RFID在煙草制絲線的應(yīng)用

1、RFID在煙草制絲線的應(yīng)用一車間 付永民 呂建華 黃夢菊摘要：近幾年來，RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)在全球掀起熱潮，吸引了眾多廠商參與相關(guān)的技術(shù)以及芯片的研究與開發(fā)。目前RFID技術(shù)正處于迅速上升的時期。在很多實際應(yīng)用中特別是在制造生產(chǎn)線上需要向RFID中追加信息。本文著重研究了向RFID標(biāo)簽追加信息的數(shù)據(jù)處理算法，具有很強(qiáng)的實際意義。關(guān)鍵詞：RFID標(biāo)簽, 數(shù)據(jù)區(qū)， 寄存器， CPU1 課題背景及意義射頻識別技術(shù)RFID（Radio Frequency IDentification）是一種無線的識別技術(shù)，其借助于貼置在物品上

2、的電子標(biāo)簽、用讀寫器對標(biāo)簽進(jìn)行掃描和識別。與傳統(tǒng)的接觸式識別方式相比，RFID技術(shù)無需直接接觸、無需光學(xué)可視、無需人工干預(yù)即可自動完成信息輸入和處理，并且具有體積小，信息容量大，讀寫速度快等優(yōu)點，操作也很方便快捷。鑒于RFID的種種優(yōu)越性，近年來RFID開始被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。然而RFID技術(shù)是由國際上一些大型零售商的推動，主要應(yīng)用在物流運輸領(lǐng)域，在生產(chǎn)線的應(yīng)用還不成熟。生產(chǎn)制造企業(yè)對RFID標(biāo)簽的信息處理提出更高的要求。隨著國家局打造數(shù)字化工廠概念的提出，RFID標(biāo)簽將廣泛應(yīng)用在煙草制造企業(yè)供應(yīng)鏈管理上，未來的生產(chǎn)車間將是數(shù)字化的生產(chǎn)車間，要求RFID標(biāo)簽的信息處理不僅是讀和寫，更多是追加

3、信息的動態(tài)管理。探索RFID標(biāo)簽追加信息的數(shù)據(jù)處理算法，具有很強(qiáng)的實際意義。2 RFID標(biāo)簽追加信息的技術(shù)流程2.1 RFID技術(shù)特點絕大多數(shù)射頻識別系統(tǒng)是按電感耦合的原理工作的，讀寫器在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的控制下發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼等信息，該信息被讀寫器讀取并解碼后送至管理系統(tǒng)（一般是電腦主機(jī)）進(jìn)行有關(guān)處理，如圖1所示。這一信息的收集處理過程是以無線方式進(jìn)行的。RFID技術(shù)的這種“非接觸式”信息采集的方式和電子標(biāo)簽充當(dāng)“移動的信息載體”的特點，迎合了制造業(yè)的作業(yè)流程和管理模式的需求。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 接口模塊 控制模塊 射頻模塊 天線

4、天線 電源 控制器調(diào)制器編碼器存儲器時鐘 讀寫器RFID標(biāo)簽寄存器圖1:RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 煙草制絲線實時信息編碼生產(chǎn)企業(yè)結(jié)合計算機(jī)信息系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)信息的存儲及管理、對RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫控制，把RFID系統(tǒng)當(dāng)成整個企業(yè)ERP的一部分。由于在制絲生產(chǎn)線上應(yīng)用情況比較特殊，要編寫具體的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件，制定適合生產(chǎn)現(xiàn)場具體數(shù)據(jù)的信息編碼，適應(yīng)RFID標(biāo)簽編碼協(xié)議，采用PC機(jī)或者是終端機(jī)來完成和RFID標(biāo)簽之間信息交換功能。如可以把制絲線的關(guān)鍵點切絲機(jī)信息：切絲機(jī)寬度、切絲時間、來料牌號等綜合編碼，確定編碼字節(jié)長度。如圖2所示。切絲寬度切絲時間來料牌號根據(jù)現(xiàn)場實際確定編碼規(guī)則，確定編碼長度將信

5、息通過讀寫器發(fā)送給RFID標(biāo)簽圖2：編碼方法示例2.3 RFID標(biāo)簽追加信息流程每個 RFID標(biāo)簽有一個芯片控制器處理讀寫器發(fā)送的指令和信息。芯片有一個數(shù)據(jù)存儲區(qū)，為了可以追加信息，我們必須對存儲區(qū)重新定義劃分。采用硬盤的分區(qū)原理，存儲區(qū)根據(jù)現(xiàn)場具體數(shù)據(jù)的信息編碼長度劃分為幾個區(qū)域，第一個區(qū)域標(biāo)記為引導(dǎo)區(qū)，記錄其他區(qū)域的位置和長度并監(jiān)視其它區(qū)域是否被占用。如圖3所示。第一存儲區(qū)域：引導(dǎo)區(qū)，標(biāo)記其它區(qū)域是否占用第二存儲區(qū)（第一數(shù)據(jù)區(qū)）第n存儲區(qū)（第n-1數(shù)據(jù)區(qū)）存儲區(qū)的劃分圖3 ：存儲器的劃分和定義RFID標(biāo)簽芯片接收到全部讀取命令時，將標(biāo)簽所有信息全部傳輸給讀寫器處理。當(dāng)RFID標(biāo)簽芯片接收到

6、部分讀取命令時，芯片處理器將接收的指令解碼后，將地址編碼保存在地址寄存器中，并與第一個存儲區(qū)進(jìn)行判斷，若有數(shù)據(jù)，在地址總線上找到需要傳送的存儲區(qū)，將信息通過數(shù)據(jù)總線讀入數(shù)據(jù)寄存器，傳送到讀寫器；若無數(shù)據(jù)，發(fā)送錯誤信息。當(dāng)RFID標(biāo)簽芯片接收到寫入命令時，芯片處理器將接收的指令解碼后，將地址編碼保存在地址寄存器中，將信息編碼保存在數(shù)據(jù)寄存器，并與第一個存儲區(qū)進(jìn)行判斷，若目的存儲區(qū)已經(jīng)有數(shù)據(jù)，向讀寫器發(fā)送錯誤信息；若無數(shù)據(jù)，將保存在數(shù)據(jù)寄存器中的信息通過數(shù)據(jù)總線寫入目的存儲區(qū)。從而實現(xiàn)信息的動態(tài)追加功能。如果RFID標(biāo)簽芯片接收到得寫入命令沒有目的存儲區(qū)時，芯片處理器根據(jù)第一個存儲區(qū)的其他存儲區(qū)占

7、用信息自動安排目的存儲區(qū)，通過數(shù)據(jù)總線將保存在數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)總線寫入目的存儲區(qū)。3 RFID標(biāo)簽和現(xiàn)場PLC的無縫連接PLC作為一種高可靠性的控制裝置，與RFID進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，不但可以實現(xiàn)對每一個生產(chǎn)過程的控制與管理，而且可以提高自動化生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)效率。在煙草制絲線上，已經(jīng)廣泛應(yīng)用PLC，利用PLC和RFID標(biāo)簽實現(xiàn)信息傳輸?？梢詷O大降低投入成本。PLC現(xiàn)場總線傳輸協(xié)議采用RS485協(xié)議，通過串行通信端口，PLC與計算機(jī)之間、PLC與PLC之間、PLC與各種通信設(shè)備之間（如變頻器、條形碼讀入器和串行打印機(jī)等）可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，目前流行的解決方法是雙方同時提供某種標(biāo)準(zhǔn)接口(如

8、DeviceNet.ProfiBus等)進(jìn)行通信，或者利用RFID系統(tǒng)提供的通信指令，通過串口通信的方式來實現(xiàn)。如圖4所示串行接口USART1采用RS485標(biāo)準(zhǔn)與PC通訊MCU串行接口USART2采用RS232標(biāo)準(zhǔn)接入傳輸網(wǎng)絡(luò)圖4：RS-485和RS-232協(xié)議轉(zhuǎn)換通過RS-232C將RFID讀寫卡器接到PLC上，但需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便能夠用RFID讀寫卡器的信息進(jìn)行控制。另外，要想使用多臺RFID讀寫器時，必須在定序器上準(zhǔn)備相應(yīng)數(shù)量的RS-232C接口。如圖5所示。上位監(jiān)控（Wincc）傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器Industry EthernetS7-300RS-485和RS-232協(xié)議轉(zhuǎn)

9、換RFID讀寫器RFID標(biāo)簽圖5 ：制絲生產(chǎn)線RFID系統(tǒng)示意圖4 結(jié)束語現(xiàn)在的RFID主要應(yīng)用在煙草原料運輸和成品運輸領(lǐng)域，而生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用因為需要動態(tài)數(shù)據(jù)管理而相對滯后。本文探索了RFID動態(tài)數(shù)據(jù)管理方法，在未來的應(yīng)用中，可以將原料運輸和成品運輸與生產(chǎn)制造領(lǐng)域的RFID應(yīng)用結(jié)合起來，使生產(chǎn)和物流有機(jī)結(jié)合，減少中間環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，節(jié)約成本。隨著技術(shù)的成熟和成本的下降，RFID必將在煙草行業(yè)廣泛應(yīng)用。RFID的一個直接作用是解放勞動力，消除人工操作的人為因素，而且能準(zhǔn)確、快速、可靠地提供實時數(shù)據(jù)，這對大批量、高速的制造企業(yè)特別重要。RFID能明顯地改進(jìn)和提高制造過程的各項關(guān)鍵性能，經(jīng)濟(jì)效益突出。參考文獻(xiàn)：1 寧煥生 王炳輝 RFID重大工程