浅析RFID射频识别技术在发动机装配线的应用

耿贵乾+李清县

【摘 要】本文以BALUFF工业RFID识别系统（BIS）为例，介绍了射频识别技术在基于PLC控制的发动机装配线的应用，重点介绍了 BIS RFID系统工作原理、硬件组成架构、软件程序实现。

【关键词】BIS RFID；装配线；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

近几十年国内汽车行业迅速发展，市场竞争激烈，各大汽车厂商不断推出新产品，生产线不断迭代升级。产品的多样化、复杂化对生产线信息管理技术提出了更高挑战，传统的感应开关、条形码等识别技术已逐渐难以满足生产线对柔性化、工况复杂化、生产数据统计、质量追溯等的要求。RFID技术在流程控制与生产信息的控制，实现物流与信息流的同步方面提供了很好的解决方案。RFID射频识别技术可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需建立机械或光学接触。90年代兴起并推广，目前已应用到汽车管理、食品、零售等各个领域。

本文以巴鲁夫BIS RFID系统为例介绍了射频识别技术在发动机装配线的具体应用。

1 RFID系统组成

发动机装配线应用的巴鲁夫RFID系统主要由控制器（现场为PLC）、处理器、读写头、编码块四部分组成。如图1

编码块TAG：为数据存储设备，数据以EEPROM或FRAM形式存储在编码块上，每个编码块有唯一的电子编码。

读写头Read/Write-HEAD：通过电子编码识别编码块并为其提供电源，通过电感或电磁耦合方式传输数据。

处理器Processor：控制读写头的读写操作，并通过现场总线与PLC控制器建立通讯。

控制器Conrtol：PLC或PC，程序员编程实现数据处理。

2 系统工作原理

如图2，编码块及读写头上装有天线（两者需选用同类型天线，当嵌入金属时需选用特殊型号），当编码块进入读写头磁场范围内时，读写头通过感应电流为编码块内芯片供电，而后两者通过一定频率的射频波传递信息，通常频率越高传输距离约长，刚干扰能力越低。

3 发动机装配线RFID技术应用实例

3.1 系统概况

发动机装配线输送载体为托盘，编码块嵌入托盘中，读写头固定在工位辊道上，需装配发动机被吊装到托盘上随托盘输送到各工位，工位辊道上的接近开关感应到托盘到位后，PLC判断工位状态，并发出读命令至处理器，读取完成数据发送至PLC并显示在工位HMI面板上。工作完成PLC发出写命令至处理器，将本工位工作信息写入编码块。发动机装配完至下线工位，发动机被吊装至物流仓库，托盘上编码块数据清零，循环使用。装配线编码块主要存储信息如下：

●托盘序列号 Pallet ID number

●主站状态 Master Status

●是否为空托盘 Pallet loaded

●发动机序列号 Engine unique number

●工位信息 Station Status

3.2 程序实现

3.2.1 建立信息矩阵

通常情况编码块需存储数据较为庞大，如不制定统一的数据存储规则，则存储数据将变为无用数据，使用者无法从中提取有用信息，对再次编程者带来极大困难。本例装配线采用如下图3中建立矩阵式TAG Address 地址表的方式对存储数据加以注释，以便PLC数据处理时清晰明了。

3.2.2 初始化及设备状态判断

PLC发出读信息命令前需对上台发动机信息清零及相关设备状态进行判斷，以确保满足读写条件。如图4，托盘进入及读初始化命令发出时，程序执行双重清零。

如图5，PLC对托盘、编码块TAG、处理器状态进行判断。托盘在位状态由接近开关感应信号并发送至PLC输入节点，编码块在位状态及处理器工作状态由BALLUF处理器通过总线传入PLC。当托盘在位、编码块在位且处理器不在读写状态时，PLC方可发出读命令。

3.2.3 读取地址赋值

每个工位读取前需根据图2 -TAG Address地址表赋值读取起始地址，以便提取有用信息。如图6，本工位起始地址信息主要包括发动机系列号、本工位信息、上工位信息的起始地址。本例发动机序列号起始地址2，本工位信息起始地址32，上工位信息起始地址16（可参照图3对照）。

3.2.4 读取数据

当以上条件满足是PLC向BALLUF处理器发出读指令，以赋值地址为起始读取一定长度的数据（PLC赋值数据长度），读写完成处理器通过总线将数据发送给PLC。PLC依据TAG Address地址表将数据分字段提取相关信息，如发动机名称、序列号，机型代码等，并依据此信息进行程序判断得出不本工位相关操作信息，如是否需装配、螺栓拧紧数据、质量门信息等。如图7，在ReadData不同字段中中提取相关信息赋予相关变量以作为其他程序执行的条件。

3.2.5 人机交互界面

装配线机型复杂，涉及操作信息较多，仅通过传统的操作卡信息难以满足现场需求，且许多情况下需人工输入或确认相关信息以完成工位操作。这种情况下简单快捷的人机交互界面变得尤为重要，本例中每个工位都设有HMI交互面板以显示相关操作信息，如发动机序列号、是否需装配、合格状态、拧紧颗数等，某些工位还提供手动读写功能以满足读写特定地址信息需要，如返修上线时需手动写入特定工位信息，图8位为手动读写HMI实例。

3.2.6 写入数据

写数据为读取数据的逆过程，程序执行顺序为写数据赋值、TAG地址/数据长度赋值、检查设备状态、写入数据。工位需写入的信息主要包括发动机号（读取或扫描）、工位号、合格信息等。当操作完成合格或不合格信息触发时，且设备状态满足条件时（如图4）系统对编码块执行写入数据操作。写入完成发动机方可，放入下工位。图9为依据TAG Address地址表对WriteData不同字段赋值相关信息数据。

3.2.7 下线清零

下线工位发动机吊装至物流仓库，托盘重新至上线工位循环使用。因此在进入上线工位前需将上线循环存储数据清空，若数据不全部清空会造成上线发动机无法装配或其他质量风险。如上循环某工位合格信息未清零，本循环发动机进入工位后，员工还未执行操作系统读取到合格信号后便会放行发动机造成零件漏装等事故，在没有员工操作的自动站风险更高。本例在上线预停工位发动机到位后，PLC向处理器发出清零指令清楚TAG信息。

4 结束语

在当今物联网时代下，RFID射频识别技术作为物联网感知层非常重要的应用技术必将的到国家大力推广。学些和掌握射频识别技术，将使我们在实际的生产过程中更高效的解决问题，并有效提高生产力，实现信息感知、“透明”管理。

【参考文献】

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[责任编辑：朱丽娜]