基于RFID技术的信息管理系统在汽车总装生产线中的应用

钟平

摘要： 介绍了一个基于RFID技术的信息管理系统。该系统的主站采用S7-1500型的PLC，RFID采用德国图尔克公司的高频读写头，电子标签采用64KB存储，应用西门子以太网实现整个系统的控制。通过现场信息的采集，再与生产计划、排程排序相结合，可对生产上的车辆跟踪，完成混线生产。系统的结构简单、经济、实用。

Abstract： This paper introduces an information management system based on RFID technology. The main station of this system adopts S7-1500 type PLC， and RFID uses the high-frequency read-write head of Germany Turck Company， the electronic label adopts 64KB storage， and it applies Siemens Ethernet to realize the control of the whole system. Through the collection of on-site information， and then combined with the production plan and scheduling， production vehicles can be tracked to complete mixed-line production. The system's structure is simple， economical and practical.

关键词： RFID；信息管理；PLC

Key words： RFID；information management；PLC

中图分类号：TP272 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）04-0193-02

0 引言

汽车总装车间主要完成车身与底盘的组装以及内饰件的安装，传统的生产过程一般有以下的问题：首先，在生产过程中，各环节的信息一般都是由班组人员手工录入，工作过程中难免出现抄写错误，导致记录数据与生产计划不匹配；其次，管理人员不能直观了解生产线当前生产状况，生产计划的调整不容易立即执行；最后，生产过程的数据不能实现可追溯，导致质量问题责任分不清。基于上述问题，一种智能化的信息采集与传递是整个生产过程中比较关键的问题，为了改善生产管理的效果，降低产品成本，我们提出了一种基于RFID的信息管理系统。

1 RFID技术介绍

随着工业4.0技术的发展，工厂对于数据管理和数据分析越来越重视。为了实现生产过程的数字化，在工业发展过程中，经历了铭牌标识、条形码、二维码等手段方式对物料进行标识。伴随着智能化和数字化的发展，RFID的应用就给现场数据采集提供了一种智能、大容量和数字化的方式。

RFID是一种射频识别技术，数据可以存储在一个电子标签中，电子标签与读写器之间是基于磁场或电磁场的方式来进行数据的传输。电子标签具有可读和可写的功能，能存储大量数据，典型的数据存储容量可达64KB，读写过程无需人工干预，可能自动读取数据、写入数据，信息的处理速度很快。

采用RFID的好处是可以对企业的供应链、生产过程等环节进行高效管理。

2 RFID系统硬件组成

RFID系统一般由读写器、电子标签、控制器、通讯接口和通讯协议等组成。一般RFID系统的硬件结构如图1所示，其中PLC控制器也可以是PC、DCS等控制器，接口模块一般均支持多种通讯协议，如EtherNet/IP、DeviceNet、Modbus TCP、Profinet等。每个接口模块能连接的RFID通道数量最多可达到8通道，并能实现可编程的功能。

读写器可采用高频或超高频，也可按安装形式分为固定式和手持式，电子标签的形式也可根据现场情况采用表面安装、磁性安装、带粘贴的溥片等形式，其最小尺寸可以小于7.5mm，最高耐温可达240度，同时也可应用于防爆等危险区域。

3 信息管理系统的构成

信息管理系统主体采用分布式控制和星形拓扑结构，整体系统由信息管理层、设备管理层及数据采集层等组成。

①信息管理层。信息管理层是本系统的顶层，主要负责与车间管理系统MES进行对接，能接收生产计划，并对生產信息进行整合和上报，为管理者及时下达调度指令提供可靠的分析依据。②设备管理层。设备管理层负责管理总装车间生产过程中车辆的信息及生产线的状态信息，并将相关数据上传给信息管理层。③数据采集层。数据采集层主要由现场的固定式RFID读写器及手持式RFID读写器进行采集，将车间的当前生产状态传输给系统。

4 信息管理系统的工作过程

为了介绍管理系统的工作过程，下面以总装车间的PBS存储库为例进行介绍。

总装工艺是四大工艺中的工艺过程最为复杂，所耗工时最多，在进入总装车间之前经PBS缓冲暂存并进行重新排序后，进入总装车间的车身序列不仅能保证得各工位生产负荷基本均衡，而且还应保证各种物料消耗平准化。因此位于涂装工艺与总装工艺之间的PBS对整个汽车生产效率有到至关重要的影响，PBS的工作效率高低直接影响到总装车间的生产效率高低，进而影响到整车生产的效率。

为了采集车身序列，在每个滑橇上均会安装一个载码体，载码体记录了车身的VDI码，用于识别车身的型号、规格及生产批次等生产过程信息。这些车身信息再与生产计划进行配对，从而实现车间的信息流按照原计划进行生产，并对其过程进行实时管控。

在PBS的入口处、车身队列排序处、下线处、空橇返回处等工位均设有读码器，可实现车身信息的检查、录入和反馈等工作。endprint

5 信息管理系统的实现

为了实现管理系统，我们选择图尔克的高频RFID系统TN-Q80-H1147读写头，网关采用PROFINET协议，RFID接口模块采用BL20-2RFID-S，其载码体TW-R30-B128的读写距离可达116mm，完全可实現信息的采集工作。

控制系统选用西门子的S71500系列S7-1516F型PLC，通过PROFINET网络实现与RFID控制器BL20的信息交换。下面以PBS为例，说明信息管理流程。

①根据销售计划生产订单，ERP将订单数据下发至车间层级。②车间将订单数据进行分解，按照底盘线、内饰线、车门线、发动机线、仪表线等线体类别进行任务下发。③PBS线体根据任务自动生成订单序列。④当带车身的滑橇进入到入口时，位置传感器检测到滑橇，RFID读写头读写当前电子标签的数据，根据车身的VDI码判断出车身型号、颜色及配置等数据。⑤数据比对。系统将RFID识别的车身信息与订单序列中的车身型号进行比对，当比对结果一致时，线体允许启动，进入下一个工位；当比对结果不一致时，通过ANDON系统报错，提示操作人员到现场进行判断，操作人员可以使用手持式读写器对电子标签数据进行手动更改或是将信息反馈给MES系统，由系统进行核对。⑥数据记录。当RFID识别成功后，系统将RFID识别的车身数据、当前工位及时间等数据进行存储，用作现场生产数据，可用于车身质量追溯，当车身出现质量时间，可以通过数据追溯到指定工作及相关操作人员。

6 系统验证

本系统应用在北汽新能源汽车的总装车间，用于实现两厢和三厢轿车的混线生产，经过生产检验，信息数据采集的正确率大于99%，提高了生产节拍，同时对生产过程中的质量信息进行了全面的管理，质量信息采集实现自动化，并通过现场服务器的分析能及时做出调整，实现了智能化管理。

参考文献：

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