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金属料盘上的工业4.0:RFID电子标签驱动MES流转

时间:2017-02-13   访问量:1326
高频读写器工业读写器高频天线工业载码体工业产线ISO/IEC15693

一、MES 要指挥料盘走哪条路,先得"知道这个盘里是什么"

智能制造中的角色与工业4.0的背景">RFID 自动识别技术将在未来的"智能工厂"中发挥越来越重要的作用,让"产品"在生产制造智能控制系统(MES)中被实时自动识别,从而实现柔性生产。同一件事在不同地方有不同的叫法:在中国称为"中国制造 2025",在欧洲称为工业 4.0,在美国则是智能制造领导联盟或工业网络下的重要组成部分——本质都是第四次工业革命与未来的可视化制造"智能工厂"。趋势判断是,未来二十年里,生产用的机器、原材料和产品将在 RFID 射频识别技术和物联网通信协同下驱动生产。换句话说,产品在生产过程中能独立找到自己的前进路径,目标是高度灵活的、个性化的大规模生产仍然具备成本效益。

国内已经有不少制造企业对此有深刻认识并付诸行动。浙江某机械公司是一家集设计、开发、制造、销售为一体、以机械加工和制造专件设备为特长、生产特种轻合金铸造件产品为核心的民营企业,致力于轻合金铸造工艺技术的研究、开发及应用,被政府部门列为出口创汇骨干企业,主营摩配零部件、特种专用异型件、以新材料替代传统材料三大轻合金制造产业。为提高生产线效率以及准确性,公司在 2016 年实施了 MES 生产制造自动控制系统。

RFID电子标签用于工业4.0产线管理

二、方案:料盘贴标签,经过天线即识别,PLC 决定去向

方案的技术链路很清晰:在金属件料盘上安装高频电子标签,当装有电子标签的料盘经过高频读写器天线上方时,即识别料盘上电子标签的信息,再由 PLC 控制料盘的流转方向以及位置。读写器一侧采用 HR9218 高频读写器并订制增加继电器,天线采用抗金属天线,整体与 PLC 结合。整套系统里,RFID 承担的是"感知"——告诉控制系统托盘现在到哪了、是哪一个;PLC 承担的是"执行"——决定这个盘下一步去哪条支线。两者缺一不可:没有识别,PLC 只能按固定节拍盲目流转;没有 PLC,识别出的信息也无法转化为产线动作。

读写器为什么用 HR9218,还要订制增加继电器

产线环境对读写器的要求与办公室场景完全不同:要能长期连续工作、要能嵌进设备柜、要能与 PLC 直接对接。项目采用的是 RFID 高频读写器 HR9218。之所以要订制增加继电器,是因为产线上的控制逻辑需要读写器在识别到特定标签后直接输出开关量信号——让识别结果不经过上位机中转就能触发执行机构。这一步订制看似简单,实际决定了系统响应是否跟得上产线节拍:如果每次识别都要绕一圈软件通讯再由 PLC 做判断,节拍一快就会积压。

RFID高频分体式读写器HR9218用于工业产线料盘识别

天线为什么必须是抗金属的

这是整个方案里最容易被低估、却最决定成败的一环。这个产线加工的是轻合金铸造件,料盘上放的是金属件——金属靠近天线时会吸收电磁能量、扰乱电磁场分布,普通高频天线的读取距离会急剧衰减,甚至完全读不到。抗金属天线正是为这种"天线必须贴着金属工作"的场合设计的。项目采用的就是抗金属天线(设备照片中黑色部分),安装在识别工位上,让料盘从上方经过时能在金属环境下稳定读出标签信息。选型时如果忽略这一条,方案在实验室能跑通,到现场就会变成"十个盘读到七个"。

标签为什么贴在料盘上,而不是贴在工件上

金属件料盘上安装高频电子标签,这个位置的选择是有讲究的。工件本身要经历加工工序,切削、去毛刺、清洗、可能的温度变化都会损坏标签;而且工件按件流转,一件一个标签,成本和管理量都上去了。料盘是贯穿多道工序的载体,标签跟着料盘走,一次贴装长期复用,识别对象从"零件"变成了"承载零件的容器"——这在产线物流场景里是更经济也更稳定的做法:PLC 只需要知道"哪个盘到了",不需要知道盘里每一个零件。

RFID电子标签读写器用于生产制造智能控制系统

三、实际运行情况

截至项目发布时,项目已经完成调试并开始运转。该公司的生产经理对选型过程的评价很具体:"我们曾对生产自动化的各种技术进行过长期的调研与测试,最终才确认用 RFID 射频识别技术;并且从产品的选型上,对比了国内以及国际上品牌的产品性价比,最终还是选择了上海营信的高频读写器。这款产品在性价比和稳定性以及订制化要求上都让我们满意。RFID 读写器和电子标签技术确保了大规模的生产线顺畅运行,没有经常性的中断,这是我们可以看到的工业 4.0 最经典的案例。"

这段话里真正有分量的判断是"没有经常性的中断"。产线自动化的价值不在于识别速度有多快,而在于稳定性带来的连续性——一次误读就是一次停线,一次停线就要人工介入复位,所谓"效率提升"立刻归零。客户把"稳定性"和"订制化要求"并列提出,也恰好说明:这类项目的成败往往不在标准品参数上,而在供应商愿不愿意针对现场做改造。

RFID超高频读写器用于工业产线物料流转管理

四、这套方案还能用在哪些地方

"载体带标签 + 工位识别 + PLC 控制流转"这套结构,适用的场景包括:机加工与铸造车间的料盘料架流转、汽车零部件与家电装配线的工位防错、纺织行业的纱管与锭子管理、电池与电子行业的托盘流转管理。判断标准是——只要产线上存在"承载物需要按工艺路线自动分流"的环节,且承载物是金属材质或在金属环境中运行,就属于这类应用。反过来说,如果承载物本身是塑料、纸箱等非金属,且节拍不快、不需要与 PLC 硬联动,用常规高频天线即可,不必上抗金属这一档。

五、小结

浙江这家机械公司的 MES 项目说明一件事:工业 4.0 在产线上的具体形态,往往就是一个料盘能不能被准确认出来。方案落地上有三处不能将就——天线必须抗金属,因为加工对象和料盘都是金属件,普通天线在这种环境下读距会急剧衰减;读写器必须按现场做订制(本项目订制增加了继电器),让识别结果能直接触发执行动作,才跟得上产线节拍;标签要贴在料盘这类流转载体上而不是工件上,才能兼顾成本、耐用性和识别目标。这三点做实,客户才会说"生产线顺畅运行、没有经常性的中断";任何一处将就,自动化改造最后都会退回到"人工看着补"。客户在对比国内外品牌之后选择上海营信的原因,也正在于此——选的是性价比与稳定性,更选的是愿意按现场做订制。


常见问题

料盘上放的是金属件,标签会不会读不到?

金属确实会干扰读取,所以方案里采用的是抗金属天线。金属靠近天线时会吸收电磁能量、扰乱电磁场分布,普通高频天线的读取距离会明显衰减甚至读不到。抗金属天线正是为"天线必须在金属环境中工作"的场合设计的,配合金属件料盘上的高频电子标签,可以实现稳定识别。

读写器为什么要订制增加继电器?

因为产线需要识别结果能立刻变成动作。增加继电器后,读写器在识别到特定标签时可直接输出开关量信号,触发执行机构,不必绕经上位机软件再由 PLC 判断。这样做的目的是让系统响应跟得上产线节拍,避免高速运行时出现动作积压。

为什么标签贴在料盘上,而不是贴在工件上?

工件要经历切削、去毛刺、清洗等加工工序,标签容易损坏,且一件一标会增加成本和管理量。料盘是贯穿多道工序的载体,标签随料盘长期复用,识别对象从零件变成承载零件的容器——PLC 只需知道哪个盘到了,不需要识别盘中每一件。

产线最怕中断,这套系统的可靠性怎么保证?

客户方的评价给出了实际答案——RFID 读写器和电子标签技术确保了大规模生产线顺畅运行,没有经常性的中断。可靠性来自三方面:抗金属天线解决了金属环境下的读取衰减,订制继电器的直连方式减少了通讯环节,以及标签贴在料盘这类载体上避免了加工过程对标签的损耗。

和原来的条码/人工作业相比,优势在哪里?

产线上条码需要对准扫描,且容易被油污、切削液、粉尘污染或磨损,读不到就要停线处理。RFID 电子标签非接触读取,料盘经过天线上方即可完成识别,不需要精确定位、不需要视线可见,也不怕表面污损。对客户而言关键不是单次识别的快慢,而是少了因读取失败导致的频繁中断。

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