圖爾克（天津）傳感器有限公司 只 凱

圖爾克RFID系統(tǒng)在智能電表檢測(cè)線中的應(yīng)用

圖爾克（天津）傳感器有限公司 只 凱

本文結(jié)合智能電表行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了電表檢測(cè)線和RFID技術(shù)，以及圖爾克RFID系統(tǒng)在智能電表檢測(cè)線中的應(yīng)用。

智能電表；圖爾克；RFID

1 行業(yè)背景

現(xiàn)今，智能電表的使用范圍越來(lái)越廣泛，除了國(guó)家電網(wǎng)公司的大批量采購(gòu)以外，商業(yè)地產(chǎn)、市政建筑、學(xué)校、醫(yī)院、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、精密制造、交通基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心、通信等，都在大規(guī)模使用。

相關(guān)報(bào)告顯示，當(dāng)前我國(guó)智能電表用戶數(shù)已經(jīng)超過(guò)1.4億。預(yù)計(jì)，國(guó)家電網(wǎng)公司智能電表和用電管理系統(tǒng)每年的市場(chǎng)都在160億元以上。最近幾年，隨著工業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始推廣工業(yè)節(jié)能系統(tǒng)和綠色建筑系統(tǒng)，以及電力測(cè)量系統(tǒng)、電力節(jié)能分析系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)的需要，我國(guó)智能電表行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。

而且，和外國(guó)先進(jìn)技術(shù)水平相比，國(guó)內(nèi)的智能電表產(chǎn)品具有無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。比如，國(guó)產(chǎn)智能電表在標(biāo)準(zhǔn)符合度、功能配置和人機(jī)界面等方面更加適合中國(guó)國(guó)情，并且在客戶需求響應(yīng)方面也比國(guó)外產(chǎn)品更加靈活。所以，在這些優(yōu)勢(shì)的推動(dòng)下，我國(guó)智能電表行業(yè)的市場(chǎng)前景將越來(lái)越廣闊。

圖1 智能電表

2 智能電表檢測(cè)線與RFID系統(tǒng)

2.1 智能電表檢測(cè)線

智能電表的生產(chǎn)制造過(guò)程一般包括電路板的貼片加工、電表組裝、校表、驗(yàn)表、參數(shù)設(shè)置、功能測(cè)試、走字等多道工序。其中，校表、驗(yàn)表、參數(shù)設(shè)置、功能測(cè)試、走字等工序都屬于檢測(cè)的相關(guān)工作，大約占電表生產(chǎn)制造全過(guò)程的70%。

一直以來(lái)，電表的檢測(cè)工作一般會(huì)采用傳統(tǒng)的人工方式，工作效率低，運(yùn)營(yíng)成本高，且檢測(cè)結(jié)果和操作人員的技術(shù)能力關(guān)系密切，很難保證檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)結(jié)果的一致性。所以，為了提高檢測(cè)質(zhì)量和效率，充分利用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)智能電表進(jìn)行自動(dòng)化流水線檢定勢(shì)在必行。

現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的是鏈板托盤(pán)式自動(dòng)檢測(cè)線，如圖2所示，其功能比較全面，且檢測(cè)效率較高。每個(gè)托盤(pán)會(huì)根據(jù)所產(chǎn)電表的外形定制化加工，托盤(pán)會(huì)在檢測(cè)線上循環(huán)使用。鏈板式傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以輕松實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎、分道等工作。生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)，電表托盤(pán)被鏈板式輸送線運(yùn)達(dá)測(cè)試工作區(qū)后，PLC控制托盤(pán)依次進(jìn)入檢測(cè)位，定位氣缸把托盤(pán)升起，然后控制測(cè)試設(shè)備的測(cè)試針與電表的相關(guān)接線端子自動(dòng)對(duì)接，開(kāi)始檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)束后，測(cè)試針從電表的接線端子自動(dòng)拔出，電表托盤(pán)由輸送線運(yùn)出檢測(cè)區(qū)。由于自動(dòng)線設(shè)計(jì)有等待檢測(cè)緩沖區(qū)，上一組電表在檢測(cè)區(qū)接受檢測(cè)的同時(shí)，下一組的電表已經(jīng)被運(yùn)送到了檢測(cè)工位附近的待檢區(qū)，這樣減少了檢測(cè)工位等待的時(shí)間，極大地提高了檢測(cè)線的運(yùn)行效率。

圖2 鏈板托盤(pán)式自動(dòng)檢測(cè)線

智能電表的自動(dòng)化檢測(cè)線是隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)以及控制技術(shù)的快速發(fā)展而興起的新興技術(shù)，代表了計(jì)量檢定技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 RFID技術(shù)

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合（電感或電磁耦合），實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。RFID射頻識(shí)別的基本原理框圖如圖3所示。

圖3 RFID基本原理框圖

根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，RFID系統(tǒng)的組成也會(huì)略有區(qū)別，但基本都是由讀寫(xiě)器、電子標(biāo)簽和通信接口等組成。電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器都裝有天線，電子標(biāo)簽工作所需要的能量可從讀寫(xiě)器的射頻場(chǎng)內(nèi)直接獲得。

根據(jù)電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間傳輸信息所使用的頻率，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)RFID系統(tǒng)常用的工作頻率包括：高頻（HF）和超高頻（UHF）。由于高頻產(chǎn)品抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾能力強(qiáng)，所以是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)主要使用的RFID頻率；而超高頻產(chǎn)品的特點(diǎn)是具有可以修改的EPC碼，并且可以直接讀取EPC碼，價(jià)格還便宜。具體項(xiàng)目選擇哪種頻率的產(chǎn)品，主要還是要根據(jù)實(shí)際的工作環(huán)境和生產(chǎn)工藝來(lái)決定。

2.3 圖爾克RFID系統(tǒng)的應(yīng)用

智能電表檢測(cè)線的RFID識(shí)別系統(tǒng)可以說(shuō)是整個(gè)檢測(cè)車(chē)間的神經(jīng)末梢，它可以實(shí)時(shí)采集托盤(pán)上載碼體內(nèi)的信息，讓車(chē)間生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠及時(shí)掌握檢測(cè)線的運(yùn)作情況，從而對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)地控制管理，并指導(dǎo)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行。經(jīng)過(guò)與相關(guān)設(shè)備及工藝人員的交流溝通，設(shè)計(jì)的電表檢測(cè)系統(tǒng)RFID要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能如下：

· 電表托盤(pán)隊(duì)列信息采集；

· 電表托盤(pán)定位跟蹤；

· 電表托盤(pán)路由選擇；

· 電表各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)綁定。

經(jīng)過(guò)項(xiàng)目前期的實(shí)地調(diào)研與技術(shù)交流，確定智能電表檢測(cè)系統(tǒng)采用的硬件設(shè)備類(lèi)型如下：

（1）總線系統(tǒng)選用工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET，現(xiàn)場(chǎng)各工位的RFID讀寫(xiě)頭就近接入PROFINET I/O遠(yuǎn)程站中，經(jīng)由PROFINET連接主控PLC。

（2）主控PLC選用西門(mén)子S7－300系列。

（3）PROFINET遠(yuǎn)程I/O從站選用圖爾克公司BL20系列產(chǎn)品。

（4）RFID讀寫(xiě)器選用圖爾克公司BLident系列高頻（HF）產(chǎn)品。

RFID智能電表檢測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 RFID智能電表檢測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

在檢測(cè)線的產(chǎn)品上線、托盤(pán)分道、待檢緩沖區(qū)入口及出口、檢測(cè)區(qū)入口及出口、下線區(qū)入口安裝圖爾克TN-M30-H1147讀寫(xiě)頭；在電表托盤(pán)的底部，安裝圖爾克TW-R30-B128載碼體如圖5所示。在電表上線工位，使用讀寫(xiě)頭讀出電表托盤(pán)載碼體編號(hào)信息，并與其承載的電表進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定；在托盤(pán)分道位置，通過(guò)讀出的托盤(pán)編號(hào)，選擇其行進(jìn)路徑；通過(guò)待檢緩沖區(qū)出入口的讀寫(xiě)頭讀取托盤(pán)載碼體信息，記錄區(qū)域內(nèi)電表的隊(duì)列信息；通過(guò)檢測(cè)區(qū)出入口的讀寫(xiě)頭讀取電表托盤(pán)載碼體信息，二次確認(rèn)待檢區(qū)的電表隊(duì)列信息，并將各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果與其對(duì)應(yīng)的電表進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定；在下線工位，使用讀寫(xiě)頭讀取托盤(pán)載碼體數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)電表的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)電表進(jìn)行分類(lèi)裝箱，完成檢測(cè)線的最終任務(wù)。

圖5 載碼體及讀寫(xiě)頭安裝示意圖

軟件上，為了方便編程和后期維護(hù)，圖爾克提供了可用于RFID操作的西門(mén)子功能塊，用戶無(wú)需關(guān)注具體的數(shù)據(jù)處理方式，只需了解封裝后的各管腳含義即可完成程序編寫(xiě)。通過(guò)使用圖爾克RFID功能塊如圖6所示，簡(jiǎn)化了編程過(guò)程，降低了編程難度，也使得現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員可以及時(shí)了解RFID系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，并且減少了設(shè)備的維護(hù)時(shí)間，保證了生產(chǎn)線的連續(xù)不間斷運(yùn)行。

2.4 RFID系統(tǒng)的使用效果

通過(guò)使用圖爾克的RFID系統(tǒng)，提高了整條檢測(cè)線的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和檢測(cè)效率，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能都得到了較好實(shí)現(xiàn)，并且通過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)不間斷生產(chǎn)考驗(yàn)。這主要得益于RFID系統(tǒng)卓越的性能和顯著的特點(diǎn)，整套智能電表檢測(cè)系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定性、可靠性和高效性被進(jìn)一步優(yōu)化和提升，達(dá)到了用戶的期望。

3 展望

對(duì)于讀寫(xiě)距離要求較近的應(yīng)用環(huán)境，可選用圖爾克高頻（HF）RFID產(chǎn)品，并將載碼體（TAG）安裝在托盤(pán)、料筐等載具上，進(jìn)行閉環(huán)的反復(fù)讀寫(xiě)；針對(duì)讀寫(xiě)距離要求較遠(yuǎn)的應(yīng)用環(huán)境，可選用圖爾克超高頻（UHF）RFID產(chǎn)品，并將載碼體（TAG）安裝在載具、產(chǎn)品或包裝箱上，進(jìn)行相應(yīng)的讀寫(xiě)操作。

圖6 圖爾克RFID功能塊

總之，針對(duì)智能電表行業(yè)，圖爾克基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的BLident系列RFID產(chǎn)品，憑借其多協(xié)議支持、多通道集成、兼容常規(guī)I/O以及擁有多種防護(hù)等級(jí)等諸多特點(diǎn)，在電表的原材料管理、生產(chǎn)、檢測(cè)、運(yùn)輸及使用等過(guò)程中，擁有更廣闊的應(yīng)用空間。

Application of TURCK RFID System in Intelligent Ammeter Test Production Line

Based on the development of intelligent ammeter industry, we mainly introduce the ammeter test production line, RFID technology and the application of TURCK RFID system in intelligent ammeter test production line.

Intelligent ammeter; TURCK; RFID

只凱（1983-），男，天津人，工程師，天津大學(xué)工程碩士，現(xiàn)任圖爾克（天津）傳感器有限公司RFID產(chǎn)品經(jīng)理，主要研究方向?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線及RFID。