CN101414182A - 一种离散制造业加工流水线rfid接口控制器 - Google Patents

一种离散制造业加工流水线rfid接口控制器 Download PDF

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俞明
何伟
魏书楷
张晓华
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Abstract

本发明涉及一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,为上位机软件和RFID读写器之间具有硬件中间件功能的设备,其特征是包括用于控制器对外接读写器的供电和通讯的RFID读写器接口;用于控制器对外接终端的供电和通讯的人机交互终端接口;用于控制器和上位机之间的通讯的现场总线接口;用于控制器设定参数的掉电保存的外扩存储器;能实现各通讯接口驱动,协议封装、解析和转换,任务调度和协调功能的处理器;以及用于为处理器、通讯接口和外设可靠供电的电源和保护线路。本发明为RFID技术在加工流水线应用,进行物料数据和操作信息的实时监视和配送调度,为实现生产的高效、信息化管理提供了一种手段。

Description

一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器
技术领域:
本发明涉及纺织、服装、电子、玩具、食品、汽车制造等离散型制造业加工领域,特别是涉及一种离散制造业加工流水线的RFID接口控制器。
背景技术:
众所周知,我国是制造加工业的大国,但是传统制造加工业较发达国家能耗高效率低。随着全球能源的日趋紧张、劳动力成本的日益上涨,制造加工业面临着成本提高和利润下降的严峻考验。如果能将信息技术和现代化的管理手段用于传统制造加工业,特别是对于离散型制造业更多采用智能物料配送及监控系统,可以提高生产效率降低能源和劳动力消耗,从而增强企业的整体竞争力。在离散型制造业的加工流水线应用中,现场物料信息的采集和传输是智能物料配送及监控系统的基础,采用RFID(无线射频识别)技术结合现场总线通讯技术,能有效解决上述问题。
RFID技术是一种非接触式自动识别技术。自从上世纪九十年代以来,RFID技术在身份识别、物流追踪、仓库管理、汽车制造等领域得到了广泛应用。于此同时,国内外也涌现出很多生产RFID读写器的厂家,不过这些厂家的RFID读写器接口方式不一,应用时都需要搭建与其产品相匹配的专有系统,并开发专门针对其读写器的上位机控制软件,这就为RFID技术的应用带来的困难。
如果能有一种介于RFID读写器和上位机控制软件之间的硬件中间件设备,实现离散制造业流水线现场RFID设备管理、协调,并通过标准的现场总线通讯接口和上位机控制软件进行通讯,实现上位机软件对流水线物料数据和操作信息的实时采集、监视和配送调度,必然会对RFID技术在离散制造业推广应用、提高行业信息化管理带来帮助。
发明内容:
本发明的目的是提供一种离散制造业加工流水线的RFID接口控制器,可以有效实现上位机软件对流水线物料数据和操作信息的实时采集、监视和配送调度,实现生产的高效、信息化管理。
本发明采用的技术方案是:
一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,为上位机软件和RFID读写器之间具有硬件中间件功能的设备,包括
用于控制器对外接读写器的供电和通讯的RFID读写器接口;
用于控制器对外接终端的供电和通讯的人机交互终端接口;
用于控制器和上位机之间的通讯的现场总线接口;
用于控制器设定参数的掉电保存的外扩存储器;
能实现各通讯接口驱动,协议封装、解析和转换,任务调度和协调功能的处理器;
以及用于为处理器、通讯接口和外设可靠供电的电源和保护线路。
RFID读写器接口采用RS232接口或RS485接口。
人机交互终端接口采用RS232接口或RS485接口。
现场总线接口采用CAN总线接口。
外扩存储器采用I2C接口的EEPROM芯片。
处理器采用工业级ARM处理器芯片。
电源核心采用驱动电流大、发热量小的开关电源芯片,可以为控制器内部的处理器和通讯接口供电或为控制器外接的读写器和终端设备供电。
本发明的RFID读写器接口用于控制器对外接读写器的供电和通讯,以此控制RFID读写器读或写操作等工作状态,并采集读写器所读取或写入的流水线物料RFID信息,优选地,RFID读写器接口采用RS232接口或RS485接口。人机交互终端接口用于控制器对外接终端的供电和通讯,以此采集操作人员在终端的按键信息,并驱动终端的液晶显示信息刷新,优选地,终端接口采用RS232或RS485接口。
现场总线接口用于控制器和上位机之间的通讯,上位机软件通过现场总线对流水线上的控制器工作状态进行设定,控制器将采集的流水线物料RFID信息和终端的操作信息通过现场总线发送给上位机。上位机软件根据接收到信息进行处理后,控制执行机构进行相应动作,实现对流水线物料配送的实时监控和优化调度。优选地,现场总线接口采用CAN总线接口。本发明中控制器与上位机通讯,是通过CAN总线接口来实现。在流水线每个站点都装有一台控制器,每个控制器具有一个CAN总线接口。对于上位机来说,要想和流水线上的控制器接入同一条CAN总线和控制器进行通讯,可以通过加装接口协议转换卡,将上位机原有的通讯接口转换成CAN总线接口来实现。优选地,接口协议转换卡采用PCI-CAN卡,插入上位机的PCI插槽,引出标准的DB9针CAN总线接口。
处理器实现的功能包括:RFID通讯接口驱动,人机交互终端通讯接口驱动,CAN总线通讯接口驱动,各通讯协议的封装、解析和转换,各个任务调度和协调,参数设定和掉电保存,故障诊断及处理。优选地,处理器采用工业级ARM处理器芯片。
外扩存储器用于控制器设定参数的掉电保存。优选地,外扩存储器采用I2C接口的EEPROM芯片。
电源部分为控制器内部的处理器和通讯接口供电,也可以为控制器外接的读写器和终端设备供电。如果外接读写器和终端设备采用独立外供电方式则无需由控制器供电。电源保护电路的功能是对电源进行防反接、过压、过流等状况保护,确保电源稳定工作。优选地,电源核心采用驱动电流大、发热量小的开关电源芯片。
本发明的有益效果是可以有效解决RFID技术在离散制造业加工流水线上应用时,RFID读写器和人机交互终端现场设备的工作状态检测和控制问题,进而实现上位机软件对流水线物料信息和操作信息的采集、监视和配送调度。同时,控制器的故障诊断功能使维护人员可以通过上位机软件或本地的终端液晶实时监测到设备故障状态,便于系统维护。
附图说明:
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明处理器程序控制示意图。
图3为一条加工流水线RFID接口控制器和上位机连接的网络拓扑示意图。
具体实施方式:
如图1所示,一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,为上位机软件和RFID读写器之间具有硬件中间件功能的设备,包括用于控制器对外接读写器的供电和通讯的RFID读写器接口;用于控制器对外接终端的供电和通讯的人机交互终端接口;用于控制器和上位机之间的通讯的现场总线接口;用于控制器设定参数的掉电保存的外扩存储器;能实现各通讯接口驱动,协议封装、解析和转换,任务调度和协调功能的处理器;以及用于为处理器、通讯接口和外设可靠供电的电源和保护线路。RFID读写器接口采用RS232接口或RS485接口。人机交互终端接口采用RS232接口或RS485接口。现场总线接口采用CAN总线接口。外扩存储器采用I2C接口的EEPROM芯片。处理器采用工业级ARM处理器芯片,其程序控制如图2所示。电源核心采用驱动电流大、发热量小的开关电源芯片,可以为控制器内部的处理器和通讯接口供电或为控制器外接的读写器和终端设备供电。
如图3所示,本发明中控制器在流水线上应用时与读写器和终端设备相连接,流水线每个加工工位(以下简称站点)安装一台控制器,同时安装一台终端和一定数量的读写器。
每个站点安装读写器的种类、数量和安装位置,根据不同行业和应用需求有所不同。可以是一台或多台符合ISO15693或ISO18000协议的读写器,安装于流水线各工位的不同位置。具体如服装加工行业流水线每个站点安装两台ISO15693协议的读写器,一台安装于站点支轨道的进站口,另一台安装于站点支轨道的出站口。所选择读写器应具备和控制器匹配的RS232或RS485通讯接口,控制器通讯驱动程序兼容读写器的通讯协议。
读写器的功能是对流水线上传送物料所贴RFID标签,进行工艺相关信息的读取或写入操作。读写器究竟执行只读操作、只写操作还是既要读操作又要写操作,要由控制器根据不同的产品加工工艺流程来决定。在流水线开始运行加工任务之前,控制器主动向相连接的读写器发送设备连接信号,等待读写器应答后,控制器根据自身的工作状态,对读写器的功能进行配置。读写器功能配置完成后,会对经过其天线识别区域的对应RFID标签进行信息读取或写入操作,读取或写入的RFID信息会被控制器获取。如果控制器的工作状态发生改变,可以对读写器重新进行功能配置,读写器将执行新的功能操作。
人机交互终端具备液晶显示屏和按键,允许流水线操作人员通过键盘进行加工工艺相关的状态反馈或参数设定,并将该站点相应状态由液晶屏本地显示。在流水线开始运行加工任务之前,控制器也会主动向相连接的终端发送设备连接信号,终端接收到该信号后会向控制器返回应答信号,同时在液晶屏上显示设备连接状态提示信息。终端会实时扫描按键输入状态,并将该状态定时发送给控制器,并根据控制器返回的应答信号决定是否刷新液晶屏显示信息。
在流水线运行中,控制器获取的RFID读写信息和终端的按键操作信息,需要通过现场总线接口发送给上位机,供上位机软件进行物料信息监控和调度。本发明中控制器与上位机通讯,是通过CAN总线接口来实现。在流水线每个站点都装有一台控制器,每个控制器具有一个CAN总线接口。对于上位机来说,要想和流水线上的控制器接入同一条CAN总线和控制器进行通讯,可以通过加装接口协议转换卡,将上位机原有的通讯接口转换成CAN总线接口来实现。优选地,接口协议转换卡采用PCI-CAN卡,插入上位机的PCI插槽,引出标准的DB9针CAN总线接口。
在流水线开始运行加工任务之前,要先由上位机软件对流水线每个站点的控制器进行初始化操作,设定控制器的工作状态,只有正确完成初始化操作的控制器才能运行正常加工任务。初始化的流程如下:
第一步,上位机监控软件先通过CAN总线向流水线上所有的控制器发送设备检测信号,控制器接收到上位机的设备检测信号后,向上位机返回设备检测应答信号。
第二步,上位机监控软件对返回设备检测应答信号的控制器发送设备合法性认证信号,合法的控制器接收到上位机的设备合法性认证信号后,向上位机返回正确的设备合法性认证应答信号,如果是非法仿制的控制器不会返回正确的应答信号。
第三步,上位机监控软件对认证合法的控制器发送站点信息同步信号,将上位机保留的一些加工状态相关信息发送给控制器,决定控制器的工作状态。控制器接收到上位机的站点信息同步信号后,向上位机返回站点信息同步应答信号。
第四步,上位机监控软件对完成信号同步操作的站点进行角色类型设定,决定控制器在流水线工作运行中具备哪些特有功能。控制器接收到上位机的站点角色类型设定信号后,向上位机返回站点角色类型设定应答信号,然后控制器就进入流水线正常工作运行状态。
控制器完成初始化操作后,流水线开始运行加工任务,此时流水线的操作人员可以通过终端进行登录请求操作,控制器将登录请求信号发送给上位机并接收上位机返回的登录成功应答信号。登录成功后根据不同站点的角色类型,操作人员取得一定的操作权限,可以通过终端进行与生产工艺流程控制相关的操作,控制器会将操作人员在该站点终端的操作信息按照一定格式的通讯信号发送给上位机,并将根据上位机的应答信号决定该站点的工作状态,同时控制该站点读写器的操作状态,并在终端上显示相应操作的处理信息。
通过终端将流水线某一站点的工作状态设定后,流水线轨道上传送的物料都贴有RFID标签,物料经过该站点的读写器天线识别区域时,读写器会根据控制器当前状态设定对物料RFID标签信息进行读取或写入操作。读写器所读取的标签信息或信息写入结果会通过控制器以一定的数据格式发送给上位机,上位机监控软件对该通讯信号内容进行解析,获取物料RFID标签信息,结合该站点的工作状态以及整个流水线的生产负荷等状况做出判断,并发出信号驱动执行机构动作,改变流水线轨道配置,影响物料下一步的传送目的流向,从而实现物料配送的实时监控和优化调度。
流水线运行时,控制器会实时检测该站点安装的读写器和终端连接状态是否正确,一旦发现读写器或终端连接状态不正确,则实时通过CAN总线接口向上位机发送相应出错提示信号,通知上位机该站点的控制器设备连接状态异常,不能继续工作;同时该站点终端液晶屏也会显示相应的出错提示。

Claims (9)

1、一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,为上位机软件和RFID读写器之间具有硬件中间件功能的设备,其特征是,包括
用于控制器对外接读写器的供电和通讯的RFID读写器接口;
用于控制器对外接终端的供电和通讯的人机交互终端接口;
用于控制器和上位机之间的通讯的现场总线接口;
用于控制器设定参数的掉电保存的外扩存储器;
能实现各通讯接口驱动,协议封装、解析和转换,任务调度和协调功能的处理器;
以及用于为处理器、通讯接口和外设可靠供电的电源和保护线路。
2、根据权利要求1所述的一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,其特征是,所述RFID读写器接口采用RS232接口或RS485接口。
3、根据权利要求1所述的一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,其特征是,所述人机交互终端接口采用RS232接口或RS485接口。
4、根据权利要求1所述的一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,其特征是,所述现场总线接口采用CAN总线接口。
5、根据权利要求1所述的一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,其特征是,所述外扩存储器采用I2C接口的EEPROM芯片。
6、根据权利要求1所述的一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,其特征是,所述处理器采用工业级ARM处理器芯片。
7、根据权利要求1所述的一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,其特征是,所述电源核心采用驱动电流大、发热量小的开关电源芯片,可以为控制器内部的处理器和通讯接口供电或为控制器外接的读写器和终端设备供电。
8、根据权利要求1所述的一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,其特征是,所述上位机通讯接口设置有接口协议转换卡。
9、根据权利要求1或8所述的一种离散制造业加工流水线RFID接口控制器,其特征是,所述接口协议转换卡采用PCI-CAN卡,并插入上位机的PCI插槽内。
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