RFID 產品在工廠自動化領域應用

1 引言

　　隨著工業化大規模生產的發展，生產過程在不斷地變化。很早以前就已經引入了生產線(流水線)，在生產線上的每個固定生產崗位進行相同的工序。這種方式的生產過程，只適用于功能和外形均相同的產品。僅大量生產同一種產品，沒有品種變化，不靈活的生產方式將無法滿足市場多樣性的需求。利用現代化識別技術 – 射頻識別或條碼識別，已經實現了能夠生產一種產品的多品種變化或是最小批量為一的生產模式。 

　　射頻識別(RFID)系統在工廠自動化領域逐漸被用戶采納。RFID系統不僅能節省生產運營成本，縮短生產周期，同時解決了多品種產品混線生產的需求。RFID自動識別系統可貫穿從產品組裝到產品運輸整個生產及物流環節，這將大大降低人工采集數據的誤差，提高運營效率，并可實時存儲生產過程信息，滿足產品可追溯性要求。射頻識別系統對于其他類型的識別系統(條碼識別)最主要優勢在于其非接觸式數據采集和射頻標簽可讀/寫操作。 高識別率，適應性強，抗光線，溫度，濕度，灰塵，油脂，化學試劑特點也是射頻識別系統均特別適合用于工廠自動化場合的原因。

　　1.1 射頻識別系統使用特點
　　• 適合使用在骯臟，油脂，潮濕等比較惡劣的工控環境.
　　• 工廠自動化過程信息可實時寫入標簽
　　• 識別速度非常快，讀寫頭與載體信息數據交換在幾毫秒內完成
　　• 射頻識別載體與讀寫頭工作屬于非接觸式，減少維修工作
　　• 遠距離識別目標物
　　• 實時跟蹤工具，物品，設備

2 射頻識別系統簡介

　　德國倍加福集團（Pepperl+Fuchs Group）是一家全球跨國性企業。作為工業自動化領域內的產品及技術供應商，倍加福半個多世紀來不斷為自動化領域提供高性能、高品質的檢測及底層控制產品。隨著自動識別技術的發展，30多年來倍加福不斷推陳出新，為工業自動化領域提供各種識別系統產品，包括RFID射頻識別系統、Barcode一維及二維條碼識別系統等。

　　針對RFID射頻識別系統，倍加福的產品涵蓋了從低頻段（125kHz、250kHz）系統，高頻段（13.56MHz）系統，超高頻段(868MHz UHF)以及微波段（2.45GHz）系統。倍加福多品種、多樣化、高性能的射頻識別系統能滿足不同工業自動化領域的需求，借助經驗豐富的應用工程師團隊，可以為客戶提供最適合、高性價比的解決方案。

3 工業射頻識別系統

　　工業RFID射頻識別系統一般由三部分組成：射頻標簽、讀/寫設備和控制器。

　　1.射頻標簽（RFID Tag）

　　射頻標簽也稱為數據載碼體（Data Carrier），是存儲生產過程數據的移動介質（如圖1所示），按其工作原理可分為無源載體（載體內無供電單元，此類射頻識別系統被稱之為電感式識別系統）及有源載體（載體內有供電單元）。倍加福借助多年來在工業自動化領域的經驗，不斷更新射頻數據載體的種類，擁有80多種無源射頻數據載體——從鑰匙圈式、卡片式的數據載體，各種尺寸的圓形載體，到可嵌入金屬齊平安裝的螺紋式數據載體；另外，針對汽車生產環節中的高溫、高電磁干擾環境，倍加福還特地推出了耐高溫型（300℃、220℃、200℃、120℃）系列數據載體以及專門針對高電磁干擾環境的特殊型射頻識別系列；在高頻射頻識別方面，針對市場熱點——13.56MHz射頻識別系統，倍加福推出了數十種不同類型的射頻數據載體；基于國際標準ISO15693所精心研制的倍加福Q系列高頻識別系統，為射頻識別在工業自動化領域開辟了更廣泛的應用，尤其在物流領域，高頻射頻識別系統借助其印刷線路式數據載體，大幅度降低了數據載體的成本，并以其高速讀/寫操作、標準化系統等優勢，使其在汽車物流中得以推廣。

2.讀/寫設備

　　它通過射頻技術，完成對射頻數據載體的讀或寫操作（如圖2所示）。倍加福針對不同應用場合、安裝條件、用戶需求，推出了不同形式的讀/寫設備：如18GM、30GM圓柱形，適用于緊湊安裝；VariKont L2形是倍加福專利產品，讀/寫操作面可在5個方向自由旋轉；扁平式F61外形，特別適合安裝于滾筒傳輸系統空隙中；方形（100mm×100mm），可提供100mm的識別距離（電感式射頻識別系統）；長方形（140mm×180mm），遠距離射頻讀/寫設備（電感式射頻識別系統識別距離為140mm，微波射頻識別系統識別距離為4000mm）；方形（300mm×300mm），超遠距離高頻讀/寫設備，可提供300mm的識別距離。對于汽車生產制造領域，方形（100mm×100mm）低頻讀/寫設備在各大汽車生產線得到了廣泛的應用。 

3.識別控制器

　　該控制器提供了讀/寫設備與上層控制器設備PLC間的無縫連接。它一方面接收PLC發送的數據操作指令，將其轉化為讀/寫指令發送給讀/寫設備，另一方面，它將從讀/寫設備接收到的數據信息發送給PLC。由于市場上PLC種類及現場總線協議繁多，因此，倍加福推出了支持不同總線協議的識別控制器，總線協議包括Profibus-DP、Profinet I/O、Ethernet/IP、DeviceNet、Modbus/TCP、TCP/IP、Interbus、CAN Bus、Serial（RS232，RS485）等，除此之外，其LED、LCD顯示單元，功能鍵，鋁制金屬鑄造外殼等特點不僅方便了用戶使用，更增強了抗電磁干擾能力。 

4 射頻識別用于汽車生產制造

　　如何高效、高質、經濟、準確、靈活地完成生產任務，一直以來都是各大汽車生產廠家所關注的。倍加福通過龐大的研發團隊和實際應用分析，不斷向汽車制造企業提供高性能、高精確性的自動化產品，其中就包含了射頻識別系統。汽車生產線上采用車體識別系統(AVI)，針對各類生產過程數據，質量監控信息進行采集。獲得的數據將發送到物料管理，生產調度及其它相關的各部門。RFID射頻識別系統對原材料供應，調度，質量跟蹤，銷售服務以及整車的終身質量跟蹤等發揮了重要作用。

　　車身加工環節，通過采用倍加福高性能低頻125kHz射頻識別系統，使機器手準確了解車身加工信息，從而完整精準的操作。可嵌入金屬安裝的射頻標簽存儲車身制造信息，如車身序列號，車型，顏色等信息。通過采用了射頻識別系統，將大幅度提高生產信息透明性、可追溯性以及可靠性。

　　在涂裝環節，所采用的產品必須耐高溫（180℃ -- 240℃）。針對該應用場合，倍加福的高溫低頻及高頻射頻載體（250℃、200℃）完全符合該應用環境。另外，倍加福特別為該應用場合研發出了更靈活、更高性能的識別系統，其載體可承受溫度達500℃。在涂裝車間入口通過射頻讀寫站(IPH-FP-V1)獲取車身信息(車型，顏色，車型配置信息等)，在后期整個涂裝車間里根據工藝需要，在車身輸送分岔處以及噴漆室，烘干室，車身存儲區等工位前安裝射頻讀/寫站或采用倍加福高溫光學識別系統進行識別。

　　在發動機制造、動力總成環節，由于產品及工序的復雜性，通過采用倍加福低頻或高頻射頻識別系統，可及時獲取、組合生產信息，提高該環節的準確性及提高生產效率。發動機生產環節過程數據非常多，倍加福專門為該領域提供大存儲空間的射頻標簽8Kbyte FRAM.。

　　存儲于標簽內數據有:

    發動機型號,號碼,上線日期,時間
    飛輪擰緊數值、結果（6個螺栓）
    飛輪動平衡結果（相位）
    缸蓋擰緊數值（力矩、角度、最終力矩）、結果
    皮帶輪擰緊數值、結果
    油道測漏數值、結果，水道測漏數值、結果
    火花塞檢測數據、結果（8個火花塞）IN、EX凸輪軸螺栓擰緊數據、結果
    重要零部件批次管理：機油泵、火花塞

　　在總裝環節，倍加福的低頻125kHz射頻識別系統以及微波2.45GHz射頻識別系統在總裝的不同環節得到了廣泛的應用。伴隨著柔性制造系統（FMS，Flexible Manufacturing System）理念的推廣，借助射頻識別系統，將為汽車生產制造帶來高自動化、高質量、高效率，并使生產與市場更緊密結合。
寶馬汽車在德國Dingolfing的總裝車間，在7型及5型系列采用了倍加福微波識別系統，對車身進行自動識別。該總裝車間之前采用的是條碼識別系統，需通過人工進行數據采集，為了降低生產成本以及提高系統可靠性，該總裝車間于1996年改裝了微波識別系統（2.45GHz）。當每個已噴漆的車身進入總裝生產線時，都會在車身發動機護罩上固定一載體，并向其中寫入與型號相關的數據（如汽車底盤數據等）。在此應用中，總共約有3 000個載體在循環使用，整個總裝車間大約有70個讀寫站。

5 射頻識別系統系統配置

　　針對不同的現場總線系統，倍加福的射頻識別控制器提供不同的協議接口，滿足市場多樣性需求。以下是兩種比較常用的總線系統配置情況:

6 總結

　　倍加福作為跨國性公司，在不同的國家或地區設有生產基地、銷售公司以及研發中心，其目的就是整合全球化資源，接近各地域的市場，為不同的客戶提供個性化的解決方案。德國作為全球汽車生產的主要基地之一，有著自動化程度高、產品性能好等特點。借助這樣的環境，倍加福積極與各大汽車生產廠家配合，深入了解客戶需求，分析應用狀況，為工廠自動化領域開發研制最合適的產品。除此之外，針對汽車行業的專門銷售及技術服務團隊，能在第一時間為汽車行業用戶提供及時、準確、個性化的服務。倍加福的專業人員對汽車制造業的需求以及應用環境有著豐富的經驗，借助暢通、便捷、快速的內部（上海—德國總部—北美分支機構）信息交流機制，為中國汽車行業用戶帶來全球汽車制造業最前沿的應用信息，以及為不同客戶選擇最合適的產品。現代汽車制造業隨著規模化的深入，安全、高效、柔性化的生產需要性能穩定、針對性強、智能化的自動化產品，這些都是倍加福產品所追求的目標。綜上所述，倍加福的高品質產品與專業化的團隊將一如既往為廣大汽車行業用戶帶來最完善的服務。