CN102087518A - 无线结构的工业控制系统和管理方法 - Google Patents

无线结构的工业控制系统和管理方法 Download PDF

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Abstract

一种基于无线通讯技术的工业控制系统，包括有中央处理系统、生产数据采集机和无线收发器、读卡器、信息显示机、RFID等，无线收发器和无线读卡器之间，通过实时的无线通讯方式进行连接。本发明还提供一种工业控制和管理方法。本发明解决了需要在工业现场铺设通讯线路或网络，部署困难、运行成本高等问题；可以实时地记录和反映生产的动态数据，无线方式不受场地的限制，可以快速部署，运行成本低而可靠。

Description

无线结构的工业控制系统和管理方法
技术领域
本发明涉及工业控制系统和相关的管理方法，主要应用于对非连续生产过程中离散型对象的数据收集、加工和处理。
背景技术
在工业控制领域，目前普遍使用条形码技术，跟踪和反映生产的进度。为了收集和传输数据，需要在工业现场铺设通讯线路或网络，存在部署困难、运行成本高、误码率高等问题。
发明内容
为解决现有系统的部署困难、运行成本高、误码率高等问题，采用无线通讯技术和RFID技术，构建一个工业控制系统。
本发明采用的技术方案在于，基于无线通讯技术的工业控制系统，包括有中央处理系统、部署在工业现场的生产数据采集机和无线收发器、部署在工业现场的无线读卡器、部署在工业现场的信息显示机、附着在被管理和追踪的对象上的RFID等。无线收发器和无线读卡器之间，通过实时的无线通讯方式进行连接；无线收发器和无线读卡器之间是多对多的网状结构，即一个无线读卡器以无线方式发送的数据可以被多个无线收发器接收，一个无线读卡器可以接收多个无线收发器以无线方式发送的数据。
中央处理系统和数据采集机、信息显示机之间，通过有线或无线数据网络进行实时的连接，该连接是采用TCP/IP协议。
中央处理系统和数据采集机、信息显示机之间，采用wifi进行连接。
所述的RFID附着在被管理和追踪的对象，如原料、半成品和成品上；所述的RFID是只读的RFID。
所述无线读卡器由RFID读卡模块、声音或灯光输出模块、一个或一个以上的无线通讯模块组成。
所述无线收发器由二个无线通讯模块组成，以全双工方式工作；并通过USB或RS232/485接口与数据采集机连接。
本发明还提供一种工业控制和管理方法，在包括有中央处理系统，部署在工业现场的生产数据采集机、信息显示机、读卡器和RFID的系统中实现，包括以下步骤，这些步骤以并发而不是串行的方式执行：
(a)加挂RFID标签的步骤，为被管理的对象，如原料和中间制成品等物件加挂RFID标签，并记录到管理系统的数据库中，建立RFID标签和物件的对应关系；
(b)登记步骤1，在开始执行一个工序时，在读卡器上刷挂在原料和中间制成品等物件上的RFID标签；读卡器收到刷卡信号后，通过生产数据采集机，传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录有关的刷卡信息；由中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，并将处理结果通过生产数据采集机反馈给读卡器；读卡器通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时，中央处理系统将处理结果，通过信息显示机向操作者提示详细的信息；
(c)回收RFID的步骤，如果工序是将二件或二件以上的物件，物理上加工成为一件制成品，指定其中一件原材料的RFID标签随制成品进入下一工序或成品仓库，并回收其他RFID标签；或者，为制成品加挂另一张RFID标签，并回收其他RFID标签；
(d)登记步骤2，在完成一个工序时，在读卡器上刷挂在被加工物件上的RFID标签；如果工序涉及二件或二件以上的物件，刷以上回收步骤(c)中指定的制成品的RFID标签；读卡器收到刷卡信号后，通过生产数据采集机传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录该次刷卡消息，以及之前与此有关的刷卡信息；中央处理系统检查刷卡信号是否合理，并将处理结果反馈给读卡器；读卡器通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时，中央处理系统将处理结果，通过信息显示机向操作者提示详细的信息。
其中，进一步包括以下初始化步骤的一个或多个：
(i1)在工业现场部署读卡器时，指定和记录每一个读卡器的位置，指定其可能涉及的工序；
(i2)建立RFID标签和物件的对应关系；特别是建立RFID标签所挂物件，和生产定单的对应关系；
(i3)建立一张生产定单，记录该定单所涉及的每一个生产工序；指定执行每一个工序可能涉及的人员；对每一个工序指定是否需要执行(b)登记步骤1；指定和记录执行每一个工序所涉及的物件，所述物件可以是原料或中间制成品；
(i4)在中央处理系统指定执行一张生产定单的某一个工序的操作人员信息；或者，为每一位操作人员分配一张RFID标签，操作人员分别在上岗和下岗时刷RFID标签，向中央处理系统申报上岗和下岗。
其中，进一步包括以下质量控制的方法，在以上(b)登记步骤1中所述的中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，包括以下步骤的一个或多个：(m1)检查操作人员和被加工物件的相关性，即操作人员是否被指定执行该物件所对应的生产定单，并提取操作人员被指定执行的工序；(m2)如果工序涉及二件或二件以上的物件，检查这些物件的相关性，如是否属于同一张定单，规格、型号等参数是否匹配等。
其中，进一步包括以下生产控制的方法，在以上(d)登记步骤2中所述的中央处理系统检查刷卡信号是否合理，包括以下步骤的一个或多个：(m3)时间合理性检查，检查登记步骤2是否在登记步骤1之后的合理时间窗口内发生；(m4)完备性检查；如果工序涉及二件或二件以上的物件，是否所有物件都执行了(b)登记步骤1。
其中，进一步，包括生产统计和质量分析的方法，包括：(r1)统计操作人员工作量的步骤，读取中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，汇总和统计操作人员的工作量；(r2)质量分析，当出现质量问题时，用制成品上的RFID标签特征值，检索中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，以及与该刷卡信息关联的、在(b)登记步骤1中所记录的刷卡信息，获得制成品在出现质量问题的有关工序的生产情况，包括执行的操作人员、涉及该问题的原料和中间制成品等。
本发明的有益效果在于：系统可以实时、准确地记录和反映生产的动态数据，包括生产进度、质量追踪等；无线读卡器不受场地的限制，不受强电、电磁噪音的干扰，可以快速部署，运行成本低而可靠，性能价格比高；无线收发器和无线读卡器之间是多对多的网状结构，保证了通讯的可靠性。
本发明可以广泛应用在诸如家电、制衣、制鞋等制造行业，以及仓库等物流行业。
附图说明
图1是本发明中工业控制系统的结构图。
图2是本发明的一个优选实施例中，无线读卡器的结构图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，本发明所描述的工业控制系统包括有中央处理系统、部署在工业现场的生产数据采集机和无线收发器、部署在工业现场的无线读卡器、部署在工业现场的信息显示机、附着在被管理和追踪对象上的RFID等；无线收发器和无线读卡器之间，通过实时的无线通讯方式进行连接；无线收发器和无线读卡器之间是多对多的网状结构，即一个无线读卡器以无线方式发送的数据可以被多个无线收发器接收，一个无线读卡器可以接收多个无线收发器以无线方式发送的数据。中央处理系统和生产数据采集机之间，通过有线或无线数据链路进行实时的连接，一般采用TCP/IP协议。
如图2所示的一个优选实施例中，一个无线读卡器配置有一个MCU(控制单元)、一个通讯模块、一个RFID读卡模块、一个声音输出模块、一个灯光输出模块。
中央处理系统和数据采集机、信息显示机之间，采用wifi进行连接。
生产数据采集机配置有显示屏。中央处理系统可以将信息通过数据采集机的显示屏、信息显示机提示给操作员(工人)。
数据采集机和信息显示机是通用的PC。
下面结合图1、图2，说明实施工业控制和管理的方法。
在工业现场部署图2所示的读卡器，记录每一个读卡器所对应的工序。
为每一位操作人员分配一张RFID标签，操作人员分别在上岗和下岗时在读卡器上刷RFID标签，向中央处理系统申报上岗和下岗。
建立一张生产定单，记录该定单所涉及的每一个生产工序；指定执行每一个工序的人员；对每一个工序指定需要执行(b)登记步骤1(即二次刷卡)；指定和记录执行每一个工序所涉及的原料或中间制成品，建立RFID标签和这些物件的对应关系，将RFID标签加挂这些物件上。
(b)登记步骤1。在开始执行一个工序时，在读卡器上刷挂在原料和中间制成品等物件上的RFID标签(开工登记)。读卡器收到刷卡信号后，通过生产数据采集机传输给中央处理系统。中央处理系统在数据库中记录有关的刷卡信息。由中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，包括检查操作人员和被加工物件的相关性，即操作人员是否被指定执行该物件所对应的生产定单；如果工序涉及二件或二件以上的物件，检查这些物件的相关性，如是否属于同一张定单，规格、型号等参数是否匹配等。中央处理系统将处理结果反馈给读卡器；终端机通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时通过显示屏向操作员显示详细的信息。
如果工序是将二件或二件以上的物件，物理上加工成为一件制成品，指定其中一件原材料的RFID标签随制成品进入下一工序或成品仓库，并回收其他RFID标签
(d)登记步骤2。在完成一个工序时，在读卡器上刷挂在被加工物件上的RFID标签；如果工序涉及二件或二件以上的物件，刷以上回收步骤中指定的制成品的RFID标签；读卡器收到刷卡信号后，通过生产数据采集机传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录该次刷卡消息，以及之前与此有关的刷卡信息；中央处理系统检查刷卡信号是否合理，包括检查时间合理性：检查登记步骤2是否在登记步骤1之后的合理时间窗口内发生；检查完备性：如果工序涉及二件或二件以上的物件，是否所有物件都执行了(b)登记步骤1，即开工登记，并将处理结果反馈给读卡器；读卡器通过的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时通过数据采集机或信息显示机的显示屏向操作员显示详细的信息。
在实施以上方法的基础上，可以执行生产统计和质量分析。
生产统计。统计操作人员工作量，读取中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，汇总和统计操作人员的工作量。
质量分析。当出现质量问题时，用制成品上的RFID标签特征值，检索中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，以及与该刷卡信息关联的、在(b)登记步骤1中所记录的刷卡信息，获得制成品在出现质量问题的有关工序的生产情况，包括执行的操作人员、涉及该问题的原料和中间制成品等。
本发明的有益效果在于：系统可以实时地记录和反映生产的动态数据；无线读卡器不受场地的限制，不受强电、电磁噪音的干扰，可以快速部署，运行成本低而可靠，性能价格比高。
本发明可以应用在家电、制鞋、制衣等制造行业，以及仓库等物流行业。

Claims (10)

1.一种基于无线通讯技术的工业控制系统，主要包括有中央处理系统、部署在工业现场的一个或多个生产数据采集机和无线收发器、部署在工业现场的一个或多个无线读卡器、部署在工业现场的信息显示机、RFID等，其特征在于：无线收发器和无线读卡器之间，通过实时的无线通讯方式进行连接；无线收发器和无线读卡器之间是多对多的网状结构，即一个无线读卡器以无线方式发送的数据可以被多个无线收发器接收，一个无线读卡器可以接收多个无线收发器以无线方式发送的数据。
2.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于：中央处理系统和数据采集机之间，通过有线或无线数据网络进行实时的连接；该连接是基于TCP/IP协议。
3.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于：所述的RFID附着在被管理和追踪的对象，如原料、半成品和成品上；所述的RFID是只读的RFID。
4.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于：所述无线读卡器由RFID读卡模块、声音或灯光输出模块、一个或一个以上的无线通讯模块组成。
5.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于：所述无线收发器由二个无线通讯模块组成，以全双工方式工作；并通过USB或RS232/485接口与数据采集机连接。
6.一种基于无线通讯技术的工业控制和管理方法，在包括有中央处理系统，部署在工业现场的生产数据采集机、信息显示机、读卡器和RFID的系统中实现，其特征在于：包括以下步骤，这些步骤以并发而不是串行的方式执行：
(a)加挂RFID标签的步骤，为被管理的对象，如原料和中间制成品等物件加挂RFID标签，并记录到管理系统的数据库中，建立RFID标签和物件的对应关系；
(b)登记步骤1，在开始执行一个工序时，在读卡器上刷挂在原料和中间制成品等物件上的RFID标签；读卡器收到刷卡信号后，通过生产数据采集机，传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录有关的刷卡信息；由中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，并将处理结果通过生产数据采集机反馈给读卡器；读卡器通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时，中央处理系统将处理结果，通过信息显示机以及生产数据采集机的屏幕向操作者提示详细的信息；
(c)回收RFID的步骤，如果工序是将二件或二件以上的物件，物理上加工成为一件制成品，指定其中一件原材料的RFID标签随制成品进入下一工序或成品仓库，并回收其他RFID标签；或者，为制成品加挂另一张RFID标签，并回收其他RFID标签；
(d)登记步骤2，在完成一个工序时，在读卡器上刷挂在被加工物件上的RFID标签；如果工序涉及二件或二件以上的物件，刷以上回收步骤(c)中指定的制成品的RFID标签；读卡器收到刷卡信号后，通过生产数据采集机传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录该次刷卡消息，以及之前与此有关的刷卡信息；中央处理系统检查刷卡信号是否合理，并将处理结果反馈给读卡器；读卡器通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时，中央处理系统将处理结果，通过信息显示机以及生产数据采集机的屏幕向操作者提示详细的信息。
7.根据权利要求6所述的工业控制和管理方法，其特征在于，还包括以下初始化步骤的一个或多个：
(i1)在工业现场部署读卡器时，指定和记录每一个读卡器的位置，指定其可能涉及的工序；
(i2)建立RFID标签和物件的对应关系；特别是建立RFID标签所挂物件，和生产定单的对应关系；
(i3)建立一张生产定单，记录该定单所涉及的每一个生产工序；指定执行每一个工序可能涉及的人员；对每一个工序指定是否需要执行(b)登记步骤1；指定和记录执行每一个工序所涉及的物件，所述物件可以是原料或中间制成品；
(i4)在中央处理系统指定执行一张生产定单的某一个工序的操作人员信息；或者，为每一位操作人员分配一张RFID标签，操作人员分别在上岗和下岗时刷RFID标签，向中央处理系统申报上岗和下岗。
8.根据权利要求6所述的工业控制和管理方法，其特征在于，在(b)登记步骤1中所述的中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，包括以下步骤的一个或多个：
(m1)检查操作人员和被加工物件的相关性，即操作人员是否被指定执行该物件所对应的生产定单，并提取操作人员被指定执行的工序；
(m2)如果工序涉及二件或二件以上的物件，检查这些物件的相关性，如是否属于同一张定单，规格、型号等参数是否匹配等。
9.根据权利要求6所述的工业控制和管理方法，其特征在于，在(d)登记步骤2中所述的中央处理系统检查刷卡信号是否合理，包括以下步骤的一个或多个：
(m3)时间合理性检查，检查登记步骤2是否在登记步骤1之后的合理时间窗口内发生；
(m4)完备性检查；如果工序涉及二件或二件以上的物件，是否所有物件都执行了(b)登记步骤1。
10.根据权利要求8所述的工业控制方法，其特征在于，还包括以下步骤的一个或多个：
(r1)统计操作人员工作量的步骤，读取中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，汇总和统计操作人员的工作量；
(r2)质量分析的步骤，当出现质量问题时，用制成品上的RFID标签特征值，检索中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，以及与该刷卡信息关联的、在(b)登记步骤1中所记录的刷卡信息，获得制成品在出现质量问题的有关工序的生产情况，包括执行的操作人员、涉及该问题的原料和中间制成品等。
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