RFID識(shí)別系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)的完美結(jié)合

　　RFID是什么

　　RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識(shí)別。射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽， 操作快捷方便。

　　RFID的發(fā)展及現(xiàn)狀

　　射頻識(shí)別技術(shù)的興起有兩方面主要原因的推動(dòng)。一是技術(shù)的推動(dòng)。射頻技術(shù)從誕生到民用經(jīng)歷了軍事應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)室研究再到民間應(yīng)用幾個(gè)不同時(shí)期，基礎(chǔ)技術(shù)研究日臻成熟。另一方面則是在整個(gè)社會(huì)信息化程度普遍提高后，企業(yè)需要進(jìn)一步提高信息化水平，同時(shí)降低勞動(dòng)生產(chǎn)成本，市場對各類技術(shù)進(jìn)行選擇的結(jié)果。射頻識(shí)別依靠無線電波進(jìn)行信息采集、傳輸、控制，這種無線非接觸式的技術(shù)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(biāo)簽分為有源、無源和半有源三種；按照工作頻率的不同，RFID標(biāo)簽分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）和微波頻段（MW）的標(biāo)簽。目前國際上RFID應(yīng)用以LF和HF標(biāo)簽產(chǎn)品為主；UHF標(biāo)簽開始規(guī)模生產(chǎn)，由于其具有可遠(yuǎn)距離識(shí)別和低成本的優(yōu)勢，有望在未來五年內(nèi)成為主流；MW標(biāo)簽在部分國家已經(jīng)得到應(yīng)用。中國已掌握HF芯片的設(shè)計(jì)技術(shù)，并且成功地實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)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(yīng)用較多，主要工作頻率以高頻（HF）13.56MHZ為主，并已經(jīng)達(dá)成了全球的共識(shí)。這主要是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)環(huán)境普遍不是很好，其中像電焊機(jī)、大型設(shè)備等都會(huì)造成較大的電磁干擾，而RFID又是通過電磁感應(yīng)的原理來進(jìn)行讀寫操作的，用戶難免會(huì)產(chǎn)生這樣的疑問：電磁干擾是否會(huì)影響到RFID的正常工作？事實(shí)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(yuǎn)，根本不會(huì)造成互相的干擾。我們也可以這樣理解：我們?nèi)绻褂谜{(diào)頻收音機(jī)，當(dāng)兩個(gè)電臺(tái)的頻段相近時(shí)，干擾會(huì)很強(qiáng)烈，反之則不然。

　　國內(nèi)RFID典型應(yīng)用

　　在仿偽領(lǐng)域，RFID主要應(yīng)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(shí)別技術(shù)。按計(jì)劃到2008年全部更換完畢，由此，平均每年對RFID電子標(biāo)簽的需求量在2億片左右。

　　在交通信息化應(yīng)用方面，目前主要是城市公交一卡通工程、公路、鐵路的調(diào)度和統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，以及高速公路的不停車收費(fèi)系統(tǒng)、智能化停車場等。在有關(guān)主管部門的推動(dòng)下，截至2005年已經(jīng)實(shí)施城市公交一卡通工程的城市已經(jīng)達(dá)到120多個(gè)。

　　鐵路方面則是在全國范圍內(nèi)成功應(yīng)用基于電子射頻識(shí)別技術(shù)的鐵路車號自動(dòng)識(shí)別（Auto train Identification System：ATIS）系統(tǒng)。鐵路車號自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采用了國際領(lǐng)先的UHF頻段技術(shù)，共計(jì)約17000多輛機(jī)車附著半主動(dòng)RFID電子標(biāo)簽，約50萬節(jié)車廂被貼上被動(dòng)式電子標(biāo)簽，從而大大提高了列車調(diào)度管理的信息化水平，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。此外，不停車收費(fèi)系統(tǒng)試點(diǎn)項(xiàng)目也不斷增加，有望早日實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)質(zhì)性應(yīng)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(dòng)配送、流水線控制等環(huán)節(jié)，RFID都有所應(yīng)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(yīng)用。一些知名發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)也在準(zhǔn)備積極籌備中。

　　汽車行業(yè)特點(diǎn)

　　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(shí)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(xiàng)目而言，無論是新建項(xiàng)目，還是現(xiàn)有設(shè)備的擴(kuò)展和改造，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)都應(yīng)該有一個(gè)基本指導(dǎo)原則：采用最先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品，從而最大程度減小系統(tǒng)集成和調(diào)試時(shí)間、降低投資成本，方便生產(chǎn)運(yùn)行階段的維護(hù)與工藝調(diào)整。提高各工藝設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少故障停機(jī)時(shí)間保證計(jì)劃產(chǎn)量的實(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)，因?yàn)槠嚬I(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場相對較復(fù)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(diǎn)：

　　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(dòng)控制系統(tǒng)，因?yàn)槠嚬I(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場相對較復(fù)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(diǎn)；

　　2．強(qiáng)電磁干擾

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

　　3．現(xiàn)場I/O數(shù)量眾多且非常分散

　　每個(gè)工位夾具上都有相當(dāng)多的電磁閥需要驅(qū)動(dòng)，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(diǎn)都處在夾具的不同部位

　　4．網(wǎng)絡(luò)從站數(shù)量多

　　在汽車項(xiàng)目規(guī)劃中，一般會(huì)使用現(xiàn)場總線技術(shù)，也通常會(huì)使用IP67防護(hù)等級的一體化模塊，因?yàn)橐粋€(gè)一體化模塊就是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量一般都較多。例如一條主焊線，往往都有上百個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用機(jī)器人焊接，機(jī)器人還要占用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源。

　　RFID技術(shù)應(yīng)用在汽車行業(yè)的優(yōu)勢

　　1）增強(qiáng)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(jìn)行高效的自動(dòng)化追蹤監(jiān)管和庫存清單管理；
　　3）提高企業(yè)運(yùn)作效率，降低經(jīng)營成本；
　　4）增強(qiáng)安全效能，降低損耗系數(shù)；
　　5）改善整個(gè)生產(chǎn)周期的追溯監(jiān)管質(zhì)量；
　　6）精簡工作隊(duì)伍，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作；
　　7）優(yōu)化物流供應(yīng)鏈管理，促進(jìn)效能整合，降低擔(dān)保費(fèi)用，縮短反應(yīng)時(shí)間；
　　8）適應(yīng)目前/未來的產(chǎn)業(yè)及消費(fèi)者需求，增強(qiáng)顧客滿意度?，F(xiàn)場總線在汽車行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)

　　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(luò)，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(shè)計(jì)生產(chǎn)線自控系統(tǒng)時(shí)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(jì)合理地分布。
　　2）所有的站點(diǎn)能進(jìn)行方便的調(diào)試和直接、簡單的網(wǎng)絡(luò)管理。
　　3）大量的控制信號能夠?qū)崟r(shí)穩(wěn)定地傳輸。
　　4） 現(xiàn)場的各種故障能夠及時(shí)診斷和定位。
　　5）與其他系統(tǒng)的兼容性和技術(shù)升級的可操作性。

　　因此可見，在汽車工業(yè)中，控制點(diǎn)相對較多，自動(dòng)化程度高，現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，線路也較復(fù)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(hù)人員和設(shè)備的診斷功能都提出了較高的要求。準(zhǔn)確的故障定位和詳實(shí)故障信息是現(xiàn)場總線所具有的非常重要的一個(gè)特點(diǎn)，這使得設(shè)備維護(hù)更加便捷。其次，現(xiàn)場總線提供了極高的性價(jià)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(hù)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(yīng)，都是汽車工業(yè)控制方式的首選。另外，強(qiáng)大的抗干擾能力使得總線能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，尤其像汽車廠電焊車間等強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境，體現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢。

　　現(xiàn)場總線與RFID的結(jié)合點(diǎn)

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

　　1．總線作為一種理想的控制方式，針對不同的應(yīng)用環(huán)境提出了具備代表性的8大應(yīng)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(yīng)用實(shí)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(luò)控制中，更好的發(fā)揮總線控制優(yōu)勢。

　　2．RFID作為一個(gè)非獨(dú)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(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，并使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的資源得到充分利用，將RFID與IO緊密地結(jié)合在了一起。

　　3．總線提供了可編程網(wǎng)關(guān)，其具有小型PLC的功能，使得每個(gè)子站都有可能成為獨(dú)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(guān)直接進(jìn)行處理，避免了大量數(shù)據(jù)的傳輸，和對服務(wù)器的依賴程度。

　　這里只總結(jié)了三點(diǎn)，相信隨著總線技術(shù)和RFID技術(shù)的發(fā)展，其組合的控制方式會(huì)發(fā)揮出更大的威力。

　　威脅與機(jī)遇共存

　　1、勞動(dòng)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(jìn)生產(chǎn)力方式一樣，不能因?yàn)槭I(yè)而否定了一種新技術(shù)的生命。RFID同樣帶來了很多的從業(yè)機(jī)會(huì)，對RFID人才的需求也伴隨著技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而更加強(qiáng)烈。

　　2、企業(yè)
　　對于傳統(tǒng)識(shí)別技術(shù)廠商和提供商來說，RFID技術(shù)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(zhuǎn)型，如北京凱泰、休恩博得等公司。同樣，面對國外企業(yè)的進(jìn)駐，中國企業(yè)也感到了巨大的壓力。中國企業(yè)對RFID技術(shù)的掌握，還只停留在代理或封裝的層面，沒有核心技術(shù)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(qiáng)與國外廠商合作，爭取更多的研發(fā)工作機(jī)會(huì)，借以發(fā)展自身研發(fā)能力。

　　3、產(chǎn)業(yè)
　　在整個(gè)RFID產(chǎn)業(yè)鏈中，中國企業(yè)的核心技術(shù)有限，大多數(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)都控制在國外廠商手中，每年有大量的知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)用外流。中國是個(gè)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(jì)、技術(shù)和社會(huì)等各方面的條件并不能促進(jìn)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(shù)，它更是一種高效的管理方式，一種對管理精細(xì)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。