基于物联网（IoT）技术的智能生产线系统的研究与设计

2018-01-23

制造业自动化 2017年12期

（上海市嘉定区安亭镇人民政府，上海 201805）

0 引言

1913 年，福特发明了人类历史上第一条流水线，自此以后人们对生产线的研究就没有停止过。发展至今，自动化生产线在工业制造领域得到广泛的应用，这种生产方式大大提高了工业制造的效率，但是由于自动化生产线的控制方式大部分是预先设置的，所以存在生产灵活性不足的缺点。如果把整个生产线做成一个闭环，使生产线可以感知、分析、决策并执行，就可以实现生产线的智能化。

2005年，国际电信联盟（ITU）在信息社会世界峰会上以报告的形式给出了物联网（Internet of Things，IoT）的概念，“通过二维码识读设备、射频识别（RFID）装置，红外感应器，全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品和互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]”。近几年随着物联网技术的兴起，对物联网的研究和应用非常广泛，如共享汽车、智能物流、无人驾驶等。

由此可见，自动化生产线的研究已经比较成熟，而且物联网的研究与应用也取得了较大进展。本文通过把物联网技术应用到生产线上，从而实现生产线的智能化，不但极大地提高了生产效率，而且为生产线的管理提供了便利[2]。

1 智能生产线工作流程简介

图1 主生产线结构

将一个产品的完整加工流程分为若干个基本的工序，每一个加工模块完成一道工序，加工模块在加工过程中重复地完成某一个操作；通过一条主生产线串连所有的加工模块，并且传递待加工的物料[3]。同时，主生产线在各加工模块处分支出一条支生产线，供物料或产品进出加工模块，而且支生产线可以起到为各加工模块进行缓冲任务的作用。

如图1所示，待加工物料库里有四种型号的物料A、B、C、D，这四种物料需要经过各自不同的加工流程，也就是需要经过不同的加工模块组合才能完成加工。待加工物料放置于托盘上，如图2所示，托盘上装有电子标签，在物料上线时将物料型号信息写入电子标签，主生产线将托盘自动传递至各个加工模块，主生产线上的各个加工模块位置处安装有RFID读写器，通过读取托盘上的电子标签里的信息确定该物料是否需要在本加工模块上加工。如果需要，则托盘从主生产线上传递到对应的支生产线上，再进入加工模块进行加工；否则，托盘被传递至下一个加工模块，如图3所示。

图2 支生产线

2 射频识别（RFID）数据采集

射频识别（RFID）技术具有体积小、容量大、可重复使用、读写快速等特点，且不怕油污、灰尘、高温等恶劣环境，所以在工业可以达到很好的识别效果。目前射频识别（RFID）技术在我国的应用很广泛，2009年我国RFID产业市场规模达110亿元，相比2008年增长36.8%，已用于物流、城市交通、工业生产等方面[4]。本文将射频识别（RFID）技术应用在智能化生产线中，用以实现生产数据的无人化采集与处理[5]。

如图4所示，在上线模块，待加工物料被放置在托盘上，RFID读写器将待加工物料型号信息写入电子标签，每个物料型号都对应一种预设的加工流程[6]。在每个加工模块位置处，PLC通过RFID读写器自动获取到达该加工模块的物料型号信息，同时将新的信息写入到电子标签里。这些物料型号信息用于确定该物料是否需要在本加工模块上加工。RFID读写器固定在主生产线上加工模块处，通过以太网与PC相连，从而实现了数据的实时传输[7]。PC机根据得到的待加工物料的型号信息，通过PLC控制主生产线上的待加工物料进入某一个加工模块或者继续传送至下一个加工模块。物料包装下线后，电子标签里的信息将清除，在下一个物料上线时重新写入新的信息，以实现电子标签的重复利用。