RFID 射频技术在中小型冲压线上的应用

2024-01-11李国祯

设备管理与维修 2023年21期

姜燕，李国祯，宫聃

（济南二机床集团有限公司，山东济南 250022）

0 引言

中小型压机生产线是当前国内最普遍使用的生产线，而大多数的产线多以手工或者半自动化形式生产，基本上使用人工更换模具，而人工换模相比自动换模，时间更长，进而造成产线的生产效率降低。随着科技迅猛发展，厂家对压机生产效率要求越来越高，对冲压线的操作自动化需求越来越大。压机具有移动工作台，换模时更换工作台，模具的识别装置可以放置在工作台上，而对于无移动工作台的冲压线，运送模具的设备没有足够的空间安装模具识别装置，无法识别模具。针对此类生产线，开发了RFID（Radio Frequency Identification，射频识别技术）自动识别技术，从而实现固定工作台冲压线的一键换模功能。

1 固定工作台压机冲压线现状

当前压机冲压线基本都配备了一键换模功能，操作简单，生产效率明显提升。而无移动工作台压机生产线，当前还处于手工或半自动化生产模式，产线生产任务更换时，需要人工操作卸下当前模具，待前一套模具调运走后，准备更换新模具；自动换模如图1 所示。

图1 自动换模

人工换模时间长，操作步骤繁琐，在降低生产效率的同时，还增大了换模的失误率。同时人工选择模具参数存在参数不匹配的风险，从而导致模具损伤或者损坏。为了实现自动换模完全替代人工操作，开发RFID 模具参数自动识别功能，其主要效果如下：

（1）提高生产效率，实现人工、半自动化操作转为全自动识别过程，生产效率提升20%以上。

（2）降低生产成本，装卸模具过程中至少需要两名操作人员进行配合工作，自动识别后无需任何人工操作步骤。

（3）有效降低人工操作失误率。人工操作的流程中，失误是不可避免的，在模具更换的过程中，因为人工操作失误导致的模具不匹配，屡见不鲜。严重者，直接造成模具损坏；通过RFID 自动化识别，完全可以保证模具信息的准确性。

2 RFID 识别在一键换模功能的定义介绍

2.1 一键换模功能

一键换模，也叫ADC（Auto Die Change，自动化换模），它由程序编制好整个流程，一键启动后，冲压线可以快速地按照提前计划的特定流程进行，卸载当前模具，并装载下套模具的过程，完成后可以直接进入生产模式。整个换模的过程都是通过程序编制进行全自动识别与确认，具有速度快的特点。

2.2 RFID 定义

RFID 俗称“电子标签”。所谓RFID 射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别的整个过程无须人工干预操作，可适合工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID 是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。RFID 射频识别控制如图2 所示。

图2 RFID 射频识别控制

2.3 RFID 射频识别技术特点

（1）独特性。RFID 技术就是赋予物联网中的每一件一个独特电子身份，每个RFID 电子标签都有自己的全球唯一的编号（标签不能重复或者仿制），以实现所有产品的防伪，溯源以及防窜货。在冲压线上可以实现每套模具的唯一性，数据独立。

（2）高效率。RFID 技术具有远距离群读功能，10 m 的距离在大约1 min 内可读取数千个标签数据。RFID 读写器大数据可实现供应链的追踪和追溯，能保证完整的前端到后端透明。实现了消费者提供特色商品信息并进行互动，从B2B 到B2C 的服务转型。通过使用RFID 技术以及智能包装技术可以在整个供应链中轻松跟踪和追溯，保证了端到端（即从核心原材料到产品使用寿命结束和重复使用的全过程）的完全透明。RFID 阅读器可以构建产品生命周期的大数据，是互联网加芯片+封装的应用。大数据包括供应链大数据和安全溯源大数据平台。

3 RFID 识别在一键换模功能上的应用原理

3.1 Ethernet/IP 总线RFID 射频识别组态

RFID 射频识别组态主要由CPU 控制器、Ethernet/IP 控制器、读写器、磁头等部分组成。不同品牌PLC 的控制器通信协议与数据交互都不同，主要以Ethernet/IP 协议、Profinet 协议、Devic－Net 协议以及EtherCAT 协议等协议为主，各自PLC 都有自己主要的通信方式，不同通信方式之间需要通过转换头或者模块进行协议转换。本文主要介绍Ethernet/IP 总线，需要通过PLC 说明书进行通信设置与程序编制。Ethernet/IP 通信协议是工业上最常见、最通用的一种协议。读写器为数据读写的控制器，通过PLC 逻辑控制，使用场合的不同需求，设置需要写入的数据长度，与读取的长度。每个磁头代表一个独一无二的个体，存储着每个个体的独特数据，可永久保存。Ethernet/IP 总线的BISV在PLC 中的组态设置硬件连接如图3 所示。

图3 BISV 在PLC 中的组态设置硬件连接

3.2 Ethernet/IP 总线控制器（图4）

图4 总线控制器管脚定义

识别系统是带读写功能的非接触性系统，这类系统不仅能传输已被永久写入编码块内的信息，还能收集并传输当前信息。识别系统内的主要部件为控制器、读写头、编码块。主要应用在生产中控制物料的流动（如：特殊型号的加工，运送工件的传输系统，获取与安全性相关的数据）、监控仓库中的物流移动以及运输传送等领域。控制器及控制系统通过Ethernet/IP 协议通信。分配一个唯一的IP 地址连接控制器及网络。根据总线控制器IP地址设置，可以进入控制器设置画面，通过参数的修改，实现总线控制器连接的不同对象进行不同的检测。当前项目为BISV射频识别，将读写器连接到总线控制器上，连接到PLC 中，进行数据的交互。

3.3 读写功能

通过读写器，可以将所有模具参数写入到存储器中，每个磁头只能读写一套、64 个字节，对于内容填充，可以根据自己的生产需求，进行参数设置并存储，后期根据需要，也可以进行重新写入。读写器的写入顺序必须按照控制器的反应流程进行程序逻辑控制，将控制字写入到磁头中，状态字读取到PLC 中，进行控制程序的编制；读写过程中，如若任务处理不当或者出现取消处理，可以通过对应的控制位读取出，重新分配任务；不同的PLC 品牌有不同的数据处理过程，正确的参数需要针对不同的PLC 进行修改。

读写头处编码块的数据复制到另一读写头前的编码块内，两编码块均需放置在读写头前（即使设置了动态模式），并且需要有特定的地址范围。指令在来源读头的缓冲区内进行处理。现场读写器读取模具信息如图5 所示。

图5 现场读写器读取模具信息

3.4 RFID 在冲压线一键换模上的应用

冲压线的一键换模是自动化生产的必备功能，是当前用户比较看重的一个功能。只需操作摁下启动按钮，所有换模流程均按照程序编制内容进行有序动作，完成装卸模动作，以满足新模具的正常生产需求。对于固定工作台配置的生产线，目前因模具更换移动问题，仍无法实现自动换模功能，需要人工对当前模具信息进行选择确认，确认信息的效率低、失误率高，已经无法满足当前客户的自动化要求。本文开发的RFID 自动识别功能，有效地解决了此问题。它通过程序控制比较，进行快速准确的自动识别。RFID 在PLC 中的读写程序如图6 所示，将数据传输给PLC 中，进行逻辑控制。可以提前将所有信息永久存储在磁头中，粘贴到对应的模具的一侧，利于读写器读取数据。

图6 RFID 读写程序

RFID 识别技术成就了固定工作台冲压线的一键换模功能，生产效率高，人工操作简单方便，真正实现了自动化；RFID 参数的精准识别保证了冲压件的尺寸、形状、精度，延长了模具的寿命，所以冲压的质量稳定，互换性好；通过冲压可加工出尺寸范围大、形状复杂的零件。ADC 流程如图7 所示。RFID 在冲压线上的应用日益增多，设备简单易操作，失误率低，越来越受到广大用户的青睐。