控制技術的快速發展而興起的新興技術，代表了計量檢定技術的發展趨勢。

2.2 RFID技術

無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合），實現對被識別物體的自動識別和數據交換。RFID射頻識別的基本原理框圖如圖3所示。

圖3 RFID基本原理框圖

根據應用環境的不同，RFID系統的組成也會略有區別，但基本都是由讀寫器、電子標簽和通信接口等組成。電子標簽和讀寫器都裝有天線，電子標簽工作所需要的能量可從讀寫器的射頻場內直接獲得。

根據電子標簽和讀寫器之間傳輸信息所使用的頻率，工業現場RFID系統常用的工作頻率包括：高頻（HF）和超高頻（UHF）。由于高頻產品抗工業現場干擾能力強，所以是工業現場主要使用的RFID頻率；而超高頻產品的特點是具有可以修改的EPC碼，并且可以直接讀取EPC碼，價格還便宜。具體項目選擇哪種頻率的產品，主要還是要根據實際的工作環境和生產工藝來決定。

2.3 圖爾克RFID系統的應用

智能電表檢測線的RFID識別系統可以說是整個檢測車間的神經末梢，它可以實時采集托盤上載碼體內的信息，讓車間生產管理系統能夠及時掌握檢測線的運作情況，從而對整個生產過程進行實時地控制管理，并指導相關設備的運行。經過與相關設備及工藝人員的交流溝通，設計的電表檢測系統RFID要實現的各項功能如下：

· 電表托盤隊列信息采集；

· 電表托盤定位跟蹤；

· 電表托盤路由選擇；

· 電表各項檢測結果的數據綁定。

經過項目前期的實地調研與技術交流，確定智能電表檢測系統采用的硬件設備類型如下：

（1）總線系統選用工業以太網PROFINET，現場各工位的RFID讀寫頭就近接入PROFINET I/O遠程站中，經由PROFINET連接主控PLC。

（2）主控PLC選用西門子S7－300系列。

（3）PROFINET遠程I/O從站選用圖爾克公司BL20系列產品。

（4）RFID讀寫器選用圖爾克公司BLident系列高頻（HF）產品。

RFID智能電表檢測系統基本結構如圖4所示。

圖4 RFID智能電表檢測系統基本結構圖

在檢測線的產品上線、托盤分道、待檢緩沖區入口及出口、檢測區入口及出口、下線區入口安裝圖爾克TN-M30-H1147讀寫頭；在電表托盤的底部，安裝圖爾克TW-R30-B128載碼體如圖5所示。在電表上線工位，使用讀寫頭讀出電表托盤載碼體編號信息，并與其承載的電表進行數據綁定；在托盤分道位置，通過讀出的托盤編號，選擇其行進路徑；通過待檢緩沖區出入口的讀寫頭讀取托盤載碼體信息，記錄區域內電表的隊列信息；通過檢測區出入口的讀寫頭讀取電表托盤載碼體信息，二次確認待檢區的電表隊列信息，并將各項檢測結果與其對應的電表進行數據綁定；在下線工位，使用讀寫頭讀取托盤載碼體數據，得到相應電表的檢測數據，并根據得到的數據對電表進行分類裝箱，完成檢測線的最終任務。

圖5 載碼體及讀寫頭安裝示意圖

軟件上，為了方便編程和后期維護，圖爾克提供了可用于RFID操作的西門子功能塊，用戶無需關注具體的數據處理方式，只需了解封裝后的各管腳含義即可完成程序編寫。通過使用圖爾克RFID功能塊如圖6所示，簡化了編程過程，降低了編程難度，也使得現場維護人員可以及時了解RFID系統的實時工作狀態，并且減少了設備的維護時間，保證了生產線的連續不間斷運行。

2.4 RFID系統的使用效果

通過使用圖爾克的RFID系統，提高了整條檢測線的數據穩定性和檢測效率，系統的各項功能都得到了較好實現，并且通過了長時間的連續不間斷生產考驗。這主要得益于RFID系統卓越的性能和顯著的特點，整套智能電表檢測系統在生產運行過程中穩定性、可靠性和高效性被進一步優化和提升，達到了用戶的期望。

3 展望

對于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、料筐等載具上，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，并將載碼體（TAG）安裝在載具、產品或包裝箱上，進行相應的讀寫操作。

圖6 圖爾克RFID功能塊

總之，針對智能電表行業，圖爾克基于現場總線技術的BLident系列RFID產品，憑借其多協議支持、多通道集成、兼容常規I/O以及擁有多種防護等級等諸多特點，在電表的原材料管理、生產、檢測、運輸及使用等過程中，擁有更廣闊的應用空間。

Application of TURCK RFID System in Intelligent Ammeter Test Production Line

Based on the development of intelligent ammeter industry, we mainly introduce the ammeter test production line, RFID technology and the application of TURCK RFID system in intelligent ammeter test production line.

Intelligent ammeter; TURCK; RFID

只凱（1983-），男，天津人，工程師，天津大學工程碩士，現任圖爾克（天津）傳感器有限公司RFID產品經理，主要研究方向為工業現場總線及RFID。