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，介紹了電表檢測線和RFID技術(shù)，以及圖爾克RFID系統(tǒng)在智能電表檢測線中的應(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越廣泛，除了國家電網(wǎng)公司的大批量采購以外，商業(yè)地產(chǎn)、市政建筑、學(xué)校、醫(yī)院、工業(yè)現(xiàn)場、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)前我國智能電表用戶數(shù)已經(jīng)超過1.4億。預(yù)計(jì)，國家電網(wǎng)公司智能電表和用電管理系統(tǒng)每年的市場都在160億元以上。最近幾年，隨著工業(yè)領(lǐng)域開始推廣工業(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，和外國先進(jìn)技術(shù)水平相比，國內(nèi)的智能電表產(chǎn)品具有無法替代的優(yōu)勢。比如，國產(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國情，并且在客戶需求響應(yīng)方面也比國外產(chǎn)品更加靈活。所以，在這些優(yōu)勢的推動下，我國智能電表行業(yè)的市場前景將越來越廣闊。

圖1 智能電表

2 智能電表檢測線與RFID系統(tǒng)

2.1 智能電表檢測線

智能電表的生產(chǎn)制造過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、功能測試、走字等多道工序。其中，校表、驗(yàn)表、參數(shù)設(shè)置、功能測試、走字等工序都屬于檢測的相關(guān)工作，大約占電表生產(chǎn)制造全過程的70%。

一直以來，電表的檢測工作一般會采用傳統(tǒng)的人工方式，工作效率低，運(yùn)營成本高，且檢測結(jié)果和操作人員的技術(shù)能力關(guān)系密切，很難保證檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測結(jié)果的一致性。所以，為了提高檢測質(zhì)量和效率，充分利用自動控制技術(shù)對智能電表進(jìn)行自動化流水線檢定勢在必行。

現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的是鏈板托盤式自動檢測線，如圖2所示，其功能比較全面，且檢測效率較高。每個(gè)托盤會根據(jù)所產(chǎn)電表的外形定制化加工，托盤會在檢測線上循環(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)，電表托盤被鏈板式輸送線運(yùn)達(dá)測試工作區(qū)后，PLC控制托盤依次進(jìn)入檢測位，定位氣缸把托盤升起，然后控制測試設(shè)備的測試針與電表的相關(guān)接線端子自動對接，開始檢測。檢測結(jié)束后，測試針從電表的接線端子自動拔出，電表托盤由輸送線運(yùn)出檢測區(qū)。由于自動線設(shè)計(jì)有等待檢測緩沖區(qū)，上一組電表在檢測區(qū)接受檢測的同時(shí)，下一組的電表已經(jīng)被運(yùn)送到了檢測工位附近的待檢區(qū)，這樣減少了檢測工位等待的時(shí)間，極大地提高了檢測線的運(yùn)行效率。

圖2 鏈板托盤式自動檢測線

智能電表的自動化檢測線是隨著電子技術(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。

2.2 RFID技術(shù)

無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合），實(shí)現(xiàn)對被識別物體的自動識別和數(shù)據(jù)交換。RFID射頻識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)的組成也會略有區(qū)別，但基本都是由讀寫器、電子標(biāo)簽和通信接口等組成。電子標(biāo)簽和讀寫器都裝有天線，電子標(biāo)簽工作所需要的能量可從讀寫器的射頻場內(nèi)直接獲得。

根據(jù)電子標(biāo)簽和讀寫器之間傳輸信息所使用的頻率，工業(yè)現(xiàn)場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)場干擾能力強(qiáng)，所以是工業(yè)現(xiàn)場主要使用的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)工藝來決定。

2.3 圖爾克RFID系統(tǒng)的應(yīng)用

智能電表檢測線的RFID識別系統(tǒng)可以說是整個(gè)檢測車間的神經(jīng)末梢，它可以實(shí)時(shí)采集托盤上載碼體內(nèi)的信息，讓車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠及時(shí)掌握檢測線的運(yùn)作情況，從而對整個(gè)生產(chǎn)過程進(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)的電表檢測系統(tǒng)RFID要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能如下：

· 電表托盤隊(duì)列信息采集；

· 電表托盤定位跟蹤；

· 電表托盤路由選擇；

· 電表各項(xiàng)檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)綁定。

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

（1）總線系統(tǒng)選用工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET，現(xiàn)場各工位的RFID讀寫頭就近接入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讀寫器選用圖爾克公司BLident系列高頻（HF）產(chǎn)品。

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

圖4 RFID智能電表檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

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

圖5 載碼體及讀寫頭安裝示意圖

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操作的西門子功能塊，用戶無需關(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。通過使用圖爾克RFID功能塊如圖6所示，簡化了編程過程，降低了編程難度，也使得現(xiàn)場維護(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

通過使用圖爾克的RFID系統(tǒng)，提高了整條檢測線的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和檢測效率，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能都得到了較好實(shí)現(xiàn)，并且通過了長時(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)，整套智能電表檢測系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中穩(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

對于讀寫距離要求較近的應(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、料筐等載具上，進(jìn)行閉環(huán)的反復(fù)讀寫；針對讀寫距離要求較遠(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)的讀寫操作。

圖6 圖爾克RFID功能塊

總之，針對智能電表行業(yè)，圖爾克基于現(xiàn)場總線技術(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)等級等諸多特點(diǎn)，在電表的原材料管理、生產(chǎn)、檢測、運(yùn)輸及使用等過程中，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)場總線及RFID。