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RFID在烟草制丝线的应用

'RFID在烟草制丝线的应用'
河南中烟工业公司许昌卷烟厂工程系列学术论文RFID在烟草制丝线的应用一车间 付永民 吕建华 黄梦菊摘要:近几年来,RFID(Radio Frequency Identification)技术在全球掀起热潮,吸引了众多厂商参与相关的技术以及芯片的研究与开发。目前RFID技术正处于迅速上升的时期。在很多实际应用中特别是在制造生产线上需要向RFID中追加信息。本文着重研究了向RFID标签追加信息的数据处理算法,具有很强的实际意义。关键词:RFID标签, 数据区, 寄存器, CPU1 课题背景及意义射频识别技术RFID(Radio Frequency IDentification)是一种无线的识别技术,其借助于贴置在物品上的电子标签、用读写器对标签进行扫描和识别。与传统的接触式识别方式相比,RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可自动完成信息输入和处理,并且具有体积小,信息容量大,读写速度快等优点,操作也很方便快捷。鉴于RFID的种种优越性,近年来RFID开始被广泛应用在各个领域。然而RFID技术是由国际上一些大型零售商的推动,主要应用在物流运输领域,在生产线的应用还不成熟。生产制造企业对RFID标签的信息处理提出更高的要求。随着国家局打造数字化工厂概念的提出,RFID标签将广泛应用在烟草制造企业供应链管理上,未来的生产车间将是数字化的生产车间,要求RFID标签的信息处理不仅是读和写,更多是追加信息的动态管理。探索RFID标签追加信息的数据处理算法,具有很强的实际意义。2 RFID标签追加信息的技术流程2.1 RFID技术特点绝大多数射频识别系统是按电感耦合的原理工作的,读写器在数据管理系统的控制下发送出一定频率的射频信号,当电子标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量,发送出自身编码等信息,该信息被读写器读取并解码后送至管理系统(一般是电脑主机)进行有关处理,如图1所示。这一信息的收集处理过程是以无线方式进行的。RFID技术的这种“非接触式”信息采集的方式和电子标签充当“移动的信息载体”的特点,迎合了制造业的作业流程和管理模式的需求。数据管理系统 接口模块 控制模块 射频模块 天线 天线 电源 控制器调制器编码器存储器时钟 读写器RFID标签寄存器图1:RFID系统结构图2.2 烟草制丝线实时信息编码生产企业结合计算机信息系统完成数据信息的存储及管理、对RFID标签进行读写控制,把RFID系统当成整个企业ERP的一部分。由于在制丝生产线上应用情况比较特殊,要编写具体的数据库应用软件,制定适合生产现场具体数据的信息编码,适应RFID标签编码协议,采用PC机或者是终端机来完成和RFID标签之间信息交换功能。如可以把制丝线的关键点切丝机信息:切丝机宽度、切丝时间、来料牌号等综合编码,确定编码字节长度。如图2所示。切丝宽度切丝时间来料牌号根据现场实际确定编码规则,确定编码长度将信息通过读写器发送给RFID标签图2:编码方法示例2.3 RFID标签追加信息流程每个 RFID标签有一个芯片控制器处理读写器发送的指令和信息。芯片有一个数据存储区,为了可以追加信息,我们必须对存储区重新定义划分。采用硬盘的分区原理,存储区根据现场具体数据的信息编码长度划分为几个区域,第一个区域标记为引导区,记录其他区域的位置和长度并监视其它区域是否被占用。如图3所示。第一存储区域:引导区,标记其它区域是否占用第二存储区(第一数据区)第n存储区(第n-1数据区)存储区的划分图3 :存储器的划分和定义RFID标签芯片接收到全部读取命令时,将标签所有信息全部传输给读写器处理。当RFID标签芯片接收到部分读取命令时,芯片处理器将接收的指令解码后,将地址编码保存在地址寄存器中,并与第一个存储区进行判断,若有数据,在地址总线上找到需要传送的存储区,将信息通过数据总线读入数据寄存器,传送到读写器;若无数据,发送错误信息。当RFID标签芯片接收到写入命令时,芯片处理器将接收的指令解码后,将地址编码保存在地址寄存器中,将信息编码保存在数据寄存器,并与第一个存储区进行判断,若目的存储区已经有数据,向读写器发送错误信息;若无数据,将保存在数据寄存器中的信息通过数据总线写入目的存储区。从而实现信息的动态追加功能。如果RFID标签芯片接收到得写入命令没有目的存储区时,芯片处理器根据第一个存储区的其他存储区占用信息自动安排目的存储区,通过数据总线将保存在数据寄存器中的数据信息通过数据总线写入目的存储区。3 RFID标签和现场PLC的无缝连接PLC作为一种高可靠性的控制装置,与RFID进行数据通信,不但可以实现对每一个生产过程的控制与管理,而且可以提高自动化生产流水线的生产效率。在烟草制丝线上,已经广泛应用PLC,利用PLC和RFID标签实现信息传输。可以极大降低投入成本。PLC现场总线传输协议采用RS485协议,通过串行通信端口,PLC与计算机之间、PLC与PLC之间、PLC与各种通信设备之间(如变频器、条形码读入器和串行打印机等)可以进行数据交换,目前流行的解决方法是双方同时提供某种标准接口(如DeviceNet.ProfiBus等)进行通信,或者利用RFID系统提供的通信指令,通过串口通信的方式来实现。如图4所示串行接口USART1采用RS—485标准与PC通讯MCU串行接口USART2采用RS—232标准接入传输网络图4:RS-485和RS-232协议转换通过RS-232C将RFID读写卡器接到PLC上,但需要进行转换,以便能够用RFID读写卡器的信息进行控制。另外,要想使用多台RFID读写器时,必须在定序器上准备相应数量的RS-232C接口。如图5所示。上位监控(Wincc)传感器传感器传感器传感器传感器Industry EthernetS7-300RS-485和RS-232协议转换RFID读写器RFID标签图5 :制丝生产线RFID系统示意图4 结束语现在的RFID主要应用在烟草原料运输和成品运输领域,而生产制造领域的应用因为需要动态数据管理而相对滞后。本文探索了RFID动态数据管理方法,在未来的应用中,可以将原料运输和成品运输与生产制造领域的RFID应用结合起来,使生产和物流有机结合,减少中间环节数据的转换,节约成本。随着技术的成熟和成本的下降,RFID必将在烟草行业广泛应用。RFID的一个直接作用是解放劳动力,消除人工操作的人为因素,而且能准确、快速、可靠地提供实时数据,这对大批量、高速的制造企业特别重要。RFID能明显地改进和提高制造过程的各项关键性能,经济效益突出。参考文献:[1] 宁焕生 王炳辉 《RFID重大工程与国家物联网》 机械工业出版社 2008年10月[2] 宁焕生 张彦《RFID与物联网-射频、中间件、解析与服务》 电子工业出版社 2008年4
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