基于物聯網（IoT）技術的智能生產線系統的研究與設計

2018-01-23 12:35:33

制造業自動化 2017年12期

（上海市嘉定區安亭鎮人民政府，上海 201805）

0 引言

1913 年，福特發明了人類歷史上第一條流水線，自此以后人們對生產線的研究就沒有停止過。發展至今，自動化生產線在工業制造領域得到廣泛的應用，這種生產方式大大提高了工業制造的效率，但是由于自動化生產線的控制方式大部分是預先設置的，所以存在生產靈活性不足的缺點。如果把整個生產線做成一個閉環，使生產線可以感知、分析、決策并執行，就可以實現生產線的智能化。

2005年，國際電信聯盟（ITU）在信息社會世界峰會上以報告的形式給出了物聯網（Internet of Things，IoT）的概念，“通過二維碼識讀設備、射頻識別（RFID）裝置，紅外感應器，全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品和互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[1]”。近幾年隨著物聯網技術的興起，對物聯網的研究和應用非常廣泛，如共享汽車、智能物流、無人駕駛等。

由此可見，自動化生產線的研究已經比較成熟，而且物聯網的研究與應用也取得了較大進展。本文通過把物聯網技術應用到生產線上，從而實現生產線的智能化，不但極大地提高了生產效率，而且為生產線的管理提供了便利[2]。

1 智能生產線工作流程簡介

圖1 主生產線結構

將一個產品的完整加工流程分為若干個基本的工序，每一個加工模塊完成一道工序，加工模塊在加工過程中重復地完成某一個操作；通過一條主生產線串連所有的加工模塊，并且傳遞待加工的物料[3]。同時，主生產線在各加工模塊處分支出一條支生產線，供物料或產品進出加工模塊，而且支生產線可以起到為各加工模塊進行緩沖任務的作用。

如圖1所示，待加工物料庫里有四種型號的物料A、B、C、D，這四種物料需要經過各自不同的加工流程，也就是需要經過不同的加工模塊組合才能完成加工。待加工物料放置于托盤上，如圖2所示，托盤上裝有電子標簽，在物料上線時將物料型號信息寫入電子標簽，主生產線將托盤自動傳遞至各個加工模塊，主生產線上的各個加工模塊位置處安裝有RFID讀寫器，通過讀取托盤上的電子標簽里的信息確定該物料是否需要在本加工模塊上加工。如果需要，則托盤從主生產線上傳遞到對應的支生產線上，再進入加工模塊進行加工；否則，托盤被傳遞至下一個加工模塊，如圖3所示。

圖2 支生產線

2 射頻識別（RFID）數據采集

射頻識別（RFID）技術具有體積小、容量大、可重復使用、讀寫快速等特點，且不怕油污、灰塵、高溫等惡劣環境，所以在工業可以達到很好的識別效果。目前射頻識別（RFID）技術在我國的應用很廣泛，2009年我國RFID產業市場規模達110億元，相比2008年增長36.8%，已用于物流、城市交通、工業生產等方面[4]。本文將射頻識別（RFID）技術應用在智能化生產線中，用以實現生產數據的無人化采集與處理[5]。

如圖4所示，在上線模塊，待加工物料被放置在托盤上，RFID讀寫器將待加工物料型號信息寫入電子標簽，每個物料型號都對應一種預設的加工流程[6]。在每個加工模塊位置處，PLC通過RFID讀寫器自動獲取到達該加工模塊的物料型號信息，同時將新的信息寫入到電子標簽里。這些物料型號信息用于確定該物料是否需要在本加工模塊上加工。RFID讀寫器固定在主生產線上加工模塊處，通過以太網與PC相連，從而實現了數據的實時傳輸[7]。PC機根據得到的待加工物料的型號信息，通過PLC控制主生產線上的待加工物料進入某一個加工模塊或者繼續傳送至下一個加工模塊。物料包裝下線后，電子標簽里的信息將清除，在下一個物料上線時重新寫入新的信息，以實現電子標簽的重復利用。