西门子RFID在PROFIBUS总线上的应用

庞 博

（广西工业技师学院 广西南宁 530031）

引言

西门子RFID在PROFIBUS总线上的应用作为大学的一门专业课，西门子的课程设置比较合理，但由于西门子的实际操作性较强，因此，笔者认为这门课的内容应该更多地涉及P塑机的使用、工业工程等相关的技术问题，而这些都是教学的重点和难点，所以我选择了对西门子的部分课进行研究，并将其与其他的课程相融合，以实现创新性的理解和解决一些难题。

一、研究综述

1.研究背景及研究意义

西门子RFID主要用于制造汽车、电子、机械以及航空航天等领域，在许多的行业都有应用。西门子RFID的应用十分普及：西门子是德国的著名企业，并且拥有着非常高的市场占有率。西门子芯片的研发与应用，不仅给我们的生活带来了很大的便利，而且也给我国的制造业发展起到了很好的带头作用。

2.研究对象及目的

西门子RFID作为一种新型的自动识别系统，在学校的课程中也有涉及。本文的选题角度为西门子RFID的应用教学。本论文的主要选题对象为西门子的PLC技术，PLC的结构原理是基于工业生产过程的自动化控制，其工作方式是通过计算机的数字信号处理，将现场的数据传输到电脑，再由主机进行分析，从而得出结果，再根据这些信息来判断出哪种工位的作用是正确的。同时，利用西门子的二维码扫描功能，将整个控制系统的运行状态转化为图像，并输入到PC端。这样可以方便学生对所学习的内容有所掌握。

二、PROFIBUS总线概述

1.PROFIBUS协议

PROFIBUS课程的教学目标是培养学生自主学习的能力和创新精神。同时，西门子RFID教材中的“工业4.0”中的“工业生产”“工厂设计”等内容都是对西门子的实际应用的一种延伸，这就要求教师在平时的课堂上要注意结合这些知识点，并将之灵活地运用到自己的教学当中去，让其达到预期的效果。而自动化、电气控制等课程的教学过程中，也要注重对其进行实践的模拟和分析，通过这种方式来加深对于理论的理解与掌握，从而提高自身的动手操作及技能水平。

2.PROFIBUS现场总线特点

现场总线技术在西门子的应用主要体现在西门子的生产过程中，西门子可以通过现场总线来完成工厂的控制与管理，同时还能对整个生产线进行监控，并能对其运行状态作出判断。在实际的工程应用中，西门子能够实现的现场总线的应用是比较多的：（1）西门子的现场总线可用于工业企业的产品设计，如工业用料的自动称量、物料的在线称重和计量等。（2）现场总线可应用于工业用料的自动化控制系统的智能化，如工业用料的实时称量、输送带的检测等。（3）西门子的现场总线具有较高的可靠性和稳定性，因此它的使用范围也非常广泛；另外，它还具备了较高的抗干扰能力，所以其抗干扰性也很好。但是由于PC的价格相对较为昂贵，且不容易被用户所接受，目前只在一些大型的公司有涉及。

3.课程教学规划

通过PLC的基本操作，RFID控制器的参数设置，控制程序的编写以及调试，完成了西门子RFID系列课程的设计与开发。西门子RFID技术作为一门基础的工业自动化控制系统，其在学校的实验室中进行的应用较为广泛，在相关技术设计中的应用也比较多。西门子RFID系列软件的使用是西门子的一个重要的突破点，这也是本次设计的重点和难点。本文的研究内容主要分为两个部分：第一个方面，为西门子的理论知识的学习与实践，这其中包括了RFID的工作原理、结构及应用等；第二个方面，为实际的实验教学，这一部分的培养目标在于让学生能够更加全面地了解掌握专业的硬件电路的具体功能，并能将所学的相关理论运用到现实的生产生活当中，同时，还需要对该门的系统有一定的认识和理解，并能将所学到的东西应用于现实生活的过程之中。

4.PROFIBUS现场总线的发展

随着计算机技术的飞速发展，PROFIBUS在工业生产中的应用越来越广泛，其应用领域也是在逐渐扩大，目前已经有了很多的工厂和企业使用，但是由于其自身的特点和局限性，在实际的运用过程中，还需要进一步的研究与探索。西门子RFID的现场总线系统是西门子的重要组成部分，它具有很强的实用性，能够将实验室的设备与现场的各种信息进行有效连接，并实现数据的共享、交换，同时，还能对现场的环境参数等进行实时检测，并做出相应的调整，以满足用户的需求。西门子的现场总线可以将仪器的开关控制、仪表的测量，以及显示的功能都集成到了该系统的数据库里。这样就能为我们的实验提供更多的便利；西门子的现场总线的设计也使得教师们的教学更加便捷化，使教学工作的效率得到提高。

三、PROFIBUS现场总线的底层架构

1.系统分析

目前，PROFIBUS的现场总线技术已经被广泛应用于各个领域，其主要功能是在工业控制、生产管理、智能制造等方面。PROFIBUS的现场总线系统结构简单，易于实现，并且可以根据需要进行修改，可靠性高，性价比高。PROFIBUS是西门子的一种典型的西门子网络协议，它具有较多的接口，能够将复杂的数据转换成通用的PCI，而且该协议的使用范围非常广，不仅适用于大型的工厂和工程，也适用于一些小型的项目和企业。在实际应用中，该协议的应用十分方便，不容易出现问题，且成本较低。本课程设计的实践课的内容包括：西门子RFID的基本理论，PROFIBUS的设计方法。学生通过对这门课的学习，加强了对这门课的理解与认识，巩固其基本知识，锻炼技能。

2.PROFIBUS现场总线的组成

本次设计中，采用PLC和西门子RFID两种方式来完成PLC的连接和调试。PLC的基本功能是控制，它是一种数字化的硬件设备，可以实现对被控对象的精确识别、检测、记录等。而西门子RFID则通过通信模块与PLC建立链接，从而实现两者之间的有效通信。PROFIBUS现场总线主要由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS三个兼容部分组成。PROFIBUS的通信介质访问方式为分布式令牌方式，是一种时间触发的网络协议。主节点之间为令牌环传递方式，主节点和从节点之间为主从轮询方式。当主节点得到令牌后，允许它在一定的时间内与从节点和（或）其他主节点通信。令牌在所有主节点中循环一周期的最长时间（设定周期TTR）是事先预定的，决定了各主节点的令牌具体保持时间的长短。主节点之间传输数据必须保证在事先定义的时间间隔内主节点有充足的时间完成通信任务，主节点与从节点之间的数据交换要尽可能快且简单地完成数据传输。

3.开发环境

PROFIBUS现场总线的课程开发是一个复杂的系统工程，需要考虑的因素很多，在设计时，要充分地了解其特点和功能，并对其进行适当修改与完善。在实际的学习中，我们可以根据自己的需求选择相应的RFID软件，并结合自身的专业能力，合理安排课时，使其能够达到预期的效果和目标。西门子的硬件平台的构建是西门子RFID的主要应用之一，该设备的搭建不仅包括了西门子的主控台，还包含了主控制器，还有辅助控制系统，如通信模块、电源模块。主控台的建设也是西门子RFID的应用部分，它为整个教学提供了良好的支持与保障。在本设计中，我将着重介绍西门子的核心技术，以及PLC与RFID之间的通信设置方法。

4.现场总线的抗干扰措施

调试过程中，我们需要注意的问题是：在使用的时候，要保证现场总线受到干扰。一般现场总线的干扰，主要表现在地线阻抗干扰和来自工频电源的干扰。要避免受到干扰，首先要远离干扰源，动力设备和电力电缆对现场总线的干扰；其次，要对现场总线设备和电缆的屏蔽；还可以采用UPS电源或隔离变压器来防止来自工频电源的干扰；最后可以采用光缆传输信号，可以有效解决辐射干扰和传导干扰的众多问题。

四、西门子RFID技术

1.西门子RFID技术基础

RFID无线射频识别（即无接触式检测物体属性），是一种识别以及和数据载码体通信的方法，通过空中接口使用交变磁场以及电磁波。西门子RFID用于在数字化企业中实现透明的流程，作为数字化基础设施中不可缺少的要素，西门子RFID提供了端到端的供应链解决方案，包括一体化和可扩展的读写器、天线和标签产品线。具有高性能 UHF 读写器的可扩展产品线和大量工业用途标签，适合所有环境条件的多种外接天线，可通过 OPC UA 进行简单的云连接，生产与物流变得透明，以及Web 浏览器快速、方便地访问成熟的组态、调试和诊断工具，便于集成到 SIMATIC 自动化环境（如TIA Portal）中。

2.西门子RFID及其特点

在西门子RFID的应用中，西门子RFID是一种典型的工业专用芯片。它可以在计算机上直接进行数据的传输和控制，并通过PC端对现场的设备和控制系统的信息进行监控，从而实现对整个系统的管理与操作[1]。西门子RFID的特点是：①能够根据用户的要求实时调整PLC的参数；②具有较好的通信能力，可将其作为远程的上位机，利用PC端与主控器之间的通信功能，使主控器的工作状态得到显示，同时还能将主控制器的指令发送给PC端，使其完成相应的任务；③采用多种多样的总线结构，以满足不同的应用需求[2]。

3.RFID的技术优势

液晶芯片的发展是人类科技进步的里程碑，在工业领域的应用已经相当成熟。它可以通过对各种传感器的采集和处理，来实现控制和显示的功能；同时，也可用于其他智能系统的开发与应用，如视频监控、汽车防盗报警等。西门子RFID的技术优势主要体现在以下几个方面：（1）西门子RFID的识别准确度高，可靠性高，抗干扰能力强，抗震性能好，使用寿命长，易于安装，操作简单。（2）西门子RFID的模块化设计，使得其结构更加紧凑，体积更小，便于携带，并且能够很容易地进行数据的传输与存储。（3）西门子RFID的兼容性好，可扩展性强，可在不同的环境中运行，且不需要频繁地更换新的产品或者更新换代，因此不会出现卡顿的情况。（4）西门子RFID的读取速度快，方便快捷，这就为用户提供了极大的便利。

五、西门子RFID在PROFIBUS总线上的应用策略

1.传输方式及过程

由于西门子的总线上线缆的传输方式为PCI，在现场总线中，我们可以通过设置不同的参数来实现对数据的采集和显示，同时还能够对现场的通信设备进行监控，这样就能保证在现场通信系统的正常运行。西门子的总线上线缆的传输过程是采用传感技术的一种网络模式，它是以传感网的形式来完成的信息传递的工作原理。在实际应用中，经常会遇到一些问题，如传感器的安装位置传感网的布设等。而这些问题都需要相关技术人员的不断探索与研究，才能解决。本课程设计的内容为西门子的自动控制与PLC的结合应用。学生的设计也要将自己的专业水平和动手能力作为一个很好的衡量标准，并且要具备很强的创新意识，具有良好的团队合作精神。

2.系统配置

S7-1500 CPU1516-3PN/DP的集成DP口做PROFIBUSDP主站，ASM456做DP从站，ASM456下挂RF340R。在TIA Portal V16 的软件环境下，S7-1500 使用 SIMATIC Ident指令块对 RF340R 及其数据载体（标签）RF340T 进行操作。

3.在TIA Portal项目中添加控制器

在 TIA Portal V15 新建项目文件，双击“添加新设备”在项目中添加 S7-1500 控制器，选择 CPU1516-3PN/DP 生成PLC_1，双击 PLC_1 中的“设备组态”，在 S7-1500 的设备视图，点击 PROFIBUS 端口添加PROFIBUS DP主站系统，定义DP 地址，本例主站地址为 2。工业控制系统中加入控制器的目的是为了实现对被控对象的控制功能，并在系统中使用。控制器主要包括：（1）用于检测和监控现场的温度、湿度等参数，并通过调节或改变这些数据来满足不同的工艺要求。（2）为保证控制器的正常运行，需要对输入的模拟量进行采样，以确保其能够准确地反映出实际的生产过程。（3）在PLC的基础上，利用程序设计的方法建立起的控制器具有一定的实时性，可以根据具体的情况变化而调整。基于西门子RFID的应用范围，本文介绍了西门子RFID的结构和工作原理，以及PLC的软件编程，并将其应用来作为一个项目开发的辅助工具。

4.在网络视图中添加ASM456

切换到网络视图，在硬件目录-检测与监视-Ident系统-SIMATIC 通信模块，将ASM456 模块拖入网络视图组态窗口，并将 PLC_1 分配给 ASM456。双击 ASM456 进入ASM456 设备视图，在设备视图右侧的设备概览中添加通信接口。将硬件目录中 ASM456 模块下子模块“字：2IN/OUT DP-V1”拖入 ASM456 的插槽 1，定义输入、输出地址。根据 ASM456 模块上设置的 DP 地址，配置 ASM456 PROFIBUS 组态地址，本例为4。为了更好地实现远程控制，在网络中添加了ASM456作为数据的输入设备，并在主机上设置了一个连接的按钮来进行交互，用户可以通过这个功能来完成对所要的信息内容的查看和修改。当我们的系统进入到主机上时，会自动地将所需要的信息上传到服务器，然后服务器会根据数据库的参数值，对所要的对象进行处理，并生成相应的报告以供使用者使用。当网络的监控范围内出现问题时，就会有报警信号的输出，并且显示出当前的运行情况，这样就能及时地提醒人们，以便做出应对。

5.添加组态SIMATIC ldent工艺对象

配置Ident 的组态-基本参数，选择Ident 设备和通信接口，并将Ident 设备选择已组态的 ASM456，使用通道1，再设置阅读器参数分配、用户模式以及MOBY模式。添加组态SIMATIC ldent工艺对象主要是为了实现对PLC的控制和检测，通过设置参数，可以对输入的数据法行分析，并将结果反馈给用户。在实际的应用中，我们通常使用的方法有两种，一种是直接在现场观察PLC的运行状态，另一种则是利用PC机的I/O接口将其与本地的程序指令相结合，来完成对整个系统的操作过程。本论文中的调试步骤如下：首先，要根据所提供的软件设计的要求确定所需的功能模块，并选择合适的元器件，然后按照一定的顺序加入主控制器的寄存器当中，再依次与主控器的I/0口相连接，最后再把所有的子控制系统的信号采集的信息传送到串口上，这样就能实时地了解到PLC的工作情况了。

6.设计简单程序指令

在 TIA Portal STEP 7 V16 指令卡的选件包中，包含了S7-1500 对西门子工业识别系统产品的操作指令。本设计中用到的指令有Reset_Reader、Write、READ。借助“Reset_Reader”块，可以复位通过“SIMATIC Ident”工艺对象组态的西门子RFID 阅读器；使用“Write”块，可将“IDENT_DATA”缓冲区中的用户数据写入标签；使用 Read 指令，可以从标签读取数据，并将这些数据输入到“IDENT_DATA”缓冲区中。当在设计过程中遇到困难时，需要自己独立解决问题，而不是去寻找问题的根源所在，这就要求我们要有一个良好的思维习惯，能够灵活地运用所学的专业知识，这样才能更好地解决实际的难题。

7.程序下载及调试

主程序调用“Reset_Reader”。将已组态的“SIMATIC Ident_1”工艺对象，通过拖拽的方式赋值到“HW_CONNECT”，添加用户数据块 MOBY_Data，执行“Write”指令，将“MOBY_Data”.Write 中前 10 个字节的数据，写入标签中从 0 开始的地址区域；执行“Read”指令，读取标签中从地址 0 开始的 10 个字节数据，存储到数据块“MOBY_Data”.Read 的前 10 个单元，下载并调试。

8.教学步骤分析

一是学生分组，教师根据RFID的特点及要求，将其分配到各个小组，并进行分工；二是课堂教学，通过RFID合约机的演示讲解，同学们了解该课程的具体内容，并对其有一个全面的认识；三是课后的练习巩固，在课后的作业中，由老师对每一组的操作过程和注意事项等做一些总结，以便于以后的学习；四是实验考核，在实验室完成之后，由组内成员向组内的组员发放一份样品，然后由组间的组长对每组的测试数据做统计分析，看是否符合设计的标准值，如果不符合则需要及时调整，直到满足所需的参数值，最后将结果反馈给其他人，如若达到以上两个阶段，则可继续完善，直至合格。

结语

在RFID的基础上，西门子RFID技术的应用是一种新的教学模式。它不仅可以提高学生的学习兴趣，还能培养他们的创新能力。RFID的应用教学是一门实践性很强的学科课程，在西门子RFID与PROFIBUS连接技术的课堂中，教师会通过PPT的方式将其呈现给同学们，让其了解西门子的结构和工作原理，同时也能让同学们对西门子的专业知识进行系统地掌握和运用。