工業(yè)4.0技術(shù)背景下RFID與PLC的集成應(yīng)用

包曉東

(無(wú)錫技師學(xué)院,江蘇無(wú)錫 214000)

0 引言

“工業(yè)4.0”是人類歷史上的第四次工業(yè)革命,其本質(zhì)就是通過(guò)數(shù)據(jù)流動(dòng)自動(dòng)化技術(shù),從規(guī)模經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向范圍經(jīng)濟(jì),以同質(zhì)化規(guī)?；某杀?構(gòu)建出異質(zhì)化定制化的產(chǎn)業(yè)。而RFID識(shí)別技術(shù)是工業(yè)4.0的靈魂所在。

1 RFID的基本工作原理

1.1 RFID的工作原理

當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器后,接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào),憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息,或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào),閱讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理[1]。

通常情況下,我們會(huì)選用PLC 作為數(shù)據(jù)處理單元,將信息數(shù)據(jù)通過(guò)IO-Link和RFID之間實(shí)現(xiàn)交換。在工業(yè)4.0系統(tǒng)中,RFID可以讀出標(biāo)簽信息,通過(guò)PLC 比對(duì)標(biāo)簽信息,將符合要求的工件留下進(jìn)行加工,將不符合要求的工件放行,待加工完畢后,系統(tǒng)可以通過(guò)RFID將后續(xù)加工信息傳輸給工件,以待進(jìn)行下一步工序。

1.2 RFID讀寫器的分類

RFID讀寫器主要有固定式的和手持式兩種。其中,手持式RFID讀寫器包含有低頻、高頻、超高頻、有源等幾種[2]。

2 SIMATICRF200通信模塊介紹

SIMATIC RF200是一種緊湊型、低成本的讀寫裝置,在生產(chǎn)輸送線中應(yīng)用較為廣泛。RF200的傳輸頻率是13.56MHZ,檢測(cè)范圍最大130mm,協(xié)議是ISO15693,存儲(chǔ)器容量最大992字節(jié)(EEPROM)。RFID系統(tǒng)最大讀速度1.5KB/s,最大寫速度0.5KB/s。

發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號(hào)的耦合類型有兩種。

電感耦合:變壓器模型,通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合,依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。電磁反向散射耦合:雷達(dá)原理模型,發(fā)射出去的電磁波,碰到目標(biāo)后反射,同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息,依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。

2.1 讀取數(shù)據(jù)

RF200 讀取數(shù)據(jù)不是直接寫到PLC 中,而是存儲(chǔ)在RS232模塊的內(nèi)部緩沖區(qū)中。首先PLC被通知需要接收數(shù)據(jù),然后PLC把需要的數(shù)據(jù)從RS232模塊的緩沖區(qū)中取走。

2.2 寫入數(shù)據(jù)

寫入的數(shù)據(jù)需要快速地獨(dú)立發(fā)送,在CPU的一個(gè)掃描周期內(nèi),RS232 模塊的緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)將被同時(shí)發(fā)送。

2.3 通信協(xié)議

3964R 協(xié)議定義了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)過(guò)程的控制字符和RFID報(bào)文。3964R協(xié)議報(bào)文傳輸如表1所示。

表1 3964R 傳輸協(xié)議Tab.1 3964R transmission protocol

2.4 IO-Link

IO-Link是全球首個(gè)用于與傳感器和執(zhí)行器通信的標(biāo)準(zhǔn)化IO技術(shù)(IEC 61131-9),無(wú)需對(duì)電纜材料提出額外要求,常規(guī)3 線制接法即可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。系統(tǒng)組件是一個(gè)IO-Link主機(jī)和一個(gè)IO-Link設(shè)備:一個(gè)傳感器、一個(gè)激勵(lì)元件或二者的結(jié)合。

3 SIMATIC RF200與西門子1500系列PLC的集成

在博途環(huán)境中,我們可以實(shí)現(xiàn)SIMATIC RF200 與西門子1500 PLC 的集成。本例操作過(guò)程如下。

3.1 組態(tài)

在博途軟件中新建項(xiàng)目,并根據(jù)實(shí)際硬件配置組態(tài),如圖1 所示。

圖1 博圖組態(tài)Fig.1 Botu configuration

3.2 打開(kāi)PCT軟件,添加對(duì)應(yīng)設(shè)備

在博途環(huán)境中,打開(kāi)西門子的S7 PCT軟件,用于對(duì)RFID設(shè)備進(jìn)行配置。具體操作時(shí),右鍵CM模塊,選擇啟動(dòng)設(shè)備工具。完成后,添加設(shè)備如圖2 所示。

圖2 啟動(dòng)設(shè)備工具Fig.2 Start the device tool

(1)根據(jù)我們需要使用到的RFID 讀寫頭的型號(hào),選擇對(duì)應(yīng)參數(shù),如圖3所示。

圖3 添加RFIDFig.3 Add RFID

(2)選擇對(duì)應(yīng)的IO-Link設(shè)備。添加RFID添加信息如圖4所示。

圖4 IO-Link 設(shè)備Fig.4 IO-Link device

3.3 配置IO-Link設(shè)備

在博途環(huán)境中,對(duì)IO-Link設(shè)備進(jìn)行具體配置如下,可根據(jù)需要對(duì)起始地址和結(jié)束地址進(jìn)行配置,如圖5所示。

圖5 配置IO-Link 設(shè)備Fig.5 Configure IO-Link device

3.4 下載與保存設(shè)置

選擇整個(gè)項(xiàng)目,點(diǎn)擊批量下載,這樣就對(duì)模塊已經(jīng)配置好了,下載與保存設(shè)置。

3.5 程序編寫與調(diào)試

在程序編寫過(guò)程中,可首先測(cè)試RFID 內(nèi)部緩存區(qū)的地址,特別是RFID設(shè)備的讀、寫控制位地址,然后通過(guò)PLC直接對(duì)該地址進(jìn)行讀、寫操作,應(yīng)用十分簡(jiǎn)便。

示例要求:

將一個(gè)裝有RFID 芯片的小車放置于傳送帶上,待小車移動(dòng)至RFID讀寫頭上方時(shí),可以讀取小車的ID號(hào)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)到指定位置。

(1)讀取示例程序如下。通過(guò)該程序可以將測(cè)試小車的ID信息讀取至指定位置。其中,讀取到的小車ID的地址是IW14,讀取到的小車狀態(tài)地址是IW16。如圖6所示。

圖6 RFID 讀程序Fig.6 RFID reading program

小車移動(dòng)至RFID 讀寫頭上方時(shí),也可以通過(guò)讀寫頭將小車的ID號(hào)和狀態(tài)信息寫入到指定位置。

(2)寫入示例程序如下。通過(guò)該程序可以將要求的ID號(hào)寫入小車。其中,寫入小車ID的地址是QW14,寫入小車狀態(tài)地址是QW 16。如圖7 所示。

圖7 RFID 寫程序Fig.7 RFID writing program

4 對(duì)比與應(yīng)用

IO-Link版本的RF200讀寫器成本較低,與RF200及RF300相比較前者傳輸速率較慢,如果在生產(chǎn)過(guò)程中讀寫數(shù)據(jù)量較大時(shí),建議使用高版本的RFID讀寫器進(jìn)行處理。在工業(yè)4.0系統(tǒng)中,當(dāng)應(yīng)用RFID技術(shù)后,物料工件就可以被設(shè)備進(jìn)行選擇性識(shí)別與判斷,實(shí)現(xiàn)智能制造。

5 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)4.0技術(shù)是一個(gè)自動(dòng)化集成度很高的技術(shù),且隨著移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的不斷提高和普及,射頻識(shí)別閱讀器設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展趨勢(shì)是將向多功能、多接口、多制式,并向模塊化、小型化、便攜式、嵌入式方向發(fā)展。很多智能系統(tǒng)需要能夠自動(dòng)識(shí)別與判斷信息是否正確,這正是RFID在自動(dòng)化生產(chǎn)中的重要意義,在集成應(yīng)用中RFID技術(shù)正在越來(lái)越被普及應(yīng)用到日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。