淺析RFID在智能機(jī)器人識別系統(tǒng)中的用法

王曉峰

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

工業(yè)機(jī)器人的普及是實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段[1]。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，系統(tǒng)可以通過PLC連接，需要確定相關(guān)的接口并進(jìn)行定義，同時需要通過示教器完成編程，最后再通過調(diào)試測試是否通過。在這個過程中需要明確PLC的I/O變量，RFID的接口以及使用的方法，PLC的I/O變量可以在前期進(jìn)行確定，填充到對應(yīng)的表格里方便查閱。

1 確定數(shù)據(jù)的類型接口

要確定程序數(shù)據(jù)類型，類似于clock、rotate等數(shù)據(jù)類型，RFID的程序數(shù)據(jù)類型就是rfid，一個數(shù)據(jù)類型對應(yīng)了兩個變量，分別是rfidcon和rfidstate。下面就這兩個變量進(jìn)行討論。rfidcon在其中起到的作用是控制命令，負(fù)責(zé)將機(jī)器人的命令傳送到PLC里面，在PLC里面要寫入對應(yīng)的子程序來處理機(jī)器人傳送的信號；rfidstate負(fù)責(zé)進(jìn)行狀態(tài)操作，也就是將處理的結(jié)果由PLC反饋給機(jī)器人。通過以上描述可以發(fā)現(xiàn)，通過rfidcon和rfidstate兩個變量可以將RFID操作形成一個完整的閉環(huán)控制。所以這兩個變量在需要進(jìn)行RFID控制時要出現(xiàn)在對應(yīng)的控制程序里。每一個變量也有其對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過檢索每一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以更清晰的了解到內(nèi)部的構(gòu)件。在機(jī)器人應(yīng)用過程中，如果已有一個程序模版，則可以直接將該模塊加載至機(jī)器人系統(tǒng)中[2]。

每一個變量由6個部分構(gòu)成。RFID擁有自己的接口，每個接口擁有Command、stepno、state、name、date、time這6個變量。其中Command可以實(shí)現(xiàn)命令與響應(yīng)的功能；stepno可以實(shí)現(xiàn)工序；state實(shí)現(xiàn)工件的狀態(tài)，即工件的類型；name是操作者標(biāo)識；date是系統(tǒng)生成的日期，不需要操作者再進(jìn)行定義；time是系統(tǒng)生成的時間，也不需要額外的操作。

對于Command控制字，有三種對應(yīng)的指令和與之相匹配的功能，在控制字中出現(xiàn)的指令代號分別是10、20、30，與之對應(yīng)的功能是完成數(shù)據(jù)的寫操作、完成數(shù)據(jù)的讀操作，最后是可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位，這是控制字所實(shí)現(xiàn)的功能；除了控制字來定義Command，還有狀態(tài)字來完成定義，狀態(tài)字的指令集較多，可以豐富它的接口功能；在指令集中11實(shí)現(xiàn)寫這個功能的完成，10為數(shù)據(jù)在寫入中，12為數(shù)據(jù)寫入錯誤，21為數(shù)據(jù)讀取完成，20為數(shù)據(jù)讀取中，22為數(shù)據(jù)讀取錯誤，31為復(fù)位狀態(tài)完成，30為數(shù)據(jù)正在復(fù)位中，32顯示為復(fù)位錯誤，100顯示為正在待機(jī)，101顯示有芯片正在工作區(qū)。接口、控制字、狀態(tài)字分別完成對應(yīng)的功能。

2 對機(jī)器程序的操作方法

開始先要進(jìn)行復(fù)位操作，前一次的操作會在存儲區(qū)留下信號，需要進(jìn)行復(fù)位，以防對下一次使用造成誤操作。既然要使用復(fù)位操作，就要使用對應(yīng)的程序數(shù)據(jù)類型，程序數(shù)據(jù)類型中要使用能完成RFID操作的代碼。其中已聲明程序數(shù)據(jù)有CON和STATE兩種。接口代碼要選Command狀態(tài)字來實(shí)現(xiàn)寫入的功能，Command狀態(tài)字里找到可以完成相關(guān)復(fù)位的功能指令，其中指令30、31、32都和復(fù)位功能有關(guān)，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是復(fù)位功能，所以32指令代表的復(fù)位錯誤不在使用之列。

通過以上的分析，得出程序，RFIDCON.Command:=30，此條命令就是實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，下一步要得到復(fù)位是否在進(jìn)行，復(fù)位操作的結(jié)果是什么，是否完成了任務(wù)，所以要等待復(fù)位完成。這里要使用已聲明程序數(shù)據(jù)里的STATE，同時在Command狀態(tài)字里調(diào)用剛才提到的復(fù)位功能指令，30表示復(fù)位中，下一個是要確定復(fù)位的結(jié)果，要用31表達(dá)復(fù)位完成，實(shí)現(xiàn)復(fù)位的功能。所以表示完成要這樣寫，waituntil.RFIDSTATE.Command:=31，輸入這條指令，等待復(fù)位完成。復(fù)位工作結(jié)束后，需要將指令清空，方便后面寫入其他的指令代碼。此時需要寫一條將之前進(jìn)行復(fù)位操作的狀態(tài)字清空的指令狀態(tài)字，這里使用的Command狀態(tài)字為0，其他的寫的方法和第一條一致，清除即可，RFIDCON.Command:=0。以上過程即為復(fù)位程序的相關(guān)實(shí)例，可以在復(fù)位操作時使用。

3 系統(tǒng)接口指令的確定

通過以上操作，大致發(fā)現(xiàn)RFID設(shè)置的方法，結(jié)合以上的狀態(tài)字、命令字、字符指令來設(shè)置需要的功能，以其特有的格式完成字符的排列，RFID數(shù)據(jù)復(fù)位后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備階段。

開始先編輯一個文件的名稱，在進(jìn)行文件命名時以本次要實(shí)現(xiàn)功能的拼音來命名這個文件，即通俗易懂又方便日后查找，通過將本次任務(wù)的名字功能拼音化，對于以后看見文件名字就知道本條程序的功能內(nèi)容有很大幫助。在本次要實(shí)現(xiàn)RFID的射頻識別功能，所以命名時就讓名字里出現(xiàn)RFID，這里可以設(shè)定姓名的拼音或者是一段編號，控制在8個字符。在這里name這個接口用到的數(shù)據(jù)類型是string，也就是字符串類型。

在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段需要用到stepno和state兩個接口，其中stepno完成步驟/工序，state實(shí)現(xiàn)狀態(tài)/工件類型。同時要用到程序數(shù)據(jù)類型為RFID，使用前面已聲明的數(shù)據(jù)RFIDCON，其后面有6個間隔開的數(shù)據(jù)，這六個就是前面提到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的六個接口，在進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時可以將前三個值設(shè)置為0，數(shù)據(jù)類型為自己定義的變量、數(shù)值數(shù)據(jù)，后兩個都為字節(jié)。后三個中第一個為name，字符串類型控制在8個字符以內(nèi)，后兩個日期和時間可以不用設(shè)置，采用系統(tǒng)默認(rèn)，但是數(shù)據(jù)類型還是字符串。這樣就把RFID的六個接口設(shè)置完畢了。下面還是使用RFIDCON，這一次使用stepno，設(shè)置為1，同時另起一行還有RFIDCON，后面用state，設(shè)置數(shù)值為1。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成后可以正式寫入程序。首先是控制字的設(shè)置，即Command控制字的取值大小，通過前面的案例可以發(fā)現(xiàn)在Command控制字?jǐn)?shù)值不同的時候可以表達(dá)不同的含義，其控制字有3個不同的值表達(dá)不同的功能。程序中要使用Command狀態(tài)字，在接口中，狀態(tài)字有11個不同的指令來完成與之相匹配的功能，要將數(shù)據(jù)寫入程序，就要使用狀態(tài)字里的指令10，表示寫入中，也就是RFIDCON.Command:=10，此條程序就是將數(shù)據(jù)正在寫入寄存器里，從這里可以發(fā)現(xiàn)程序在書寫時的相關(guān)規(guī)則，RFIDCON在程序里會固定出現(xiàn)，同時Command狀態(tài)字在其后面表達(dá)不同的功能。作為已聲明的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，RFIDCON和rfidstate會交替出現(xiàn)，作為兩個關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)再和不同數(shù)值的Command狀態(tài)字組合，可以完成多種的任務(wù)程序。下一步是完成寫入程序，根據(jù)上面的操作方法，關(guān)鍵是確定狀態(tài)字的指令功能代碼，同時使用rfidstate表達(dá)寫入完成。在rfidstate的前面還要使用waituntil，寫出來也就是waituntil.RFIDSTATE.Command:=11,在Command狀態(tài)字中11表示寫入功能完成。后面的程序就是RFIDCON.Command:=0，可以看出來和之前的程序是一樣的，不管執(zhí)行什么樣的操作，都需要書寫指令清除。

4 RFID與PLC的連接

通過以上可以將RFID的信號反饋給PLC，其實(shí)RFID的信號可以理解為PLC的模擬量信號，通過前端RFID變相的作為傳感器來傳輸信號，通過PLC的程序執(zhí)行控制機(jī)械軸運(yùn)動。比如RFID在經(jīng)過復(fù)位后開始寫入程序，相當(dāng)于傳輸進(jìn)來了一個開關(guān)量，這個開關(guān)量可以設(shè)置成與以下幾個量相關(guān)，也就是激活相應(yīng)的功能，當(dāng)然作為這個開關(guān)量本體可以設(shè)置為字節(jié)輸入，也可以是一位輸入。要滿足以下幾個量，有對應(yīng)的輸出反饋到關(guān)節(jié)軸，帶動機(jī)器人運(yùn)動，在運(yùn)動中出現(xiàn)的幾個點(diǎn)要用示教器進(jìn)行定位作為創(chuàng)建點(diǎn)命名存儲在程序中，同時要做好另一個程序，也就是如果沒有RFID，沒有相關(guān)的輸入或者是識別失敗，要在示教器中確定幾個點(diǎn)，將無法識別的物品放回原處，同時抓取下一個物品進(jìn)行下一輪的識別。將數(shù)字輸入信號與系統(tǒng)的控制信號關(guān)聯(lián)起來，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行控制[3]。如果本次運(yùn)動已實(shí)現(xiàn)，但未識別到物體，也就是輸入1信號沒有給到PLC，可以設(shè)置一個定時器，在一定時間內(nèi)如果沒有開關(guān)量的1信號傳入PLC的輸入端，定時器就觸發(fā)另一輸出點(diǎn)來讓機(jī)械手完成返回動作，即前面示教的幾個返回點(diǎn)，將無法識別的物體放回原處，等待將物品的識別故障處理后，再進(jìn)行下一次的抓取和確認(rèn)。在處理重物的場合，用機(jī)器人支撐重量，由人進(jìn)行仔細(xì)定位[4]。以上只是簡單的反饋了一下信號有效和信號無法識別的處理方法，輸入用I的相應(yīng)位或字節(jié)即可完成，輸出用Q的兩個位就可以完成對物體的識別，下一步將可識別物品放入前一個工件內(nèi)，如不能識別，物體會停頓一段時間后按原來的路徑返回原處。兩種結(jié)果兩個位就可以完成相應(yīng)的功能。

5 結(jié)語

通過以上的描述，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了RFID的幾個常見程序設(shè)置，其他的功能也可以通過以上的操作方法類推，同時就PLC在運(yùn)動過程中如何設(shè)置輸入輸出以及一些其他附帶的功能也有相應(yīng)的解決辦法。同時結(jié)合示教器完成最后的收尾及幾個固定點(diǎn)的設(shè)置也在里面進(jìn)行了說明。RFID在后續(xù)的使用中會開發(fā)出更多的功能，在除了機(jī)器人領(lǐng)域之外也可以有更多的使用空間。大家也可以在基礎(chǔ)之上進(jìn)行新的算法探索。