連杰 汪建余 譚軍

摘要：全自動沖壓生產(chǎn)線能夠實現(xiàn)自動更換模具和端拾器，端拾器和模具必須保持唯一匹配，如果使用了錯誤的端拾器，就會導致其與模具發(fā)生相撞，損壞其載體-碳纖維橫桿。因此，在更換之前，·必須檢查端拾器是否準確。當前還在依靠傳統(tǒng)的人工檢查方式，效率低，漏洞大。通過對以上問題的仔細研究，基于RFID技術和twincat技術設計開發(fā)了橫桿防撞系統(tǒng)，不僅能夠完全替代人工檢查，而且準確性極高，用技術手段徹底避免了沖壓線由于端拾器錯誤導致的撞桿風險。

關鍵詞：RFID;沖壓線;端拾器;橫桿;防撞系統(tǒng)

1 引言

沖壓生產(chǎn)線是沖壓車間的核心設備，能夠自動完成拉延、整形、沖裁等沖壓工藝。生產(chǎn)線一般包含拆垛區(qū)域、壓機區(qū)域、線尾區(qū)域。主要成型過程發(fā)生在壓機區(qū)域。

板材在各序模具完成不同的成型工藝，在各序模具之間，由機械手完成板材的傳輸工作，機械手的末端是一根輕質碳纖維橫桿，端拾器安裝在橫桿上，靠末端吸盤吸合板材。

在更換生產(chǎn)品種之前，需要預裝下套模具和端拾器，啟動更換時自動換入，執(zhí)行生產(chǎn)任務。機械手運行的軌跡是根據(jù)不同的模具干涉性制作而成，從而決定了端拾器和模具的一一對應關系。如果預裝了錯誤的端拾器，運行時會與模具干涉、相撞，導致碳纖維橫桿受力斷裂，其價格昂貴。避免危險出現(xiàn)的唯一方法就是檢查是否正確。

然而，當前只能依靠人工檢查，效率低下，且無法徹底避免風險，缺少一種自動化檢查方案。針對以上問題，基于RFID的防撞檢測系統(tǒng)應用而生。能夠實現(xiàn)預裝后自動檢測模具與端拾器是否匹配，若不匹配，發(fā)布提示信息，不僅可以代替人工作業(yè)，實現(xiàn)自動化檢查，而且大大提高了檢查效率和準確率，填補了沖壓生產(chǎn)線端拾器自動化檢查的空白。

2 防撞檢測系統(tǒng)的運行原理

基于自動化工作流程的需要，防撞檢測系統(tǒng)包含硬件部分和軟件部分。硬件部分主要由PLC、上位機、協(xié)議轉換頭模塊、終端檢測模塊以及RFID電子芯片組成。

完整的RFID系統(tǒng)由讀寫器（Reader）、電子標簽（Tag）和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成[1]。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是從軟件的角度描述的。基于Visual Studio在Windows平臺上開發(fā)了軟件，依托生產(chǎn)線twincat服務器，實現(xiàn)RFID數(shù)據(jù)與PLC數(shù)據(jù)通訊和比較。類似于RFID技術在身份識別方面的應用[2]。

端拾器上粘貼RFID電子芯片，芯片中包含端拾器的ID號、工序號和工位號，端拾器ID與模具ID一一對應。模具和端拾器預裝后，PLC讀取其ID，twincat獲取ID后發(fā)送控制信號至RFID頭模塊，獲取端拾器信息，分別匹配ID、工序號、工位號，若匹配正確，則允許自動更換，否則執(zhí)行報警提醒。

防撞檢測系統(tǒng)的運行原理如圖1所示。

3 防撞檢測系統(tǒng)的硬件設計

防撞系統(tǒng)的硬件主要由PLC、PC機、USB頭模塊、終端模塊以及電子標簽組成。硬件拓撲如圖2所示。

3.1 頭模塊的選擇和設計

頭模塊的主要功能為實現(xiàn)USB和485通訊協(xié)議的轉換。需要考慮其穩(wěn)定性、兼容性、傳輸速度、傳輸距離以及抗干擾性。應用現(xiàn)場的傳輸距離約為100米，通訊電纜需要通過有強、弱電分布的區(qū)域，工況相對復雜，因此需要對頭模塊進行特殊設計，其特點如下：

1） 采用FT232RL主控芯片，提高響應速度和穩(wěn)定性;

2） 集成隔離電源，替代外部供電，提升集成度;

3） 集成專用靜電防護、脈沖防護和過流防護，確保其不受其他布線干擾

3.2 終端模塊和電子標簽選擇和設計

射頻識別技術依據(jù)其標簽的供電方式可分為三類，即無源RFID，有源RFID，與半有源RFID[3]。在三類RFID產(chǎn)品中，無源RFID出現(xiàn)時間最早，最成熟，其應用也最為廣泛，因為省去了供電系統(tǒng)，所以無源RFID產(chǎn)品的體積可以達到厘米量級甚至更小，而且自身結構簡單，成本低，故障率低，使用壽命較長[3]?？紤]到工業(yè)現(xiàn)場的復雜性，采用無源RFID檢測方式。

由于應用場合有多種干擾源，因此選擇超高頻RFID檢測技術。與低頻檢測技術相比，其具有抗干擾性更強、數(shù)據(jù)交換速度更快、體積更小的特點[2]。

3.3 終端模塊和電子標簽的布置

包含身份信息和位置信息的電子標簽粘貼在端拾器固定位置，終端讀寫模塊安裝在端拾器裝夾小車上，通過專用電纜與安裝在電柜中的頭模塊通訊，實現(xiàn)提前檢測。

4 防撞檢測系統(tǒng)的軟件開發(fā)

防撞檢測系統(tǒng)的軟件基于Windows平臺，利用visual studio軟件開發(fā)完成，實現(xiàn)從頭模塊和twincat中分別讀取數(shù)據(jù)進行比較，實現(xiàn)判斷，進而將報警信息發(fā)送至PLC。

4.1 讀寫程序設計

數(shù)據(jù)的讀取和寫入通過程序發(fā)送頭模塊中預置的對應指令完成，根據(jù)不同的指令，執(zhí)行不同的讀寫動作，獲取不同的數(shù)據(jù)。

4.2 界面開發(fā)

主要包括5個顯示區(qū)域。

COM：頭模塊通訊檢測，檢查是否正常通訊和通訊質量;

LifeBit：生命位跳動檢測，檢查系統(tǒng)是否掉線;

Status：系統(tǒng)狀態(tài)自檢，提示故障位置;

Data：RFID讀取數(shù)據(jù)與PLC讀取數(shù)據(jù)匹配信息;

歷史信息區(qū)：追溯軟件運行信息和歷史記錄。

5 RFID技術在工業(yè)現(xiàn)場的其他應用思考

文中提及的檢測系統(tǒng)在現(xiàn)場運行穩(wěn)定，成功實現(xiàn)錯誤安裝的預警，徹底替代了人工檢查這種相對落后的方法。避免了3次橫桿相撞風險，理論節(jié)約金額約180萬元。

RFID檢測技術已經(jīng)相當成熟，在一些前端行業(yè)廣泛應用，但是在工業(yè)現(xiàn)場應用的案例少之又少，本文最后提供集中其他應用方向的思考。

1） 非接觸式檢測：類似文中描述的應用方法，工業(yè)現(xiàn)場中能夠完成自動裝夾、更換部件的位置，可以采用低頻RFID技術，實現(xiàn)近距離檢測;

2） 被檢測對象需要包含ID、序列等信息時;

3） 與工業(yè)PLC生產(chǎn)數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)全自動倉儲;

4） 安全區(qū)域權限和身份識別。

參考文獻：

[1]胡博.射頻識別（RFID）技術的應用[J].卷宗，2017（27）

[2]楊晶，鄭思佳.射頻識別技術與應用[J].數(shù)字通信世界，2016（3）.

[3]陸鋅渤.淺析射頻識別技術[J].中國新通信，2018（1）.