RFID識別系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術的完美結合

　　RFID是什么

　　RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別。射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽， 操作快捷方便。

　　RFID的發(fā)展及現(xiàn)狀

　　射頻識別技術的興起有兩方面主要原因的推動。一是技術的推動。射頻技術從誕生到民用經(jīng)歷了軍事應用、實驗室研究再到民間應用幾個不同時期，基礎技術研究日臻成熟。另一方面則是在整個社會信息化程度普遍提高后，企業(yè)需要進一步提高信息化水平，同時降低勞動生產(chǎn)成本，市場對各類技術進行選擇的結果。射頻識別依靠無線電波進行信息采集、傳輸、控制，這種無線非接觸式的技術優(yōu)勢成為人們的必然選擇。

　　按照能量供給方式的不同，RFID標簽分為有源、無源和半有源三種；按照工作頻率的不同，RFID標簽分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）和微波頻段（MW）的標簽。目前國際上RFID應用以LF和HF標簽產(chǎn)品為主；UHF標簽開始規(guī)模生產(chǎn)，由于其具有可遠距離識別和低成本的優(yōu)勢，有望在未來五年內(nèi)成為主流；MW標簽在部分國家已經(jīng)得到應用。中國已掌握HF芯片的設計技術，并且成功地實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，同時UHF芯片也已經(jīng)完成開發(fā)。

　　13.56MHZ成為目前工業(yè)控制的主流

　　目前，RFID在工業(yè)上的應用較多，主要工作頻率以高頻（HF）13.56MHZ為主，并已經(jīng)達成了全球的共識。這主要是因為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境普遍不是很好，其中像電焊機、大型設備等都會造成較大的電磁干擾，而RFID又是通過電磁感應的原理來進行讀寫操作的，用戶難免會產(chǎn)生這樣的疑問：電磁干擾是否會影響到RFID的正常工作？事實上，工廠內(nèi)部的電磁干擾普遍在1MHZ以內(nèi)，如果RFID的工作頻段選取在13.56MHZ左右，兩者工作頻段相差很遠，根本不會造成互相的干擾。我們也可以這樣理解：我們?nèi)绻褂谜{頻收音機，當兩個電臺的頻段相近時，干擾會很強烈，反之則不然。

　　國內(nèi)RFID典型應用

　　在仿偽領域，RFID主要應用于各類電子票證、身份證明、特殊商品防偽等。2004年在國內(nèi)部分地區(qū)陸續(xù)啟用了第二代身份證，在新一代的身份證中采用了13.56MHz的射頻識別技術。按計劃到2008年全部更換完畢，由此，平均每年對RFID電子標簽的需求量在2億片左右。

　　在交通信息化應用方面，目前主要是城市公交一卡通工程、公路、鐵路的調度和統(tǒng)計系統(tǒng)，以及高速公路的不停車收費系統(tǒng)、智能化停車場等。在有關主管部門的推動下，截至2005年已經(jīng)實施城市公交一卡通工程的城市已經(jīng)達到120多個。

　　鐵路方面則是在全國范圍內(nèi)成功應用基于電子射頻識別技術的鐵路車號自動識別（Auto train Identification System：ATIS）系統(tǒng)。鐵路車號自動識別系統(tǒng)采用了國際領先的UHF頻段技術，共計約17000多輛機車附著半主動RFID電子標簽，約50萬節(jié)車廂被貼上被動式電子標簽，從而大大提高了列車調度管理的信息化水平，取得了明顯的經(jīng)濟和社會效益。此外，不停車收費系統(tǒng)試點項目也不斷增加，有望早日實現(xiàn)大規(guī)模實質性應用。

　　在工業(yè)生產(chǎn)方面，工業(yè)生產(chǎn)制造過程，包括物料自動配送、流水線控制等環(huán)節(jié)，RFID都有所應用。我想就汽車行業(yè)為代表作一些介紹。

　　以汽車制造業(yè)為例，北京現(xiàn)代、長安福特、上汽、奇瑞轎車、柳州汽車、昌河汽車以及第一汽車制造廠等，也都先后采用了RFID系統(tǒng)應用。一些知名發(fā)動機企業(yè)也在準備積極籌備中。

　　汽車行業(yè)特點

　　汽車制造業(yè)是典型的多工種、多工藝、多物料的大規(guī)模生產(chǎn)過程。同時隨著汽車行業(yè)之間競爭的日益激烈，各生產(chǎn)廠家都普遍面臨著：提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)管理水平等種種壓力。對于汽車項目而言，無論是新建項目，還是現(xiàn)有設備的擴展和改造，在規(guī)劃和設計控制系統(tǒng)時都應該有一個基本指導原則：采用最先進的自動化技術和產(chǎn)品，從而最大程度減小系統(tǒng)集成和調試時間、降低投資成本，方便生產(chǎn)運行階段的維護與工藝調整。提高各工藝設備系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少故障停機時間保證計劃產(chǎn)量的實現(xiàn)。

　　對汽車工業(yè)的控制系統(tǒng)的要求也有別于其他行業(yè)的自動控制系統(tǒng)，因為汽車工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場相對較復雜。例如焊裝工藝，就代表著汽車工業(yè)控制現(xiàn)場的一些典型特點：

　　1．對汽車工業(yè)的控制系統(tǒng)的要求也有別于其他行業(yè)的自動控制系統(tǒng)，因為汽車工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場相對較復雜。例如焊裝工藝，就代表著汽車工業(yè)控制現(xiàn)場的一些典型特點；

　　2．強電磁干擾

　　接設備在焊接過程中的電磁干擾發(fā)射，不僅會對電網(wǎng)造成污染，對連接在同一電網(wǎng)中的用電設備造成影響和損壞，對設備品質、網(wǎng)絡通信和信號傳輸都是重大的考驗

　　3．現(xiàn)場I/O數(shù)量眾多且非常分散

　　每個工位夾具上都有相當多的電磁閥需要驅動，眾多的夾爪汽缸上的夾緊和松開到位的信號需要收集。這些信號相對很分散，采集點都處在夾具的不同部位

　　4．網(wǎng)絡從站數(shù)量多

　　在汽車項目規(guī)劃中，一般會使用現(xiàn)場總線技術，也通常會使用IP67防護等級的一體化模塊，因為一個一體化模塊就是一個節(jié)點，所以網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量一般都較多。例如一條主焊線，往往都有上百個節(jié)點，如果使用機器人焊接，機器人還要占用相應的網(wǎng)絡節(jié)點資源。

　　RFID技術應用在汽車行業(yè)的優(yōu)勢

　　1）增強汽車行業(yè)企業(yè)資產(chǎn)、產(chǎn)品及原材料管理的可見性和可追溯性，做到“透明管理”；
　　2）對產(chǎn)品和原材料進行高效的自動化追蹤監(jiān)管和庫存清單管理；
　　3）提高企業(yè)運作效率，降低經(jīng)營成本；
　　4）增強安全效能，降低損耗系數(shù)；
　　5）改善整個生產(chǎn)周期的追溯監(jiān)管質量；
　　6）精簡工作隊伍，加強團隊協(xié)作；
　　7）優(yōu)化物流供應鏈管理，促進效能整合，降低擔保費用，縮短反應時間；
　　8）適應目前/未來的產(chǎn)業(yè)及消費者需求，增強顧客滿意度?，F(xiàn)場總線在汽車行業(yè)應用的特點

　　現(xiàn)場總線是連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場裝置的雙向數(shù)字通訊網(wǎng)絡，與傳統(tǒng)控制方式相比，具有無可比擬的優(yōu)勢。

　　汽車工業(yè)對控制系統(tǒng)提出了很高的要求，所以在規(guī)劃和設計生產(chǎn)線自控系統(tǒng)時我們必須考慮周全。要選擇最適合工藝布局和現(xiàn)場環(huán)境的現(xiàn)場總線協(xié)議，我們必須要保證：

　　1）眾多的I/O從站能夠經(jīng)濟合理地分布。
　　2）所有的站點能進行方便的調試和直接、簡單的網(wǎng)絡管理。
　　3）大量的控制信號能夠實時穩(wěn)定地傳輸。
　　4） 現(xiàn)場的各種故障能夠及時診斷和定位。
　　5）與其他系統(tǒng)的兼容性和技術升級的可操作性。

　　因此可見，在汽車工業(yè)中，控制點相對較多，自動化程度高，現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，線路也較復雜，和其他行業(yè)的生產(chǎn)控制相比，故障率相對偏高。這樣，對于維護人員和設備的診斷功能都提出了較高的要求。準確的故障定位和詳實故障信息是現(xiàn)場總線所具有的非常重要的一個特點，這使得設備維護更加便捷。其次，現(xiàn)場總線提供了極高的性價比，使得系統(tǒng)綜合成本減少40%；現(xiàn)場總線模塊擁有較高的防護等級、加上可靠的數(shù)字通訊方式以及快捷的數(shù)據(jù)響應，都是汽車工業(yè)控制方式的首選。另外，強大的抗干擾能力使得總線能夠適應惡劣的工作環(huán)境，尤其像汽車廠電焊車間等強電磁干擾的環(huán)境，體現(xiàn)出強大的優(yōu)勢。

　　現(xiàn)場總線與RFID的結合點

　　現(xiàn)場總線和RFID的應用都為汽車工業(yè)帶來了極大的收益，推動了汽車工業(yè)自動化的管理水平，并降低了運營成本。同時，我們又在思考著另外一個問題：怎樣將兩者有機的結合在一起？兩者是否可以優(yōu)勢互補那。

　　1．總線作為一種理想的控制方式，針對不同的應用環(huán)境提出了具備代表性的8大應用協(xié)議，像Profibus DP、DeviceNET等已廣為大家熟悉，并以在中國取得了很多應用實例。目前，RFID普遍支持總線協(xié)議，兩者處于同一協(xié)議的網(wǎng)絡控制中，更好的發(fā)揮總線控制優(yōu)勢。

　　2．RFID作為一個非獨立的系統(tǒng)，其三大組成部分之一的控制器，提供了與總線耦合器類似的功能，將兩者合二為一，是一種非常有效的資源整合，這極大的減少了網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)量，并使得每個節(jié)點的資源得到充分利用，將RFID與IO緊密地結合在了一起。

　　3．總線提供了可編程網(wǎng)關，其具有小型PLC的功能，使得每個子站都有可能成為獨立的系統(tǒng)，極大的減輕了上層PLC的工作量，RFID的數(shù)據(jù)讀寫信息，可以通過可編程網(wǎng)關直接進行處理，避免了大量數(shù)據(jù)的傳輸，和對服務器的依賴程度。

　　這里只總結了三點，相信隨著總線技術和RFID技術的發(fā)展，其組合的控制方式會發(fā)揮出更大的威力。

　　威脅與機遇共存

　　1、勞動者
　　RFID帶來了效率的提高，必然伴隨著一定的失業(yè)現(xiàn)象，但如同任何先進生產(chǎn)力方式一樣，不能因為失業(yè)而否定了一種新技術的生命。RFID同樣帶來了很多的從業(yè)機會，對RFID人才的需求也伴隨著技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而更加強烈。

　　2、企業(yè)
　　對于傳統(tǒng)識別技術廠商和提供商來說，RFID技術無疑是一種巨大的威脅。目前中國很多大型的條碼提供商已經(jīng)開始向RFID企業(yè)轉型，如北京凱泰、休恩博得等公司。同樣，面對國外企業(yè)的進駐，中國企業(yè)也感到了巨大的壓力。中國企業(yè)對RFID技術的掌握，還只停留在代理或封裝的層面，沒有核心技術的競爭，后果可想而知。中國企業(yè)要利用生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢，加強與國外廠商合作，爭取更多的研發(fā)工作機會，借以發(fā)展自身研發(fā)能力。

　　3、產(chǎn)業(yè)
　　在整個RFID產(chǎn)業(yè)鏈中，中國企業(yè)的核心技術有限，大多數(shù)知識產(chǎn)權都控制在國外廠商手中，每年有大量的知識產(chǎn)權費用外流。中國是個制造大國，是世界的制造中心之一，如此龐大的市場，乃眾兵爭奪之地。雖然中國目前的政策、經(jīng)濟、技術和社會等各方面的條件并不能促進RFID的快速發(fā)展，但中國具備巨大的市場，如何發(fā)展未來的RFID產(chǎn)業(yè)，是需要國家及產(chǎn)業(yè)內(nèi)人士共同思考的問題。

　　總之，RFID不僅僅是一種技術，它更是一種高效的管理方式，一種對管理精細化的思考。未來的RFID產(chǎn)業(yè)將是一種影響我們生活的重要角色。