图尔克RFID系统在智能电表检测线中的应用

图尔克（天津）传感器有限公司 只 凯

图尔克RFID系统在智能电表检测线中的应用

图尔克（天津）传感器有限公司 只 凯

本文结合智能电表行业的发展现状，介绍了电表检测线和RFID技术，以及图尔克RFID系统在智能电表检测线中的应用。

智能电表；图尔克；RFID

1 行业背景

现今，智能电表的使用范围越来越广泛，除了国家电网公司的大批量采购以外，商业地产、市政建筑、学校、医院、工业现场、精密制造、交通基础设施、数据中心、通信等，都在大规模使用。

相关报告显示，当前我国智能电表用户数已经超过1.4亿。预计，国家电网公司智能电表和用电管理系统每年的市场都在160亿元以上。最近几年，随着工业领域开始推广工业节能系统和绿色建筑系统，以及电力测量系统、电力节能分析系统、能耗管理系统的需要，我国智能电表行业已经进入了高速发展的关键时期。

而且，和外国先进技术水平相比，国内的智能电表产品具有无法替代的优势。比如，国产智能电表在标准符合度、功能配置和人机界面等方面更加适合中国国情，并且在客户需求响应方面也比国外产品更加灵活。所以，在这些优势的推动下，我国智能电表行业的市场前景将越来越广阔。

图1 智能电表

2 智能电表检测线与RFID系统

2.1 智能电表检测线

智能电表的生产制造过程一般包括电路板的贴片加工、电表组装、校表、验表、参数设置、功能测试、走字等多道工序。其中，校表、验表、参数设置、功能测试、走字等工序都属于检测的相关工作，大约占电表生产制造全过程的70%。

一直以来，电表的检测工作一般会采用传统的人工方式，工作效率低，运营成本高，且检测结果和操作人员的技术能力关系密切，很难保证检测标准和检测结果的一致性。所以，为了提高检测质量和效率，充分利用自动控制技术对智能电表进行自动化流水线检定势在必行。

现在应用最为广泛的是链板托盘式自动检测线，如图2所示，其功能比较全面，且检测效率较高。每个托盘会根据所产电表的外形定制化加工，托盘会在检测线上循环使用。链板式传输系统的优点是可以轻松实现转弯、分道等工作。生产线运行时，电表托盘被链板式输送线运达测试工作区后，PLC控制托盘依次进入检测位，定位气缸把托盘升起，然后控制测试设备的测试针与电表的相关接线端子自动对接，开始检测。检测结束后，测试针从电表的接线端子自动拔出，电表托盘由输送线运出检测区。由于自动线设计有等待检测缓冲区，上一组电表在检测区接受检测的同时，下一组的电表已经被运送到了检测工位附近的待检区，这样减少了检测工位等待的时间，极大地提高了检测线的运行效率。

图2 链板托盘式自动检测线

智能电表的自动化检测线是随着电子技术、通信技术以及控制技术的快速发展而兴起的新兴技术，代表了计量检定技术的发展趋势。

2.2 RFID技术

无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合），实现对被识别物体的自动识别和数据交换。RFID射频识别的基本原理框图如图3所示。

图3 RFID基本原理框图

根据应用环境的不同，RFID系统的组成也会略有区别，但基本都是由读写器、电子标签和通信接口等组成。电子标签和读写器都装有天线，电子标签工作所需要的能量可从读写器的射频场内直接获得。

根据电子标签和读写器之间传输信息所使用的频率，工业现场RFID系统常用的工作频率包括：高频（HF）和超高频（UHF）。由于高频产品抗工业现场干扰能力强，所以是工业现场主要使用的RFID频率；而超高频产品的特点是具有可以修改的EPC码，并且可以直接读取EPC码，价格还便宜。具体项目选择哪种频率的产品，主要还是要根据实际的工作环境和生产工艺来决定。

2.3 图尔克RFID系统的应用

智能电表检测线的RFID识别系统可以说是整个检测车间的神经末梢，它可以实时采集托盘上载码体内的信息，让车间生产管理系统能够及时掌握检测线的运作情况，从而对整个生产过程进行实时地控制管理，并指导相关设备的运行。经过与相关设备及工艺人员的交流沟通，设计的电表检测系统RFID要实现的各项功能如下：

· 电表托盘队列信息采集；

· 电表托盘定位跟踪；

· 电表托盘路由选择；

· 电表各项检测结果的数据绑定。

经过项目前期的实地调研与技术交流，确定智能电表检测系统采用的硬件设备类型如下：

（1）总线系统选用工业以太网PROFINET，现场各工位的RFID读写头就近接入PROFINET I/O远程站中，经由PROFINET连接主控PLC。

（2）主控PLC选用西门子S7－300系列。

（3）PROFINET远程I/O从站选用图尔克公司BL20系列产品。

（4）RFID读写器选用图尔克公司BLident系列高频（HF）产品。

RFID智能电表检测系统基本结构如图4所示。

图4 RFID智能电表检测系统基本结构图

在检测线的产品上线、托盘分道、待检缓冲区入口及出口、检测区入口及出口、下线区入口安装图尔克TN-M30-H1147读写头；在电表托盘的底部，安装图尔克TW-R30-B128载码体如图5所示。在电表上线工位，使用读写头读出电表托盘载码体编号信息，并与其承载的电表进行数据绑定；在托盘分道位置，通过读出的托盘编号，选择其行进路径；通过待检缓冲区出入口的读写头读取托盘载码体信息，记录区域内电表的队列信息；通过检测区出入口的读写头读取电表托盘载码体信息，二次确认待检区的电表队列信息，并将各项检测结果与其对应的电表进行数据绑定；在下线工位，使用读写头读取托盘载码体数据，得到相应电表的检测数据，并根据得到的数据对电表进行分类装箱，完成检测线的最终任务。

图5 载码体及读写头安装示意图

软件上，为了方便编程和后期维护，图尔克提供了可用于RFID操作的西门子功能块，用户无需关注具体的数据处理方式，只需了解封装后的各管脚含义即可完成程序编写。通过使用图尔克RFID功能块如图6所示，简化了编程过程，降低了编程难度，也使得现场维护人员可以及时了解RFID系统的实时工作状态，并且减少了设备的维护时间，保证了生产线的连续不间断运行。

2.4 RFID系统的使用效果

通过使用图尔克的RFID系统，提高了整条检测线的数据稳定性和检测效率，系统的各项功能都得到了较好实现，并且通过了长时间的连续不间断生产考验。这主要得益于RFID系统卓越的性能和显著的特点，整套智能电表检测系统在生产运行过程中稳定性、可靠性和高效性被进一步优化和提升，达到了用户的期望。

3 展望

对于读写距离要求较近的应用环境，可选用图尔克高频（HF）RFID产品，并将载码体（TAG）安装在托盘、料筐等载具上，进行闭环的反复读写；针对读写距离要求较远的应用环境，可选用图尔克超高频（UHF）RFID产品，并将载码体（TAG）安装在载具、产品或包装箱上，进行相应的读写操作。

图6 图尔克RFID功能块

总之，针对智能电表行业，图尔克基于现场总线技术的BLident系列RFID产品，凭借其多协议支持、多通道集成、兼容常规I/O以及拥有多种防护等级等诸多特点，在电表的原材料管理、生产、检测、运输及使用等过程中，拥有更广阔的应用空间。

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

只凯（1983-），男，天津人，工程师，天津大学工程硕士，现任图尔克（天津）传感器有限公司RFID产品经理，主要研究方向为工业现场总线及RFID。