基于射频识别系统的车身储运线信息管理

前言

    近年来，随着制造业自动化水平的快速提高和迅猛发展，生产线的信息管理重要性体现得越来越强。产品的多样性、生产工艺的复杂性和产品更新换代节奏的加快，决定了生产信息管理手段和方法的不断提高。
    信息管理的基本条件是：生产线上的产品具有可以标明“自己身份“的信息载体，只有正确识别出产品类型、品种等信息，才能完成生产过程的流程控制，实现各种信息管理。作为信息载体比较常见的有条形码、射频识别系统RFID (Radio Frequency Identification)等。射频识别系统中的载码体（TAGS），也常被称作电子标签。和条形码等其他信息载体相比，电子标签具有数据可读可写；误码率低；耐高温；耐腐蚀；无需光学可视等耐受恶劣环境的优点。因此，它的应用领域十分广泛。
    本文介绍以射频识别系统为基础，电子标签做为信息载体，实现对汽车生产过程中车身储运线信息管理的实例。 

1系统的总体构成

    整体系统由计算机、RFID、信息录入终端、信息查询终端以及控制PLC等组成。系统简要结构见图1。

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图1 系统构成

(1) 计算机：是本系统的数据处理和管理中心。负责信息管理和控制生产流程。主要硬件构成：CPU P4 2.4G；100M以太网卡。软件组成：INTOUCH 8.0；SQL SERVER2000。
(2) 控制PLC：控制整条生产线运行以及全部上下车动作的完成。接收计算机传给它的发车、上下车等指令。本系统中使用MITSUBISHI 公司的A2A CPU主机。采用总线方式控制。
(3) 信息录入终端：主要完成上线车型信息代码的录入。由显示器、终端控制器、键盘以及条形码阅读器组成。根据上线前信息代码形式的不同，各上线点的信息录入既可以由条形码扫描器直接读取，也可由操作工人从上线处的终端键盘上键入。信息代码录入后，在该处的终端显示器上，直接显示出当前录入的具体车型信息。
(4) 信息查询终端：可以是通过以太网（Ethernet）和本系统相连的任何计算机或终端。它们分布在不同的职能部门，以交换机和以太网为介质，与本系统连接。
(5) 射频识别系统：是本系统的信息载体。它主要由安装在运送车身的吊具上的载码体；读写载码体数据的天线（Antenna）、控制读写和通讯处理的控制器(Controller)以及网络接口模块(Bus Module)四部分组成。本系统中射频识别系统使用美国EMS公司的LRP820。由于本系统中识别系统对载码体的读写是由计算机完成的，因此，选用支持多点接口协议（MUX32）的MM80网络接口模块,它可连接32个读写设备。直接通过Rs232口和计算机连接。

2系统功能

    车身在进入储运线吊具时,由终端录入车型代码，计算机将此信息经过处理后，自动写入载码体。以此为基础，计算机能够通过安装在储运线上各下线点以及各转储工位上的RFID天线读取此信息，实现信息管理，并根据生产工艺流程，向控制PLC发送指令，完成相关的操作和流程控制。车身下线后，运载车身的吊具上的载码体信息即被置为空。
本系统可实现以下主要功能：
(1) 生产管理操作：
·指定当前上线车型的存储区域。
·上线车型自动归类存储。
·下线车型选择。
·车身及空吊具周转。
(2) 信息统计报表管理
·实时统计在线车型品种数量。
·上、下线车型品种数量统计报表。
·班、日、月等生产信息统计报表。
·分类报表统计已生产的各种车型数量等
(3) 生产线的实时监控
·监控当前在线车型的具体位置。
·查看某一在线车型的产品信息和上线时间等。
·输送线及相关设备运行状态及故障监控。
    整条储运线的计算机监控与管理，作为公司局域网的一个重要组成部分。在经过授权的职能部门。相关管理者可通过口令权限，对生产线上的车型信息和下线车型数量等生产信息进行访问和查询并打印出相应报表。

3软件设计

    在本系统中监控软件选用 Wonderware 公司的InTouch 8.0组态软件。在InTouch的设备驱动程序中，不包含和LRP820控制器的通讯程序，因此需要编写识别系统通讯程序以及终端录入和响应终端查询等程序。
      EMS产品提供标准的通讯协议，使用者可以方便的编写计算机和RFID控制器之间的通讯程序。图2是计算机通过控制器从载码体中读取一个数据块的命令格式以及控制器返回数据的格式。在实际使用中，很多情况下不必读取标签中的全部数据，可根据需要，相关工位只读取相关的一部分信息。这样能有效的缩短了读写字节的长度。相应地减少读写时间。

图2 从载码体中读取一个数据块的命令格式

    和读取数据一样，向载码体写入数据也同样可以是一个或多个字节。图3 是计算机通过控制器向载码体写入一个数据块的命令格式。程序编写比较简单，程序清单略。

图3 向载码体写入一个数据块的命令格式

4系统可靠性的和稳定性约束

    可靠性是任何产品和工程的生命所在，作为管理手段和控制应用，离开可靠性和稳定性，就很难体现出其具体价值。在本系统中影响可靠性的和稳定性主要的因素有：
(1) 信息代码来源的可靠性
    和其他数据采集系统一样, 数据来源的可靠性是基础。作为本系统数据源的基础，射频识别系统读写电子标签的可靠性，对整体系统稳定和可靠至关重要。一个读或写周期的完整性；载码体的安装；天线对载码体的读写距离受周边金属和电磁辐射的影响是设计中首要考虑的主要因素。
(2) 软件设计的可靠性
    在多点通讯中，对发送数据、接收数据以及返回消息的完整处理，是特别重要的，直接关系系统的可靠性。对控制器发出读或写指令后，根据返回的消息判断指令是否被成功执行是十分必要的。
LRP820提供了很好的应用特性，使得使用者能够在目标移动过程中读取载码体中的数据，但是在多控制器系统中，两个或两个以上的载码体同时进入读写状态的情况也会出现的，这是软件设计过程中，必须提供的冗余处理。

5结束语

      和其它由PLC来读写和管理射频识别系统的方案比较。在信息量大、产品种类繁多的管理系统中，本方案具有更大的优越性。计算机免去了和PLC之间大量的数据交换。PLC也从无限的代码数据处理中解脱出来，代之以计算机的数据库管理。
本系统自2003年正式在柳新汽车冲压件有限公司投入使用以来,整体系统运行状况稳定，射频识别系统读写信息可靠，系统操作界面友好，操作简便，能有效的提高生产效率,满足生产和管理的需要。

参考文献
[1] 李鹏编.<<计算机通信技术及其程序设计>>.西安电子科技大学出版社.
[2] LRP820-Series Long-Range PassiveReader/Writers. EMS OPERATORS MANUAL.
[3] Read Only Node Setup Software. EMS USER’S GUIDE.
[4] 三菱公司. <<计算机链接/多站链接模手册>>.