姜 燕，李國禎，宮 聃

（濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250022）

0 引言

中小型壓機(jī)生產(chǎn)線是當(dāng)前國內(nèi)最普遍使用的生產(chǎn)線，而大多數(shù)的產(chǎn)線多以手工或者半自動(dòng)化形式生產(chǎn)，基本上使用人工更換模具，而人工換模相比自動(dòng)換模，時(shí)間更長，進(jìn)而造成產(chǎn)線的生產(chǎn)效率降低。隨著科技迅猛發(fā)展，廠家對壓機(jī)生產(chǎn)效率要求越來越高，對沖壓線的操作自動(dòng)化需求越來越大。壓機(jī)具有移動(dòng)工作臺(tái)，換模時(shí)更換工作臺(tái)，模具的識別裝置可以放置在工作臺(tái)上，而對于無移動(dòng)工作臺(tái)的沖壓線，運(yùn)送模具的設(shè)備沒有足夠的空間安裝模具識別裝置，無法識別模具。針對此類生產(chǎn)線，開發(fā)了RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別技術(shù)）自動(dòng)識別技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)固定工作臺(tái)沖壓線的一鍵換模功能。

1 固定工作臺(tái)壓機(jī)沖壓線現(xiàn)狀

當(dāng)前壓機(jī)沖壓線基本都配備了一鍵換模功能，操作簡單，生產(chǎn)效率明顯提升。而無移動(dòng)工作臺(tái)壓機(jī)生產(chǎn)線，當(dāng)前還處于手工或半自動(dòng)化生產(chǎn)模式，產(chǎn)線生產(chǎn)任務(wù)更換時(shí)，需要人工操作卸下當(dāng)前模具，待前一套模具調(diào)運(yùn)走后，準(zhǔn)備更換新模具；自動(dòng)換模如圖1 所示。

圖1 自動(dòng)換模

人工換模時(shí)間長，操作步驟繁瑣，在降低生產(chǎn)效率的同時(shí)，還增大了換模的失誤率。同時(shí)人工選擇模具參數(shù)存在參數(shù)不匹配的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致模具損傷或者損壞。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換模完全替代人工操作，開發(fā)RFID 模具參數(shù)自動(dòng)識別功能，其主要效果如下：

（1）提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)人工、半自動(dòng)化操作轉(zhuǎn)為全自動(dòng)識別過程，生產(chǎn)效率提升20%以上。

（2）降低生產(chǎn)成本，裝卸模具過程中至少需要兩名操作人員進(jìn)行配合工作，自動(dòng)識別后無需任何人工操作步驟。

（3）有效降低人工操作失誤率。人工操作的流程中，失誤是不可避免的，在模具更換的過程中，因?yàn)槿斯げ僮魇д`導(dǎo)致的模具不匹配，屢見不鮮。嚴(yán)重者，直接造成模具損壞；通過RFID 自動(dòng)化識別，完全可以保證模具信息的準(zhǔn)確性。

2 RFID 識別在一鍵換模功能的定義介紹

2.1 一鍵換模功能

一鍵換模，也叫ADC（Auto Die Change，自動(dòng)化換模），它由程序編制好整個(gè)流程，一鍵啟動(dòng)后，沖壓線可以快速地按照提前計(jì)劃的特定流程進(jìn)行，卸載當(dāng)前模具，并裝載下套模具的過程，完成后可以直接進(jìn)入生產(chǎn)模式。整個(gè)換模的過程都是通過程序編制進(jìn)行全自動(dòng)識別與確認(rèn)，具有速度快的特點(diǎn)。

2.2 RFID 定義

RFID 俗稱“電子標(biāo)簽”。所謂RFID 射頻識別，是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過射頻信號自動(dòng)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別的整個(gè)過程無須人工干預(yù)操作，可適合工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)可識別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。RFID 是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個(gè)基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個(gè)詢問器（或閱讀器）和很多應(yīng)答器（或標(biāo)簽）組成。RFID 射頻識別控制如圖2 所示。

圖2 RFID 射頻識別控制

2.3 RFID 射頻識別技術(shù)特點(diǎn)

（1）獨(dú)特性。RFID 技術(shù)就是賦予物聯(lián)網(wǎng)中的每一件一個(gè)獨(dú)特電子身份，每個(gè)RFID 電子標(biāo)簽都有自己的全球唯一的編號（標(biāo)簽不能重復(fù)或者仿制），以實(shí)現(xiàn)所有產(chǎn)品的防偽，溯源以及防竄貨。在沖壓線上可以實(shí)現(xiàn)每套模具的唯一性，數(shù)據(jù)獨(dú)立。

（2）高效率。RFID 技術(shù)具有遠(yuǎn)距離群讀功能，10 m 的距離在大約1 min 內(nèi)可讀取數(shù)千個(gè)標(biāo)簽數(shù)據(jù)。RFID 讀寫器大數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的追蹤和追溯，能保證完整的前端到后端透明。實(shí)現(xiàn)了消費(fèi)者提供特色商品信息并進(jìn)行互動(dòng)，從B2B 到B2C 的服務(wù)轉(zhuǎn)型。通過使用RFID 技術(shù)以及智能包裝技術(shù)可以在整個(gè)供應(yīng)鏈中輕松跟蹤和追溯，保證了端到端（即從核心原材料到產(chǎn)品使用壽命結(jié)束和重復(fù)使用的全過程）的完全透明。RFID 閱讀器可以構(gòu)建產(chǎn)品生命周期的大數(shù)據(jù)，是互聯(lián)網(wǎng)加芯片+封裝的應(yīng)用。大數(shù)據(jù)包括供應(yīng)鏈大數(shù)據(jù)和安全溯源大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

3 RFID 識別在一鍵換模功能上的應(yīng)用原理

3.1 Ethernet/IP 總線RFID 射頻識別組態(tài)

RFID 射頻識別組態(tài)主要由CPU 控制器、Ethernet/IP 控制器、讀寫器、磁頭等部分組成。不同品牌PLC 的控制器通信協(xié)議與數(shù)據(jù)交互都不同，主要以Ethernet/IP 協(xié)議、Profinet 協(xié)議、Devic－Net 協(xié)議以及EtherCAT 協(xié)議等協(xié)議為主，各自PLC 都有自己主要的通信方式，不同通信方式之間需要通過轉(zhuǎn)換頭或者模塊進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。本文主要介紹Ethernet/IP 總線，需要通過PLC 說明書進(jìn)行通信設(shè)置與程序編制。Ethernet/IP 通信協(xié)議是工業(yè)上最常見、最通用的一種協(xié)議。讀寫器為數(shù)據(jù)讀寫的控制器，通過PLC 邏輯控制，使用場合的不同需求，設(shè)置需要寫入的數(shù)據(jù)長度，與讀取的長度。每個(gè)磁頭代表一個(gè)獨(dú)一無二的個(gè)體，存儲(chǔ)著每個(gè)個(gè)體的獨(dú)特?cái)?shù)據(jù)，可永久保存。Ethernet/IP 總線的BISV在PLC 中的組態(tài)設(shè)置硬件連接如圖3 所示。

圖3 BISV 在PLC 中的組態(tài)設(shè)置硬件連接

3.2 Ethernet/IP 總線控制器（圖4）

圖4 總線控制器管腳定義

識別系統(tǒng)是帶讀寫功能的非接觸性系統(tǒng)，這類系統(tǒng)不僅能傳輸已被永久寫入編碼塊內(nèi)的信息，還能收集并傳輸當(dāng)前信息。識別系統(tǒng)內(nèi)的主要部件為控制器、讀寫頭、編碼塊。主要應(yīng)用在生產(chǎn)中控制物料的流動(dòng)（如：特殊型號的加工，運(yùn)送工件的傳輸系統(tǒng)，獲取與安全性相關(guān)的數(shù)據(jù)）、監(jiān)控倉庫中的物流移動(dòng)以及運(yùn)輸傳送等領(lǐng)域?？刂破骷翱刂葡到y(tǒng)通過Ethernet/IP 協(xié)議通信。分配一個(gè)唯一的IP 地址連接控制器及網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)總線控制器IP地址設(shè)置，可以進(jìn)入控制器設(shè)置畫面，通過參數(shù)的修改，實(shí)現(xiàn)總線控制器連接的不同對象進(jìn)行不同的檢測。當(dāng)前項(xiàng)目為BISV射頻識別，將讀寫器連接到總線控制器上，連接到PLC 中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

3.3 讀寫功能

通過讀寫器，可以將所有模具參數(shù)寫入到存儲(chǔ)器中，每個(gè)磁頭只能讀寫一套、64 個(gè)字節(jié)，對于內(nèi)容填充，可以根據(jù)自己的生產(chǎn)需求，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置并存儲(chǔ)，后期根據(jù)需要，也可以進(jìn)行重新寫入。讀寫器的寫入順序必須按照控制器的反應(yīng)流程進(jìn)行程序邏輯控制，將控制字寫入到磁頭中，狀態(tài)字讀取到PLC 中，進(jìn)行控制程序的編制；讀寫過程中，如若任務(wù)處理不當(dāng)或者出現(xiàn)取消處理，可以通過對應(yīng)的控制位讀取出，重新分配任務(wù)；不同的PLC 品牌有不同的數(shù)據(jù)處理過程，正確的參數(shù)需要針對不同的PLC 進(jìn)行修改。

讀寫頭處編碼塊的數(shù)據(jù)復(fù)制到另一讀寫頭前的編碼塊內(nèi)，兩編碼塊均需放置在讀寫頭前（即使設(shè)置了動(dòng)態(tài)模式），并且需要有特定的地址范圍。指令在來源讀頭的緩沖區(qū)內(nèi)進(jìn)行處理。現(xiàn)場讀寫器讀取模具信息如圖5 所示。

圖5 現(xiàn)場讀寫器讀取模具信息

3.4 RFID 在沖壓線一鍵換模上的應(yīng)用

沖壓線的一鍵換模是自動(dòng)化生產(chǎn)的必備功能，是當(dāng)前用戶比較看重的一個(gè)功能。只需操作摁下啟動(dòng)按鈕，所有換模流程均按照程序編制內(nèi)容進(jìn)行有序動(dòng)作，完成裝卸模動(dòng)作，以滿足新模具的正常生產(chǎn)需求。對于固定工作臺(tái)配置的生產(chǎn)線，目前因模具更換移動(dòng)問題，仍無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換模功能，需要人工對當(dāng)前模具信息進(jìn)行選擇確認(rèn)，確認(rèn)信息的效率低、失誤率高，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前客戶的自動(dòng)化要求。本文開發(fā)的RFID 自動(dòng)識別功能，有效地解決了此問題。它通過程序控制比較，進(jìn)行快速準(zhǔn)確的自動(dòng)識別。RFID 在PLC 中的讀寫程序如圖6 所示，將數(shù)據(jù)傳輸給PLC 中，進(jìn)行邏輯控制?？梢蕴崆皩⑺行畔⒂谰么鎯?chǔ)在磁頭中，粘貼到對應(yīng)的模具的一側(cè)，利于讀寫器讀取數(shù)據(jù)。

圖6 RFID 讀寫程序

RFID 識別技術(shù)成就了固定工作臺(tái)沖壓線的一鍵換模功能，生產(chǎn)效率高，人工操作簡單方便，真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化；RFID 參數(shù)的精準(zhǔn)識別保證了沖壓件的尺寸、形狀、精度，延長了模具的壽命，所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好；通過沖壓可加工出尺寸范圍大、形狀復(fù)雜的零件。ADC 流程如圖7 所示。RFID 在沖壓線上的應(yīng)用日益增多，設(shè)備簡單易操作，失誤率低，越來越受到廣大用戶的青睞。

圖7 ADC 流程

4 結(jié)束語

本文開發(fā)的RFID 技術(shù)在自動(dòng)換模上的應(yīng)用作為標(biāo)準(zhǔn)功能，已經(jīng)在濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司的多個(gè)固定工作臺(tái)沖壓線應(yīng)用，充分滿足了客戶的一鍵換模需求，不僅提高沖壓線生產(chǎn)效率，而且避免了人工操作的失誤率帶來的損失。