引言

    RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)，是利用無(wú)線電波或微波能量進(jìn)行非接觸雙向通信，當(dāng)貼有電子標(biāo)簽的待識(shí)別物料出現(xiàn)在讀寫(xiě)器的讀出范圍內(nèi)時(shí)，讀寫(xiě)器自動(dòng)以非接觸的方式將電子標(biāo)簽內(nèi)的約定識(shí)別信息取出，實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換功能。RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽(Tag)、讀寫(xiě)器(Reader)以及發(fā)送接收信號(hào)的天線(Antenna)部分組成，在本文應(yīng)用中還包括網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。本文基于設(shè)備層配置的是西門子S7—300 PLC控制，該系統(tǒng)具有PROFIBU集成DP接口，所以選用與之相匹配的RF 300射頻識(shí)別系統(tǒng)，以便實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。RF 300具有可工作于惡劣環(huán)境、讀取距離大、讀取方便快捷、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大、存儲(chǔ)信息更改自如、診斷功能強(qiáng)和支持PRoFIBUS—DP通信協(xié)議等特點(diǎn)，為RFID應(yīng)用于FMS物料自動(dòng)識(shí)別與監(jiān)控提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。

1 RFID應(yīng)用于FMS的設(shè)計(jì)方案

    昆機(jī)研發(fā)的FMSl600箱體類柔性制造系統(tǒng)共配置8套R(shí)FID系統(tǒng)，分別安裝于7臺(tái)加工主機(jī)和物流小車上，30個(gè)移動(dòng)工作臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱托盤)安裝RFID電子標(biāo)簽。設(shè)計(jì)方案基于PROHBUS．DP總線，集成RFID技術(shù)、PLC控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，構(gòu)建RFID與設(shè)備控制層、現(xiàn)場(chǎng)層控制管理系統(tǒng)的鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID電子標(biāo)簽的信息讀寫(xiě)、托盤的自動(dòng)識(shí)別與監(jiān)控管理。設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

    RFID通過(guò)通信模塊ASM456與數(shù)控系統(tǒng)的集成DP口連接，經(jīng)PROFIBUS總線連接到主控PLC系統(tǒng)，組態(tài)為物流系統(tǒng)的從站。wiIlCC上位機(jī)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通信卡與主控PLC以及RFID通信模塊ASM456通信，主要任務(wù)之一是通過(guò)主控PLC向設(shè)備控制系統(tǒng)傳遞托盤任務(wù)及控制指令、監(jiān)控電子標(biāo)簽MOBY的工作狀態(tài)、監(jiān)控托盤當(dāng)前位置。小車控制系統(tǒng)按照上位機(jī)系統(tǒng)為托盤分配的任務(wù)和控制指令，控制RFID讀寫(xiě)器對(duì)30個(gè)托盤上電子標(biāo)簽MOBY的初始化參數(shù)寫(xiě)入，寫(xiě)入信息包括：工作參數(shù)、托盤編碼和工件類型編碼等，自動(dòng)執(zhí)行30個(gè)托盤的識(shí)別與搬運(yùn)。加工設(shè)備的RFID系統(tǒng)讀取MOBY信息，判別小車送達(dá)托盤與主控PLC控制指令的一致性，同時(shí)依據(jù)本機(jī)加工工序完成情況實(shí)時(shí)修改MOBY的加工信息，反饋至上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案主要包括RFID的通信和物流自動(dòng)化控制功能的實(shí)現(xiàn)。

2 RFID通信

    實(shí)現(xiàn)RF[D網(wǎng)絡(luò)通信需要經(jīng)過(guò)通信模塊硬件編碼、工作參數(shù)設(shè)置、RFID組態(tài)和讀寫(xiě)控制程序編程四個(gè)步驟。

    1)通信模塊硬件地址編碼：PLC控制系統(tǒng)可以連接各種I／O模塊，每個(gè)模塊有特定的識(shí)別編碼，同理，每個(gè)RFID需設(shè)置唯一的識(shí)別地址。

    2)工作參數(shù)設(shè)置：FSM項(xiàng)目通過(guò)通信功能塊程序(FC45)為ASM456寫(xiě)入工作參數(shù)，設(shè)置信息包括：RFID的類型、在PLC控制器中的I／O地址、通信通道、糾錯(cuò)碼方式、工作方式5、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的字節(jié)、指定讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存放的地址(數(shù)據(jù)塊)和診斷信息等。

圖1 RFID應(yīng)用于FMS的設(shè)計(jì)方案

    3)RFID組態(tài)：首先將RFID的GSD文件(GSD文件提供了RFID的選型和組態(tài)信息)安裝到s7 project組態(tài)軟件規(guī)定的路徑下，新建SIMATIC_插入project_插入站_插入RACK-300-插入Rail葉插入電源模塊PS307(如果配置了該硬件)-插入CPU模塊呻雙擊硬件一右鍵點(diǎn)擊DP_Add Master system-選PROFIBUS-產(chǎn)生一條線ProfiBus(1)DP master system(1)-光表對(duì)準(zhǔn)這條線呻右鍵點(diǎn)擊一Insert object-Additional Field-ID systems-ASM456寸OK就插入了ASM456組態(tài)。

    組態(tài)完成，分配了FPOFlBuS總線通信的IP地址和診斷地址，F(xiàn)MS共8套R(shí)FID，照此方法一一組態(tài)到FPOFIBUS總線，所有RFID完成組態(tài)的總線連接如圖3中的ASM456，PLC對(duì)MOBY的讀寫(xiě)通過(guò)ASM456通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈接。

    4)編程讀寫(xiě)控制程序：編寫(xiě)RFID讀寫(xiě)控制程序功能塊FC45，F(xiàn)C45的背景數(shù)據(jù)塊是DB45(用于存儲(chǔ)MOBY參數(shù))，DB45中內(nèi)嵌調(diào)用DB47(用于存儲(chǔ)MOBY的命令)和DB48(用于存儲(chǔ)要讀寫(xiě)的數(shù)據(jù))．。在加工設(shè)備、物流小車和主控PLC系統(tǒng)控制系統(tǒng)分別控制FC45功能塊，即實(shí)現(xiàn)了電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)功能。讀寫(xiě)程序如圖4所示。

圖2 單個(gè)RFID通信模塊組態(tài)

圖3 MOBY在PROFIBUS總線組態(tài)圖

圖4 讀寫(xiě)程序

    當(dāng)搬運(yùn)或交換托盤時(shí)，托盤上的電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器感應(yīng)區(qū)域，讀寫(xiě)器被激發(fā)，讀取MOBY標(biāo)簽信息傳遞給PLC控制系統(tǒng)。小車系統(tǒng)和加工系統(tǒng)將讀取托盤標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)與主控PLC的控制指令做一致性比對(duì)，數(shù)據(jù)吻合小車執(zhí)行搬運(yùn)，加工系統(tǒng)執(zhí)行加工或托盤暫存處置，否則向主控PLC發(fā)出錯(cuò)誤信息，終止搬運(yùn)或退回誤送托盤。

3 上位機(jī)系統(tǒng)與PROFIBUS—DP從站的通信連接

    FMS物流系統(tǒng)的托盤任務(wù)分配、托盤調(diào)度、運(yùn)行控制以及對(duì)托盤信息的讀寫(xiě)和監(jiān)控，是通過(guò)構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)層控制系統(tǒng)與設(shè)備層控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通信鏈接實(shí)現(xiàn)的。主要經(jīng)過(guò)PROFIBUS主控站和從站的硬件組態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)配置、創(chuàng)建任務(wù)變量表(定義主／從站之間控制信號(hào)接口地址和控制功能)和創(chuàng)建視窗任務(wù)等步驟，完成物流系統(tǒng)主，從站之間的通信鏈接。

    1)硬件組態(tài)：在wincC側(cè)硬件組態(tài)是通過(guò)組態(tài)軟件，插入PC STATION，添加CP5613A2模塊，并將其設(shè)為DP-MASTER(主站)；PROFIBUS從站組態(tài)：添加CP342-5模塊，并將其設(shè)為DP—SLEVER(從站)。組態(tài)完成，將組態(tài)下載到PCSTATION，在WinCC側(cè)添加PRROFIBUS—DP協(xié)議，在DP協(xié)議下，設(shè)置連接從站地址。

    2)配置系統(tǒng)參數(shù)：分別設(shè)置主站和從站的信號(hào)輸入／輸出地址，至此完成了WinCC與物流從站之間的PRROFIBUS-DP鏈接。

    3)創(chuàng)建任務(wù)變量表：所謂變量表就是設(shè)計(jì)任務(wù)視窗使用的任務(wù)表，是以winCC和數(shù)控系統(tǒng)都可以識(shí)別和應(yīng)用的符號(hào)表、共享數(shù)據(jù)塊DB和功能程序塊本身要用的背景數(shù)據(jù)塊DB的形式定義和編輯的。通過(guò)任務(wù)表，實(shí)現(xiàn)管理信息與控制信息的對(duì)接。

    如圖5所示，wincc通過(guò)變量管理器處理變量的集中管理和winCC項(xiàng)目產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)在項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。在WinCC組態(tài)軟件的運(yùn)行 環(huán)境下，現(xiàn)場(chǎng)狀況將實(shí)時(shí)地反映在變量的數(shù)值中，操作人員監(jiān)控過(guò)程數(shù)據(jù)，以及在WinCC視窗上設(shè)置的控制指令通過(guò)變量傳送給現(xiàn)場(chǎng)PLC控制系統(tǒng)，所有的控制程序都以WinCC變量的形式從變量管理器中請(qǐng)求數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括圖形運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng)和變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)等。

圖5 WinCC與物流從站通信結(jié)構(gòu)

4 物流儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制功能的實(shí)現(xiàn)

    本項(xiàng)目物流主控系統(tǒng)是以WinCC上位機(jī)和主控PLC控制系統(tǒng)為核心，集成加工單元、物流小車的控制系統(tǒng)、PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線、RFID、主／從站系統(tǒng)組態(tài)及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)組成的現(xiàn)場(chǎng)控制管理系統(tǒng)。物流儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制與管理功能主要包括：托盤任務(wù)分配、托盤調(diào)度與信息監(jiān)控、托盤儲(chǔ)運(yùn)控制、RFID系統(tǒng)監(jiān)控。監(jiān)控管理任務(wù)如下：

    1)分配托盤任務(wù)：由于柔性制造線可實(shí)現(xiàn)多類型工件混線加工，因此上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)工件名稱和類型進(jìn)行定義、識(shí)別編碼、便于控制系統(tǒng)識(shí)別和監(jiān)控。

    2)設(shè)置托盤信息：需要識(shí)別的信息包括托盤上有無(wú)工件、工件類型、工件是否已加工完成、托盤當(dāng)前在物流線上的位置。WinCC上位機(jī)分配托盤任務(wù)的同時(shí)賦予了托盤承載工件的特征信息，以便托盤的搬運(yùn)控制和跟蹤記錄。全線自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，托盤電子標(biāo)簽的信息被實(shí)時(shí)更新。WinCC顯示的托盤信息與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差時(shí)，經(jīng)授權(quán)可以對(duì)托盤的信息進(jìn)行手動(dòng)修改。

    3)監(jiān)控MOBY狀態(tài)：RFID的智能信息存儲(chǔ)卡MOBY的工作狀態(tài)對(duì)本項(xiàng)目FMS的物料自動(dòng)識(shí)別、調(diào)度、管理的可靠性有著至關(guān)重要的作用。為此專門研發(fā)了機(jī)床MOBY狀態(tài)監(jiān)控視窗。WinCC通過(guò)設(shè)置的外部變量從控制系統(tǒng)的信息傳遞通道獲取RFID狀態(tài)信息：每臺(tái)加工設(shè)備和小車上的RFID讀寫(xiě)器是否準(zhǔn)備就緒、是否有故障、30個(gè)托盤上的MOBY信息。

    4)監(jiān)控托盤移動(dòng)位置：根據(jù)RFID信息的跟蹤記錄，監(jiān)控機(jī)床雙工位托盤架上有臺(tái)或無(wú)臺(tái)、是要加工還是暫存的工件、上下料站和緩存站上放的是兒號(hào)臺(tái)信息以及物流小車承載托盤信息的監(jiān)控。

    綜上所述，基于RFID技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，物流儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工作過(guò)程是自動(dòng)的，無(wú)需人工參與，保證了托盤信息采集、識(shí)別和處理的實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了托盤網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)調(diào)度和管理功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

    通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線和組態(tài)技術(shù)，RFID讀寫(xiě)控制、物流主，從站通信與控制和WinCC上位機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)了物流控制系統(tǒng)對(duì)所有RFlD信息的自動(dòng)獲取、存儲(chǔ)和在線更改功能。將RFID應(yīng)用于FMS物流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)識(shí)別、調(diào)度和可視化監(jiān)控功能。經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證，提高了托盤調(diào)度的準(zhǔn)確性、可靠性和可維護(hù)性，以及物料搬運(yùn)和存儲(chǔ)的效率。

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本文標(biāo)題：RFID在箱體類柔性制造系統(tǒng)中的應(yīng)用

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