RFID车身追踪系统在汽车总装车间的应用

郑艳红

（长春泰坦斯科技有限公司，吉林 长春 130000）

目前，汽车总装车间生产线车型信息采集方式需操作者手持扫码设备读取车型码来识别车辆的信息。为了提高工作效率和生产自动化水平，总装生产线应用无线射频识别技术和二维码定位方式来实现车型信息的自动读取和识别。系统数据很重要，应采用成熟可靠的硬件产品和技术，以保证整个系统基于良好的硬件平台而进行稳定运行，确保数据传输储存安全可靠。

1 研究背景、目的、意义和关键问题以及需求性能要求

1.1 研究背景

目前，汽车总装车间需操作者手持扫码设备读取车型码，每个工位干活前需先扫一下车身条码，生产效率低，自动化水平低，增加了工人重复劳动。

在车辆追踪和追溯系统中，数据获取的准确性很重要。数据在生产过程中被有效识别、采集和记录，就能够在生产过程中实时发现线上车辆的质量问题。

1.2 研究的目的、意义和关键问题

表1 条形码与RFID对比

识别系统可节省生产运营成本和生产周期。自动识别可贯穿从产品组装到产品运输整个生产环节。使用自动识别系统将大大降低人工采集数据的误差，节省运营成本，并使生产信息的实时性更强。为了提高工作效率和生产线自动化水平，总装生产线应用无线射频识别技术和二维码定位方式来实现车型信息的自动读取和识别。

1.3 需求性能要求

获取数据应确保其准确性、实时性和可靠性。

（1）汽车总装车间电气控制设备多，金属多，可能会出现金属或者同频段设备对RFID数据读写产生干扰。

（2）RFID读写头之间安装距离干扰，RFID读写头与载体之间安装距离受限。

（3）运动中读取，通讯时间要满足线体运行速度6米50秒。

2 RFID技术概述

2.1 RFID 的技术简介

RFID代表“射频识别”，是指使用无线电波自动识别物体或人员的技术。通常，序列号或其他与产品／对象相关的信息（标识符）会存储在微芯片上。该芯片连接到天线，使芯片能够将所需的识别信息传输到读取设备。天线和芯片的组合被称为“RFID标签”或“RFID转发器”。RFID读码器创造了一个可激活标签的能量场。最常见的RFID标签是无源的，因此基本上无需维护。根据RFID标签的类型，一个标签上可以存储大量不同的产品相关信息。专用接口支持RFID系统与PLC或其他IT系统进行通信。在流程中使用RFID系统后，就不必再使用容易出错的手动数据采集了。这意味着管理错误最少、透明度更高以及巨大的速度提升。

2.2 RFID 的分类

根据标签的供电形式分类，依据射频标签工作所需能量的供给方式，可以将RFID系统分为：有源、无源和半有源系统。根据标签的数据调制方式分类，标签的数据调制方式即标签是通过何种形式方法与读头之间进行数据交换，据此RFID可分为主动式、被动式和半主动式。根据工作频率分类，RFID系统的工作频率即为读头发送无线信号时所用的频率，一般可以分为低频、高频、超高频和微波。

在无源RFID、有源RFID和半有源RFID三类RFID产品中，无源RFID出现时间最早，最成熟，其应用也最为广泛。在无源RFID中，电子标签通过接收射频识别读写器发送的微波信号，并通过电磁感应线圈获取能量，使电子标签在短时间内完成信息交换。

2.3 RFID系统的基本组成

（1）标签：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象阅读器。

（2）阅读器：读取标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。

（3）天线：在标签和读取器间传递射频信号。

一套完整的RFID系统由阅读器、电子标签和应用软件三个部分组成，其工作原理是阅读器发射一特定频率的无线电波能量给电子标签，以驱动电子标签电路将内部的数据送出，此时阅读器便依次接收数据，并送给应用程序做相应的处理。

2.4 RFID系统的基本工作原理

RFID技术的基本工作原理并不复杂。标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

3 基于RFID的车身追踪系统的实现

3.1 基于RFID的车身追踪系统的需求分析

系统功能需求如下：取消人工手动拿扫码枪扫车身条码，减少工人重复劳动；过点信息自动上传；安装零件工位，车辆到位自动提示；识别率99.9%；识别过程不能影响线上工人干活；提高生产节拍；车辆实时位置查看；线末车辆不合格数据显示。基于条码采集方式效率低，识别率低，增加人工重复劳动，条码容量有限，不能把车辆关键信息全部记录。射频标签载体内的数据有很强的抗干扰能力，像抵抗外部电磁干扰以及机械影响。整个射频系统将为您提供可靠稳定的读取率。数据存储时间能长达10年以上。

3.2 基于RFID的车身追踪系统的系统结构和任务流程

RFID标签及读写头作为底层设备，Bodytracking PC和PLC作为执行发送控制层。车身追踪系统PLC通过PNPN耦合器实现与线体PLC通讯，获取车辆载体位置信息。Bodytracking PC通过OPC协议与车身追踪系统PLC通讯，获取车辆条码和实时位置。Bodytracking PC通过OPC协议给线上PLC控制设备发送车辆准确信息。Bodytracking PC通过TCP协议给线上MPC控制设备发送车辆准确信息。Bodytracking PC通过XML协议给服务器发送车辆准确信息。服务器发送给其他系统。

3.3 RFID识别系统与PLC接口设计与实现

RFID识别系统数据的交换可应用于不同的网络 ：EtherNet，Profibus，Profinet，DeviceNet，Interbus，EtherCAT，CC－Link，或 Serial Interface。被安装在工业现场，识别控制系统将和上层的控制系统相连。这样的网络连接形成了自动读／写载体数据和配置设备参数的自动化系统。整个识别系统兼容所有工业网络。从PLC发出的指令通过网络传给识别系统控制器，识别系统控制器将指令再发送给读写设备。读出的数据将按照指令传送路线反馈给PLC。对于系统瘫痪状态，用户仍可以在现场读取载体数据。RFID识别系统产品严格遵守相关标准，系统运行安全可靠。系统结构与通信结构如图1所示。

图1 系统结构与通信结构

3.4 基于RFID的车身追踪系统的功能实现

3.4.1 系统架构

基于RFID的车身追踪系统共有四层架构，如图2所示。

图2 系统架构图

（1）Mom系统既是数据源头，又是与其他设备通讯的桥梁和纽带。

（2）数据服务器作为中间应用层，起到数据收集及转发功能。

（3）Bodytracking和PLC作为执行发送控制层，实现与线体PLC、读写头、过点信息设备的通讯与数据采集。

（4）实现RFID标签及读写头作为底层设备。

3.4.2 基于RFID的车身追踪系统具体实现

线体按载具方式分4种生产线：滑橇线（BA0）、滑板线 1（BA12、BA56）、吊具线（BA34）、板式链（BA7），共8条生产线，共5个转挂点，每个转挂点安装两套RFID，一套读数据，一套写数据。每条生产线安装三套RFID，线首两套，一用一备，线尾安装一套效验。

底层设备硬件主要由RFID系统组成，直接读取车辆滑板吊具等载具上安装的载体。执行发送控制层的PLC主要给RFID系统发送读写指令，并结合线体PLC信号，把车辆信息安照工位实时计算出来。Bodytracking接收到PLC发送信息发送给数据服务器同时按需求发送给线上设备。

PLC与RFID系统选择成熟稳定的PROFINET网络结构。Bodytracking PC与PLC、数据服务器以及线上设备均选用车间生产网，以节省大量网络布线。RFID与载体之间的安装距离应在5cm以内。

3.4.3 RFID与二维码扫码定位实现车辆实时信息算法的实现

系统的算法编程如下：

条码判断位置：选择两个读写头读取完成的位置判断读写头读取完成信号，如果读写头1读取成功，就用读写头1读取数据；如果读写头1读取不成功，读写头2读取成功，就用读写头2读取数据。如果两个读取都不成功，就用大线PLC给的条码。

序列开始的位置：将条码按此位置做条码序列。条码序列有连续去重功能，要用序列开始的位置上升沿做序列。每条线做30个条码序列，每个条码有18个字符串。条码格式如表2所示。

表2 条码格式

大线PLC给RFID车身追踪系统发送每个载具的编号和实时位置；根据实时位置，判断载具位置，找到载具上的条码；Bodytracking PC使用OPC协议每200ms获取一次PLC里数据信息，把最新的条码按位置信息发送给线上设备并上传给数据服务器。

3.5 基于RFID的车身追踪系统的其他功能模块

可视化模块功能：增强可视化展示，体现数字化效果；显示车间车辆实时位置及条码匹配状态；车辆线末质量缺陷状态显示；拧紧一次合格率Top5显示；各个过点信息的数量统计。

自动化模块功能：生产线自动化，实现生产效率提升；建立智能化、数字化管理体制；通过多种数据检验，实现车身Vin读取自动化、准时化；资源优化，减少操作工时，简化工作流程，合理利用资源；统一通道上传，规范数据：统一的车身位置平台，快速实现车身位置信息共享。

物流信息模块功能：为物流系统共享数据，实现信息流互锁。车身信息与物流系统准确、实时对接；实现各个产线的车身数据共享；实现各个产线的位置数据共享，为物流提示更精准的过点信息；实现及时准确的备料和送料，为实现物料自动呼叫功能提供底层数据。

质量信息模块功能：实现缺陷数据上传，为质量提升提供数据基础；实时与拧紧缺陷系统数据准确对接，及时响应报警信息；实现拧紧系统与合格证系统的强制关联；为质量缺陷系统提供生产线末端的过点状态信息；系统末端返修PC收到过点信息时，可以显示当前车辆所有拧紧数据结果。

4 结论

通过RFID系统能够实时采集、实时传递、实时核对和更新，既降低了工人的劳动强度又避免了在重复的人工操作中可能出现的错扫、漏扫、重扫等差错，能够有效提高工作效率和准确度。