RFID识别系统与现场总线技术的完美结合

————张鑫先生在第二届自动化技术高峰论坛上的演讲

RFID是什么
　　RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签， 操作快捷方便。

RFID的发展及现状
　　射频识别技术的兴起有两方面主要原因的推动。一是技术的推动。射频技术从诞生到民用经历了军事应用、实验室研究再到民间应用几个不同时期，基础技术研究日臻成熟。另一方面则是在整个社会信息化程度普遍提高后，企业需要进一步提高信息化水平，同时降低劳动生产成本，市场对各类技术进行选择的结果。射频识别依靠无线电波进行信息采集、传输、控制，这种无线非接触式的技术优势成为人们的必然选择。
　　按照能量供给方式的不同，RFID标签分为有源、无源和半有源三种；按照工作频率的不同，RFID标签分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波频段（MW）的标签。目前国际上RFID应用以LF和HF标签产品为主；UHF标签开始规模生产，由于其具有可远距离识别和低成本的优势，有望在未来五年内成为主流；MW标签在部分国家已经得到应用。中国已掌握HF芯片的设计技术，并且成功地实现了产业化，同时UHF芯片也已经完成开发。
13.56MHZ成为目前工业控制的主流
　　目前，RFID在工业上的应用较多，主要工作频率以高频(HF)13.56MHZ为主，并已经达成了全球的共识。这主要是因为工业生产环境普遍不是很好，其中像电焊机、大型设备等都会造成较大的电磁干扰，而RFID又是通过电磁感应的原理来进行读写操作的，用户难免会产生这样的疑问：电磁干扰是否会影响到RFID的正常工作？事实上，工厂内部的电磁干扰普遍在1MHZ以内，如果RFID的工作频段选取在13.56MHZ左右，两者工作频段相差很远，根本不会造成互相的干扰。我们也可以这样理解：我们如果使用调频收音机，当两个电台的频段相近时，干扰会很强烈，反之则不然。

国内RFID典型应用
　　在仿伪领域，RFID主要应用于各类电子票证、身份证明、特殊商品防伪等。2004年在国内部分地区陆续启用了第二代身份证，在新一代的身份证中采用了13.56MHz的射频识别技术。按计划到2008年全部更换完毕，由此，平均每年对RFID电子标签的需求量在2亿片左右。
　　在交通信息化应用方面，目前主要是城市公交一卡通工程、公路、铁路的调度和统计系统，以及高速公路的不停车收费系统、智能化停车场等。在有关主管部门的推动下，截至2005年已经实施城市公交一卡通工程的城市已经达到120多个。
　　铁路方面则是在全国范围内成功应用基于电子射频识别技术的铁路车号自动识别(Auto train Identification System：ATIS)系统。铁路车号自动识别系统采用了国际领先的UHF频段技术，共计约17000多辆机车附着半主动RFID电子标签，约50万节车厢被贴上被动式电子标签，从而大大提高了列车调度管理的信息化水平，取得了明显的经济和社会效益。此外，不停车收费系统试点项目也不断增加，有望早日实现大规模实质性应用。
　　在工业生产方面，工业生产制造过程，包括物料自动配送、流水线控制等环节，RFID都有所应用。我想就汽车行业为代表作一些介绍。
　　以汽车制造业为例，北京现代、长安福特、上汽、奇瑞轿车、柳州汽车、昌河汽车以及第一汽车制造厂等，也都先后采用了RFID系统应用。一些知名发动机企业也在准备积极筹备中。
汽车行业特点
　　汽车制造业是典型的多工种、多工艺、多物料的大规模生产过程。同时随着汽车行业之间竞争的日益激烈，各生产厂家都普遍面临着：提高生产效率、降低生产成本、提高生产管理水平等种种压力。对于汽车项目而言，无论是新建项目，还是现有设备的扩展和改造，在规划和设计控制系统时都应该有一个基本指导原则：采用最先进的自动化技术和产品，从而最大程度减小系统集成和调试时间、降低投资成本，方便生产运行阶段的维护与工艺调整。提高各工艺设备系统的稳定性，减少故障停机时间保证计划产量的实现。
对汽车工业的控制系统的要求也有别于其他行业的自动控制系统，因为汽车工业生产现场相对较复杂。例如焊装工艺，就代表着汽车工业控制现场的一些典型特点：
　　1．对汽车工业的控制系统的要求也有别于其他行业的自动控制系统，因为汽车工业生产现场相对较复杂。例如焊装工艺，就代表着汽车工业控制现场的一些典型特点；
　　2．强电磁干扰
　　接设备在焊接过程中的电磁干扰发射，不仅会对电网造成污染，对连接在同一电网中的用电设备造成影响和损坏，对设备品质、网络通信和信号传输都是重大的考验
　　3．现场I/O数量众多且非常分散
　　每个工位夹具上都有相当多的电磁阀需要驱动，众多的夹爪汽缸上的夹紧和松开到位的信号需要收集。这些信号相对很分散，采集点都处在夹具的不同部位
　　4．网络从站数量多
　　在汽车项目规划中，一般会使用现场总线技术，也通常会使用IP67防护等级的一体化模块，因为一个一体化模块就是一个节点，所以网络节点数量一般都较多。例如一条主焊线，往往都有上百个节点，如果使用机器人焊接，机器人还要占用相应的网络节点资源。
　　RFID技术应用在汽车行业的优势
　　1)增强汽车行业企业资产、产品及原材料管理的可见性和可追溯性，做到“透明管理”；
　　2)对产品和原材料进行高效的自动化追踪监管和库存清单管理；
　　3)提高企业运作效率，降低经营成本；
　　4)增强安全效能，降低损耗系数；
　　5)改善整个生产周期的追溯监管质量；
　　6)精简工作队伍，加强团队协作；
　　7)优化物流供应链管理，促进效能整合，降低担保费用，缩短反应时间；
　　8)适应目前/未来的产业及消费者需求，增强顾客满意度。
　　现场总线在汽车行业应用的特点
　　现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通讯网络，与传统控制方式相比，具有无可比拟的优势。
　　汽车工业对控制系统提出了很高的要求，所以在规划和设计生产线自控系统时我们必须考虑周全。要选择最适合工艺布局和现场环境的现场总线协议，我们必须要保证：
　　1)众多的I/O从站能够经济合理地分布。
　　2)所有的站点能进行方便的调试和直接、简单的网络管理。
　　3)大量的控制信号能够实时稳定地传输。
　　4) 现场的各种故障能够及时诊断和定位。
　　5)与其他系统的兼容性和技术升级的可操作性。
　　因此可见，在汽车工业中，控制点相对较多，自动化程度高，现场环境比较恶劣，线路也较复杂，和其他行业的生产控制相比，故障率相对偏高。这样，对于维护人员和设备的诊断功能都提出了较高的要求。准确的故障定位和详实故障信息是现场总线所具有的非常重要的一个特点，这使得设备维护更加便捷。其次，现场总线提供了极高的性价比，使得系统综合成本减少40%；现场总线模块拥有较高的防护等级、加上可靠的数字通讯方式以及快捷的数据响应，都是汽车工业控制方式的首选。另外，强大的抗干扰能力使得总线能够适应恶劣的工作环境，尤其像汽车厂电焊车间等强电磁干扰的环境，体现出强大的优势。
现场总线与RFID的结合点
　　现场总线和RFID的应用都为汽车工业带来了极大的收益，推动了汽车工业自动化的管理水平，并降低了运营成本。同时，我们又在思考着另外一个问题：怎样将两者有机的结合在一起？两者是否可以优势互补那。
　　1．  总线作为一种理想的控制方式，针对不同的应用环境提出了具备代表性的8大应用
协议，像Profibus DP、DeviceNET等已广为大家熟悉，并以在中国取得了很多应用实例。目前，RFID普遍支持总线协议，两者处于同一协议的网络控制中，更好的发挥总线控制优势。
　　2．RFID作为一个非独立的系统，其三大组成部分之一的控制器，提供了与总线耦合器类似的功能，将两者合二为一，是一种非常有效的资源整合，这极大的减少了网络中的节点数量，并使得每个节点的资源得到充分利用，将RFID与IO紧密地结合在了一起。
　　3．总线提供了可编程网关，其具有小型PLC的功能，使得每个子站都有可能成为独立的系统，极大的减轻了上层PLC的工作量，RFID的数据读写信息，可以通过可编程网关直接进行处理，避免了大量数据的传输，和对服务器的依赖程度。
　　这里只总结了三点，相信随着总线技术和RFID技术的发展，其组合的控制方式会发挥出更大的威力。
威胁与机遇共存
　　1、劳动者
　　RFID带来了效率的提高，必然伴随着一定的失业现象，但如同任何先进生产力方式一样，不能因为失业而否定了一种新技术的生命。RFID同样带来了很多的从业机会，对RFID人才的需求也伴随着技术和产业的发展而更加强烈。
　　2、企业
　　对于传统识别技术厂商和提供商来说，RFID技术无疑是一种巨大的威胁。目前中国很多大型的条码提供商已经开始向RFID企业转型，如北京凯泰、休恩博得等公司。同样，面对国外企业的进驻，中国企业也感到了巨大的压力。中国企业对RFID技术的掌握，还只停留在代理或封装的层面，没有核心技术的竞争，后果可想而知。中国企业要利用生产成本低的优势，加强与国外厂商合作，争取更多的研发工作机会，借以发展自身研发能力。
　　3、产业
　　在整个RFID产业链中，中国企业的核心技术有限，大多数知识产权都控制在国外厂商手中，每年有大量的知识产权费用外流。中国是个制造大国，是世界的制造中心之一，如此庞大的市场，乃众兵争夺之地。虽然中国目前的政策、经济、技术和社会等各方面的条件并不能促进RFID的快速发展，但中国具备巨大的市场，如何发展未来的RFID产业，是需要国家及产业内人士共同思考的问题。

　　总之，RFID不仅仅是一种技术，它更是一种高效的管理方式，一种对管理精细化的思考。未来的RFID产业将是一种影响我们生活的重要角色。谢谢！