基于RFID技術(shù)的物料輸送系統(tǒng)應(yīng)用研究

引言

隨著市場競爭的日益加劇，傳統(tǒng)制造系統(tǒng)少品種大批量的生產(chǎn)方式正逐步向柔性制造方向轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)的柔性對系統(tǒng)的生存越來越重要。物料輸送系統(tǒng)為柔性制造系統(tǒng)輸送物料,發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

射頻識別(RadioFrequencyIdentification，RFID)是一種非接觸式識別技術(shù)。由于傳統(tǒng)條形碼設(shè)備的易損性和低安全性，而RFID具有非接觸性、無方向性、永久使用、對環(huán)境敏感度低等特性，使得RFID技術(shù)在零售、物流、交通、圖書館智能化管理等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。RFID的工作頻率分為低頻段(30?300kHz)、中高頻段(3?30MHz)和超高頻與微波標(biāo)簽(433.92,862(902)?928MHz,2.45GHz、5.8GHz)，同時(shí)具有多種防沖突算法。

將RFID技術(shù)應(yīng)用于固定安裝的滾筒輸送線，實(shí)時(shí)地采集生產(chǎn)作業(yè)中的信息，通過優(yōu)化調(diào)度處理，將有效地改善整個(gè)系統(tǒng)的柔性。

1RFID讀卡器的硬件設(shè)計(jì)

RFID讀卡器采用中頻13.56MHz的無線頻率傳輸數(shù)據(jù),電子標(biāo)簽與讀卡器最遠(yuǎn)距離約為30?40mm，可滿足企業(yè)的一般保密要求。微控制器選用51系列芯片，讀卡芯片為NXPSemiconductors公司最新生產(chǎn)的MFRC522芯片。其整體方案框圖如圖1所示。

綜合讀卡器和PLC的距離以及傳輸?shù)陌踩涂煽?，選用可長距離通信且抗干擾能力強(qiáng)的RS485通信介質(zhì)，其使用雙絞線通信時(shí)，可靠傳輸距離為1km。每個(gè)讀卡器都有一個(gè)撥碼開關(guān)為其編號，以方便PLC主站識別RFID讀卡器從站。

天線的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，其相應(yīng)分立元件的參數(shù)選取和PCB布局應(yīng)注意對稱?？傮w面積的大小以及銅線的寬度等都需要考慮。圖2所示為天線的等效電路。

天線的品質(zhì)因子是天線設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，其定義為:

式（1）中，LANT，RANT 分別為天線的等效電感和電阻，可用阻 抗分析儀測量。fR=13.56 MHz。帶寬定義為 ：

當(dāng)使用Miller編碼時(shí)，脈寬T=3us。

由(3)式和(4)式可得:Q<f?T=40.68。

取Q=35。為降低品質(zhì)因子Q,需添加一外部電阻：

為了將輸入阻抗z匹配到50Q,需串聯(lián)電容Cs和并聯(lián)電容G。其中：

2RFID讀卡器的軟件設(shè)計(jì)

圖3所示是RFID讀卡器的軟件設(shè)計(jì)流程圖。其中單片機(jī)上電初始化主要包括配置串口和MFRC522芯片的內(nèi)部寄存器。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器的尋卡范圍內(nèi)，MFRC522芯片通過天線與電子標(biāo)簽經(jīng)過一系列的握手識別并建立通信口。由于周圍環(huán)境的電磁干擾，會(huì)導(dǎo)致多次讀出的序列號不一致，可通過軟件濾波來解決，即通過多次讀取來比較處理。

讀卡程序部分源代碼如下：

voidread_card(void)

{

RC522Ready()；//配置相關(guān)參數(shù)

M500PcdConfigISOType('A')；//配置卡片類型//為A卡

Card_type=unknowncard；

success=0；

card_req=ComRequestA()；//有無卡請求？if(card_req)//有請求

{

unsignedchari；

flag=1；

ComAnticoll()；//防沖突

RFID_Buffer[0]=Card_SN[0]；

RFID_Buffer[1]=Card_SN[1]；

RFID_Buffer[2]=Card_SN[2]；

RFID_Buffer[3]=Card_SN[3]；

success=0；

for(i=0；i<20；i++)//多次比較判斷

{

ComAnticoll()；if((RFID_Buffer[0]==Card_SN[0])&&(RFID_Buffer[1]=Card_SN[1])

&&(RFID_Buffer[2]==Card_SN[2])

&&(RFID_Buffer[3]==Card_SN[3]))

{

success++；

RFID_Buffer[0]=Card_SN[0]；RFID_Buffer[1]=Card_SN[1]；RFID_Buffer[2]=Card_SN[2]；

RFID_Buffer[3]=Card_SN[3]；

}

elsebreak；

}

if((Card_type!=unknowncard)&&(success>18))

//濾波

{

RFID_Buffer1[0]=RFID_Buffer[0]；RFID_Buffer1[1]=RFID_Buffer[1]；RFID_Buffer1[2]=RFID_Buffer[2]；RFID_Buffer1[3]=RFID_Buffer[3]；

}

}

}

3PLC主站通信過程

RFID讀卡器利用RS485作為通訊介質(zhì)，通過Modbus標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議將讀卡器讀取電子標(biāo)簽的信息發(fā)送給主站PLC叫在Modbus協(xié)議的RTU幀中，需要注意整個(gè)消息幀必須作為一個(gè)連續(xù)的流傳輸。第一點(diǎn)必須保證在消息幀完成之前有不超過1.5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間；第二點(diǎn)必須控制一個(gè)新消息在大于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前個(gè)消息開始。這兩種情況可利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來解決，即每發(fā)送一個(gè)字節(jié)后啟動(dòng)定時(shí)，并在下一次接受到字節(jié)時(shí)，讀取定時(shí)器的值，做出相應(yīng)的判斷.

在PLC主站的梯形圖編程中，PLC循環(huán)地發(fā)送請求幀,請求讀到電子標(biāo)簽的讀卡器發(fā)送信息的。如某一時(shí)刻PLC發(fā)送的RTU幀格式如表1所列，表示請求讀取一號讀卡器的數(shù)據(jù)并存入其從0020開始的寄存器地址內(nèi)。03為Modbus的功能碼，表示讀取從站的數(shù)據(jù)。

作為應(yīng)答，一號讀卡器從站發(fā)送的正確RTU幀格式如表2所列，其將讀取到電子標(biāo)簽的四字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC。PLC接受到該信號，則表明相應(yīng)的物料已輸送至一號滾筒輸送機(jī)。此時(shí)，PLC可將后續(xù)的滾筒輸送機(jī)啟動(dòng)，以使物料連續(xù)輸送至目標(biāo)位置。

通過控制三個(gè)滾筒輸送機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以輸送貨物。同時(shí)在沒有輸送任務(wù)的情況下，停轉(zhuǎn)相應(yīng)的滾筒輸送機(jī)，以達(dá)到節(jié)能的目的。

4結(jié)語

本文將RFID技術(shù)應(yīng)用于物料輸送系統(tǒng)，詳細(xì)設(shè)計(jì)了讀卡器和分析了PLC主站的通信過程，驗(yàn)證了相關(guān)技術(shù)。該方案在實(shí)際運(yùn)用中運(yùn)行良好，完整地達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，不僅可以應(yīng)用于少品種、大批量的生產(chǎn)類型，而且也適用于多品種、小批量的生產(chǎn)類型。如果與MES系統(tǒng)相結(jié)合，就可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃安排和調(diào)度，靈活地實(shí)現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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