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圖爾克（天津）傳感器有限公司 只凱

作者簡介

只凱（1983-），男，天津人，工程師，天津大學(xué)工程碩士，現(xiàn)任圖爾克（天津）傳感器有限公司高級產(chǎn)品經(jīng)理，研究方向為工業(yè)4.0及RFID技術(shù)。

摘要：本文結(jié)合AGV行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了AGV系統(tǒng)和RFID技術(shù)，以及圖爾克RFID產(chǎn)品在AGV系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：AGV；圖爾克；RFID

Abstract: Combined with the development of AGV industry, this article mainly introduces the AGV system and RFID technology, and the application of TURCK RFID product in AGV system.

Key words: AGV; TURCK; RFID

1　行業(yè)背景

AGV是（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫，中文含義為“自動導(dǎo)引運(yùn)輸車”，是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠按規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。

現(xiàn)今，在“工業(yè)4.0”和《中國制造2025》的背景下，傳統(tǒng)生產(chǎn)制造企業(yè)正面臨著升級改造的壓力，改造步伐慢或猶豫不決的企業(yè)將逐漸被淘汰，智能制造的勢頭已經(jīng)勢不可擋。這也加速了AGV需求的增長。且隨著“數(shù)字化車間”和“智能物流”趨勢的加快，AGV市場需求的增長勢頭愈發(fā)迅猛。

目前，AGV的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是AGV與周邊設(shè)備將更加緊密地結(jié)合，AGV必須與應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域的“工藝要求”相結(jié)合；二是AGV需求多樣化，如側(cè)出叉式、貨架式、多車協(xié)調(diào)式以及高位取貨式等；三是AGV導(dǎo)航方式多樣化，混合導(dǎo)航、磁帶導(dǎo)航、自由路徑導(dǎo)航將成為需求熱點(diǎn)；四是中低端AGV市場的增長及應(yīng)用迅速普及，市場銷售額在未來幾年會接近高端市場；五是適合戶內(nèi)、戶外應(yīng)用的重載AGV需求將呈幾何倍數(shù)增長。

2　AGV系統(tǒng)與RFID技術(shù)

2.1　AGV系統(tǒng)

AGV是伴隨著柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。從應(yīng)用的行業(yè)來看，其分布面非常廣，涉及汽車、飛機(jī)制造、家用電器、煙草、機(jī)械加工等行業(yè)，這說明AGV有一個廣闊的應(yīng)用前景。

AGV主要由以下幾個系統(tǒng)模塊組成：主控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、安全與輔助系統(tǒng)和供電系統(tǒng)等，如圖2所示。

圖2 AGV的系統(tǒng)組成圖

AGV系統(tǒng)特點(diǎn)是：

（1）可以實現(xiàn)對生產(chǎn)線物流的智能控制。

（2）可以提高生產(chǎn)線設(shè)備的靈活性，便于重新布置和調(diào)整。

（3）可以與機(jī)器人、加工中心等其他設(shè)備配合工作。

（4）可及時地跨越故障工位，保證生產(chǎn)線的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（5）相對于固定的物料輸送線，具有更強(qiáng)的適應(yīng)和調(diào)度能力。

（6）便于組成高精度的動態(tài)跟蹤系統(tǒng)。

2.2　RFID技術(shù)

無線射頻識別技術(shù)（RFID，Radio Frequency Identification）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合），實現(xiàn)對被識別物體的自動識別和數(shù)據(jù)交換。RFID射頻識別的基本原理框圖如圖3所示。

圖3 RFID基本原理框圖

根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，RFID系統(tǒng)的組成也會略有區(qū)別，但基本都是由讀寫器、電子標(biāo)簽和通信接口等組成。電子標(biāo)簽和讀寫器都裝有天線，電子標(biāo)簽工作所需要的能量可從讀寫器的射頻場內(nèi)直接獲得。

根據(jù)電子標(biāo)簽和讀寫器之間傳輸信息所使用的頻率，工業(yè)現(xiàn)場RFID系統(tǒng)常用的工作頻率包括：高頻（HF）和超高頻（UHF）。由于高頻產(chǎn)品抗工業(yè)現(xiàn)場干擾能力強(qiáng)，所以是工業(yè)現(xiàn)場主要使用的RFID頻率；而超高頻產(chǎn)品的特點(diǎn)是感應(yīng)距離遠(yuǎn)，可以同時讀取多個載碼體的EPC碼，并且價格相對便宜。具體項目選擇哪種頻率的產(chǎn)品，主要還是要根據(jù)實際的工作環(huán)境和生產(chǎn)工藝來決定。

2.3　圖爾克RFID系統(tǒng)的應(yīng)用

導(dǎo)航系統(tǒng)是AGV小車的核心之一，而磁帶導(dǎo)航憑借其定位精確、靈活性好、改變或擴(kuò)充路徑容易、磁帶鋪設(shè)相對簡單、導(dǎo)引可靠、便于控制通訊、抗聲光無干擾、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為很多中低端AGV應(yīng)用的主要導(dǎo)航系統(tǒng)。

但是，對于路徑復(fù)雜、工作站點(diǎn)較多的應(yīng)用場合，單靠磁帶導(dǎo)航就顯得有些力不從心了。經(jīng)過與相關(guān)設(shè)備及工藝人員的交流溝通，認(rèn)為RFID系統(tǒng)的引入可以很好的解決這個問題。通過配合RFID進(jìn)行站點(diǎn)的可靠識別，可以保證多站點(diǎn)的最合理路徑規(guī)劃和小車的路由選擇。AGV系統(tǒng)中RFID實現(xiàn)的主要功能如下：

（1）AGV小車的位置區(qū)間檢測。

（2）AGV小車調(diào)整行進(jìn)速度的標(biāo)志。

（3）AGV小車各操作工位的識別。

（4）AGV小車行進(jìn)的路徑選擇標(biāo)志。

經(jīng)過項目前期的實地調(diào)研與技術(shù)交流，確定AGV系統(tǒng)的硬件設(shè)備類型如下：

（1）控制器為基于單片機(jī)開發(fā)的專用控制器。

（2）RFID讀寫器選用圖爾克公司BLident系列高頻（HF）產(chǎn)品。

（3） 通訊接口為RS485。

圖4 RFID讀寫頭安裝圖

車載控制器采用的是基于單片機(jī)開發(fā)的控制器，實現(xiàn)AGV小車的控制，保證車輛系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，控制器連接RFID讀寫頭的通訊協(xié)議為RS485。AGV小車底部安裝圖爾克公司IP67防護(hù)等級的BL ident系列高頻RFID產(chǎn)品。控制器操作的所有讀寫過程，都經(jīng)由RS485接口完成，并將載碼體數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鳌?/p>

系統(tǒng)安裝調(diào)試過程中，會在磁帶導(dǎo)航路徑的關(guān)鍵位置（如加減速位置、停止位置、分道位置等）的地面上安裝RFID載碼體，AGV設(shè)備運(yùn)行時，通過車身底部的RFID讀寫頭讀取地標(biāo)RFID載碼體內(nèi)的數(shù)據(jù)，來判斷AGV小車所處的控制點(diǎn)位，并根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行加速、減速、轉(zhuǎn)彎、分道等操作，而且還可以實時掌握車輛的運(yùn)行區(qū)間。

圖5 現(xiàn)場使用圖

AGV系統(tǒng)中使用圖爾克RFID產(chǎn)品，具有以下優(yōu)勢：

（1）地標(biāo)載碼體數(shù)據(jù)寫入方便，可以在現(xiàn)場實時寫入；

（2）地標(biāo)載碼體可重復(fù)寫入數(shù)據(jù)，使用中可隨時修改；

（3）抗干擾能力強(qiáng)；

（4）IP67防護(hù)等級，不易受水、油污等影響；

（5）工作溫度寬，-25℃~70℃；

（6）感應(yīng)距離遠(yuǎn)。

2.4　RFID系統(tǒng)的使用效果

通過使用圖爾克的RFID系統(tǒng)，提高了整個AGV系統(tǒng)的工作效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)設(shè)計的各項功能都得到了很好的實現(xiàn)，并且通過了長時間的連續(xù)不間斷運(yùn)行考驗。得益于RFID系統(tǒng)卓越的性能和顯著的特點(diǎn)，現(xiàn)場的整個物料輸送系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中穩(wěn)定性、可靠性和高效性得到進(jìn)一步優(yōu)化和提升，達(dá)到了用戶的期望。

3　展望

對于讀寫距離要求較近的地標(biāo)應(yīng)用，可選用圖爾克高頻（HF）RFID產(chǎn)品，并將載碼體（TAG）安裝在地面上，通過讀取載碼體信息，實現(xiàn)小車的定位識別功能；針對讀寫距離要求較遠(yuǎn)的AGV車身及貨物識別應(yīng)用，可選用圖爾克超高頻（UHF）RFID產(chǎn)品，并將載碼體（TAG）安裝在小車、載具或包裝箱上，進(jìn)行相應(yīng)的識別操作。

總之，針對AGV行業(yè)，圖爾克基于現(xiàn)場總線技術(shù)的BL ident系列RFID產(chǎn)品，憑借其多協(xié)議支持、多通道集成、兼容常規(guī)IO以及擁有多種防護(hù)等級等特點(diǎn)，在地標(biāo)定位、車身識別及物流管理等應(yīng)用中，擁有更廣闊的使用空間。

摘自《2017今日自動化技術(shù)應(yīng)用在中國》