淺析RFID射頻識別技術在發動機裝配線的應用

耿貴乾+李清縣

【摘 要】本文以BALUFF工業RFID識別系統（BIS）為例，介紹了射頻識別技術在基于PLC控制的發動機裝配線的應用，重點介紹了 BIS RFID系統工作原理、硬件組成架構、軟件程序實現。

【關鍵詞】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

近幾十年國內汽車行業迅速發展，市場競爭激烈，各大汽車廠商不斷推出新產品，生產線不斷迭代升級。產品的多樣化、復雜化對生產線信息管理技術提出了更高挑戰，傳統的感應開關、條形碼等識別技術已逐漸難以滿足生產線對柔性化、工況復雜化、生產數據統計、質量追溯等的要求。RFID技術在流程控制與生產信息的控制，實現物流與信息流的同步方面提供了很好的解決方案。RFID射頻識別技術可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需建立機械或光學接觸。90年代興起并推廣，目前已應用到汽車管理、食品、零售等各個領域。

本文以巴魯夫BIS RFID系統為例介紹了射頻識別技術在發動機裝配線的具體應用。

1 RFID系統組成

發動機裝配線應用的巴魯夫RFID系統主要由控制器（現場為PLC）、處理器、讀寫頭、編碼塊四部分組成。如圖1

編碼塊TAG：為數據存儲設備，數據以EEPROM或FRAM形式存儲在編碼塊上，每個編碼塊有唯一的電子編碼。

讀寫頭Read/Write-HEAD：通過電子編碼識別編碼塊并為其提供電源，通過電感或電磁耦合方式傳輸數據。

處理器Processor：控制讀寫頭的讀寫操作，并通過現場總線與PLC控制器建立通訊。

控制器Conrtol：PLC或PC，程序員編程實現數據處理。

2 系統工作原理

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，當嵌入金屬時需選用特殊型號），當編碼塊進入讀寫頭磁場范圍內時，讀寫頭通過感應電流為編碼塊內芯片供電，而后兩者通過一定頻率的射頻波傳遞信息，通常頻率越高傳輸距離約長，剛干擾能力越低。

3 發動機裝配線RFID技術應用實例

3.1 系統概況

發動機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，需裝配發動機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關感應到托盤到位后，PLC判斷工位狀態，并發出讀命令至處理器，讀取完成數據發送至PLC并顯示在工位HMI面板上。工作完成PLC發出寫命令至處理器，將本工位工作信息寫入編碼塊。發動機裝配完至下線工位，發動機被吊裝至物流倉庫，托盤上編碼塊數據清零，循環使用。裝配線編碼塊主要存儲信息如下：

●托盤序列號 Pallet ID number

●主站狀態 Master Status

●是否為空托盤 Pallet loaded

●發動機序列號 Engine unique number

●工位信息 Station Status

3.2 程序實現

3.2.1 建立信息矩陣

通常情況編碼塊需存儲數據較為龐大，如不制定統一的數據存儲規則，則存儲數據將變為無用數據，使用者無法從中提取有用信息，對再次編程者帶來極大困難。本例裝配線采用如下圖3中建立矩陣式TAG Address 地址表的方式對存儲數據加以注釋，以便PLC數據處理時清晰明了。

3.2.2 初始化及設備狀態判斷

PLC發出讀信息命令前需對上臺發動機信息清零及相關設備狀態進行判斷，以確保滿足讀寫條件。如圖4，托盤進入及讀初始化命令發出時，程序執行雙重清零。

如圖5，PLC對托盤、編碼塊TAG、處理器狀態進行判斷。托盤在位狀態由接近開關感應信號并發送至PLC輸入節點，編碼塊在位狀態及處理器工作狀態由BALLUF處理器通過總線傳入PLC。當托盤在位、編碼塊在位且處理器不在讀寫狀態時，PLC方可發出讀命令。

3.2.3 讀取地址賦值

每個工位讀取前需根據圖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動機系列號、本工位信息、上工位信息的起始地址。本例發動機序列號起始地址2，本工位信息起始地址32，上工位信息起始地址16（可參照圖3對照）。

3.2.4 讀取數據

當以上條件滿足是PLC向BALLUF處理器發出讀指令，以賦值地址為起始讀取一定長度的數據（PLC賦值數據長度），讀寫完成處理器通過總線將數據發送給PLC。PLC依據TAG Address地址表將數據分字段提取相關信息，如發動機名稱、序列號，機型代碼等，并依據此信息進行程序判斷得出不本工位相關操作信息，如是否需裝配、螺栓擰緊數據、質量門信息等。如圖7，在ReadData不同字段中中提取相關信息賦予相關變量以作為其他程序執行的條件。

3.2.5 人機交互界面

裝配線機型復雜，涉及操作信息較多，僅通過傳統的操作卡信息難以滿足現場需求，且許多情況下需人工輸入或確認相關信息以完成工位操作。這種情況下簡單快捷的人機交互界面變得尤為重要，本例中每個工位都設有HMI交互面板以顯示相關操作信息，如發動機序列號、是否需裝配、合格狀態、擰緊顆數等，某些工位還提供手動讀寫功能以滿足讀寫特定地址信息需要，如返修上線時需手動寫入特定工位信息，圖8位為手動讀寫HMI實例。

3.2.6 寫入數據

寫數據為讀取數據的逆過程，程序執行順序為寫數據賦值、TAG地址/數據長度賦值、檢查設備狀態、寫入數據。工位需寫入的信息主要包括發動機號（讀取或掃描）、工位號、合格信息等。當操作完成合格或不合格信息觸發時，且設備狀態滿足條件時（如圖4）系統對編碼塊執行寫入數據操作。寫入完成發動機方可，放入下工位。圖9為依據TAG Address地址表對WriteData不同字段賦值相關信息數據。

3.2.7 下線清零

下線工位發動機吊裝至物流倉庫，托盤重新至上線工位循環使用。因此在進入上線工位前需將上線循環存儲數據清空，若數據不全部清空會造成上線發動機無法裝配或其他質量風險。如上循環某工位合格信息未清零，本循環發動機進入工位后，員工還未執行操作系統讀取到合格信號后便會放行發動機造成零件漏裝等事故，在沒有員工操作的自動站風險更高。本例在上線預停工位發動機到位后，PLC向處理器發出清零指令清楚TAG信息。

4 結束語

在當今物聯網時代下，RFID射頻識別技術作為物聯網感知層非常重要的應用技術必將的到國家大力推廣。學些和掌握射頻識別技術，將使我們在實際的生產過程中更高效的解決問題，并有效提高生產力，實現信息感知、“透明”管理。

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[責任編輯：朱麗娜]