CN108985417B - 一种基于rfid的纱管追溯系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于RFID的纱管追溯系统及方法，追溯系统包括RFID电子标签识别系统、UID集成系统以及手持式扫描装置，RFID电子标签识别系统包括装有RFID电子标签、读写器、可编程逻辑控制器和存储器，RFID电子标签固定在纱管上，读写器设置在纱管的输送线路上，RFID电子标签与读写器通过射频信号相连接，读写器通过通信接口与可编程逻辑控制器相连接，可编程逻辑控制器与存储器相连接；手持式扫描装置包括手持射频扫描仪，手持射频扫描仪和存储器均与UID集成系统相连接。本发明利用RFID技术实现追踪纱管的生产轨迹，简化了故障排除流程，提高了企业自动化程度和生产效率，且具有安装简单、外形美观、成品率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纺织用纱管及数据追溯的技术领域，尤其涉及一种基于RFID的纱管追溯系统及方法。
背景技术
在纺织生产过程中，纺织机器需要使用数百万只纱管，仅仅用颜色和外观来区分数量如此庞大的纱管是非常困难的，一旦纱管上的纱线出现了质量问题，就需要逐台检查相关的纺织机器来排查故障原因，如此一来耗费企业大量的人力、物力和财力。利用条形码粘贴到纱管的外壁上，纱管转动过程中条形码容易被遮住，影响读取信息。直接将标签粘贴在纱管上，电子标签的厚度会影响纱管的外型结构，进而影响纱线的成形和减少纱管的使用寿命；同时高速旋转影响射频读写，采用铜环电子标签和纱管一体式安装的方法可以使电子标签的磁场不受高速旋转纱管的影响。
发明内容
针对现有纱管的信息读取不方便，容易影响纱管质量和纺织实际生产中无法精确定位纱管的技术问题，本发明提出一种基于RFID的纱管追溯系统及方法，利用RFID技术可以追踪纺织的生产轨迹，纱管和电子标签采用一体式封装，简化了纱管的结构。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于RFID的纱管追溯系统，包括RFID电子标签识别系统、UID集成系统和手持式扫描装置，RFID电子标签识别系统包括装有RFID电子标签、读写器、可编程逻辑控制器和存储器，RFID电子标签固定在纱管上，读写器设置在纱管的输送线路上，RFID电子标签与读写器通过射频信号相连接，读写器通过通信接口与可编程逻辑控制器相连接，可编程逻辑控制器与存储器相连接；所述手持式扫描装置包括手持射频扫描仪，手持射频扫描仪和存储器均与UID集成系统相连接。
所述手持射频扫描仪包括射频读写模块、存储模块、网络模块、电源、显示器和CPU，电源、射频读写模块、存储模块和显示器均与CPU相连接，网络模块与存储模块相连接，网络模块与UID集成系统相连接。
所述RFID电子标签包括天线I、射频接口和控制芯片，控制芯片通过射频接口与天线I相连接；所述控制芯片包括逻辑控制单元、EEPROM和ROM， EEPROM和ROM均与逻辑控制单元相连接；所述射频接口包括调制器、解调器和电压调节器，调制器与解调器相连接，解调器与电压调节器相连接，调制器分别与天线I和逻辑控制单元相连接，电压调节器与EEPROM相连接，解调器与逻辑控制单元相连接；所述读写器包括主机和天线II，主机包括射频通道模块、控制处理模块、I/O接口模块，射频通道模块和I/O接口模块均与控制处理模块相连接，I/O接口模块与天线II相连接。
所述逻辑控制单元还与电源模块相连接，电源模块与稳压单元相连接，稳压单元与整流电路相连接，整流电路与射频接口相连接。
所述纱管的内壁上嵌有隔热固定套，隔热固定套内设有RFID电子标签，所述RFID电子标签为无源蚀刻铝制标签。
所述隔热固定套包括隔热保护套和固定块，电子标签设置在隔热保护套和固定块之间；所述隔热保护套嵌在纱管内壁上，固定块为空心圆柱体，隔热保护套与固定块固定连接；所述固定块和隔热保护套由聚酰亚胺材料制成，电子标签设置在固定块的凹槽内，电子标签外部固定有隔热保护套。
所述读写器上方设有检测光电开关，检测光电开关与可编程逻辑控制器相连接，可编程逻辑控制器与报警模块相连接。
一种基于RFID的纱管追溯系统的追溯方法，其步骤如下：
步骤一：将内置有RFID电子标签的纱管设置在工作机台的各个锭子上，每个预设输送路线上至少设置一个用于读取和输出RFID电子标签的ID数据的读写器；
步骤二：纱管沿不同的预设路线行走到下一个工序，当纱管行进到读写器处时，读写器读取并将RFID电子标签的UID数据发送到可编程逻辑控制器内，可编程逻辑控制器将UID数据发送至存储器进行存储，或者工人手持手持式扫描仪检测预设路线，手持式扫描仪的网络模块将RFID电子标签的UID数据发送至UID集成系统内；
步骤三：当纱管上的纱线在后续使用中发现问题，根据问题纱管上RFID电子标签的UID数据与可编程逻辑控制器中存储的数据相匹配，查找负责生产该批次问题纱线的机台以及该机台对应的具体锭子编号。
每个预设路线至少设置一个用于读取和输出RFID电子标签的ID数据的检测光电开关，检测光电开关检测当前时间段内读写器所在区域是否存在纱管；当纱管行进到检测光电开关处，检测光电开关输出控制信号并传送至可编程逻辑控制器；当检测光电开关向可编程逻辑控制器发出了控制信号，但读写器未返回相应的RFID电子标签的ID数据，则可编程逻辑控制器判断RFID电子标签为缺失或丢失标签，并通过报警模块进行报警。
所述可编程逻辑控制器判断RFID电子标签为丢失标签的方法为：当检测光电开关产生一个完整的高电平信号，并且在该高电平信号存在的时间段内读写器没有返回任何电子标签的UID数据，则RFID电子标签必定为丢失标签。
本发明的有益效果：将纱管和电子标签一体式封装，使每一个外观相同的纱管拥有唯一的ID信息，RFID电子标签内部的数据经由读写器发送到可编程逻辑控制器内，可编程逻辑控制器将数据传输到UID集成系统中进行处理，或者手持射频扫描仪扫描RFID电子标签直接发送到UID集成系统，及时地整合生产数据与电子标签ID数据生成报警信息。本发明通过将纱线的生产信息和纱管内部的电子标签的ID信息相匹配，后续生产过程中如果纱线质量有问题就可以根据纱线所在的纱管来快速锁定异常机台号；利用RFID技术实现追踪纱管的生产轨迹，简化故障排除的流程，提高了企业自动化程度和生产效率。相对于标签和纱管分离的系统来说，本发明具有安装简单、外形美观、成品率高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的电子标签的结构示意图。
图3为本发明的电子标签的内部结构示意图。
图4为本发明的电子标签的内部原理图。
图5为本发明的读写器的内部原理图。
图6为本发明手持式射频扫描仪的内部原理图。
图中，1为纱管，2为隔热固定套，21为固定块，22为隔热保护套，3为电子标签，4为读写器，6为检测光电开关，7为手持式射频扫描仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种基于RFID的纱管追溯系统，包括RFID电子标签识别系统、UID集成系统和手持式扫描装置，RFID电子标签识别系统包括装有RFID电子标签3、读写器4、可编程逻辑控制器和存储器，RFID电子标签3固定在纱管1上，读写器4设置在纱管1的输送线路上，RFID电子标签3与读写器4通过射频信号相连接，读写器4通过通信接口与可编程逻辑控制器相连接，可编程逻辑控制器与存储器相连接；所述手持式扫描装置包括手持射频扫描仪7，手持射频扫描仪7和存储器均与UID集成系统相连接。
如图2所示，纱管1内壁上嵌有隔热固定套2，隔热固定套2内设有电子标签3。隔热固定套2内嵌于纱管1的塑料内部，隔热固定套2具有固定和隔热保护电子标签3的作用。所述纱管1为纺织领域常用的纱管，此处不再赘述。
如图3所示，隔热固定套2包括隔热保护套22和固定块21，RFID电子标签3设置在隔热保护套22和固定块21之间，有利于保护RFID电子标签3不受高温的影响。所述隔热保护套22嵌在纱管1内壁上，固定块21为空心圆柱体，隔热保护套22与固定块21固定连接。固定块21和隔热保护套22的厚度和高度可以根据所使用的纱管和电子标签的尺寸确定。
优选地，所述固定块21和隔热保护套22由聚酰亚胺材料制成，电子标签3设置在固定块21的凹槽内，电子标签3外部固定有隔热保护套22。聚酰亚胺为高分子材料，具有耐高温的特性，最高使用温度可达300摄氏度。将电子标签3在200摄氏度的高温下封装到纱管1的塑料的内部，将电子标签3镶嵌到聚酰亚胺中可以保证电子标签在封装到纱管1的塑料内部时不受高温的影响。
优选地，所述电子标签3为铜制圆环状RFID电子标签，便于嵌入隔热保护套22。电子标签3与固定块21相匹配，固定块21将电子标签3封装固定。电子标签3中的芯片可以写入数据，并且每一个电子标签中的数据信息都是全球唯一的，所以利用电子标签3中全球唯一的数据就可以将纱管1在实际的生产中区分出来。所述隔热固定套2固定在刷管1的中部，保持纱管的平衡，不影响纱管1的转动。
如图4所示，所述RFID电子标签3主要由天线I、射频接口和芯片组成，芯片通过射频接口与天线I相连接。射频接口又包括调制器、解调器和电压调节器，调制器与解调器相连接，解调器与电压调节器相连接，调制器与天线I相连接。芯片包括逻辑控制单元、ROM和EEPROM，ROM和EEPROM均与逻辑控制单元相连接，EEPROM与电压调节器相连接，解调器与逻辑控制单元相连接。逻辑控制单元还与电源模块相连接，电源模块与稳压单元相连接，稳压单元与整流电路相连接，整流电路与射频接口相连接。
天线I包括射频发射天线和射频接收天线，负责发射和接收电磁波，是电子标签与读写器之间联系的桥梁。由逻辑控制单元传出的数据需要经过调制器的调制以后才能加载到天线I上，成为无线可以传输的射频信号，解调器负责将经过调制的信号加以解调，将载波去除以获得最初的调制信号。电压调节器主要用来把读写器接收来的射频信号转化为直流电源，并且经过其内部的储能装置（大电容）将能量储存起来，再通过稳压电路以确保稳定的电源供应。逻辑控制单元负责对读写器传送过来的信号进行译码，并且按照读写器的要求回传数据。ROM和EEPROM储存单元主要用于储存RFID电子标签3运行产生的数据或者识别数据。
如图5所示，读写器4包括天线II和主机，主机主要由射频通道模块、控制处理模块和I/O接口模块组成，天线II与I/O接口模块相连接，射频通道模块和I/O接口模块均与控制处理模块相连接。天线II也包括发射天线和接收天线发射，天线II发射由射频通道模块产生的射频载波，并且接收从标签发射回来的射频载波。射频通道模块主要的主要功能是：将读写器欲发往RFID电子标签的命令调制到射频信号上，经发射天线发射出去；对RFID电子标签返回到读写器的回波信号解调处理。控制处理模块是读写器的智能单元，其主要功能包括实现发送到电子标签命令的编码、回波信号的解码、差错控制、读写命令流程策略控制和I/O控制等。I/O接口模块用于实现读写器和外部传感器、控制器以及应用系统主机之间的输入与输出通信。本发明中可编程逻辑控制器通过读写器的I/O接口模块与读写器建立通信，从而将读写器4读取的RFID电子标签3的ID数据传送至可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器将数据传送至存储器进行存储，为后续进行数据管理做准备。
如图6所示，手持射频扫描仪7包括射频读写模块、存储模块、网络模块、电源、显示器和CPU，电源、射频读写模块、存储模块和显示器均与CPU相连接，网络模块与存储模块相连接，网络模块与UID集成系统相连接。显示器用于显示读取信息。手持射频扫描仪7可以代替读写器4完成纱管1中RFID电子标签3的UID数据读取工作。手持射频扫描仪7将读取到的RFID电子标签3的UID数据存放到自身存储模块内，然后通过网络模块将数据传送到网络数据库内。
UID集成系统根据网络数据库中手持射频扫描仪7检测的数据或读写器4读取的数据与实际生产数据进行整合。每一个电子标签4内部都存储有全球唯一的UID编号，当某一个电子标签4在实际的生产过程中被读写器检测到时，读写器将此电子标签的UID传送到可编程逻辑控制器内，并且可编程逻辑控制器自动生成该时刻的具体时间戳。UID集成系统通过该时间戳和粗纱机生产计划相匹配便可追溯到纱管所对应的具体生产数据。
优选地，所述读写器4上方设有链条检测光电开关6，检测光电开关6与可编程逻辑控制器相连接，可编程逻辑控制器与报警模块相连接。
本发明将电子标签3内嵌于隔热保护套22的内部，然后将隔热保护套22内嵌于纱管1的塑料中，采用一体式的设计使纱管的结构更加简单，极大的降低了后期维护的成本。纱管1在实际的生产过程中会经常从高处掉落到地面上，采用一体式设计可以有效的解决电子标签因震动而损坏的问题。
本发明将纱管和RFID电子标签一体式封装，使每一个外观相同的纱管拥有唯一的ID数据，RFID电子标签经过RFID电子标签识别系统和手持式纱管扫描装置之后将电子标签的UID数据记录到存储器内部，存储起来的UID数据通过UID集成系统存入数据库内，并且完成UID数据和实际生产过程中的数据匹配。后续生产过程中如果纱线质量有问题就可以根据纱线所在的纱管通过问题纱管查询系统快速锁定异常机台号，简化故障排除的流程，提高企业自动化程度和生产效率。相对于标签和纱管分离的系统来说，本发明具有安装简单、外形美观、成品率高的优点。
实施例2
一种基于RFID的纱管追溯方法，纱管1会在完成纺纱时按照某种特定的预设线路运输，当纱管1行进到读写器4处时，所述读写器4将电子标签3的ID信息发送到可编程逻辑控制器内，从而实现标签ID信息和实际生产数据的匹配。其步骤如下：
步骤一：将内置有RFID电子标签3的纱管1设置在工作机台的各个锭子上，每个预设输送路线上至少设置一个用于读取和输出RFID电子标签3的ID数据的读写器4；
步骤二：纱管1沿不同的预设路线行走到下一个工序，当纱管1行进到读写器4处时，读写器4读取并将RFID电子标签3的UID数据发送到可编程逻辑控制器内，可编程逻辑控制器将读写器4中读取的RFID电子标签3的UID数据存入存储器内，并且自动生成一个当前时间戳，该时间戳即为RFID电子标签3所在纱管1的结束生产时间，然后将UID数据及时间戳发送至存储器进行存储；或者工人手持手持式扫描仪7检测预设路线，手持式扫描仪7的网络模块将RFID电子标签3的UID数据发送至UID集成系统内；
步骤三：当纱管1上的纱线在后续使用中发现问题，根据问题纱管1上RFID电子标签3的UID数据与可编程逻辑控制器中存储的数据相匹配，查找负责生产该批次问题纱线的机台以及该机台对应的具体锭子编号。
每个预设路线至少设置一个用于读取和输出RFID电子标签3的ID数据的检测光电开关6，检测光电开关6检测当前时间段内读写器4所在区域是否存在纱管1；当纱管1行进到检测光电开关6处，检测光电开关6输出控制信号并传送至可编程逻辑控制器；当检测光电开关6向可编程逻辑控制器发出了控制信号，但读写器4未返回相应的RFID电子标签3的ID数据，则可编程逻辑控制器判断RFID电子标签3为缺失或丢失标签，并通过报警模块进行报警。
在实际的生产中，还有可能出现纱管1上没有RFID电子标签3或者是RFID电子标签3损坏的情况，这时候如果仍然采用上述的纱管追溯系统及方法同样不能实现问题机台的定位。在每一个读写器4上配备了一个检测光电开关6，检测光电开关6能够检测其光线位置处是否存在纱管1，如图1所示。本发明能够有效的避免因电子标签3缺失或者是损坏而造成数据丢失的情况，并且能够精确的定位故障机台，保证纱管追溯系统的正常运行。
在实际生产过程中，当纱线质量出现问题时，本发明不仅可以快速的完成问题机台的定位而且可以精确定位到机器的问题锭子号，降低了排查问题的工作量和人力资源的浪费，提高了生产效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于RFID的纱管追溯系统，其特征在于，包括RFID电子标签识别系统、UID集成系统和手持式扫描装置，RFID电子标签识别系统包括装有RFID电子标签（3）、读写器（4）、可编程逻辑控制器和存储器，RFID电子标签（3）固定在纱管（1）上，读写器（4）设置在纱管（1）的输送线路上，RFID电子标签（3）与读写器（4）通过射频信号相连接，读写器（4）通过通信接口与可编程逻辑控制器相连接，可编程逻辑控制器与存储器相连接；所述手持式扫描装置包括手持射频扫描仪（7），手持射频扫描仪（7）和存储器均与UID集成系统相连接；
所述纱管（1）的内壁上嵌有隔热固定套（2），隔热固定套（2）内设有RFID电子标签（3）；
所述UID集成系统根据网络数据库中手持射频扫描仪（7）检测的数据或读写器（4）读取的数据与实际生产数据进行整合。
2.根据权利要求1所述的基于RFID的纱管追溯系统，其特征在于，所述手持射频扫描仪（7）包括射频读写模块、存储模块、网络模块、电源、显示器和CPU，电源、射频读写模块、存储模块和显示器均与CPU相连接，网络模块与存储模块相连接，网络模块与UID集成系统相连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于RFID的纱管追溯系统，其特征在于，所述RFID电子标签（3）包括天线I、射频接口和控制芯片，控制芯片通过射频接口与天线I相连接；所述控制芯片包括逻辑控制单元、EEPROM和ROM， EEPROM和ROM均与逻辑控制单元相连接；所述射频接口包括调制器、解调器和电压调节器，调制器与解调器相连接，解调器与电压调节器相连接，调制器分别与天线I和逻辑控制单元相连接，电压调节器与EEPROM相连接，解调器与逻辑控制单元相连接；所述读写器（4）包括主机和天线II，主机包括射频通道模块、控制处理模块、I/O接口模块，射频通道模块和I/O接口模块均与控制处理模块相连接，I/O接口模块与天线II相连接。
4.根据权利要求3所述的基于RFID的纱管追溯系统，其特征在于，所述逻辑控制单元还与电源模块相连接，电源模块与稳压单元相连接，稳压单元与整流电路相连接，整流电路与射频接口相连接。
5.根据权利要求1或2所述的基于RFID的纱管追溯系统，其特征在于，所述RFID电子标签（3）为无源蚀刻铝制标签。
6.根据权利要求5所述的基于RFID的纱管追溯系统，其特征在于，所述隔热固定套（2）包括隔热保护套（22）和固定块（21），RFID电子标签（3）设置在隔热保护套（22）和固定块（21）之间；所述隔热保护套（22）嵌在纱管（1）内壁上，固定块（21）为空心圆柱体，隔热保护套（22）与固定块（21）固定连接；所述固定块（21）和隔热保护套（22）由聚酰亚胺材料制成，RFID电子标签（3）设置在固定块（21）的凹槽内，RFID电子标签（3）外部固定有隔热保护套（22）。
7.根据权利要求1所述的基于RFID的纱管追溯系统，其特征在于，所述读写器（4）上方设有检测光电开关（6），检测光电开关（6）与可编程逻辑控制器相连接，可编程逻辑控制器与报警模块相连接。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的基于RFID的纱管追溯系统的追溯方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：将内置有RFID电子标签（3）的纱管（1）设置在工作机台的各个锭子上，每个预设输送路线上至少设置一个用于读取和输出RFID电子标签（3）的ID数据的读写器（4）；
步骤二：纱管（1）沿不同的预设路线行走到下一个工序，当纱管（1）行进到读写器（4）处时，读写器（4）读取并将RFID电子标签（3）的UID数据发送到可编程逻辑控制器内，可编程逻辑控制器将UID数据发送至存储器进行存储，或者工人手持手持射频扫描仪（7）检测预设路线，手持射频扫描仪（7）的网络模块将RFID电子标签（3）的UID数据发送至UID集成系统内；
步骤三：当纱管（1）上的纱线在后续使用中发现问题，根据问题纱管（1）上RFID电子标签（3）的UID数据与可编程逻辑控制器中存储的数据相匹配，查找负责生产该批次问题纱线的机台以及该机台对应的具体锭子编号。
9.根据权利要求8所述的基于RFID的纱管追溯方法，其特征在于，每个预设路线至少设置一个用于读取和输出RFID电子标签（3）的ID数据的检测光电开关（6），检测光电开关（6）检测当前时间段内读写器（4）所在区域是否存在纱管（1）；当纱管（1）行进到检测光电开关（6）处，检测光电开关（6）输出控制信号并传送至可编程逻辑控制器；当检测光电开关（6）向可编程逻辑控制器发出了控制信号，但读写器（4）未返回相应的RFID电子标签（3）的ID数据，则可编程逻辑控制器判断RFID电子标签（3）为缺失或丢失标签，并通过报警模块进行报警。
10.根据权利要求8所述的基于RFID的纱管追溯方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器判断RFID电子标签为丢失标签的方法为：当检测光电开关（6）产生一个完整的高电平信号，并且在该高电平信号存在的时间段内读写器（4）没有返回任何RFID电子标签（3）的UID数据，则RFID电子标签（3）为丢失标签。
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