劉東海 許劍新 謝俊杰

摘 要：目前，RFID技術(shù)已經(jīng)成為智能制造和產(chǎn)品全生命周期管理的基礎(chǔ)技術(shù)。隨著智能制造工程的逐步實(shí)施，RFID技術(shù)將在制造業(yè)領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用，而應(yīng)用了RFID技術(shù)的倉儲(chǔ)讓生產(chǎn)制造更加自動(dòng)化、智能化。本文以某數(shù)控加工系統(tǒng)為例，闡述基于Modbus RTU通信和RFID的立體倉儲(chǔ)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：RFID;Modbus RTU;自動(dòng)化倉儲(chǔ)

中圖分類號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）31-0020-03

Analysis of the Application of Automatic Warehousing Based

on Modbus RUT Communication and RFID

LIU Donghai XU Jianxin XIE Junjie

（Guangxi Vocational and Technical College，Nanning Guangxi 530226）

Abstract： At present， RFID technology has become the basic technology of intelligent manufacturing and product life cycle management. With the gradual implementation of Intelligent Manufacturing Engineering， RFID technology will be more widely used in the field of manufacturing industry. The storage of RFID technology makes the manufacturing more automatic and intelligent. This paper took a numerical control machining system as an example to illustrate the application of stereo storage based on Modbus RTU communication and RFID.

Keywords： RFID;Modbus RTU;automated warehousing

目前，RFID技術(shù)已經(jīng)成為智能制造和產(chǎn)品全生命周期管理的基礎(chǔ)技術(shù)。隨著智能制造工程的逐步實(shí)施，RFID技術(shù)將在制造業(yè)領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用[1]。本文以某數(shù)控加工系統(tǒng)中基于Modbus RTU通信和RFID技術(shù)的自動(dòng)化倉儲(chǔ)的具體應(yīng)用為例，闡述如何配置Modbus RTU通信和編程才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化倉儲(chǔ)的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)中包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、工業(yè)機(jī)器人（帶有附加軸）、1個(gè)倉庫、1套MES系統(tǒng)、1臺(tái)主控S7-1200 PLC、1個(gè)MCGS觸摸屏。在六軸工業(yè)機(jī)器人手臂末端安裝有一個(gè)RFID讀寫器。倉庫共有5層，每層有6個(gè)倉位“一”字排開，共30個(gè)倉位。每個(gè)倉位面向工業(yè)機(jī)器人的一面安裝有RFID射頻芯片，方便安裝在工業(yè)機(jī)器人末端的讀寫器來讀寫倉位倉儲(chǔ)信息，以記錄工件的編號(hào)、材質(zhì)、形狀、狀態(tài)、加工時(shí)間等相關(guān)信息。在PLC控制下，工業(yè)機(jī)器人可以完成倉庫工件的盤點(diǎn)、取放等工作，能執(zhí)行MES系統(tǒng)發(fā)出的指令，準(zhǔn)確取出倉庫中待加工的料到機(jī)床安裝或從機(jī)床上取下加工好的工件放回指定倉位，同時(shí)通過讀寫變更記錄信息。要完成這一系列復(fù)雜的工作，需要弄清楚所使用的RFID產(chǎn)品的通信方式、各項(xiàng)參數(shù)的功能、Modbus RTU通信原理及其參數(shù)設(shè)置，這樣才能正確地使用帶有RFID的倉庫，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化倉儲(chǔ)，完成各項(xiàng)加工生產(chǎn)任務(wù)。

2 系統(tǒng)組態(tài)

在使用RFID前，必須仔細(xì)閱讀廠家給出的說明書，清楚相關(guān)參數(shù)規(guī)定和功能，然后正確配置RFID讀寫器和上位機(jī)（PLC）后才能正常使用。本例中采用的RFID的通信方式兼容RS232/RS485，筆者選用Modbus RTU協(xié)議通信。通信端口配置波特率為115 200kbps（可使用功能碼更改），數(shù)據(jù)位8，停止位1，校驗(yàn)位N（無）。RFID讀寫器支持Modbus RTU通信的三種功能碼為03、06、16（0X10），分別代表讀多個(gè)保持寄存器、寫單個(gè)保持寄存器、寫多個(gè)保持寄存器。

使用Modbus RTU協(xié)議通信，需要在博圖的硬件目錄中依次點(diǎn)開“通信模塊”“點(diǎn)到點(diǎn)”目錄，在這里選擇CM 1241（RS422/RS485）模塊，組態(tài)一個(gè)串行通信口，將其組態(tài)到設(shè)備中來放在S7-1200的左邊槽中。參照上述RFID廠家相關(guān)參數(shù)設(shè)置CM 1241（RS422/RS485）的端口組態(tài)。在“端口組態(tài)”中將端口操作模式設(shè)置為“半雙工（RS485）.2線制”模式，初始接收狀態(tài)設(shè)置為“無”，波特率設(shè)置為“115.2kbps”，無奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)，1停止位，20 000ms等待時(shí)間，查看“硬件標(biāo)識(shí)符”中系統(tǒng)自動(dòng)分配的符號(hào)271，這個(gè)271標(biāo)識(shí)符在接下來的Modbus RTU通信指令設(shè)置中使用。

3 參數(shù)配置及編程

在本例中，S7-1200 PLC做通信主站，安裝在工業(yè)機(jī)器人機(jī)器臂末端的讀寫器作為通信的從站。主機(jī)（PLC）使用Modbus RTU協(xié)議與RFID讀寫器通信時(shí)，通過訪問其特定的寄存器，從而實(shí)現(xiàn)特定的功能。組態(tài)好串口通信模塊后就可以對(duì)這部分進(jìn)行編程。在博圖軟件右邊通信指令窗口的通信處理目錄下找到“Modbus（RTU）”，在這里有3個(gè)通信命令“Modbus_Comm_Load、Modbus_Master、Modbus_Slave”。

3.1 Modbus_Comm_Load指令配置應(yīng)用

在程序中添加一個(gè)FB功能塊“RFIDCOM”，然后在“RFIDCOM”中添加指令“Modbus_Comm_Load”，作為通信接口使用。Modbus_Comm_Load命令配置如圖1所示。

Modbus_Comm_Load命令各項(xiàng)參數(shù)含義可以在博圖幫助系統(tǒng)中搜“Modbus_Comm_Load”找到，可以看到各項(xiàng)參數(shù)詳細(xì)的中文注解。本例中“PROT”可在組態(tài)完后在設(shè)備配置S7-1200的“硬ID”（Hardware ID）屬性中找到CM端口值。端口的符號(hào)名稱在PLC變量表的“系統(tǒng)常量”（System Constants）選項(xiàng)卡中指定。本例為“271 Local～CM_1241_（RS422_485）_1”，“BAUD”指通信波特率，根據(jù)前述可知，應(yīng)設(shè)置為115.2K。PARITY設(shè)置為0，表示無奇偶校驗(yàn)?！癋LOW_CTRL”設(shè)置為0（默認(rèn)），表示無流控制?！癛TS_ON_DLY”設(shè)置為0，即從“RTS激活”直到發(fā)送幀的第一個(gè)字符之前無延遲。“RTS_OFF_DLY”是關(guān)斷延遲選擇為0“RESP_TO”，響應(yīng)超時(shí)設(shè)置為1 000ms?！癕B_DB”是對(duì)Modbus_Master指令的背景數(shù)據(jù)塊的引用。

3.2 Modbus_Master指令寫數(shù)據(jù)應(yīng)用

在RFIDCOM功能塊中，添加主站Modbus_Master指令，編程如圖2所示。

其中，“MB_ADDR”是指Modbus RTU站地址。因?yàn)楸纠蠷FID廠家默認(rèn)獨(dú)寫器的地址為2，故此設(shè)置為2。若需要更改此地址，可以通過06功能碼對(duì)站地址進(jìn)行更改?！癕ODE”為讀寫模式設(shè)置，當(dāng)MODE為1時(shí)是寫多個(gè)寄存器操作，為0時(shí)是讀多個(gè)寄存器操作?！癉ATA_ADDR”表示從站中的起始地址：指定在Modbus從站（RFID讀寫器）中訪問的數(shù)據(jù)的起始地址，本例為400001（不同的RFID廠商地址有所不同）。“DATA_LEN”指定寫入或讀取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，本例為8個(gè)IN（字）型數(shù)據(jù)?！癉ATA_PTR”為數(shù)據(jù)指針：指向要進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入或數(shù)據(jù)讀取的標(biāo)記或數(shù)據(jù)塊地址，本例為DB22背景數(shù)據(jù)塊的地址。在本例中，筆者使用DB22數(shù)據(jù)塊來存放立體倉庫倉位相關(guān)信息的數(shù)據(jù)。例如，將立體倉庫的某個(gè)倉位上放置了某種工件或更換了不同的某種工件，那么調(diào)用相關(guān)工業(yè)機(jī)器人子程序控制機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)倉位附近，進(jìn)入RFID讀寫器可讀寫RFID射頻芯片的空間范圍時(shí)，工業(yè)機(jī)器人將運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)位反饋信息給PLC主站，通知PLC可以進(jìn)行讀寫，此時(shí)主站PLC發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)給讀寫器，再通過讀寫器將數(shù)據(jù)寫入倉位的RFID射頻芯片中，完成芯片記錄信息的更新。

3.2 Modbus_Master指令讀取應(yīng)用

在本例中，除了主站給從站寫數(shù)據(jù)，還需要從從站讀取數(shù)據(jù)。例如，盤點(diǎn)各倉位中具體的存放狀態(tài)。在RFIDCOM功能塊中再添加一個(gè)Modbus_Master指令用于主站PLC從RFID從站讀取數(shù)據(jù)，編程如圖3所示。

圖3中“MODE”為0，表示讀取數(shù)據(jù)。其他各項(xiàng)數(shù)據(jù)配置的含義與圖2中類似。只是“DATA_PTR”處配置的地址位于DB22背景數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)的8個(gè)字后面的8個(gè)字區(qū)域，這里緩存從RFID射頻芯片處讀取來的8個(gè)字的數(shù)據(jù)信息。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，與寫入數(shù)據(jù)過程類似，需要系統(tǒng)性地設(shè)計(jì)主站PLC、工業(yè)機(jī)器人、RFID讀寫器協(xié)同配合才能完成數(shù)據(jù)信息的讀取。

4 結(jié)語

隨著目前國家大力推行智能制造，作為物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)的RFID技術(shù)在制造行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用[2]。應(yīng)用RFID技術(shù)的自動(dòng)化倉儲(chǔ)使倉儲(chǔ)信息的采集和記錄變得更加方便和智能。自動(dòng)化倉儲(chǔ)的應(yīng)用在制造行業(yè)中具有相似性，因此，本例中的應(yīng)用可以推廣至注塑生產(chǎn)、電子產(chǎn)品制造等其他需要自動(dòng)化倉儲(chǔ)的制造領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]“射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用研討會(huì)”在京召開[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全，2015（12）：101.

[2]蔣天齊，洪濤，余忠華，等.PCB集成化RFID在電能表智能制造中的研究應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2017（2）：234-237.