RFID 产品在工厂自动化领域应用

1 引言

　　随着工业化大规模生产的发展，生产过程在不断地变化。很早以前就已经引入了生产线(流水线)，在生产线上的每个固定生产岗位进行相同的工序。这种方式的生产过程，只适用于功能和外形均相同的产品。仅大量生产同一种产品，没有品种变化，不灵活的生产方式将无法满足市场多样性的需求。利用现代化识别技术 – 射频识别或条码识别，已经实现了能够生产一种产品的多品种变化或是最小批量为一的生产模式。 

　　射频识别(RFID)系统在工厂自动化领域逐渐被用户采纳。RFID系统不仅能节省生产运营成本，缩短生产周期，同时解决了多品种产品混线生产的需求。RFID自动识别系统可贯穿从产品组装到产品运输整个生产及物流环节，这将大大降低人工采集数据的误差，提高运营效率，并可实时存储生产过程信息，满足产品可追溯性要求。射频识别系统对于其他类型的识别系统(条码识别)最主要优势在于其非接触式数据采集和射频标签可读/写操作。 高识别率，适应性强，抗光线，温度，湿度，灰尘，油脂，化学试剂特点也是射频识别系统均特别适合用于工厂自动化场合的原因。

　　1.1 射频识别系统使用特点
　　• 适合使用在肮脏，油脂，潮湿等比较恶劣的工控环境.
　　• 工厂自动化过程信息可实时写入标签
　　• 识别速度非常快，读写头与载体信息数据交换在几毫秒内完成
　　• 射频识别载体与读写头工作属于非接触式，减少维修工作
　　• 远距离识别目标物
　　• 实时跟踪工具，物品，设备

2 射频识别系统简介

　　德国倍加福集团（Pepperl+Fuchs Group）是一家全球跨国性企业。作为工业自动化领域内的产品及技术供应商，倍加福半个多世纪来不断为自动化领域提供高性能、高品质的检测及底层控制产品。随着自动识别技术的发展，30多年来倍加福不断推陈出新，为工业自动化领域提供各种识别系统产品，包括RFID射频识别系统、Barcode一维及二维条码识别系统等。

　　针对RFID射频识别系统，倍加福的产品涵盖了从低频段（125kHz、250kHz）系统，高频段（13.56MHz）系统，超高频段(868MHz UHF)以及微波段（2.45GHz）系统。倍加福多品种、多样化、高性能的射频识别系统能满足不同工业自动化领域的需求，借助经验丰富的应用工程师团队，可以为客户提供最适合、高性价比的解决方案。

3 工业射频识别系统

　　工业RFID射频识别系统一般由三部分组成：射频标签、读/写设备和控制器。

　　1.射频标签（RFID Tag）

　　射频标签也称为数据载码体（Data Carrier），是存储生产过程数据的移动介质（如图1所示），按其工作原理可分为无源载体（载体内无供电单元，此类射频识别系统被称之为电感式识别系统）及有源载体（载体内有供电单元）。倍加福借助多年来在工业自动化领域的经验，不断更新射频数据载体的种类，拥有80多种无源射频数据载体——从钥匙圈式、卡片式的数据载体，各种尺寸的圆形载体，到可嵌入金属齐平安装的螺纹式数据载体；另外，针对汽车生产环节中的高温、高电磁干扰环境，倍加福还特地推出了耐高温型（300℃、220℃、200℃、120℃）系列数据载体以及专门针对高电磁干扰环境的特殊型射频识别系列；在高频射频识别方面，针对市场热点——13.56MHz射频识别系统，倍加福推出了数十种不同类型的射频数据载体；基于国际标准ISO15693所精心研制的倍加福Q系列高频识别系统，为射频识别在工业自动化领域开辟了更广泛的应用，尤其在物流领域，高频射频识别系统借助其印刷线路式数据载体，大幅度降低了数据载体的成本，并以其高速读/写操作、标准化系统等优势，使其在汽车物流中得以推广。

2.读/写设备

　　它通过射频技术，完成对射频数据载体的读或写操作（如图2所示）。倍加福针对不同应用场合、安装条件、用户需求，推出了不同形式的读/写设备：如18GM、30GM圆柱形，适用于紧凑安装；VariKont L2形是倍加福专利产品，读/写操作面可在5个方向自由旋转；扁平式F61外形，特别适合安装于滚筒传输系统空隙中；方形（100mm×100mm），可提供100mm的识别距离（电感式射频识别系统）；长方形（140mm×180mm），远距离射频读/写设备（电感式射频识别系统识别距离为140mm，微波射频识别系统识别距离为4000mm）；方形（300mm×300mm），超远距离高频读/写设备，可提供300mm的识别距离。对于汽车生产制造领域，方形（100mm×100mm）低频读/写设备在各大汽车生产线得到了广泛的应用。 

3.识别控制器

　　该控制器提供了读/写设备与上层控制器设备PLC间的无缝连接。它一方面接收PLC发送的数据操作指令，将其转化为读/写指令发送给读/写设备，另一方面，它将从读/写设备接收到的数据信息发送给PLC。由于市场上PLC种类及现场总线协议繁多，因此，倍加福推出了支持不同总线协议的识别控制器，总线协议包括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显示单元，功能键，铝制金属铸造外壳等特点不仅方便了用户使用，更增强了抗电磁干扰能力。 

4 射频识别用于汽车生产制造

　　如何高效、高质、经济、准确、灵活地完成生产任务，一直以来都是各大汽车生产厂家所关注的。倍加福通过庞大的研发团队和实际应用分析，不断向汽车制造企业提供高性能、高精确性的自动化产品，其中就包含了射频识别系统。汽车生产线上采用车体识别系统(AVI)，针对各类生产过程数据，质量监控信息进行采集。获得的数据将发送到物料管理，生产调度及其它相关的各部门。RFID射频识别系统对原材料供应，调度，质量跟踪，销售服务以及整车的终身质量跟踪等发挥了重要作用。

　　车身加工环节，通过采用倍加福高性能低频125kHz射频识别系统，使机器手准确了解车身加工信息，从而完整精准的操作。可嵌入金属安装的射频标签存储车身制造信息，如车身序列号，车型，颜色等信息。通过采用了射频识别系统，将大幅度提高生产信息透明性、可追溯性以及可靠性。

　　在涂装环节，所采用的产品必须耐高温（180℃ -- 240℃）。针对该应用场合，倍加福的高温低频及高频射频载体（250℃、200℃）完全符合该应用环境。另外，倍加福特别为该应用场合研发出了更灵活、更高性能的识别系统，其载体可承受温度达500℃。在涂装车间入口通过射频读写站(IPH-FP-V1)获取车身信息(车型，颜色，车型配置信息等)，在后期整个涂装车间里根据工艺需要，在车身输送分岔处以及喷漆室，烘干室，车身存储区等工位前安装射频读/写站或采用倍加福高温光学识别系统进行识别。

　　在发动机制造、动力总成环节，由于产品及工序的复杂性，通过采用倍加福低频或高频射频识别系统，可及时获取、组合生产信息，提高该环节的准确性及提高生产效率。发动机生产环节过程数据非常多，倍加福专门为该领域提供大存储空间的射频标签8Kbyte FRAM.。

　　存储于标签内数据有:

    发动机型号,号码,上线日期,时间
    飞轮拧紧数值、结果（6个螺栓）
    飞轮动平衡结果（相位）
    缸盖拧紧数值（力矩、角度、最终力矩）、结果
    皮带轮拧紧数值、结果
    油道测漏数值、结果，水道测漏数值、结果
    火花塞检测数据、结果（8个火花塞）IN、EX凸轮轴螺栓拧紧数据、结果
    重要零部件批次管理：机油泵、火花塞

　　在总装环节，倍加福的低频125kHz射频识别系统以及微波2.45GHz射频识别系统在总装的不同环节得到了广泛的应用。伴随着柔性制造系统（FMS，Flexible Manufacturing System）理念的推广，借助射频识别系统，将为汽车生产制造带来高自动化、高质量、高效率，并使生产与市场更紧密结合。
宝马汽车在德国Dingolfing的总装车间，在7型及5型系列采用了倍加福微波识别系统，对车身进行自动识别。该总装车间之前采用的是条码识别系统，需通过人工进行数据采集，为了降低生产成本以及提高系统可靠性，该总装车间于1996年改装了微波识别系统（2.45GHz）。当每个已喷漆的车身进入总装生产线时，都会在车身发动机护罩上固定一载体，并向其中写入与型号相关的数据（如汽车底盘数据等）。在此应用中，总共约有3 000个载体在循环使用，整个总装车间大约有70个读写站。

5 射频识别系统系统配置

　　针对不同的现场总线系统，倍加福的射频识别控制器提供不同的协议接口，满足市场多样性需求。以下是两种比较常用的总线系统配置情况:

6 总结

　　倍加福作为跨国性公司，在不同的国家或地区设有生产基地、销售公司以及研发中心，其目的就是整合全球化资源，接近各地域的市场，为不同的客户提供个性化的解决方案。德国作为全球汽车生产的主要基地之一，有着自动化程度高、产品性能好等特点。借助这样的环境，倍加福积极与各大汽车生产厂家配合，深入了解客户需求，分析应用状况，为工厂自动化领域开发研制最合适的产品。除此之外，针对汽车行业的专门销售及技术服务团队，能在第一时间为汽车行业用户提供及时、准确、个性化的服务。倍加福的专业人员对汽车制造业的需求以及应用环境有着丰富的经验，借助畅通、便捷、快速的内部（上海—德国总部—北美分支机构）信息交流机制，为中国汽车行业用户带来全球汽车制造业最前沿的应用信息，以及为不同客户选择最合适的产品。现代汽车制造业随着规模化的深入，安全、高效、柔性化的生产需要性能稳定、针对性强、智能化的自动化产品，这些都是倍加福产品所追求的目标。综上所述，倍加福的高品质产品与专业化的团队将一如既往为广大汽车行业用户带来最完善的服务。