RFID系統(tǒng)在汽車制造業(yè)的應(yīng)用及指令基礎(chǔ)

隨著國(guó)內(nèi)汽車制造業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車產(chǎn)品的多樣性、生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性使得生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度與生產(chǎn)信息管理的技術(shù)水平不斷的獲得提升。汽車制造業(yè)的柔性化乃至于按訂單生產(chǎn)的迫切需求，使得車體跟蹤識(shí)別系統(tǒng)在汽車制造業(yè)上的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛、越來(lái)越重要。汽車制造業(yè)上采用的車輛跟蹤識(shí)別系統(tǒng)（AVI），它為每一輛車提供唯一標(biāo)識(shí)，作用于汽車生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化無(wú)人值守生產(chǎn)，各類車型生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量監(jiān)控以及質(zhì)量信息的實(shí)時(shí)采集，并及時(shí)向物料管理、生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量保證以及其它相關(guān)的各部門傳送相關(guān)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)汽車制造業(yè)的原材料供應(yīng)、生產(chǎn)調(diào)度、銷售服務(wù)、質(zhì)量監(jiān)控以及整車的終身質(zhì)量跟蹤、多車型混線生產(chǎn)等都有著重要的作用。目前應(yīng)用的車體跟蹤識(shí)別系統(tǒng)主要有兩種，即條形碼（Barcode）和射頻識(shí)別（RFID）。本文主要以在汽車制造業(yè)中十分常用的EscortMemorySystems（簡(jiǎn)稱EMS）RFID系統(tǒng)為例，對(duì)汽車制造業(yè)中應(yīng)用的RFID系統(tǒng)及其指令進(jìn)行介紹說(shuō)明。-.RFID系統(tǒng)的組成一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)包括Tag載碼體（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)載體）、Antenna天線（發(fā)射/接收無(wú)線射頻信號(hào)）、Controller讀寫控制器（控制射頻信號(hào)的頻率等相關(guān)信息的生成、調(diào)制、解調(diào)等）、Interface通訊接口（在控制器和上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊）等部分。在汽車生產(chǎn)過(guò)程中，車體作為生產(chǎn)過(guò)程中的主要工件，被固定于一定的輸送載具上。常見的輸送載具有滑撬、懸鏈等。Tag載碼體通常被固定于載有工件的載具上，伴隨著工件運(yùn)行。在將車體生產(chǎn)的相關(guān)信息寫入到Tag載碼體中后，工件就變成了在整個(gè)汽車生產(chǎn)流程中，相關(guān)生產(chǎn)信息可以被隨時(shí)讀取，隨時(shí)更新的自動(dòng)化智能化工件。根據(jù)汽車生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)管理需要，在汽車生產(chǎn)中各車間的生產(chǎn)輸送線起始點(diǎn)、各個(gè)重要工序的起始/結(jié)束點(diǎn)，生產(chǎn)傳輸線的分檢分流、自動(dòng)化操作加工等重要工位設(shè)置Tag載碼體讀寫站點(diǎn)。可以將工件的相關(guān)生產(chǎn)信息及時(shí)的讀取出來(lái)并傳遞給相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備，如焊裝車間的焊裝機(jī)器人、拼裝機(jī)器人，涂裝車間的噴涂機(jī)器人，總裝車間的分檢分流設(shè)備等。這些自動(dòng)化設(shè)備接收到RFID系統(tǒng)讀取到的生產(chǎn)信息并根據(jù)相關(guān)信息來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的生產(chǎn)流程;或顯示給現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員使用。同時(shí)，各個(gè)工位的生產(chǎn)流程信息也可由RFID系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取并通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)及生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，以便于對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理。同時(shí)還可以對(duì)工件的生產(chǎn)流程進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改，以適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中的各種特殊情況。由于RFID系統(tǒng)中的生產(chǎn)信息是存儲(chǔ)在固定于載具上的Tag載碼體中，通過(guò)讀寫器將生產(chǎn)信息讀取出來(lái)并傳輸給相關(guān)工位的加工執(zhí)行裝置或現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員，這就保證了即使整個(gè)車間的通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，導(dǎo)致各個(gè)工位的控制系統(tǒng)無(wú)法與中央生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)通訊時(shí)，也可以保證各工位的實(shí)時(shí)生產(chǎn)加工不受到影響。在各個(gè)實(shí)際工位的RFID系統(tǒng)相對(duì)于典型的RFID系統(tǒng)往往還要增加如下組成部分：工件定位檢測(cè)開關(guān)，生產(chǎn)狀況指示燈，HMI（現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面）等。以構(gòu)成一個(gè)完整的可實(shí)用的RFID系統(tǒng)。具體的工作流程通常如下：工件定位檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到工件到達(dá)指定位置后，將工件到位信號(hào)傳遞給現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)（通常為PLC）?，F(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)向RFID讀寫控制器發(fā)出讀寫指令，RFID系統(tǒng)對(duì)Tag載碼體中的生產(chǎn)信息進(jìn)行讀寫操作，并將獲取到的生產(chǎn)信息反饋給現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)將相關(guān)生產(chǎn)信息處理后，在生產(chǎn)狀況指示燈、HMI上進(jìn)行顯示，以便于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的操作，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工位的生產(chǎn)設(shè)備發(fā)出相關(guān)的工序生產(chǎn)指令進(jìn)行加工。二.RFID系統(tǒng)的性能指標(biāo)在汽車制造業(yè)中對(duì)RFID系統(tǒng)進(jìn)行選擇時(shí)，主要考慮到如下幾個(gè)性能指標(biāo)：1.讀寫范圍讀寫范圍指的是RFID系統(tǒng)的天線對(duì)于各種類型Tag載碼體的可操作范圍。多數(shù)情況下，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)對(duì)讀寫范圍的需求主要體現(xiàn)在天線與Tag載碼體間的垂直距離上，但少數(shù)情況下，天線對(duì)于Tag載碼體的水平可操作范圍也是一個(gè)十分重要的指標(biāo)選項(xiàng)。讀寫范圍同RFID系統(tǒng)的RF頻率有很大關(guān)聯(lián)，一般來(lái)說(shuō)，頻率越高、讀寫范圍越大;但同時(shí)，也越容易受到環(huán)境因素的干擾。綜合各方面的因素考慮，汽車制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般選用HF頻段作為工作頻率。EMSRFID系統(tǒng)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的HF頻段13.56MHz為工作頻率，并提供多種不同尺寸的天線，完全可以滿足汽車生產(chǎn)過(guò)程中的各種現(xiàn)場(chǎng)需求。2.操作存儲(chǔ)環(huán)境由于汽車生產(chǎn)的工藝需要，使得生產(chǎn)過(guò)程中要面臨多種復(fù)雜環(huán)境。例如焊裝車間的焊接飛濺火花，涂裝車間的高溫快速烘爐，總裝車間的機(jī)械物理震動(dòng)等。因此要求Tag載碼體、天線、控制器都要有一定的防護(hù)等級(jí)與耐高溫性能。EMSRFID系統(tǒng)提供全面工業(yè)防護(hù)包裝的Tag載碼體、天線、控制器全系列產(chǎn)品，對(duì)于焊接飛濺、高溫烘爐等都有著良好的適應(yīng)性能。尤其是EMS的耐高溫Tag載碼體系列，可以耐受高達(dá)240°C的高溫，完全滿足高溫快速烘爐的生產(chǎn)工藝需求。3.Tag載碼體存儲(chǔ)容量根據(jù)具體生產(chǎn)工藝的不同要求，Tag載碼體存儲(chǔ)容量從幾十到上千字節(jié)不等，Tag載碼體存儲(chǔ)容量越大，可提供的信息量就越多，但其成本也越高。EMSRFID系統(tǒng)提供從幾十到幾千字節(jié)的多個(gè)系列Tag載碼體，充分滿足汽車制造業(yè)中的各種具體需求。數(shù)據(jù)傳輸速率包括天線與Tag載碼體間的數(shù)據(jù)交換傳輸速率以及讀寫控制器通過(guò)通訊接口與上位機(jī)之間的信息交換傳輸速率。EMSRFID系統(tǒng)的天線/Tag載碼體間速率以及讀寫控制器/上位機(jī)之間的傳輸速率，經(jīng)過(guò)全國(guó)各地多個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際驗(yàn)證，完全可以滿足汽車制造業(yè)中的各種數(shù)據(jù)傳輸要求。通訊接口要求RFID系統(tǒng)能夠方便的與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，甚至是中央生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊，交換生產(chǎn)信息。EMSRFID系統(tǒng)可提供常用的RS232/485/422等串行接口，DEVICENET、PROFIBUS-DP、CC-LINK等現(xiàn)場(chǎng)總線，以及工業(yè)以太網(wǎng)、標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò)接口?？扇鏉M足汽車制造業(yè)中的通訊需求。三.EMSRFID系統(tǒng)簡(jiǎn)介EscortMemorySystems（簡(jiǎn)稱EMS）RFID系統(tǒng)可以分為大型化的Cobalt系列與小型化的C系列。Cobalt系列大型RFID系統(tǒng)Cobalt系列RFID系統(tǒng)，具有讀寫控制器/天線分離設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)天線接口、可快速靈活更換天線、讀寫控制器內(nèi)部可集成常用的現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口、具備可供現(xiàn)場(chǎng)人員快速進(jìn)行狀態(tài)診斷的LED指示燈等特性。Cobalt系列RFID讀寫控制器具有標(biāo)準(zhǔn)的通用天線接口，可與EMS相配套的HF-ANT全系列天線連接，最大可提供高達(dá)450mm的讀寫距離（無(wú)金屬干擾情況下），具有堅(jiān)固的工業(yè)化防護(hù)設(shè)計(jì)、防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65，可充分滿足汽車工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境、安裝等方面的要求。Cobalt系列RFID讀寫控制器/天線，采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的HF頻段13.56MHz，可對(duì)EMS全系列的遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO15693或ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)的Tag載碼體進(jìn)行讀寫操作。C系列高集成化RFID系統(tǒng)C系列RFID系統(tǒng)，采用了緊湊的一體式高集成化設(shè)計(jì)，將讀寫控制器、天線、串行通訊接口都集成為一個(gè)整體，十分適合安裝空間有較大限制的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。C系列集成RFID讀寫控制器/天線由于采用了堅(jiān)固緊湊的一體式工業(yè)防護(hù)設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到IP67。C系列集成RFID讀寫控制器/天線，也采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的HF頻段13.56MHz，可對(duì)EMS全系列的遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO15693或ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)的Tag載碼體進(jìn)行讀寫操作。四.EMSRFID系統(tǒng)的配置與命令下面我們以EMSRFID系統(tǒng)在汽車制造業(yè)中最為常用的Cobalt系列讀寫控制器為例，對(duì)于EMSRFID系統(tǒng)的配置與命令進(jìn)行一個(gè)具體的介紹。1.Cobalt系列讀寫控制器的配置首先，將Cobalt讀寫控制器與天線進(jìn)行連接安裝。值得注意的是，這一過(guò)程應(yīng)該在Cobalt讀寫控制器與24VDC電源斷開的情況下進(jìn)行。安裝完天線，將Cobalt讀寫控制器通過(guò)串行通訊接口與PC機(jī)相連接后，再對(duì)Cobalt讀寫控制器進(jìn)行供電。Cobalt讀寫控制器成功上電并自檢完成后，在PC端運(yùn)行EMS的專用配置軟件Dashboard。這是一款用來(lái)查看、修改EMSRFID讀寫控制器配置參數(shù)的專用程序。在Dashboard與Cobalt讀寫控制器建立通訊連接后，就可以對(duì)Cobalt讀寫控制器的參數(shù)進(jìn)行查看并修改。在一般工程應(yīng)用中，首先對(duì)工程中所采用的Tag載碼體類型進(jìn)行設(shè)置。接下來(lái)，如果是串行通訊接口，需要對(duì)串行波特率進(jìn)行設(shè)置;如果是現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口，還需要對(duì)節(jié)點(diǎn)號(hào)、波特率、輸入輸出緩沖區(qū)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置;如果是工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口，還需要對(duì)以太網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在參數(shù)設(shè)置完畢后，將修改后的配置Download到Cobalt讀寫控制器，以使新配置生效。在配置好Cobalt讀寫控制器的參數(shù)后，將Cobalt讀寫控制器與上位機(jī)進(jìn)行連接。然后就可以通過(guò)上位機(jī)向Cobalt讀寫控制器發(fā)出相應(yīng)的指令，對(duì)Tag載碼體進(jìn)行操作。2.Cobalt系列讀寫控制器的命令要使Cobalt系列讀寫控制器能夠正確的識(shí)別并執(zhí)行上位機(jī)發(fā)送來(lái)的命令，并將命令執(zhí)行的反饋數(shù)據(jù)成功的回傳給上位機(jī)，就需要在Cobalt系列讀寫控制器與上位機(jī)之間使用規(guī)定好的通訊命令和數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，這種規(guī)定好的通訊命令和數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，我們稱之為命令協(xié)議(CommandProtocol)o命令協(xié)議是RFID系統(tǒng)的程序控制基礎(chǔ)°Cobalt系列讀寫控制器支持兩種命令協(xié)議:ABxFastCommandProtocol和CBxCommandProtocoloABxFastCommandProtocol是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的的命令協(xié)議，用于Cobalt系列讀寫控制器與上位機(jī)之間通過(guò)串行通訊接口連接時(shí)來(lái)傳輸指令。CBxCommandProtocol是一種多節(jié)點(diǎn)的命令協(xié)議，用于Cobalt系列讀寫控制器與上位機(jī)之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口連接時(shí)來(lái)傳輸命令。這兩種命令協(xié)議具有不同的命令參數(shù)與數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，但其中也有一些命令參數(shù)是相通的。下面我們就著重的對(duì)這兩種命令協(xié)議進(jìn)行說(shuō)明。（1）.ABxFastCommandProtocol命令協(xié)議ABxFastCommandProtocol命令協(xié)議，通常被簡(jiǎn)稱為ABxF快速命令協(xié)議。ABxF快速命令協(xié)議用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腃obalt讀寫控制器。ABxF快速命令協(xié)議是一種以字節(jié)為基礎(chǔ)單元的命令協(xié)議，與CBx命令協(xié)議相比較，ABxF快速命令協(xié)議可使用最少的包長(zhǎng)度完成相同數(shù)據(jù)字節(jié)的傳輸。a.ABxF命令/響應(yīng)當(dāng)上位機(jī)處理RFID命令時(shí)，會(huì)向Cobalt讀寫控制器發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)包，稱為“命令包〃。命令包內(nèi)包含需要Cobalt讀寫控制器處理的信息和數(shù)據(jù)。Cobalt讀寫控制器接收到數(shù)據(jù)包后，自動(dòng)搜尋一個(gè)被稱為“命令頭〃的特定字符串。（注意：在ABxF命令協(xié)議中，命令頭/開始字節(jié)為0x02,0x02）。識(shí)別出命令頭字節(jié)后，讀寫控制器接著尋找結(jié)束符字節(jié)。（在ABxF命令協(xié)議中，結(jié)束符字節(jié)為0x03）Cobalt讀寫控制器識(shí)別出一個(gè)命令后，會(huì)嘗試運(yùn)行該命令，然后產(chǎn)生一個(gè)命令運(yùn)行結(jié)果的響應(yīng)并傳回給上位機(jī)。不管命令運(yùn)行成功還是失敗，所有發(fā)送到Cobalt讀寫控制器的命令都能生成相

應(yīng)的響應(yīng)。在發(fā)送新命令之前，上位主機(jī)必須首先處理從Cobalt讀寫控制器返回的數(shù)據(jù)。b.ABxF命令包結(jié)構(gòu)每一個(gè)ABxF命令包包含以下基本元素：命令頭、參數(shù)和結(jié)束符。命令包參數(shù)內(nèi)容大?。╞ytes）命令頭：每個(gè)ABxF命令包的頭兩個(gè)字節(jié)，標(biāo)記命令開始0x02，0x022字節(jié)命令長(zhǎng)度：2字節(jié)定義命令總字節(jié)數(shù)（不包含頭字節(jié)、命令長(zhǎng)度、Checksum和結(jié)束符）0xXXXX2字節(jié)整數(shù)命令I(lǐng)D：?jiǎn)巫止?jié)值定義將執(zhí)行的命令0xXX1字節(jié)開始地址：2字節(jié)定義讀寫操作的開始地址參數(shù)0xXXXX2字節(jié)整數(shù)讀/寫長(zhǎng)度：2字節(jié)定義讀寫操作的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度0xXXXX2字節(jié)整數(shù)超時(shí)設(shè)置：2字節(jié)整數(shù)定義命令完成的最大時(shí)間，單位毫0xXXXX2字節(jié)整數(shù)

秒，范圍0x0001?0xFFFE(1?65534ms)附加參數(shù)：不小于1個(gè)字節(jié)用于占位或?qū)懨畹臄?shù)據(jù)0xXX1或多字節(jié)Checksum位：?jiǎn)巫止?jié)檢驗(yàn)位（僅用于ABxF命令并開啟Checksum）可選項(xiàng)1字節(jié)結(jié)束符：?jiǎn)巫止?jié)命令包結(jié)束標(biāo)記0x031字節(jié)表1：ABxF命令包結(jié)構(gòu)c.ABxF響應(yīng)包結(jié)構(gòu)ABxF命令執(zhí)行后，Cobalt讀寫控制器將產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)包，包含

以下基本元素：命令頭、響應(yīng)值（或接收到的數(shù)據(jù)）和結(jié)束符。命令包參數(shù)內(nèi)容大小(bytes)命令頭：每個(gè)ABxF命令包的頭兩個(gè)字節(jié)，標(biāo)記命令開始0x02，0x022字節(jié)命令長(zhǎng)度：2字節(jié)定義命令總字節(jié)數(shù)0xXXXX2字節(jié)整數(shù)

（不包含頭字節(jié)