以太网RFID在汽车起动机生产线的应用设计①

周国栋， 张墩利

(湖南广播电视大学机电工程系，湖南长沙414000)

0 引言

无线射频识别RFID(radio frequency identification)是一种利用磁场空间耦合原理实现非接触式自动识别的技术［1］，该识别技术具有非接触、速度快、准确率高、抗干扰能力强等特点［2］.目前在物联网技术中应用广泛，在制造业自动化、生产线自动化、交通自动化等领域的应用也备受关注［3～5］.由于RFID节点多，数据传输和节点管理必须要依赖网络，但目前RFID的应用大都是局域网总线(CAN)，这种通讯网络结构简单、实时性好，但是高层协议缺乏规范，编程和调试非常麻烦，开发效率很低.而TCP/IP协议技术成熟、有规范统一的高层协议、开发效率很高.本文介绍了一种利用TCP/IP协议管理RFID网络的解决方案，并开发了独立的上层管理程序

1 西门子以太网RFID及上位机通讯管理面临的问题

西门子公司在2010年推出RFID的TCP/IP协议解决方案，主要应用领域包括汽车供应商以及配套生产线中的机械制造、输送系统和装配线等，其通讯原理如图1所示.核心模块为RF182C，它可将RFID读/写设备与使用TCP/IP协议的以太网连接，是对Profibus和Profinet已有模块的补充，并且使用标准XML代码进行编程，可以轻松集成于.PC环境，或连接到商用控制器，具有十分优越的开发效率，有很好的工程实用价值.

西门子提供的XML通讯协议虽然简单易用，但上位机的通讯管理程序需要在具体应用中开发，在汽车起动机生产线RFID通讯管理程序开发中，面临两个主要问题，一是通讯延迟问题，上位机发送命令指令后，到收到回执，受网络设备限制，会存在一定的延时，这在控制程序中要充分考虑到;二是多节点问题，本生产线上存在3个RF182C控制器和6个RF260C读写器，每个节点的通讯都是异步模式，需要上位机开辟独立的进程进行管理，因此开发的上位机管理程序必须很好地解决以上问题.

图1 以太网RFID控制系统架构图

图2 通讯管理程序流程图

2 汽车起动机自动生产线的工作流程及RFID的作用

汽车起动机是很重要的一个汽车部件，其制造、安装、检测过程的精度都直接影响产品性能，为提高汽车起动机的品质和生产效率，很多厂家都对该生产线进行了自动化改造，自动化生产线能精确控制生产和检测过程，并通过RFID全程记录各项关键参数，建立起每个产品的详细出厂档案，以备后续的维护维修和产品升级.目前的起动机生产线大都使用CAN总线来传输RFID数据，开发维护效率很低，本文介绍的以太网RFID架构简单，编程、调试、维护都很方便，并已用于新的生产线，运行情况表明完全满足生产要求.

基于以太网RFID的汽车起动机自动生产线结构图如图1所示.

3 上位机RFID通讯管理程序

3.1 RF182C 通讯协议

图3 以太网RFID上位机调试界面

西门子为RF182C提供了丰富的通讯协议，见文献［6］，其中命令代码(command标签)有7种，表1列出了最常用的三种，在本生产线中也只用到了此三种.

表1 RF182C三种主要通讯协议列表

通讯命令采用XML格式封装，以写命令为例，根节点＜command＞＜/command＞表示该协议内容为命令代码，子结点＜writeTagData＞＜/writeTagData＞表示命令内容写标签数据，子节点＜startAddress＞＜/startAddress＞表示要标签起始地址，子节点＜data＞＜/data＞表示要写入的数据，地址和数据都采用16进制编码.命令从PC发送到RF182C后，经解析转发给RF260C读写器，执行完毕后将执行结果用XML编码后返回，每种命令的回执格式有所不同，这里不一一介绍，以写命令的回执为例，返回的XML文本为＜reply＞＜result-Code＞ErrorCode＜/resultCode＞＜/writeTagData＞＜/reply＞，根节点＜reply＞＜/reply＞表示内容为回执，子节点 ＜resultCode＞ErrorCode＜/result-Code＞表示执行结果的错误编码，如果ErrorCode为0000则表示执行成功，否则表示错误编码，错误内容可以查阅文献［6］.实际应用中，首先由上位机发送reset命令对读写节点复位，复位成功后，读写器处于监听状态，一旦有标签进入或离开，便会发送回执 ＜tagCount＞countCode＜/tagCount＞，countCode为0001表示有标签进入检测范围，为0000表示标签离开检测范围，上位机根据这些信息采取相应动作.

3.2 上位机通讯管理程序

针对汽车起动机总装线RFID面临的两个问题，在控制程序中采用延时加查询等待和多进程管理方式进行了有效解决，将RFID通讯控制封装成类，多个节点控制时可以重用，非常方便.控制程序设计如图2所示.

3.3 运行情况

主控程序采用VS2010编辑环境和C#语言开发，RFID调试界面如图所示.

需要指出的是网络延时时间的问题，通过反复实践证明，当读写器节点数为2个，延时时间设置为200ms比较合适，节点数为4～6个时，延时时间应当设置为600ms.

4 结论

西门子RFID以太网解决方案及上位机控制程序已成功应用于长沙日立汽车电器公司的汽车起动机生产线上，实践证明该方案运行稳定、可靠，调试和维护简单方便，使得管理层能准确、及时地了解生产线状态，提高了管理效率，降低了零件库存量和库存费用，降低了企业的运行成本，大大提高了生产效率和生产质量.

［1］游战清，李苏剑.无线射频识别技术(RFID)理论与应用［M］.北京:电子工业出版社，2004:45－50.

［2］谭民，刘禹，曾隽芳.RFID技术系统工程及应用指南［M］.北京:机械工业出版社，2007:117－123.

［3］李文川，王旭，王志勇.汽车制造企业的RFID应用标准体系研究［J］.中国机械工程，2011，22(5):513 －517.

［4］何伟，曾隽芳，魏书楷，等.RFID生产线监控及调度管理系统［J］.自动化仪表，2010，31(3):35－37.

［5］温雯，高歌.基于RFID射频识别技术的道路交通管理系统设计与开发［J］.制造业自动化，2011，33(4):151－153.

［6］Siemens Inc.RF182CCommunication Module Operating Instructions［S］.