西门子RFID在筒纱输送系统中的应用

引 言

筒纱染色是色织、针织、制线等企业纱线染色发展的大趋势。筒纱染色应具备的工艺条件为松式络筒。松式络筒是影响筒纱染色效果的关键工序之一，待染色的纱线无论卷绕形式如何，都需要按漂染厂所规定的加工要求进行松式络筒， 这是筒纱染色的第一道生产工序。松式络筒的目的是将紧纱经过松式络筒机卷绕成密度、重量、成形等都符合染色要求的松式筒纱。然而，纺纱企业中经松式络筒机卷绕完成的松式筒纱的收集、识别分选、输送基本是由人工完成，用工量较大， 在企业用工紧缺的形势下，筒纱的自动收集输送、识别分选成为一个急需解决的问题。

1 系统组成及流程

纺纱企业的松式络筒机的松筒情况并非一成不变，而是随着每天生产计划及任务的不同而改变，且筒纱的品种每天都可能会发生改变。在松式筒纱输送过程中，输送系统如何能正确将不同的筒纱输送到指定缓存区成为此系统的关键。为了确保输送无误差，输送系统必须要实时记录各络筒机、缓存区所运输筒纱的信息。相比于传统条形码设备的易损性和低安全性，RFID 具有非接触性、无方向性、永久使用、对环境敏感度低等特性[1]，使得 RFID 技术在零售、物流、图书馆智能化管理等领域的应用越来越广泛。通过比较，我们采用西门子RFID 系统[2]。

本文以某纺纱厂为例，介绍一种基于无线射频识别物联网的多点提升集中下降的筒纱识别分选输送系统，该系统采用皮带式输送，由于皮带式输送系统是一种自动化程度较高的系统，因而可以实现筒纱的连续输送。受限于筒纱输送车间空间等因素，故采用空中运输方式，即传输带下方人工可以正常行走，因此需要提升机提升筒纱至主传输带。当经过松式络筒机松式络筒完毕之后的筒纱通过提升机提升至主传输带上，进行筒纱的集中输送，然后筒纱通过皮带螺旋下降至待码垛区。由于筒纱管内贴有 RFID 标签，标签记录了筒纱的种类等信息，在螺旋下降出口处安装 RFID 读卡器，就可以通过识别 RFID 标签，实现对筒纱的准确定位和实时监控，以及种类的识别分选，不同种类的筒纱进入不同的缓存传输带进行筒纱的缓存。码垛机器人将不同的筒纱码至不同的筒纱托盘上，然后由 AGV 智能小车将码垛完毕的托盘输送至缓存区。AGV智能小车上也装有阅读器，可以读取不同筒纱的信息并识别筒纱种类，通过上位机控制，从缓存区调用相应的筒纱托盘到达码垛机器人末端，暂时不需要的筒纱托盘仍可以返回缓存区等待下一次调用。这些功能使该系统使用灵活，操作简单，是一种比较柔性的输送系统，更符合现代自动化生产的需要。随着市场竞争的日益加剧，传统制造系统品种少，大批量的生产方式正逐步向柔性制造方向转变，系统的柔性对系统的生存越来越重要 [3]。物料输送系统为柔性制造系统输送物料发挥着至关重要的作用。筒子纱输送系统流程图如图 1 所示。

2 西门子RFID系统介绍

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术又称无线射频识别，是一种通信技术，它利用无线电射频实现可编程逻辑控制器（PLC）或微型计算机（PC）与标识间的数据传输，从而实现非接触式目标识别与跟踪。

RFID 系统由以下五个独立部件组成：

(1) 一点数据存储器（电子标签）；

(2) 读 /写装置和便携式手持终端；

(3) 天线 ；

(4) 与自动化系统连接的接口；

(5) 用于系统集成的软件。

西门子RIFD系统 SIMATICRF200是一种紧凑型的低成本读写装置，尤其适合在工业生产中的小型装配线和内部物流系统中使用。通过RF200可极为经济有效的实现 HF范围（13.56MHz，ISO15693）内的中等性能识别任务。RF200 读写装置可与MOBYD产品系列（MDSDxxx）中的所有ISO 数据载体一起使用。可应用于所有 MOBYSIMATICRF系列（ASM456、ASM475、SIMATICRF1xxC）的通讯模块来连 接 SIMATICS7-300、PROFIBUS、PROFINET和 TCP/IP（XML）。SIMATICRF200识别系统具有以下功能 ：13.56 MHz工作频率（工作原理符合 ISO15693）无源（不带电池）、免维护的数据载体（MDXDxxx）， 存储容量高达 2000字节 FRAM坚固耐用的紧凑部件，防护等级为IP67，借助于反复验证的函数块（FC44、FC45、FB45）， 可简便集成到 SIMATIC、PROFIBUS、PROFINET、TCP/IP中。RF200识别系统价格合理，是节省空间的紧凑部件，可与MOBY D 系列中价格具有吸引力且不带电池的ISO 15963 数据载体一起使用，投资和运行成本都较低。拥有工业识别领域内完整和可扩展的产品系列，可实现灵活和经济的解决方案。通过无缝集成到全集成自动化系统中而简化组态、调试、诊断和维护。通过 PROFIBUS 和 PROFINET 通讯模块与自动化系统（如SIMATIC、SIMOTION 和SINUMERIK）进行集成总线连接。借助随时可用的函数块进行简便的S7 软件集成。RF200 的技术特性如表 1 所列。

3 框架设计

筒纱输送系统框架设计如图 2 所示。该系统硬件由上位机模块，PLC 控制模块和 RFID 模块组成。其中，上位机模块包括数据服务器、监控机、管理机。PLC 控制模块包括西门子S7-300 系列CPU 和远程I/O 模块，RFID 模块包括识别控制器、读写设备和电子标签。上位机模块与PLC 控制模块通过交换机互联交互，并采用Ethernet 通讯。PLC 控制模块与RFID 模块采用Profinet 总线通讯。

上位机模块的主要功能是与PLC 进行通讯，显示筒子纱输送运行的状态、故障等信息，完成系统运行控制、调度、管理、数据的存储、分析、打印等功能。PLC 控制模块采用集中控制与分散控制相结合的方式，所有设备统一由CPU 控制。每个提升机有一个独立的电气控制箱，分布式 I/O 模块分散布置于现场，采集现场的开关信号并输出动作控制信号。

RFID 模块由控制器、读写设备和载码体（即电子标签） 三部分组成。载码体有一个固定码存储空间和一个可重写的存储空间。固定码存储空间写入唯一的电动小车号，可重写存储空间写入需运送物件的信息。固定码中的数据只能通过读写设备读出，可重写存储空间中所存储的信息，并通过读写设备读出或重新写入。“读”或“写”操作都是通过控制系统发送指令给读写设备完成的。多个读写设备可同时连接到一个控制器，控制器受控于上一级 PLC。

4 结 语

物流系统的自动化、信息化和智能化已成为物流业的一 个主要趋势。筒纱输送系统采用 RFID 技术进行信息识别、跟 踪，积放存储区利用分类动态存储的方法存储，有效解决了筒 子纱多品种更换的难题，保证了整体系统运行的准确性，符 合纺织企业更换品种时的无人管理模式，提高了效率，取得了 很好的成果。