RFID 射頻技術在中小型沖壓線上的應用

姜 燕，李國禎，宮 聃

（濟南二機床集團有限公司，山東濟南 250022）

0 引言

中小型壓機生產線是當前國內最普遍使用的生產線，而大多數的產線多以手工或者半自動化形式生產，基本上使用人工更換模具，而人工換模相比自動換模，時間更長，進而造成產線的生產效率降低。隨著科技迅猛發展，廠家對壓機生產效率要求越來越高，對沖壓線的操作自動化需求越來越大。壓機具有移動工作臺，換模時更換工作臺，模具的識別裝置可以放置在工作臺上，而對于無移動工作臺的沖壓線，運送模具的設備沒有足夠的空間安裝模具識別裝置，無法識別模具。針對此類生產線，開發了RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別技術）自動識別技術，從而實現固定工作臺沖壓線的一鍵換模功能。

1 固定工作臺壓機沖壓線現狀

當前壓機沖壓線基本都配備了一鍵換模功能，操作簡單，生產效率明顯提升。而無移動工作臺壓機生產線，當前還處于手工或半自動化生產模式，產線生產任務更換時，需要人工操作卸下當前模具，待前一套模具調運走后，準備更換新模具；自動換模如圖1 所示。

圖1 自動換模

人工換模時間長，操作步驟繁瑣，在降低生產效率的同時，還增大了換模的失誤率。同時人工選擇模具參數存在參數不匹配的風險，從而導致模具損傷或者損壞。為了實現自動換模完全替代人工操作，開發RFID 模具參數自動識別功能，其主要效果如下：

（1）提高生產效率，實現人工、半自動化操作轉為全自動識別過程，生產效率提升20%以上。

（2）降低生產成本，裝卸模具過程中至少需要兩名操作人員進行配合工作，自動識別后無需任何人工操作步驟。

（3）有效降低人工操作失誤率。人工操作的流程中，失誤是不可避免的，在模具更換的過程中，因為人工操作失誤導致的模具不匹配，屢見不鮮。嚴重者，直接造成模具損壞；通過RFID 自動化識別，完全可以保證模具信息的準確性。

2 RFID 識別在一鍵換模功能的定義介紹

2.1 一鍵換模功能

一鍵換模，也叫ADC（Auto Die Change，自動化換模），它由程序編制好整個流程，一鍵啟動后，沖壓線可以快速地按照提前計劃的特定流程進行，卸載當前模具，并裝載下套模具的過程，完成后可以直接進入生產模式。整個換模的過程都是通過程序編制進行全自動識別與確認，具有速度快的特點。

2.2 RFID 定義

RFID 俗稱“電子標簽”。所謂RFID 射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別的整個過程無須人工干預操作，可適合工作于各種惡劣環境。RFID 技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID 是一種簡單的無線系統，只有兩個基本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個詢問器（或閱讀器）和很多應答器（或標簽）組成。RFID 射頻識別控制如圖2 所示。

圖2 RFID 射頻識別控制

2.3 RFID 射頻識別技術特點

（1）獨特性。RFID 技術就是賦予物聯網中的每一件一個獨特電子身份，每個RFID 電子標簽都有自己的全球唯一的編號（標簽不能重復或者仿制），以實現所有產品的防偽，溯源以及防竄貨。在沖壓線上可以實現每套模具的唯一性，數據獨立。

（2）高效率。RFID 技術具有遠距離群讀功能，10 m 的距離在大約1 min 內可讀取數千個標簽數據。RFID 讀寫器大數據可實現供應鏈的追蹤和追溯，能保證完整的前端到后端透明。實現了消費者提供特色商品信息并進行互動，從B2B 到B2C 的服務轉型。通過使用RFID 技術以及智能包裝技術可以在整個供應鏈中輕松跟蹤和追溯，保證了端到端（即從核心原材料到產品使用壽命結束和重復使用的全過程）的完全透明。RFID 閱讀器可以構建產品生命周期的大數據，是互聯網加芯片+封裝的應用。大數據包括供應鏈大數據和安全溯源大數據平臺。

3 RFID 識別在一鍵換模功能上的應用原理

3.1 Ethernet/IP 總線RFID 射頻識別組態

RFID 射頻識別組態主要由CPU 控制器、Ethernet/IP 控制器、讀寫器、磁頭等部分組成。不同品牌PLC 的控制器通信協議與數據交互都不同，主要以Ethernet/IP 協議、Profinet 協議、Devic－Net 協議以及EtherCAT 協議等協議為主，各自PLC 都有自己主要的通信方式，不同通信方式之間需要通過轉換頭或者模塊進行協議轉換。本文主要介紹Ethernet/IP 總線，需要通過PLC 說明書進行通信設置與程序編制。Ethernet/IP 通信協議是工業上最常見、最通用的一種協議。讀寫器為數據讀寫的控制器，通過PLC 邏輯控制，使用場合的不同需求，設置需要寫入的數據長度，與讀取的長度。每個磁頭代表一個獨一無二的個體，存儲著每個個體的獨特數據，可永久保存。Ethernet/IP 總線的BISV在PLC 中的組態設置硬件連接如圖3 所示。

圖3 BISV 在PLC 中的組態設置硬件連接

3.2 Ethernet/IP 總線控制器（圖4）

圖4 總線控制器管腳定義

識別系統是帶讀寫功能的非接觸性系統，這類系統不僅能傳輸已被永久寫入編碼塊內的信息，還能收集并傳輸當前信息。識別系統內的主要部件為控制器、讀寫頭、編碼塊。主要應用在生產中控制物料的流動（如：特殊型號的加工，運送工件的傳輸系統，獲取與安全性相關的數據）、監控倉庫中的物流移動以及運輸傳送等領域。控制器及控制系統通過Ethernet/IP 協議通信。分配一個唯一的IP 地址連接控制器及網絡。根據總線控制器IP地址設置，可以進入控制器設置畫面，通過參數的修改，實現總線控制器連接的不同對象進行不同的檢測。當前項目為BISV射頻識別，將讀寫器連接到總線控制器上，連接到PLC 中，進行數據的交互。

3.3 讀寫功能

通過讀寫器，可以將所有模具參數寫入到存儲器中，每個磁頭只能讀寫一套、64 個字節，對于內容填充，可以根據自己的生產需求，進行參數設置并存儲，后期根據需要，也可以進行重新寫入。讀寫器的寫入順序必須按照控制器的反應流程進行程序邏輯控制，將控制字寫入到磁頭中，狀態字讀取到PLC 中，進行控制程序的編制；讀寫過程中，如若任務處理不當或者出現取消處理，可以通過對應的控制位讀取出，重新分配任務；不同的PLC 品牌有不同的數據處理過程，正確的參數需要針對不同的PLC 進行修改。

讀寫頭處編碼塊的數據復制到另一讀寫頭前的編碼塊內，兩編碼塊均需放置在讀寫頭前（即使設置了動態模式），并且需要有特定的地址范圍。指令在來源讀頭的緩沖區內進行處理。現場讀寫器讀取模具信息如圖5 所示。

圖5 現場讀寫器讀取模具信息

3.4 RFID 在沖壓線一鍵換模上的應用

沖壓線的一鍵換模是自動化生產的必備功能，是當前用戶比較看重的一個功能。只需操作摁下啟動按鈕，所有換模流程均按照程序編制內容進行有序動作，完成裝卸模動作，以滿足新模具的正常生產需求。對于固定工作臺配置的生產線，目前因模具更換移動問題，仍無法實現自動換模功能，需要人工對當前模具信息進行選擇確認，確認信息的效率低、失誤率高，已經無法滿足當前客戶的自動化要求。本文開發的RFID 自動識別功能，有效地解決了此問題。它通過程序控制比較，進行快速準確的自動識別。RFID 在PLC 中的讀寫程序如圖6 所示，將數據傳輸給PLC 中，進行邏輯控制。可以提前將所有信息永久存儲在磁頭中，粘貼到對應的模具的一側，利于讀寫器讀取數據。

圖6 RFID 讀寫程序

RFID 識別技術成就了固定工作臺沖壓線的一鍵換模功能，生產效率高，人工操作簡單方便，真正實現了自動化；RFID 參數的精準識別保證了沖壓件的尺寸、形狀、精度，延長了模具的壽命，所以沖壓的質量穩定，互換性好；通過沖壓可加工出尺寸范圍大、形狀復雜的零件。ADC 流程如圖7 所示。RFID 在沖壓線上的應用日益增多，設備簡單易操作，失誤率低，越來越受到廣大用戶的青睞。

圖7 ADC 流程

4 結束語

本文開發的RFID 技術在自動換模上的應用作為標準功能，已經在濟南二機床集團有限公司的多個固定工作臺沖壓線應用，充分滿足了客戶的一鍵換模需求，不僅提高沖壓線生產效率，而且避免了人工操作的失誤率帶來的損失。