專利名稱：一種離散制造業(yè)加工流水線rfid接口控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及紡織、服裝、電子、玩具、食品、汽車制造等離散型制造業(yè)
加工領域，特別是涉及一種離散制造業(yè)加工流水線的RFID接口控制器。
背景技術：
眾所周知，我國是制造加工業(yè)的大國，但是傳統(tǒng)制造加工業(yè)較發(fā)達國家 能耗高效率低。隨著全球能源的日趨緊張、勞動力成本的日益上漲，制造加 工業(yè)面臨著成本提高和利潤下降的嚴峻考驗。如果能將信息技術和現(xiàn)代化的 管理手段用于傳統(tǒng)制造加工業(yè)，特別是對于離散型制造業(yè)更多采用智能物料 配送及監(jiān)控系統(tǒng)，可以提高生產(chǎn)效率降低能源和勞動力消耗，從而增強企業(yè) 的整體競爭力。在離散型制造業(yè)的加工流水線應用中，現(xiàn)場物料信息的采集 和傳輸是智能物料配送及監(jiān)控系統(tǒng)的基礎，采用RFID (無線射頻識別)技術 結合現(xiàn)場總線通訊技術，能有效解決上述問題。
RFID技術是一種非接觸式自動識別技術。自從上世紀九十年代以來， RFID技術在身份識別、物流追蹤、倉庫管理、汽車制造等領域得到了廣泛應 用。于此同時，國內(nèi)外也涌現(xiàn)出很多生產(chǎn)RFID讀寫器的廠家，不過這些廠 家的RFID讀寫器接口方式不一，應用時都需要搭建與其產(chǎn)品相匹配的專有 系統(tǒng)，并開發(fā)專門針對其讀寫器的上位機控制軟件，這就為RFID技術的應 用帶來的困難。
如果能有一種介于RFID讀寫器和上位機控制軟件之間的硬件中間件設 備，實現(xiàn)離散制造業(yè)流水線現(xiàn)場RFID設備管理、協(xié)調(diào)，并通過標準的現(xiàn)場總線通訊接口和上位機控制軟件進行通訊，實現(xiàn)上位機軟件對流水線物料數(shù)
據(jù)和操作信息的實時采集、監(jiān)視和配送調(diào)度，必然會對RFID技術在離散制 造業(yè)推廣應用、提高行業(yè)信息化管理帶來幫助。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種離散制造業(yè)加工流水線的RFID接口控制器， 可以有效實現(xiàn)上位機軟件對流水線物料數(shù)據(jù)和操作信息的實時采集、監(jiān)視和 配送調(diào)度，實現(xiàn)生產(chǎn)的高效、信息化管理。
本發(fā)明采用的技術方案是
一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器，為上位機軟件和RFID讀 寫器之間具有硬件中間件功能的設備，包括
用于控制器對外接讀寫器的供電和通訊的RFID讀寫器接口 ； 用于控制器對外接終端的供電和通訊的人機交互終端接口； 用于控制器和上位機之間的通訊的現(xiàn)場總線接口 ； 用于控制器設定參數(shù)的掉電保存的外擴存儲器；
能實現(xiàn)各通訊接口驅(qū)動，協(xié)議封裝、解析和轉(zhuǎn)換，任務調(diào)度和協(xié)調(diào)功能 的處理器；
以及用于為處理器、通訊接口和外設可靠供電的電源和保護線路。 RFID讀寫器接口采用RS232接口或RS485接口 。 人機交互終端接口采用RS232接口或RS485接口 。 現(xiàn)場總線接口采用CAN總線接口 。 外擴存儲器采用I2C接口的EEPR0M芯片。處理器采用工業(yè)級ARM處理器芯片。
電源核心采用驅(qū)動電流大、發(fā)熱量小的開關電源芯片，可以為控制器內(nèi) 部的處理器和通訊接口供電或為控制器外接的讀寫器和終端設備供電。
本發(fā)明的RFID讀寫器接口用于控制器對外接讀寫器的供電和通訊，以 此控制RFID讀寫器讀或?qū)懖僮鞯裙ぷ鳡顟B(tài)，并采集讀寫器所讀取或?qū)懭氲?流水線物料RFID信息，優(yōu)選地，RFID讀寫器接口采用RS232接口或RS485 接口。人機交互終端接口用于控制器對外接終端的供電和通訊，以此采集操 作人員在終端的按鍵信息，并驅(qū)動終端的液晶顯示信息刷新，優(yōu)選地，終端 接口采用RS232或RS485接口 。
現(xiàn)場總線接口用于控制器和上位機之間的通訊，上位機軟件通過現(xiàn)場總 線對流水線上的控制器工作狀態(tài)進行設定，控制器將采集的流水線物料RFID 信息和終端的操作信息通過現(xiàn)場總線發(fā)送給上位機。上位機軟件根據(jù)接收到 信息進行處理后，控制執(zhí)行機構進行相應動作，實現(xiàn)對流水線物料配送的實 時監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度。優(yōu)選地，現(xiàn)場總線接口采用CAN總線接口。本發(fā)明中控 制器與上位機通訊，是通過CAN總線接口來實現(xiàn)。在流水線每個站點都裝有 一臺控制器，每個控制器具有一個CAN總線接口。對于上位機來說，要想和 流水線上的控制器接入同一條CAN總線和控制器進行通訊，可以通過加裝接 口協(xié)議轉(zhuǎn)換卡，將上位機原有的通訊接口轉(zhuǎn)換成CAN總線接口來實現(xiàn)。優(yōu)選 地，接口協(xié)議轉(zhuǎn)換卡采用PCI-CAN卡，插入上位機的PCI插槽，引出標準的 DB9針CAN總線接口。
處理器實現(xiàn)的功能包括RFID通訊接口驅(qū)動，人機交互終端通訊接口驅(qū)動，CAN總線通訊接口驅(qū)動，各通訊協(xié)議的封裝、解析和轉(zhuǎn)換，各個任務調(diào) 度和協(xié)調(diào)，參數(shù)設定和掉電保存，故障診斷及處理。優(yōu)選地，處理器采用工 業(yè)級ARM處理器芯片。
外擴存儲器用于控制器設定參數(shù)的掉電保存。優(yōu)選地，外擴存儲器采用 12C接口的EEPR0M芯片。
電源部分為控制器內(nèi)部的處理器和通訊接口供電，也可以為控制器外接 的讀寫器和終端設備供電。如果外接讀寫器和終端設備采用獨立外供電方式 則無需由控制器供電。電源保護電路的功能是對電源進行防反接、過壓、過 流等狀況保護，確保電源穩(wěn)定工作。優(yōu)選地，電源核心采用驅(qū)動電流大、發(fā) 熱量小的開關電源芯片。
本發(fā)明的有益效果是可以有效解決RFID技術在離散制造業(yè)加工流水線 上應用時，RFID讀寫器和人機交互終端現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)檢測和控制問 題，進而實現(xiàn)上位機軟件對流水線物料信息和操作信息的采集、監(jiān)視和配送 調(diào)度。同時，控制器的故障診斷功能使維護人員可以通過上位機軟件或本地 的終端液晶實時監(jiān)測到設備故障狀態(tài)，便于系統(tǒng)維護。


圖l為本發(fā)明結構示意圖。
圖2為本發(fā)明處理器程序控制示意圖。
圖3為一條加工流水線RFID接口控制器和上位機連接的網(wǎng)絡拓撲示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器，為上位機 軟件和RFID讀寫器之間具有硬件中間件功能的設備，包括用于控制器對外 接讀寫器的供電和通訊的RFID讀寫器接口；用于控制器對外接終端的供電 和通訊的人機交互終端接口；用于控制器和上位機之間的通訊的現(xiàn)場總線接 口；用于控制器設定參數(shù)的掉電保存的外擴存儲器；能實現(xiàn)各通訊接口驅(qū)動， 協(xié)議封裝、解析和轉(zhuǎn)換，任務調(diào)度和協(xié)調(diào)功能的處理器；以及用于為處理器、 通訊接口和外設可靠供電的電源和保護線路。RFID讀寫器接口采用RS232 接口或RS485接口。人機交互終端接口采用RS232接口或RS485接口?，F(xiàn)場 總線接口采用CAN總線接口。外擴存儲器采用fC接口的EEPR0M芯片。處理 器采用工業(yè)級ARM處理器芯片，其程序控制如圖2所示。電源核心采用驅(qū)動 電流大、發(fā)熱量小的開關電源芯片，可以為控制器內(nèi)部的處理器和通訊接口 供電或為控制器外接的讀寫器和終端設備供電。
如圖3所示，本發(fā)明中控制器在流水線上應用時與讀寫器和終端設備相 連接，流水線每個加工工位(以下簡稱站點)安裝一臺控制器，同時安裝一 臺終端和一定數(shù)量的讀寫器。
每個站點安裝讀寫器的種類、數(shù)量和安裝位置，根據(jù)不同行業(yè)和應用需 求有所不同?？梢允且慌_或多臺符合IS015693或IS018000協(xié)議的讀寫器， 安裝于流水線各工位的不同位置。具體如服裝加工行業(yè)流水線每個站點安裝 兩臺IS015693協(xié)議的讀寫器， 一臺安裝于站點支軌道的進站口，另一臺安 裝于站點支軌道的出站口。所選擇讀寫器應具備和控制器匹配的RS232或 RS485通訊接口，控制器通訊驅(qū)動程序兼容讀寫器的通訊協(xié)議。讀寫器的功能是對流水線上傳送物料所貼RFID標簽，進行工藝相關信 息的讀取或?qū)懭氩僮鳌Ｗx寫器究竟執(zhí)行只讀操作、只寫操作還是既要讀操作 又要寫操作，要由控制器根據(jù)不同的產(chǎn)品加工工藝流程來決定。在流水線開 始運行加工任務之前，控制器主動向相連接的讀寫器發(fā)送設備連接信號，等 待讀寫器應答后，控制器根據(jù)自身的工作狀態(tài)，對讀寫器的功能進行配置。 讀寫器功能配置完成后，會對經(jīng)過其天線識別區(qū)域的對應RFID標簽進行信 息讀取或?qū)懭氩僮?，讀取或?qū)懭氲腞FID信息會被控制器獲取。如果控制器 的工作狀態(tài)發(fā)生改變，可以對讀寫器重新進行功能配置，讀寫器將執(zhí)行新的 功能操作。
人機交互終端具備液晶顯示屏和按鍵，允許流水線操作人員通過鍵盤進 行加工工藝相關的狀態(tài)反饋或參數(shù)設定，并將該站點相應狀態(tài)由液晶屏本地 顯示。在流水線開始運行加工任務之前，控制器也會主動向相連接的終端發(fā) 送設備連接信號，終端接收到該信號后會向控制器返回應答信號，同時在液 晶屏上顯示設備連接狀態(tài)提示信息。終端會實時掃描按鍵輸入狀態(tài)，并將該 狀態(tài)定時發(fā)送給控制器，并根據(jù)控制器返回的應答信號決定是否刷新液晶屏 顯示信息。
在流水線運行中，控制器獲取的RFID讀寫信息和終端的按鍵操作信息， 需要通過現(xiàn)場總線接口發(fā)送給上位機，供上位機軟件進行物料信息監(jiān)控和調(diào) 度。本發(fā)明中控制器與上位機通訊，是通過CAN總線接口來實現(xiàn)。在流水線 每個站點都裝有一臺控制器，每個控制器具有一個CAN總線接口。對于上位 機來說，要想和流水線上的控制器接入同一條CAN總線和控制器進行通訊， 可以通過加裝接口協(xié)議轉(zhuǎn)換卡，將上位機原有的通訊接口轉(zhuǎn)換成CAN總線接口來實現(xiàn)。優(yōu)選地，接口協(xié)議轉(zhuǎn)換卡采用PCI-CAN卡，插入上位機的PCI插 槽，引出標準的DB9針CAN總線接口。
在流水線開始運行加工任務之前，要先由上位機軟件對流水線每個站點 的控制器進行初始化操作，設定控制器的工作狀態(tài)，只有正確完成初始化操 作的控制器才能運行正常加工任務。初始化的流程如下
第一步，上位機監(jiān)控軟件先通過CAN總線向流水線上所有的控制器發(fā)送 設備檢測信號，控制器接收到上位機的設備檢測信號后，向上位機返回設備 檢測應答信號。
第二步，上位機監(jiān)控軟件對返回設備檢測應答信號的控制器發(fā)送設備合 法性認證信號，合法的控制器接收到上位機的設備合法性認證信號后，向上 位機返回正確的設備合法性認證應答信號，如果是非法仿制的控制器不會返 回正確的應答信號。
第三步，上位機監(jiān)控軟件對認證合法的控制器發(fā)送站點信息同步信號， 將上位機保留的一些加工狀態(tài)相關信息發(fā)送給控制器，決定控制器的工作狀 態(tài)?？刂破鹘邮盏缴衔粰C的站點信息同步信號后，向上位機返回站點信息同 步應答信號。
第四步，上位機監(jiān)控軟件對完成信號同步操作的站點進行角色類型設 定，決定控制器在流水線工作運行中具備哪些特有功能?？刂破鹘邮盏缴衔?機的站點角色類型設定信號后，向上位機返回站點角色類型設定應答信號， 然后控制器就進入流水線正常工作運行狀態(tài)。
控制器完成初始化操作后，流水線開始運行加工任務，此時流水線的操作人員可以通過終端迸行登錄請求操作，控制器將登錄請求信號發(fā)送給上位 機并接收上位機返回的登錄成功應答信號。登錄成功后根據(jù)不同站點的角色 類型，操作人員取得一定的操作權限，可以通過終端進行與生產(chǎn)工藝流程控 制相關的操作，控制器會將操作人員在該站點終端的操作信息按照一定格式 的通訊信號發(fā)送給上位機，并將根據(jù)上位機的應答信號決定該站點的工作狀 態(tài)，同時控制該站點讀寫器的操作狀態(tài)，并在終端上顯示相應操作的處理信 息。
通過終端將流水線某一站點的工作狀態(tài)設定后，流水線軌道上傳送的物
料都貼有RFID標簽，物料經(jīng)過該站點的讀寫器天線識別區(qū)域時，讀寫器會 根據(jù)控制器當前狀態(tài)設定對物料RFID標簽信息進行讀取或?qū)懭氩僮?。讀寫 器所讀取的標簽信息或信息寫入結果會通過控制器以一定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送 給上位機，上位機監(jiān)控軟件對該通訊信號內(nèi)容進行解析，獲取物料RFID標 簽信息，結合該站點的工作狀態(tài)以及整個流水線的生產(chǎn)負荷等狀況做出判 斷，并發(fā)出信號驅(qū)動執(zhí)行機構動作，改變流水線軌道配置，影響物料下一步 的傳送目的流向，從而實現(xiàn)物料配送的實時監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度。
流水線運行時，控制器會實時檢測該站點安裝的讀寫器和終端連接狀態(tài) 是否正確， 一旦發(fā)現(xiàn)讀寫器或終端連接狀態(tài)不正確，則實時通過CAN總線接 口向上位機發(fā)送相應出錯提示信號，通知上位機該站點的控制器設備連接狀 態(tài)異常，不能繼續(xù)工作；同時該站點終端液晶屏也會顯示相應的出錯提示。
權利要求
1、一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器，為上位機軟件和RFID讀寫器之間具有硬件中間件功能的設備，其特征是，包括用于控制器對外接讀寫器的供電和通訊的RFID讀寫器接口；用于控制器對外接終端的供電和通訊的人機交互終端接口；用于控制器和上位機之間的通訊的現(xiàn)場總線接口；用于控制器設定參數(shù)的掉電保存的外擴存儲器；能實現(xiàn)各通訊接口驅(qū)動，協(xié)議封裝、解析和轉(zhuǎn)換，任務調(diào)度和協(xié)調(diào)功能的處理器；以及用于為處理器、通訊接口和外設可靠供電的電源和保護線路。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器， 其特征是，所述RFID讀寫器接口采用RS232接口或RS485接口 。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器， 其特征是，所述人機交互終端接口采用RS232接口或RS485接口。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器， 其特征是，所述現(xiàn)場總線接口采用CAN總線接口。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器， 其特征是，所述外擴存儲器采用I2C接口的EEPR0M芯片。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器， 其特征是，所述處理器采用工業(yè)級ARM處理器芯片。
7、 根據(jù)權利要求1所述的一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器， 其特征是，所述電源核心采用驅(qū)動電流大、發(fā)熱量小的開關電源芯片，可以為控制器內(nèi)部的處理器和通訊接口供電或為控制器外接的讀寫器和終端設 備供電。
8 、根據(jù)權利要求1所述的一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器，其特征是，所述上位機通訊接口設置有接口協(xié)議轉(zhuǎn)換卡。
9、根據(jù)權利要求1或8所述的一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控 制器，其特征是，所述接口協(xié)議轉(zhuǎn)換卡采用PCI-CAN卡，并插入上位機的PCI
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離散制造業(yè)加工流水線RFID接口控制器，為上位機軟件和RFID讀寫器之間具有硬件中間件功能的設備，其特征是包括用于控制器對外接讀寫器的供電和通訊的RFID讀寫器接口；用于控制器對外接終端的供電和通訊的人機交互終端接口；用于控制器和上位機之間的通訊的現(xiàn)場總線接口；用于控制器設定參數(shù)的掉電保存的外擴存儲器；能實現(xiàn)各通訊接口驅(qū)動，協(xié)議封裝、解析和轉(zhuǎn)換，任務調(diào)度和協(xié)調(diào)功能的處理器；以及用于為處理器、通訊接口和外設可靠供電的電源和保護線路。本發(fā)明為RFID技術在加工流水線應用，進行物料數(shù)據(jù)和操作信息的實時監(jiān)視和配送調(diào)度，為實現(xiàn)生產(chǎn)的高效、信息化管理提供了一種手段。
文檔編號G05B19/418GK101414182SQ20081023571
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權日2008年12月4日
發(fā)明者偉 何, 明 俞, 張曉華, 魏書楷 申請人:南通明興科技開發(fā)有限公司