智能傳感器應用實踐 課件 項目二 傳感器在智能產(chǎn)線

項目二傳感器在智能產(chǎn)線供料單元中的應用@常州科教城管理委員會()《智能傳感器應用實踐》TASKONE任務一·超聲波傳感器的安裝與應用任務描述|任務分析|知識鏈接|任務實施任務描述3超聲波傳感器用于檢測料倉內(nèi)有無物料。在本項目智能產(chǎn)線供料單元中，在料倉正上方位置安裝一SICKUC4-13347型的超聲波傳感器。當超聲波傳感器檢測到料倉有物料時，則料倉氣缸延時動作（延時時間根據(jù)具體情況調節(jié)），把物料推出到主輸送帶位置。任務分析4知識點技能點超聲波傳感器的工作原理認識超聲波傳感器超聲波傳感器的應用場合能夠根據(jù)工況，選擇正確的超聲波傳感器超聲波傳感器的使用能夠正確地將超聲波傳感器與系統(tǒng)設備相連接能夠使用超聲波傳感器檢測物料的距離知識鏈接5一.超聲波傳感器的物理基礎超聲波是存在于彈性介質中的一種機械振蕩。其波形有三種包括縱波、橫波和表面波。粒子的振動方向與波的傳播方向一致的波稱為縱波。粒子的振動方向與波的傳播方向垂直的波稱為橫波。粒子的振動方向介于縱波和橫波之間并沿表面?zhèn)鞑?，振幅隨距離的增加而迅速衰減的波稱之為表面波?？v波可以在固體、液體和氣體介質中傳播，而橫波和表面波只能在固體介質中傳播。知識鏈接6二.超聲波傳感器的應用超聲波傳感器由三部分組成：超聲波換能器（也稱為超聲波探頭，通常由壓電晶片組成）、處理單元和輸出級。首先，處理單元向超聲換能器施加電壓激勵，超聲換能器在被激勵后以脈沖形式發(fā)出超聲波，然后超聲換能器進入接收狀態(tài)。處理單元分析接收到的超聲脈沖以確定接收到的信號是否是發(fā)出的超聲波的回波。如果是，測量超聲波的傳播時間，并根據(jù)測量的時間將其轉換為距離，即反射超聲波的物體距離。物體表面和傳感器之間的距離可以通過將超聲波傳感器安裝在合適的位置并沿被測物體的變化方向發(fā)射超聲波來測量。1-壓電片；2-保護膜；3-吸收塊；4-接線；5-導線螺桿；6-絕緣柱；7-接觸座；8-接線片；9-壓電片座超聲波傳感器包含發(fā)射器和接收器兩個部分，單個超聲波傳感器也可以兼具發(fā)送和接收聲波的雙重功能。超聲波傳感器利用壓電效應原理將電能和超聲波相互轉換，即在發(fā)射超聲波時，將電能轉換為超聲波；當接收到回波時，超聲波振動被轉換成電信號。當超聲波傳感器的發(fā)射器和接收器放置在被測物體的同一側時，稱為反射型；當超聲波傳感器的發(fā)射器和接收器放置在被測物體的兩側時，稱為透射型。知識鏈接7二.超聲波傳感器的應用知識鏈接8二.超聲波傳感器的應用知識鏈接9二.超聲波傳感器的應用（1）測量液位應用超聲波液位測量的基本原理是超聲波探頭產(chǎn)生的超聲波脈沖信號在氣體中傳播，在遇到空氣和液體之間的界面時被反射。超聲波探頭接收到回波信號后，計算其超聲波往返的傳播時間，然后轉換為距離或液位高度。知識鏈接10二.超聲波傳感器的應用（2）測距系統(tǒng)應用知識鏈接11二.超聲波傳感器的應用（3）金屬無損探傷應用任務實施12一．超聲波傳感器的安裝本任務采用西克公司的UC4-13347型超聲波傳感器其中

為安裝固定螺紋，尺寸為M3，

為超聲波傳感器電氣接口，用于將超聲波傳感器檢測到的物料距離信號傳輸給PLC，

為數(shù)字輸出狀態(tài)指示燈，

為顯示工作電壓激活的狀態(tài)指示燈。任務實施13一．超聲波傳感器的安裝任務實施14二．超聲波傳感器的接線本任務中超聲波傳感器與PLC的電氣連接如圖所示，其輸出類型為0-10V電壓型模擬量，引腳1和3分別與PLC的24V供電正負端相連接，引腳4接到PLC的模擬量輸入端口。任務實施15三．超聲波傳感器的調試本任務采用西門子S7-1500PLC對UC4-13347超聲波傳感器進行功能調試。（1）首先通過博圖軟件對PLC進行組態(tài)配置，選用6ES7134-6HB00-0DA1模擬量輸入擴展模塊A11，按圖2-12所示進行配置，選擇通道號“0”，測量類型選擇“電壓”，測量范圍選擇“0到10V”任務實施16三．超聲波傳感器的調試（2）超聲波傳感器模擬量信號讀取函數(shù)采用SCALE_X縮放函數(shù)，模擬量讀取地址為%IW9，具體配置如圖所示。任務實施17三．超聲波傳感器的調試（3）將物料放進料倉，觀察程序中模擬量輸出值是否變化，上下料倉移動物料，觀察模擬量輸出值的變化規(guī)律，如圖所示。TASKONE任務二·RFID的安裝與應用任務描述|任務分析|知識鏈接|任務實施RFID傳感器用于產(chǎn)品信息的存儲、追蹤。本項目智能產(chǎn)線供料單元中，在靠近料倉、主輸送帶的前端位置上安裝有SIMATICRF210RIO-LINK型的閱讀器，在每個零件物料側面安裝有SIMATICMDSD460型的電子標簽。電子標簽內(nèi)有對應零件物料的信息，當電子標簽進入閱讀器的工作有效區(qū)域時，閱讀器對電子標簽進行讀取/寫入數(shù)據(jù)。任務描述19圖2-1設備中的RFID傳感器SIMATICRF210RIO-LINK閱讀器SIMATICMDSD460電子標簽任務分析20知識點技能點RFID的定義及系統(tǒng)組成認識智能產(chǎn)線供料單元中的閱讀器和電子標簽電子標簽和閱讀器的定義、分類、特點及參數(shù)指標能夠正確地安裝RFID，并與系統(tǒng)設備電氣接線RFID的工作原理與工作流程能夠完成IO-Link型閱讀器的硬件組態(tài)RFID系統(tǒng)的類型與特點能夠使用RFID中的閱讀器完成對電子標簽內(nèi)數(shù)據(jù)的讀取和寫入RFID的應用

知識鏈接211.RFID系統(tǒng)的組成

無線射頻識別RFID（RadioFrequencyIdentification）是從20世紀90年代興起的，它是自動識別技術的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標簽或射頻卡）進行讀寫，從而達到識別目標和數(shù)據(jù)交換的目的。知識鏈接221.RFID系統(tǒng)的組成

作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術之一，RFID技術的應用領域非常廣泛。不同領域的應用需求不同，造成了目前多種標準和協(xié)議的RFID設備共存的局面，這就使得應用架構復雜程度大幅提高，但就基本的RFID系統(tǒng)來說，其組成相對簡單而清晰，主要包括電子標簽、閱讀器和應用軟件三個部分。圖2-2RFID系統(tǒng)的組成框圖知識鏈接231.RFID系統(tǒng)的組成

電子標簽（ElectronicTag）又稱為射頻標簽、應答器或數(shù)據(jù)載體，是射頻識別系統(tǒng)中存儲可識別數(shù)據(jù)的電子裝置，由標簽專用芯片和標簽天線組成，每個標簽具有唯一的電子編碼。通常將其安裝在被識別對象上，存儲被識別對象的相關信息。電子標簽存儲器中的信息可由閱讀器進行非接觸讀寫。標簽可以是卡,也可以是其他形式的裝置。非接觸式IC卡中的遙耦合識別卡就屬于電子標簽。（1）電子標簽知識鏈接241.RFID系統(tǒng)的組成

1）電子標簽根據(jù)標簽的供電方式可以被分為有源標簽和無源標簽兩種。（1）電子標簽圖2-3電子標簽知識鏈接251.RFID系統(tǒng)的組成

有源標簽識別距離較長,可達幾十米甚至上百米，但其壽命有限，且價格高。由于標簽自帶電池，因而有源標簽的體積比較大，無法制作成薄卡。有源標簽閱讀器的天線的距離較無源標簽要遠,需要定期更換電池。對于有源標簽，通過閱讀器能夠顯示電池的工作情況。

無源標簽不含有電池，利用耦合閱讀器發(fā)射的電磁場能量作為自己的能量。無源電子標簽重量輕，體積小，壽命非常長，成本便宜，可以被制成各種各樣的薄卡或掛扣卡,但無源標簽的發(fā)射距離受限制，一般是幾十厘米到幾十米，且需要較大的閱讀器發(fā)射功率。（1）電子標簽知識鏈接261.RFID系統(tǒng)的組成

2）電子標簽根據(jù)標簽的數(shù)據(jù)調制方式不同，可以分為主動式、被動式和半主動式。

主動式的電子標簽利用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給閱讀器，調制方式可為調幅、調頻和調相。由閱讀器發(fā)出查詢信號觸發(fā)后進入通信狀態(tài)的標簽稱為被動式標簽。被動式標簽的通信能量是從閱讀器發(fā)射的電磁波中獲得的，它既有不含電源的標簽，也有含電源的標簽。含電源的標簽，電源只為芯片運轉提供能量,這樣的標簽也稱為半主動標簽。（1）電子標簽知識鏈接271.RFID系統(tǒng)的組成

一般來講,無源系統(tǒng)為被動式，有源系統(tǒng)為主動式。被動式射頻系統(tǒng)使用調制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用閱讀器的載波來調制自己的信號，適用于門禁考勤或交通管理領域，因為閱讀器可以確保只激活一定范圍內(nèi)的電子標簽。在有障礙物的情況下，采用調制散射方式，閱讀器的能量必須來去穿過障礙物兩次。而主動式電子標簽發(fā)射的信號僅穿過障礙物一次，因而以主動方式工作的電子標簽主要應用于有障礙物的情況下,其傳輸距離更遠。（1）電子標簽知識鏈接281.RFID系統(tǒng)的組成

3）電子標簽根據(jù)標簽的工作頻率方式不同，可以分為低頻電子標簽、高頻電子標簽、超高頻電子標簽和微波電子標簽。

電子標簽的工作頻率不僅決定著射頻系統(tǒng)的工作原理（電感耦合還是電磁耦合）和識別距離，而且決定著電子標簽和閱讀器實現(xiàn)的難易程度及版本。（1）電子標簽知識鏈接291.RFID系統(tǒng)的組成

閱讀器（Reader）又稱為讀寫器或詢問器，是對電子標簽進行讀/寫操作的設備。閱讀器負責連接電子標簽和計算機通信網(wǎng)絡，與電子標簽進行雙向數(shù)據(jù)通信，讀取標簽中的數(shù)據(jù)，或按照計算機的指令對標簽中的數(shù)據(jù)進行改寫。閱讀器是RFID系統(tǒng)中一個非常重要的組成部分，閱讀器的頻率決定RFID系統(tǒng)的工作頻率，閱讀器的功率直接影響射頻識別的距離。閱讀器能夠正確地識別其工作范圍內(nèi)的多個標簽，不但可以識別靜止不動的物體，還可以識別移動的物體。（2）閱讀器知識鏈接301.RFID系統(tǒng)的組成

1）閱讀器的組成

電子閱讀器硬件一般由控制模塊、射頻模塊、閱讀器天線和接口電路組成。（2）閱讀器圖2-4閱讀器硬件的組成框圖知識鏈接311.RFID系統(tǒng)的組成

控制模塊是閱讀器的核心，一般由ASIC組件和微處理器組成?？刂颇K處理的信號通過射頻模塊傳送給閱讀器天線，由閱讀器天線發(fā)送出去。閱讀器的射頻模塊是閱讀器的射頻前端，同時也是影響閱讀器成本的關鍵部件，它主要負責射頻信號的發(fā)射及接收，產(chǎn)生高頻發(fā)射功率并接收和解調來自電子標簽的射頻信號?？刂颇K和應用軟件之間的數(shù)據(jù)交換，主要通過閱讀器的接口來完成，一般閱讀器的接口形式主要有RS-232串行接口、RS-485串行接口、WLAN接口、以太網(wǎng)接口、USB接口和IO-Link接口。（2）閱讀器知識鏈接321.RFID系統(tǒng)的組成其中天線是用來發(fā)射或接收無線電波的裝置。閱讀器與電子標簽是利用無線電波來傳遞信息的，當信息通過電磁波在空間傳播時，電磁波的產(chǎn)生和接收要通過天線來完成。而閱讀器天線主要負責將閱讀器中的電流信號轉換成射頻載波信號，并發(fā)送給電子標簽，或接收由標簽發(fā)送過來的射頻載波信號，并將其轉化為電流信號。閱讀器天線可以外置也可以內(nèi)置。（2）閱讀器知識鏈接331.RFID系統(tǒng)的組成

2）閱讀器的分類

閱讀器大致分為以下幾類，即固定式閱讀器、工業(yè)閱讀器、發(fā)卡機、便攜式閱讀器和紅外閱讀器以及大量特殊結構的閱讀器。（2）閱讀器圖2-5不同種類的閱讀器a）固定式閱讀器b）工業(yè)閱讀器c）發(fā)卡機d）便攜式閱讀器e）紅外閱讀器知識鏈接341.RFID系統(tǒng)的組成

3）閱讀器的工作方式

閱讀器主要有兩種工作方式，一種是閱讀器先發(fā)言方式（RTF），另一種是標簽先發(fā)言方式（TTF）。一般情況下，電子標簽處于等待或休眠狀態(tài)，在電子標簽進入閱讀器的作用范圍被激活以后，便從休眠狀態(tài)轉位接收狀態(tài)，接收閱讀器發(fā)出的命令，進行相應的處理，并將結果返回給閱讀器。這種只有在接收到閱讀器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標簽被稱為RTF方式。與此相反，進入閱讀器的能量場即主動發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標簽被稱為TTF方式。（2）閱讀器知識鏈接351.RFID系統(tǒng)的組成

應用軟件（ApplicationSoftware）是直接面向最終用戶的人機交互界面，協(xié)助使用者完成對閱讀器的指令操作以及邏輯設置，逐級將RFID原始數(shù)據(jù)轉化為使用者可以理解的業(yè)務事件，并使用可視化界面進行展示。復雜的RFID系統(tǒng)會有多個閱讀器，這就需要應用軟件來處理問題。（3）應用軟件知識鏈接362.RFID的工作原理與工作流程

RFID的基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）或雷達反射的傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。在目前廣泛應用的RFID技術體系中,電感耦合和電磁反向散射耦合是電子標簽與閱讀器數(shù)據(jù)交互的主要技術原理。（1）RFID的工作原理知識鏈接37

1）電感耦合

電感耦合，變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應定律。閱讀器天線產(chǎn)生電磁場，電子標簽天線線圈通過該磁場感應出電流，整流后作為標簽芯片的工作電源。。2.RFID的工作原理與工作流程（1）RFID的工作原理圖2-6電感耦合的工作原理閱讀器天線和標簽天線都是閉合線圈。知識鏈接38

閱讀器線圈的近場輻射通過電感耦合的方式供給電子標簽能量，同時通過負載調制方法讀取電子標簽內(nèi)容，負載調制實際是通過改變電子標簽天線上負載電阻的接通和斷開，來使閱讀器天線上的電壓發(fā)生變化，實現(xiàn)用近距離電子標簽對天線電壓進行振幅調制的功能。如果通過數(shù)據(jù)來控制負載電壓的接通和斷開,那么這些數(shù)據(jù)就能夠從電子標簽傳輸?shù)介喿x器中了。由于近場輻射強度隨著距離增加有很大的衰減，采用電感耦合技術的RFID系統(tǒng)只能在近距離范圍內(nèi)（小于1m)。2.RFID的工作原理與工作流程（1）RFID的工作原理知識鏈接39

2）電磁反向散射耦合

電磁反向散射耦合，雷達模型，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。發(fā)射后的電磁波遇到目標后，一部分能量被電子標簽吸收用來對內(nèi)部芯片進行供電;另一部分能量通過電磁反向散射的方式被反射回閱讀器中,同時帶回目標信息。2.RFID的工作原理與工作流程（1）RFID的工作原理圖2-7電磁反向散射耦合的工作原理P1：正弦載波P2：反向散射信號知識鏈接402.RFID的工作原理與工作流程（1）RFID的工作原理耦合類型電感耦合電磁反向散射耦合模型變壓器模型雷達原理模型原理電磁感應定律電磁波的空間傳播定律典型工作距離10~20cm3~10m典型工作頻率125kHz，225kHz，13.56MHz433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz電子標簽具有環(huán)形天線的典型低頻、高頻標簽具有雙極天線的超高頻和微波標簽調制方式負載調制反向散射調制

電感耦合與電磁反向散射耦合的主要對比如右邊表格。知識鏈接41

讀者希望獲得經(jīng)過某個位置的電子標簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息,即在應用軟件端向與該位置相對應的閱讀器發(fā)出讀取電子標簽指令。閱讀器接收到該指令后,通過天線散射特定頻率的射頻信號。2.RFID的工作原理與工作流程（2）RFID系統(tǒng)的工作流程圖2-8RFID系統(tǒng)的工作流程圖知識鏈接42

當電子標簽進入有效工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流,從而獲得能量被激活。處于激活狀態(tài)的電子標簽隨即發(fā)射出載有電子標簽信息數(shù)據(jù)的無線電磁波。閱讀器天線接收到從電子標簽發(fā)送來的載波信號后傳送到閱讀器,閱讀器進行解調和過濾后將電子標簽的信息送至后臺主機系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。然后主機系統(tǒng)識別該標簽的身份，做出相應的處理和控制，最終發(fā)出指令信號控制閱讀器完成不同的讀/寫操作。2.RFID的工作原理與工作流程（2）RFID系統(tǒng)的工作流程知識鏈接43RFID系統(tǒng)主要依賴電磁波傳播，除了交互原理外，不同的發(fā)射頻還會在RFID系統(tǒng)的讀寫距離、數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性等參數(shù)上產(chǎn)生比較大的差異?？梢哉f，RFID系統(tǒng)的工作頻率是決定系統(tǒng)性能和可行性的主導因素。RFID系統(tǒng)主要工作在4個頻段，4個頻段特性的對比和主要應用方面如表所示。3.RFID系統(tǒng)的分類（1）按照使用頻率進行分類知識鏈接44頻率低頻（30～300kHz）高頻（3～30MHz）超高頻（300MHz～3GHz）微波（2.45GHz以上）工作原理電感耦合電感耦合電磁反向散射耦合電磁反向散射耦合典型工作頻率125kHz、133kHz13.56MHz433MHz、860～930MHz2.45GHz、5.8GHz識別距離＜10cm10cm～1.5m1～10m1～6m25～50cm（主動式）1～15m（被動式）一般特性價格較高，幾乎不會受到環(huán)境影響導致性能下降價格低廉，適合短距離識別和需要多重標簽識別的領域適合長距離識別，實時跟蹤，對集裝箱內(nèi)部濕度、沖擊等環(huán)境敏感價格最低廉，多重標簽的識別距離和性能最突出與960MHz標簽性能類似，但受環(huán)境影響最多運行方式無源型無源型有源型有源型、無源型有源型、無源型應用領域動物識別、工廠數(shù)據(jù)采集非接觸式IC卡，我國第二代身份證集裝箱、物流管理車輛管理藍牙應用、CT應用、車輛管理無線電管制基本沒有管制ISM頻段短距離裝置、定位系統(tǒng)工業(yè)、科學和醫(yī)療領域管制，功率略有不同工業(yè)、科學和醫(yī)療領域管制，功率略有不同識別速度低速＜---------------------------------------------------------------------------＞高速環(huán)境影響遲鈍＜---------------------------------------------------------------------------＞敏感標簽大小大型＜---------------------------------------------------------------------------＞小型注：ISM頻段是指供工業(yè)、科研及醫(yī)療機構(Industrial、ScientificandMedical，ISM)使用的專用頻段。知識鏈接45

根據(jù)RFID產(chǎn)品供電方式進行分類,可分為3大類，即無源RFID產(chǎn)品、有源RFID產(chǎn)品和半有源RFID產(chǎn)品。3.RFID系統(tǒng)的分類（2）RFID產(chǎn)品供電方式分類圖2-9RFID產(chǎn)品供電方式的分類知識鏈接461）無源RFID產(chǎn)品

無源RFID產(chǎn)品發(fā)展最早,也是發(fā)展最成熟、市場應用最廣的產(chǎn)品。比如,公交卡、食堂餐卡、銀行卡、賓館門禁卡和二代身份證等,這些應用在人們的日常生活中隨處可見,屬于近距離接觸式識別類。其產(chǎn)品的主要工作頻率有低頻125kHz、高頻13.56MHz、超高頻433MHz和超高頻915MHz。3.RFID系統(tǒng)的分類知識鏈接472）有源RFID產(chǎn)品

有源RFID產(chǎn)品是近幾年發(fā)展起來的，其遠距離自動識別的特性,決定了其巨大的應用空間和市場潛質。在遠距離自動識別領域（如智能監(jiān)獄、智能醫(yī)院、智能停車場、智能交通、智慧城市、智慧地球及物聯(lián)網(wǎng)等）有重大應用。有源RFID在這個領域異軍突起,屬于遠距離自動識別類。產(chǎn)品主要工作頻率有超高頻433MHz、微波2.45GHz和5.8CMHz。3.RFID系統(tǒng)的分類知識鏈接483）半有源RFID產(chǎn)品

半有源RFID產(chǎn)品結合了有源RFID產(chǎn)品及無源RFID產(chǎn)品的優(yōu)勢,在低頻125kHz頻率的觸發(fā)下,讓微波2.45CHz發(fā)揮優(yōu)勢。半有源RFID技術也可以叫作低頻激活觸發(fā)技術,利用低頻近距離精確定位,微波遠距離識別和上傳數(shù)據(jù)來解決單純的有源RFID和無源RFID沒有辦法實現(xiàn)的功能。簡單來說,就是近距離激活定位、遠距離識別及上傳數(shù)據(jù)。3.RFID系統(tǒng)的分類知識鏈接493）半有源RFID產(chǎn)品

半有源RFID是一項易于操控、簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應用技術,識別工作無須人工干預,它既可支持只讀工作模式，又可支持讀寫工作模式，且無須接觸或瞄準；可在各種惡劣環(huán)境下自由工作，短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境，如用在工廠的流水線上跟蹤物體；長距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識別距離可達幾十米,如自動收費或識別車輛身份等。該產(chǎn)品集有源RFID和無源RFID的優(yōu)勢于一體，在門禁進出管理、人員精確定位、區(qū)域定位管理、周界管理、電子圍欄及安防報警等領域有著很大的優(yōu)勢。3.RFID系統(tǒng)的分類知識鏈接504.RFID的應用

當車輛通過路橋車道并進入車道天線的通訊區(qū)域時，安裝在車輛內(nèi)的電子標簽立即將車輛信息、行車記錄信息等信息向車道天線發(fā)送，車道天線接收到信息后通過交易控制器把信息傳送給車道控制機，信息經(jīng)車道控制機處理后，再將當前行車記錄等信息逆向傳給車道天線，最后寫入該車的電子標簽。圖2-10基于RFID的路橋電子收費管理系統(tǒng)（1）RFID在路橋電子收費管理系統(tǒng)的應用知識鏈接514.RFID的應用

新生兒安全管理：當嬰兒出生時，在嬰兒前臂或腳上綁一個RFID標簽。嬰兒的健康記錄、出生日期、時間及父母姓名等信息被輸入系統(tǒng)，采用一臺RFID閱讀器讀取分配給該嬰兒的ID碼，將ID碼與存儲在軟件里的數(shù)據(jù)相對應。如果有嬰兒靠近出口，系統(tǒng)會發(fā)送警報。圖2-11RFID的新生兒安全管理（2）RFID在病人管理的應用知識鏈接524.RFID的應用

病患者動向追蹤：對于老年失智或有疑似傳染病的病患者，需要隨時照看并掌握其行蹤，將閱讀器設置在病房、大樓出入口與醫(yī)院大門附近，一旦病患者脫離活動范圍，身上所佩戴的標簽便會發(fā)出警示訊號，主動通知護理站。（2）RFID在病人管理的應用知識鏈接534.RFID的應用

二代身份證讀卡器是一種能判斷身份證是否偽造的設備，像驗鈔機一樣，能對身份證真?zhèn)芜M行有效識別，二代證內(nèi)含有RFID芯片，此芯片無法復制，且芯片存儲容量大，寫入的信息可劃分安全等級，分區(qū)存儲。通過二代身份證讀卡器，身份證芯片內(nèi)所存儲信息，包括姓名，地址，照片等信息將一一顯示。圖2-12基于RFID的第二代身份證防偽技術（3）RFID在防偽技術上的應用知識鏈接544.RFID的應用

在生產(chǎn)品在流水線上移動，到達工位后由工人取下在生產(chǎn)品進行零配件組裝，完成后再放回流水線，直到完成所有工序。系統(tǒng)主要包括兩個或多個固定RFID閱讀器，每個在生產(chǎn)品都加上RFID標簽。圖2-13RFID在流水生產(chǎn)線上的應用（4）RFID在工業(yè)生產(chǎn)上的應用知識鏈接554.RFID的應用

當帶有RFID標簽的在生產(chǎn)品，以先后順序經(jīng)過固定的閱讀器時，閱讀器將讀取產(chǎn)品上的標簽信息，并將數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)上位機。進而判斷在生產(chǎn)品的完成情況及各個工位的運轉情況。

德國寶馬公司就在其裝配流水線上配有射頻識別系統(tǒng)，射頻卡上帶有詳細的汽車所需的所有要求，在每個工作點處都有閱讀器，這樣可以保證汽車在各個流水線位置處能毫不出錯地完成裝配任務。（4）RFID在工業(yè)生產(chǎn)上的應用知識鏈接564.RFID的應用

1）冬奧版行李條

冬奧版行李條嵌入了RFID芯片，支持行李全流程跟蹤功能。冬奧版行李條的全面啟用也標志著國航在T3國內(nèi)出港航班實現(xiàn)了RFID功能全覆蓋，旅客可在“中國國航”APP中的“行李及狀態(tài)查詢”頁面查詢行李的運輸狀態(tài)。圖2-14冬奧版行李條（5）RFID在冬殘奧會上的應用知識鏈接574.RFID的應用

2）RFID洗滌保障服務為了圓滿完成冬奧洗滌保障工作，RFID技術同樣運用于布草采購、收集、洗滌、分揀及配送全過程，助力客戶把好清洗過程質量控制、出品檢驗關卡，保障輸出的紡織品100%合格。圖2-15冬奧洗滌保障服務（5）RFID在冬殘奧會上的應用知識鏈接584.RFID的應用

3）實時掌握運動員比賽用時在本次冬殘奧會速度滑冰比賽中，每位運動員都要佩戴一個有RFID電子標簽的小芯片。負責計時記分的設備廠商在賽場內(nèi)的冰層下布設了很多感應線圈。當運動員通過線圈時，線圈內(nèi)的RFID讀取設備就會通過無線射頻方式，與運動員身上的芯片進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信記錄下相應信息，并立即通過短波頻段無線信道傳輸給場邊的數(shù)據(jù)采集設備。（5）RFID在冬殘奧會上的應用知識鏈接594.RFID的應用數(shù)據(jù)采集設備把相關數(shù)據(jù)發(fā)送到成績處理機房的計時記分系統(tǒng)，隨后將精確的比賽用時提供給媒體轉播系統(tǒng)并最終呈現(xiàn)在電視屏幕上。讓教練和觀眾能夠隨時掌握賽況及選手狀態(tài)，同時為裁判的成績判斷提供最終依據(jù)。（5）RFID在冬殘奧會上的應用圖2-16冬奧上的數(shù)據(jù)采集設備任務實施601.智能產(chǎn)線供料單元中的RFID①RF210RIO-Link接口

②LED運行顯示圖2-17西門子公司的RF210RIO-Link型閱讀器1.RF210RIO-Link閱讀器任務實施611.智能產(chǎn)線供料單元中的RFIDSIMATICRF210RIO-Link閱讀器工作頻率13.56MHz電源電壓24VDC（20.4到28.8VDC）無線傳輸協(xié)議ISO15693最大數(shù)據(jù)傳輸速率（無線傳輸）26.6kbps讀速率最大1.5KB/s寫速率最大0.5KB/s與MDSD460電子標簽的讀/寫距離閱讀器傳輸窗口直徑L：8mm閱讀器與標簽之間的工作距離Sa：＜9mm限制距離Sg：9mmSIMATICRF210RIO-Link閱讀器通信接口IO-Link電氣連接器M12，4針運行環(huán)境溫度-20~+70℃防護等級符合EN60529IP67安裝類型2個M18，厚度為4mm，緊固力矩≤20Nm閱讀器安裝在金屬上閱讀面與金屬之間的距離≥12mmLED運行顯示燈3色LED（綠色：工作電壓；黃色：存在性

；紅色：錯誤）任務實施621.智能產(chǎn)線供料單元中的RFIDIO-Link閱讀器具有以下特性：?點對點通信，無需設置IO-Link設備的地址。

?僅支持IO-Link主站。?IO-Link傳輸速度230.4kBd。

?服務數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)并行傳送。?過程映像中的過程數(shù)據(jù)：32字節(jié)輸入和32字節(jié)輸出。?過程映像中的用戶數(shù)據(jù)：28字節(jié)輸入和28字節(jié)輸出。?面向設備更換的參數(shù)上傳/下載功能（參數(shù)服務器）。?SIO模式（閱讀器指示數(shù)據(jù)線上存在發(fā)送應答器(C/Q)）。?用于支持參數(shù)分配、診斷和數(shù)據(jù)訪問的IODD文件。?使用PortConfigurationTool(PCT)進行系統(tǒng)集成(STEP7Professional,TIAPortal)。?保護等級IP67。

?RFID13.56MHz，符合ISO15693。任務實施631.智能產(chǎn)線供料單元中的RFID圖2-18西門子公司的MDSD460型電子標簽2.MDSD460電子標簽任務實施641.智能產(chǎn)線供料單元中的RFIDSIMATICMDSD460電子標簽電源無源型，不帶電池尺寸直徑16mm，厚度3mm存儲器大小2000字節(jié)FRAM用戶存儲器安裝在金屬上是，使用墊片安裝，電子標簽到金屬距離≥10mm工作環(huán)境溫度-25~85℃ISO標準ISO15693安裝類型粘貼；使用墊片。防護等級IP67/IPx9K任務實施652.RFID的安裝與接線

智能產(chǎn)線供料單元中有三種零件物料，分別是金屬工件、白色塑料工件和黑色塑料工件，在每個工件的側面開有放置電子標簽的凹槽。在金屬工件中，電子標簽通過白色墊片嵌入安裝到工件的凹槽內(nèi)；在塑料工件中，電子標簽直接粘貼安裝到工件的凹槽內(nèi)。圖2-19工件安裝電子標簽的效果1.RFID的安裝任務實施662.RFID的安裝與接線將閱讀器安裝支架固定在主輸送帶側面的鋁型材上，與直線位移傳感器正對；用閱讀器自帶的兩個M18螺母將閱讀器固定在安裝支架上。調整閱讀器前端面離安裝支架的距離，確保工件在主輸送帶上移動到閱讀器位置時，電子標簽能進入閱讀器的工作距離。圖2-20閱讀器的安裝位置1.RFID的安裝任務實施672.RFID的安裝與接線

本任務中IO-Link是傳感器（RFID、編碼器）與用于帶CM4xIO-Link主站的ET200SP通信的標準化IO技術，無需對電纜材料提出額外要求，只需要常規(guī)3線制接法即可實現(xiàn)強大的點對點通信。圖2-21IO-Link主站和閱讀器之間采用單線連接2.RFID的接線任務實施682.RFID的安裝與接線任務實施692.RFID的安裝與接線2.RFID的接線圖2-22選RF210RIO-Link閱讀器與CM4xIO-Link主站的連接示例圖智能產(chǎn)線的主控制器為ET200SP。圖中RF210RIO-Link閱讀器連接到CM4xIO-Link電子模塊的C/Q2端子，也可以連接到模塊的其他三個端子。任務實施703.RFID的數(shù)據(jù)讀寫

根據(jù)工作模式是SIO模式還是IO-Link模式，需要為IO-Link主站分配合適的參數(shù)。

（1）SIO模式

要以SIO模式操作閱讀器，需要將閱讀器連接到按SIO模式組態(tài)的主站端口或連接到一個24V標準I/O模塊。主站端口通過S7PCT組態(tài)。

（2）IO-Link模式

要以IO-Link模式操作閱讀器，需要將閱讀器連接到以IO-Link模式組態(tài)的主站端口。主站端口通過S7PCT組態(tài)。借助STEP7還可指定過程映像的大小和位置。使用工程工具（例如STEP7Professional/TIAPortal）時，必須創(chuàng)建一個新項目或打開一個要連接到IO-Link主站的現(xiàn)有項目。1.RF210RIO-Link工作模式任務實施713.RFID的數(shù)據(jù)讀寫圖2-23博圖組態(tài)CM4xIO-Link主站2.RF210RIO-Link硬件組態(tài)（1）硬件組態(tài)借助TIAPortal，從硬件目錄中將訂貨號為6ES7137-6BD00-0BA0的IO-Link主站拖到設備視圖中任務實施723.RFID的數(shù)據(jù)讀寫圖2-24CM4xIO-Link模塊I/O地址參數(shù)設置2.RF210RIO-Link硬件組態(tài)（1）硬件組態(tài)設置IO-Link模塊I/O地址，起始地址為10，輸入輸出長度為32字節(jié)。任務實施733.RFID的數(shù)據(jù)讀寫圖2-25PCT設備工具啟動2.RF210RIO-Link硬件組態(tài)（2）打開PCT軟件，創(chuàng)建IO-Link主站端口PCT設備工具啟動。在設備視圖中右鍵單擊IO-Link設備，在快捷菜單中選擇菜單命令“啟動設備工具”。任務實施743.RFID的數(shù)據(jù)讀寫圖2-26創(chuàng)建IO-Link主站端口2.RF210RIO-Link硬件組態(tài)（2）打開PCT軟件，創(chuàng)建IO-Link主站端口創(chuàng)建IO-Link主站端口。在“端口”(Ports)選項卡中，將本任務使用到的SIMATICRF210RIO-Link閱讀器從硬件目錄拖至“端口信息”(PortInformation)區(qū)域內(nèi)對應端口。然后可以對IO-Link主站的端口進行組態(tài)，選擇“Mode”為IO-Link。需和硬件接線端口相一致，硬件接線端口為C/Q1。任務實施753.RFID的數(shù)據(jù)讀寫圖2-27IO-Link主站端口的地址2.RF210RIO-Link硬件組態(tài)（2）打開PCT軟件，創(chuàng)建IO-Link主站端口切換到“地址”(Addresses)選項卡，勾選ShowPLCaddresses選項，系統(tǒng)會自動顯示I/O地址，起始地址為IB10/QB10，數(shù)據(jù)長度32字節(jié)，同PLC中IO-Link模塊地址設置相對應。任務實施763.RFID的數(shù)據(jù)讀寫圖2-28過程映像指令數(shù)據(jù)表圖3.RFID的讀寫程序編程（1）數(shù)據(jù)讀、寫功能塊詳解

進行IO-Link通信時，將傳送32字節(jié)的“輸入過程映像(PII)”和32字節(jié)的“輸出過程映像(PIQ)?？梢允褂妹罨蜉斎氲刂穪頉Q定通過輸出的過程映像讀取/寫入的具體數(shù)據(jù)（28字節(jié)用戶數(shù)據(jù)）。任務實施773.RFID的數(shù)據(jù)讀寫

注：上表非常重要，是數(shù)據(jù)讀寫的關鍵，需要仔細閱讀理解，其中第一個字節(jié)為讀寫控制位，通過傳送數(shù)據(jù)1或者2來控制寫和讀。32字節(jié)過程映像中，第一個字節(jié)為數(shù)據(jù)讀/寫控制位，傳輸數(shù)據(jù)1到第一個字節(jié)，則往電子標簽中寫入數(shù)據(jù)；傳輸數(shù)據(jù)2到第一個字節(jié)，則從電子標簽中讀取數(shù)據(jù)。Adr-H代表傳輸數(shù)據(jù)的高位字節(jié)有效位，Adr-L代表傳輸數(shù)據(jù)的低位字節(jié)有效位。3.RFID的讀寫程序編程任務實施783.RFID的數(shù)據(jù)讀寫3.RFID的讀寫程序編程圖2-29數(shù)據(jù)讀寫編程（1）數(shù)據(jù)讀、寫功能塊詳解1）數(shù)據(jù)讀取編程任務實施793.RFID的數(shù)據(jù)讀寫3.RFID的讀寫程序編程圖2-30數(shù)據(jù)寫入編程（1）數(shù)據(jù)讀、寫功能塊詳解2）數(shù)據(jù)寫入編程任務實施803.RFID的數(shù)據(jù)讀寫圖2-31博圖中的RFID標準塊3.RFID的讀寫程序編程（2）RFID標準塊讀寫編程首先下載讀和寫源程序；在博圖中點擊“添加新的外部文件”，選擇讀和寫源程序文件；右擊添加的文件，點擊“從源生成塊”，然后生成對應函數(shù)塊。任務實施813.RFID的數(shù)據(jù)讀寫圖2-32RFID_DATA數(shù)據(jù)塊創(chuàng)建3.RFID的讀寫程序編程（2）RFID標準塊讀寫編程點擊“添加新塊”，創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊RFID_DATA；按照左圖要求添加數(shù)據(jù)名稱及對應數(shù)據(jù)類型。任務實施823.RFID的數(shù)據(jù)讀寫3.RFID的讀寫程序編程圖2-33“讀取”函數(shù)塊的參數(shù)配置編程①RFID讀取編程直接調用“讀取”函數(shù)塊；根據(jù)圖中示例進行“讀取”函數(shù)塊的參數(shù)配置，其中“讀取信息的存儲地址”選擇數(shù)據(jù)塊“RFID_DATA[DB10]”里面的“read”數(shù)據(jù)。任務實施833.RFID的數(shù)據(jù)讀寫3.RFID的讀寫程序編程圖2-34“寫入”函數(shù)塊的參數(shù)配置編程②RFID寫入編程直接調用“寫入”函數(shù)塊；根據(jù)圖中示例進行“寫入”函數(shù)塊的參數(shù)配置，其中“寫入信息的存儲地址”選擇數(shù)據(jù)塊“RFID_DATA[DB10]”里面的“write”數(shù)據(jù)。任務實施843.RFID的數(shù)據(jù)讀寫圖2-35觸摸屏上的RFID讀寫調試界面4.觸摸屏上的RFID手動讀寫調試根據(jù)圖中要求設計觸摸屏界面；將其中元素與PLC中相關變量進行關聯(lián)；通過觸摸屏來手動實現(xiàn)對不同物料上電子標簽的寫入/讀取數(shù)據(jù)。TASKONE任務三·磁性開關的安裝與應用任務描述|任務分析|知識鏈接|任務實施

在智能產(chǎn)線設備中，磁性開關用于各類氣缸的位置檢測。智能產(chǎn)線供料單元中推料氣缸位置檢測如圖所示，用兩個磁性開關來檢測智能產(chǎn)線供料單元中推料氣缸活塞桿伸出和縮回到位的位置。任務描述86圖2-36智能產(chǎn)線供料單元中推料氣缸位置檢測氣缸伸出到位氣缸縮回到位任務分析87知識點技能點磁性開關的工作原理認識磁性開關磁性開關的類型、結構與特點能夠正確地安裝磁性開關，并完成電氣接線磁性開關的應用場合能夠使用磁性開關檢測氣缸內(nèi)活塞的位置知識鏈接881.磁性開關的類型及工作原理

磁性式接近開關（簡稱磁性開關）是一種非接觸式位置檢測開關，用于檢測磁性物質的存在，這種非接觸式位置檢測不會磨損和損傷檢測對象，響應速度快。磁性開關可分為有觸點式磁性開關和無觸點式磁性開關。圖2-37磁性開關的外形知識鏈接891.磁性開關的類型及工作原理

有觸點式磁性開關主要部件為干黃管，干簧管是干式舌簧管的簡稱，是一種有觸點的開關元件，具有結構簡單、體積小、便于控制等優(yōu)點。干簧管與永磁體配合可制成磁控開關，用于報警裝置及電子玩具中；與線圈配合可制成干簧繼電器，用在機電設備中，起迅速切換作用。（1）有觸點式磁性開關知識鏈接901.磁性開關的類型及工作原理

該干簧管由一對磁性材料制成的彈性磁簧組成，磁簧密封于充有惰性氣體的玻璃管中，磁簧端面互疊，留有一條細間隙。磁簧另一端面觸點鍍有一層貴重金屬（如金、銠、釕等），使干簧管特性穩(wěn)定，并延長使用壽命。圖2-38干簧管外形及內(nèi)部結構知識鏈接911.磁性開關的類型及工作原理

恒磁鐵或線圈產(chǎn)生的磁場施加于干簧管開關上，使干簧管的兩個磁簧磁化，兩個磁簧分別在兩觸點位置生成N、S極。若生成的磁場吸引力克服了磁簧彈性所產(chǎn)生的阻力，磁簧將被吸引力作用接觸導通。一旦磁場力消失，兩磁簧就會斷開。圖2-39干簧管工作原理知識鏈接921.磁性開關的類型及工作原理

有觸點式磁性開關結構除了干簧管，還包括動作指示燈、保護電路、開關外殼和導線。有觸點式磁性開關安裝在活塞帶有磁環(huán)的氣缸上，當隨活塞移動的磁環(huán)靠近磁性開關時，磁性開關的兩根磁簧片被磁化而使觸點閉合，電路中產(chǎn)生電信號；當磁環(huán)離開磁性開關后，磁簧片失磁，觸點斷開，電信號消失。這樣可以檢測到氣缸的活塞位置從而控制相應的電磁閥動作。圖2-40有觸點式磁性開關的動作原理1-動作指示燈2-保護電路3-開關外殼4-導線5-活塞6-磁環(huán)（永久磁鐵）7-缸筒8-干簧管知識鏈接931.磁性開關的類型及工作原理

有觸點式磁性開關一般為兩線制，其中電源為交直流電源通用。圖2-41有觸點式磁性開關外部接線知識鏈接941.磁性開關的類型及工作原理

無觸點式磁性開關從結構和原理上與有觸點式磁性開關都有本質的區(qū)別。無觸點式磁性開關內(nèi)有一磁敏電阻作為磁電轉換元件。磁敏電阻是由對溫度變化不敏感的、對磁場變化相當敏感的強磁性合金薄膜制成的。（2）無觸點式磁性開關知識鏈接951.磁性開關的類型及工作原理

當磁性開關進入永久磁鐵的磁場內(nèi)時，磁敏電阻輸出信號，此信號經(jīng)放大器處理，使得內(nèi)部晶體管導通，轉換成磁性開關的電信號。當磁環(huán)離開磁性開關后，晶體管關斷，電信號消失。圖2-42無觸點式磁性開關的動作原理1-磁敏電阻

2-放大器3-發(fā)光二極管4-缸筒5-磁環(huán)（永久磁鐵）6-活塞知識鏈接961.磁性開關的類型及工作原理

無觸點式磁性開關多為三線制，只能用于直流電源。圖2-43無觸點式磁性開關外部接線無觸點NPN型

無觸點PNP型

知識鏈接972.磁性開關的應用如圖活塞上帶有磁環(huán)的氣缸，將磁性開關安裝在缸體槽內(nèi)，用以檢測活塞的位置。圖2-44活塞上帶有磁環(huán)的氣缸知識鏈接982.磁性開關的應用如圖為利用氣缸活塞桿的伸出縮回帶動平臺的升降，氣缸上安裝的磁性開關就是用來判斷平臺升降到位的信號。圖2-45升降機構中磁性開關的升降到位檢測知識鏈接992.磁性開關的應用如圖為利用氣缸和電機組成的簡易機械手，該機械手利用兩組磁性開關傳感器檢測兩個氣缸內(nèi)活塞桿的位置，其中一組磁性開關的輸出信號用于判斷手爪的夾緊和松開，通過PLC可編程控制器控制其動作。圖2-46機械手中磁性開關的檢測任務實施1001.磁性開關的選用選擇磁性開關時，要注意以下幾點：1）氣缸的型號；2）負載電壓（DC24V，AC110V，AC220V，AC24V）；3）線制（2線制，3線制）；4）適合負載（繼電器，可編程控制器，IC回路）；5）安裝形式（直接安裝，軌道安裝，環(huán)帶安裝，拉桿安裝）。圖2-47智能產(chǎn)線中的磁性開關費斯托公司的三線制無觸點式磁性開關任務實施1012.磁性開關的安裝與接線1）安裝時，不得讓開關受過大的沖擊力；

2）不能讓磁性開關處于水或冷卻液中使用；3）絕對不要用于有爆炸性、可燃性氣體的環(huán)境中；4）周圍有強磁場、大電流（如電焊機等）的環(huán)境中應選用耐強磁場的磁性開關；5）不要把連接導線和動力線、高壓線并在一起；6）磁性開關的配線不能直接接到電源上，必須串接負載；7）對于直流電，棕色線接+極，藍色線接-極，若帶指示燈，當開關吸合時，指示燈亮，若接反，開關動作，但指示燈不亮；8）在使用三線制的無觸點式磁性開關時，一定要使用直流電源，并注意NPN和PNP接線方式；9）活塞接近磁性開關時的速度不得大于磁性開關能檢測的最大速度；

10）多個磁性開關使用時盡量并接。1.磁性開關安裝注意事項任務實施1022.磁性開關的安裝與接線

（1）磁性開關在氣缸上的安裝與調整

智能在氣缸上安裝磁性開關時，先把磁性開關的安裝組件固定在氣缸的兩側，然后將磁性開關插入安裝組件導槽內(nèi)，磁性開關的安裝位置根據(jù)控制