RFID技术在制丝加香加料防错牌系统的应用

Application of Radio Frequency Identification for Brand Error Prevention System

for Cut Tobacco Aromatizing Process

吴雄劲

(厦门烟草工业有限责任公司，福建 厦门　361022)

RFID技术在制丝加香加料防错牌系统的应用

Application of Radio Frequency Identification for Brand Error Prevention System

for Cut Tobacco Aromatizing Process

吴雄劲

(厦门烟草工业有限责任公司，福建 厦门361022)

摘要：目前，基于移动罐的加香加料方式已被广泛使用在烟草制丝生产线上。为了确保移动罐加香加料生产过程中信息传递的准确性，避免发生错牌工艺事故，建立了基于RFID的加香加料防错牌系统。研究了移动罐加香加料的生产过程，通过RFID和PLC技术实现香料信息编码及相关数据的读/写和校验，在保障香料牌号信息的正确存取和传递的基础上实现信息校验功能。投入使用后发现，防错牌系统能保障加香加料信息的准确性，降低了人工成本，为产品品质提供了技术保障，具有一定的推广价值。

作者吴雄劲(1986-)，男，2007年毕业于山东大学自动化专业，获学士学位，工程师；主要从事烟草制丝设备的研究。

关键词：烟草制丝线移动罐罐装无线射频识别技术加香加料防错牌香料信息

Abstract：At present, the aromatizing process based on moving jar filling mode has been widely used for cut tobacco production lines. In order to ensure the accuracy of the information transfer in such production process, and avoid brand error accident, the brand error prevention system is setup based on RFID. The production process of moving jar aromatizing and feeding is researched, the aromatizer information encoding and the read/write and check of relevant data are implemented using RFID and PLC technologies, On the basis of ensuring correctly access and transfer the brand code information, the check function of information is implemented. Having been put into service, it is found that the error brand prevention system can ensure the accuracy of aromatizing and feeding information, reduce the labor costs, and provide technical support for quality of products. The system possesses certain promotional value.

Keywords：Cut tobacco production lineMoving jar fillingRadio frequency identification technologyAromatizing and feeding Brand error preventionAromatizer information

0引言

在烟草制丝生产线中，加香加料工序起着重要作用。厦门烟草工业有限责任公司建立了独立的香料调制中心，通过移动罐方式进行加香加料。目前，国内烟草行业中类似方式是在香料调制中心将香料调制好后罐装到移动罐内，然后配送到生产现场进行加香加料。对香料的监控采取料罐号和人工插牌号等人工识别方式来防止错牌。近年来，射频识别技术 (radio frequency identification，RFID)广泛应用在烟草物流系统。RFID标签存储的唯一商品标志可以通过编码存储大量与物资相关的信息，借助于电子标签识别及校验技术保证配送的准确性[1]。与以往的接触式识别方式相比，RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可自动完成信息输入和处理，并且具有体积小、信息容量大、操作方便快捷[2]、读写速度快等优点。随着国家局打造数字化工厂概念的提出，RFID标签广泛应用在烟草制造企业供应链管理上[3]。香精香料配送方式的本质也是物流配送方式，即通过建立信息编码，在香料调制中心将信息写入香料移动罐上RFID电子标签，并在相关加香加料点读出RFID电子标签信息，通过加香加料控制系统校验方式进行确认，避免了人工确认的复杂性，降低了出错率，保证安全生产。

1系统结构

基于RFID技术的加香加料防错牌系统由信息系统和电子标签读写校验系统两大部分组成，系统架构如图1所示。信息系统主要由生产制造执行系统MES、制丝中控系统、香料调制中心中控系统三大部分组成。MES系统根据市场需求进行排产，将配香配料任务预发给香料调制中心中控系统，指挥香料中心电控系统与现场信息相结合，根据当前的生产任务进行香料调制。在完成香料配送的基础上，MES将制丝生产线的加工任务发送给制丝中控系统，通过BATCH服务器将任务下发到对应加工工序电控系统上。电子标签读写校验系统主要由香料中心电控系统与制丝生产线电控系统组成。香料中心电控系统采用Siemens 416-3的PLC，通过443-1ADV与香料中控系统进行生产。当完成配香配料后，通过罐装点读写设备将生产信息写入对应的移动罐电子标签。制丝电控系统采用Siemens 414-3的PLC，通过443-1ADV与制丝生产线中控系统进行生产信息交互。当执行生产任务时，通过加香加料点读写设备将移动罐对应的电子标签信息读出，并与在制品进行信息校验。

图1　系统架构图

2关键技术实现

2.1　RFID工作频率的确定

我们对市面上分别处于不同工作频率(低频、高频和超高频)的电子标签及其读写设备进行了测试比较。125 kHz、13．56 MHz和915 MHz三个工作频段的RFID硬件设备的测试结果如表1所示。从表1可以看出，13.56 MHz工作频率的硬件在存储容量、读写能力、穿透性能、识读效果及形状大小等方面更具优越性，因此，选定13．56 MHz作为本项目应用的工作频率[4]。电子标签选择的型号为TW-R50-B128，选用固定式读写设备，其型号为TN-Q80-H1147。

表1　不同工作频段RFID比较

2.2　RFID与PLC之间的通信

PLC作为一种高可靠性的控制装置，与RFID进行数据通信，不但可以实现对每一个生产过程的控制与管理，而且可以提高自动化生产流水线的生产效率[5]。在烟草制丝线上，PLC已经被广泛应用。利用PLC和RFID标签实现信息传输，可以极大降低投入成本。RFID标签存储的唯一商品标志号可以通过编码存储与物资相关的信息[6]。

目前，流行的解决方法是双方同时提供某种标准接口(如DeviceNet、ProfiBus等)进行通信，或者利用RFID系统提供的通信指令，通过串口通信的方式来实现[7]。如选用标准接口ProfiBus进行通信，选择接口模块的型号为TI-BL67-DPV0-4。PLC与RFID之间的硬件连接图如图2所示。

图2PLC与RFID之间的硬件连接图

Fig.2Hardware connections between PLC and RFID

2.3　程序的编写

香料信息处理校验过程如图3所示。

图3　香料信息处理及校验流程图

第一步，在香料调制中心的PLC中编写RFID读写程序。首先，规划电子标签的数据结构UDT，并在PLC数据块中设计用于存取电子标签信息的空间。然后，编写对电子标签读写的程序块FB (RFID read & write)。在存储牌号信息时用牌号代码进行储存，牌号代码和牌号名称是一一对应的关系，用字母表示。例如：牌号七匹狼(蓝)C线，牌号代码为 QPL(L)C。代码相对于牌号名称，占用字节少，读写速度快，并且不易出错。除了牌号代码，电子标签还可以储存料液罐装质量、现场试验量等信息，方便料液信息的管理。

第二步，在加香加料的PLC中编写RFID读写、判断香料牌号信息是否一致，不一致时禁止加香加料的程序。首先，料罐运输到现场后，用RFID读取牌号代码并存储在RFID数据块。然后把牌号代码信息分别从Batch数据块和RFID数据块复制到加香加料PLC的同一个数据块中。最后编写牌号代码比较程序，代码一致时生产，不一致时禁止生产并产生报警。

第三步，采用VBA语言编写香料牌号信息不一致时，操作界面上出现报警画面的程序。程序代码如下。

Public Function CheckCasingCode()

Dim CheckBit As Boolean

CheckBit = readvalue("Fix32.XMFIX.D1111_Casing_Alarm_Bit.F_CV")

∥读取加料罐料号不一致的报警信息位

If CheckBit = True Then

∥如果报警位为1，则显示报警

textAlarm.Visible = True

∥报警显示

Else

textAlarm.Visible = flase

EndIf

End Function

3应用效果

系统投入运行后，为了验证其可靠性，连续跟踪3个月，每月100批用RFID读取料液信息，并人为制造一些拉错料罐的情况。

系统使用效果如表2所示。

表2　系统使用效果

当香料牌号与生产批次所需香料牌号一致时，正常生产；香料牌号与生产所需的牌号不一致时，系统能够禁止设备运行并给出错牌报警，禁止设备启动和给出错牌报警准确率达到100%。

4结束语

通过RFID技术在加香加料防错牌系统中的应用，

保证了生产过程相关数据正确可靠及时的传递。控制系统自身具有自我判断功能以后，减少了操作人员进行香料牌号管理的时间，提高了操作人员的工作效率，为保证产品质量提供了坚实的保障。

测试结果表明，系统具有功能强大、工作稳定和使用便捷等特点，能够满足对加香加料牌号管理工作的需要。同时，该系统为公司的高强度、大批量生产提供了坚实的保障，也为行业内的其他企业提供参照和技术支持。

参考文献

[1] 胡文艺,曾维周,阚瑷珂.基于轮询机制的RFID读卡系统的设计与实现[J].成都理工大学学报,2012(5):549-554.

[2] 刘玉娟,田春杰.基于学校RFID应用系统的研究[J].商品与质量：学术观察，2011(10):73-76.

[3] 付永民,吕建华,黄梦菊.RFID在烟草制丝线的应用[J].硅谷，2010(23)：195-196.

[4] 胡文锋,王玲玲,翁绍捷.RFID技术在高校实验室设备管理中的应用[J].科技资讯，2011(32):33-34.

[5] 杨艳,徐世,许王伟.PLC与RFID控制器的无协议通信[J].电气时代,2009(3):102-104.

[6] 李钰靓,方柏杨，钱永安，等.基于Profibus的烟丝装箱RFID应用控制系统[J].烟草科技，2011(12):14-16.

[7] 王佳婧,侯秀萍.基于层次自动机和模型检测的UML状态图检测方法[J].硅谷，2010(23)：178-179.

中图分类号：TP273

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201501019

修改稿收到日期：2014-06-17。