RFID 在沖壓模具識(shí)別上的應(yīng)用

許 瑞，蘇 華

（濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250022）

0 引言

隨著工廠自動(dòng)化程度提高，設(shè)備需要自動(dòng)更換模具，這樣就需要自動(dòng)識(shí)別模具號(hào)，RFID（無線射頻識(shí)別，Radio Frequency IDentification）是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。RFID 提供了解決方式。

1 沖壓模具識(shí)別現(xiàn)狀

沖壓是汽車板材成型的第一道工序。一條沖壓線一般配置4～5 臺(tái)壓機(jī)，每臺(tái)壓機(jī)都配置若干套模具。一些舊的模具沒有配置模具識(shí)別裝置，而配置模具識(shí)別裝置的，也大部分采用HARTING 插接件的形式，Harting 模具插頭加多芯電纜，采用HARTING 插接件和多芯電纜如圖1 所示，模具側(cè)和沖壓設(shè)備側(cè)均配置HARTING 接插件，設(shè)備端接插件每一個(gè)針腳都接入PLC 點(diǎn)，模具識(shí)別圖紙如圖2 所示，通過二進(jìn)制來計(jì)算模具號(hào)，模具識(shí)別程序如圖3 所示，換模具時(shí)需要將模具上的接插件人工插到設(shè)備端的接插件。

圖1 采用HARTING 插接件和多芯電纜

圖2 模具識(shí)別圖紙

圖3 模具識(shí)別程序

2 RFID 的理論介紹和使用說明

2.1 RFID 的概念

RFID 的英文全稱是Radio Frequency IDentification，中文翻譯為無線射頻識(shí)別，也叫電子標(biāo)簽。

2.2 RFID 技術(shù)理論介紹

RFID 是一種通過非接觸式方式達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)，它通過發(fā)送射頻信號(hào)以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象的目的，進(jìn)而獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，在識(shí)別過程中不需要人工的外部干預(yù)，使用工況可以適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。同時(shí)，通過RFID 技術(shù)也可以識(shí)別出高速運(yùn)動(dòng)的物體，以及同時(shí)處理并識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，在操作方面快捷、方便。

2.3 RFID 組成部分介紹

（1）標(biāo)簽（Tag）：Tag 是RFID 重要組成的部分之一，核心部件由耦合元件和專用芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽的特點(diǎn)具有唯一的可識(shí)別電子編碼，安裝在物體表面上以達(dá)到標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象的作用。

（2）閱讀器/讀寫器（Reader）：Reader 是一種讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備，也可作為寫入設(shè)備，使用方式分為手持式和固定式兩種。

（3）天線（Antenna）：Antenna 作為通信連接部件，標(biāo)簽和讀取器之間通過天線的作用達(dá)到傳遞射頻信號(hào)的作用。

2.4 RFID 基本工作原理

RFID 基本工作原理簡(jiǎn)單用圖4 加以說明。

圖4 RFID 基本工作原理

3 RFID 的選型及實(shí)際應(yīng)用

3.1 選型要素

RFID 選型基本要素如圖5 所示。

圖5 RFID 選型基本要素

3.2 實(shí)例應(yīng)用

本次實(shí)例是應(yīng)用于沖壓模具號(hào)的識(shí)別。實(shí)際選擇的品牌是SIEMENS 的RFID（其他品牌選型原理基本類似），SIMATIC RF640T 標(biāo)簽如圖6a）所示，讀寫器SIMATIC RF680R 如圖6a）所示，SIMATIC RF650A 如圖6c）所示。根據(jù)選型的4 個(gè)要素：①與上位機(jī)CPU 通信方式即總線類型選擇的Profinet 通信；②傳輸距離需要至少4 m，因此選擇的是超高頻讀寫器；③標(biāo)簽需要安裝在模具上，因此選擇抗金屬標(biāo)簽，存儲(chǔ)容量選擇64 K；④選擇超高頻增益為4 dB 的天線。

圖6 選擇的品牌SIEMENS 的RFID

3.3 實(shí)例安裝

安裝簡(jiǎn)單易行，此項(xiàng)目是把讀寫器和天線安裝在壓機(jī)立柱操作站上，標(biāo)簽安裝在模具上，工作臺(tái)開進(jìn)開出過程中即可讀取模具號(hào)。RFID 實(shí)際安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖7 所示。

圖7 RFID 實(shí)際安裝現(xiàn)場(chǎng)

（1）RFID 只需要安裝讀取設(shè)備和讀取天線，設(shè)備和天線之間的連接是通過西門子預(yù)制電纜快接插頭直接連接，無需電工現(xiàn)場(chǎng)接線。

（2）RFID 讀取設(shè)備與生產(chǎn)線之間，只需就近接入讀取設(shè)備的供電電源和通信網(wǎng)線，相對(duì)簡(jiǎn)單。

3.4 實(shí)例編程

標(biāo)記標(biāo)簽只需要進(jìn)入瀏覽器相應(yīng)界面，使用16進(jìn)制格式寫入模具號(hào)，點(diǎn)擊寫入指令，就可以輕松地將模具號(hào)設(shè)定。設(shè)定模具號(hào)如圖8 所示。

圖8 設(shè)定模具號(hào)

4 結(jié)束語

目前使用RFID 進(jìn)行模具識(shí)別已經(jīng)應(yīng)用到多個(gè)項(xiàng)目，優(yōu)點(diǎn)如下：①安裝簡(jiǎn)單：集成RFID 替換傳統(tǒng)方式的Harting 模具識(shí)別插頭及多芯電纜，安裝簡(jiǎn)單；②維護(hù)方便：RFID 模具標(biāo)簽安裝快捷、通過編程標(biāo)記模具號(hào)，維護(hù)方便；④成本低：集成的RFID 成本低（主要成本在讀寫器和天線上，標(biāo)簽價(jià)格低，用戶模具多，只需要增加標(biāo)簽數(shù)量，性價(jià)比越高），為用戶提供更加節(jié)省成本的選擇，易于推廣；⑤自動(dòng)化程度高：RFID 可以自動(dòng)讀取模具號(hào)，提高設(shè)備的自動(dòng)化程度。

射頻識(shí)別RFID 理論基礎(chǔ)誕生于20 世紀(jì)50 年代，90 年代RFID 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，至今已經(jīng)發(fā)展比較成熟完善。21 世紀(jì)以來更是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云服務(wù)制造、云計(jì)算等新興領(lǐng)域頻繁應(yīng)用。由于該技術(shù)擁有的諸多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，已被很多全球500 強(qiáng)企業(yè)廣泛應(yīng)在在其公司的生產(chǎn)、物流等供應(yīng)鏈中。不光被企業(yè)廣泛應(yīng)用，同時(shí)中國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)也把射頻識(shí)別、電子標(biāo)簽等技術(shù)作為今后物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著《中國(guó)制造2025》和中國(guó)制造2035 的發(fā)展規(guī)劃，RFID 勢(shì)必會(huì)被工業(yè)制造廣泛應(yīng)用，為中國(guó)智造添磚加瓦。