RFID 在金膜電容器自動化生產線中的應用

馮英龍， 張 磊

（西安航天動力試驗技術研究所， 陜西 西安 710100）

0 引言

射頻識別技術（簡稱RFID）是20 世紀90 年代興起的一種非接觸式的自動識別技術[1]。相對于傳統的條形碼、磁卡及IC 卡技術具有非接觸、閱讀速度快、無磨損等特點[2]。 目前RFID 應用場合不斷擴大和延伸，在圖書管理系統、汽車焊接生產線、物流生產線等都得到了很廣泛的應用[1]。它的應用節省了生產時間，提高了系統的靈活性，降低了運營成本。在國內諸多金膜電容器生產廠家中，在生產線產品分類、噴金選擇、參數自動識別等工藝流程中一直無法實現突破， 導致生產過程中只能依靠手動和半自動的生產模式，工作量大，自動化水平低下，過于依賴人工。 這種背景下，本文提出了RFID 應用于金膜電容器自動化生產線的思路， 解決了金膜電容器自動化生產線的技術瓶頸，改變了金膜電容器陳舊的生產工藝，推動了金膜電容器的發展。

1 系統硬件組成

系統硬件主要由積放鏈導軌、積放鏈、道岔分岔、上料小車、芯子元件框、安裝支架、人機界面、PLC、總線模塊、射頻控制器、讀寫頭（R/W）、射頻載碼體（數據載體或數據存儲器）、終端電阻、接插件、屏蔽電纜以及其他附件等組成，如圖1 所示。 根據生產線各工位需要，結合現場工藝流程， 金膜電容器自動化生產線設計時選用4 套射頻控制器，采用多工模式，每套控制器連接兩個讀寫頭，即共配置8 個讀寫頭。 按照金膜電容器生產線最大工作需求，確定上料小車的數量即載碼體的個數，經過核算，安裝50 個載碼體固定于積放鏈上料小車上循環使用可以滿足生產需要。

圖1 積放鏈與芯子元件框對接圖

2 金膜電容器生產線上射頻識別系統的工作原理

如圖2 所示， 生產線上讀寫頭的控制包括寫操作和讀操作。 將金膜電容器元件參數包括芯子型號、長度、外徑、 噴金入口選擇工位等參數輸入到人機界面，HMI 與PLC 通過以太網通訊，將參數傳給PLC。 當“寫”工位工件位置檢測開關檢測到工件到位信號后，工件停止運行，通過載碼控制器控制讀寫頭將之前金膜電容器元件數據寫入載碼體，完成寫操作，并將此次的操作結果顯示在人機界面上。 當“讀”工位工件位置檢測開關檢測到上料小車和工件到位后， 載碼控制器控制讀寫頭持續讀取安裝在上料小車上載碼體（TAG）中存儲的數據，完成讀操作，并將數據傳給PLC[3]，同時顯示在人機界面上。 PLC 將獲得的數據信息進行處理，以決定下一步的工序流程。

圖2 RFID 在系統中工作原理圖

通過上述對安裝在上料小車上載碼體的讀/寫操作，所有信息均通過PLC 上傳給車間生產過程監控系統（PMC）進行進一步的處理和控制，從而實現對整個金膜電容器自動化生產線工件參數的跟蹤和生產過程的控制。

3 RFID 在金膜電容器自動化生產線中的應用

3.1 RFID 型號的確定

鑒于德國倍加福射頻識別系統成熟技術以及具有良好的穩定性， 設計時選用該產品應用于金膜電容器自動化生產線。按照生產工藝要求，選用低頻段識別系統完全滿足工業自動化領域。 整套射頻識別系統元器件選型及配置如表1 所示，其中控制器工作溫度-25 到70℃，兼容P+F 所有頻率RFID 讀/寫設備，支持RS232，RS485，Profibus，CC-Link，EtherCAT 以及以太網通訊， 可與多種PLC 實現連接。 讀寫頭工作頻率125KHz，傳輸速率2KBit/s，工作溫度-25 到70℃，讀距離0～100mm，寫距離0～80mm[2]。 載碼體工作頻率125KHz， 傳輸速率2KBit/s， 存儲空間EEPROM 為928Bit，ROM 為32Bit，讀次數不限，寫次數大于100000 次，工作溫度-40 到120℃[2]。

表1 生產線RFID 配置表

3.2 RFID 的使用要點

載碼控制器通常固定于生產線易于操作及觀察的部位， 如果條件不允許， 也可以安裝在空間相對狹小的地方。 其堅硬的金屬外殼及接插件連接形式確保在惡劣的環境下可靠地工作。 讀寫頭分別布置在生產線上料工位1、上料工位2、1 號噴金間道岔入口、1 號噴金間元件識別工位、2 號噴金間道岔入口、2號噴金間元件識別工位、 元件下料識別工位、載碼體存儲數據清零工位，且讀寫頭周圍避免安裝強磁場器件，以防止干擾。 如圖1 所示，載碼體采用防護等級為IP65，固定在裝有工件的積放鏈上料小車上，自始至終隨工件運行。這實際上就形成了一個個隨工件運動的移動數據庫，工件由此變成了在整個生產流程中隨身攜帶數據庫的 “智能工件”。 為防止載碼體與上料小車直接接觸影響感應距離， 設計時在載碼體底部安裝2～3mm 絕緣膠墊，克服了金屬干擾問題。

3.3 金膜電容器生產工藝的改進

過去金膜電容器的生產非常依賴人工來完成， 需要人工識別元件、手工裝芯子元件、手工上料、噴金前參數調整，手動下料等，工藝流程非常繁瑣，生產人員負擔很重。通過RFID 的應用，設計了金膜電容器自動化生產線，改進了過去金膜電容器陳舊的生產工藝， 使金膜電容器生產水平大幅提高，如表2 所示，列出了RFID 在金膜電容器生產線各個工位的作用，完全解放了人力資源，也大大提高了生產效率。

表2 RFID 各部分作用表

4 結論

RFID 在金膜電容器生產線的應用和過去陳舊的生產工藝相比，在產品種類多樣、信息存儲量大、環境惡劣、工藝流程復雜、人員需求多的場合應用RFID 具有相當的優越性， 推動了金膜電容器行業的發展。 本系統自2018 年正式在桂林電力電容器有限責任公司現場投入使用以來， 整個金膜電容器生產線運行狀況穩定， 射頻識別系統讀寫信息可靠， 系統操作界面友好，符合人機工程設計，操作簡便，能有效的提高生產效率，解放了人力資源，滿足生產和管理的需要。