專利名稱：一種流水線rfid接口控制器與上位機的通訊方法
技術(shù)領(lǐng)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(lǐng)域，特別是涉及一種用于加工流水線的RFID接口控制器和 上位機的通訊方法。
背景技術(shù)：
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(dá) 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)面臨著成本提高利潤下降的嚴(yán)峻考驗。如果能將信息技術(shù)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(yīng)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(chǔ)，采用 RFID (無線射頻識別)技術(shù)結(jié)合現(xiàn)場總線通訊技術(shù)，能有效解決上述問 題。
RFID技術(shù)是一種非接觸式自動識別技術(shù)。自從上世紀(jì)九十年代以 來，RFID技術(shù)在身份識別、物流追蹤、倉庫管理、汽車制造等領(lǐng)域得到 了廣泛應(yīng)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(yīng)用時都需要搭建與其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(shù)的應(yīng)用帶來的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)上位機對流水線上貼有RFID標(biāo)簽
的物料信息以及工位上人機交互終端工藝流程相關(guān)操作信息的采集，并 基于采集信息實現(xiàn)物料配送狀態(tài)的實時監(jiān)視和優(yōu)化調(diào)度，同時實現(xiàn)流水
線狀態(tài)信息在人機交互終端上的本地顯示的流水線RFID接口控制器和 上位機的通訊方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種流水線RFID接口控制器與上位機的通訊方法，其特征是流 水線每個工位裝一臺RFID接口控制器，接口控制器通過CAN總線接口
和上位機通訊；流水線運行前，上位機軟件先對接口控制器進(jìn)行初始化， 設(shè)定其工作狀態(tài)；流水線運行時，接口控制器對其相連接的RFID讀寫 器和人機交互終端操作狀態(tài)進(jìn)行控制，并采集流水線上貼有RFID標(biāo)簽 的物料信息、人機交互終端相關(guān)操作信息以及設(shè)備故障診斷信息，以一 定協(xié)議格式將所采信息通過CAN總線發(fā)送給上位機，上位機監(jiān)控軟件根 據(jù)接收到信息進(jìn)行處理后，控制執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)動作，實現(xiàn)對流水線物料 配送的優(yōu)化調(diào)度，同時實現(xiàn)流水線狀態(tài)信息在人機交互終端上本地顯 示。
CAN總線通訊協(xié)議的物理層遵循CAN總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范IS011898,通訊 協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層符合CAN2.0協(xié)議規(guī)范的定義，通訊協(xié)議的應(yīng)用層則根據(jù)流水線的實際應(yīng)用來定義。
每條通訊信號利用一個CAN數(shù)據(jù)幀來實現(xiàn)，信號結(jié)構(gòu)組成包括兩個 字節(jié)的信號的目的地址，兩個字節(jié)的信號源地址， 一個字節(jié)的命令類型， 以及一至七個字節(jié)的命令內(nèi)容。
所述上位機的CAN總線接口，采用在上位機加裝PCI-CAN接口協(xié)議 轉(zhuǎn)換卡來實現(xiàn)，插入上位機的PCI插槽，引出標(biāo)準(zhǔn)的DB9針CAN總線接卩。
所述上位機軟件對接口控制器進(jìn)行狀態(tài)初始化，包括下列步驟第 一步，設(shè)備檢測信號及應(yīng)答；第二步，設(shè)備合法性認(rèn)證信號及應(yīng)答；第 三步，站點信息同步信號及應(yīng)答；第四步，站點角色類型設(shè)定信號及應(yīng) 答；其中第一步和第二步操作順序可以互換，第三步和第四步操作順序 可以互換。
所述的設(shè)備故障診斷信息可以是站點一個或多個RFID讀寫器和接 口控制器的連接狀態(tài)異常，也可以是站點人機交互終端和接口控制器的 連接狀態(tài)異常。
制器與上位機通訊，是通過aN總線接口來實現(xiàn)。在加工流水線每 個生產(chǎn)工位(以下稱站點)上都安裝一臺控制器，流水線上全部的控制 器和上位機都通過CAN總線接口接入同一條CAN總線，通過該條CAN總 線上位機可以和流水線上每個站點的控制器進(jìn)行通訊。
控制器除了具備CAN總線接口，還具備RFID讀寫器(以下簡稱讀寫器)接口和人機交互終端(以下簡稱終端)接口。讀寫器的功能是對 加工流水線上傳送的物料所貼RFID標(biāo)簽，進(jìn)行加工工藝相關(guān)信息的讀 取或?qū)懭氩僮?。終端的功能是允許流水線操作人員通過鍵盤進(jìn)行加工工 藝相關(guān)狀態(tài)反饋或參數(shù)設(shè)定，并將該站點相應(yīng)狀態(tài)由液晶屏本地顯示。
在流水線開始運行加工任務(wù)之前，要先由上位機監(jiān)控軟件對流水線 每個站點的控制器進(jìn)行初始化操作，設(shè)定控制器的狀態(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(wù)。
控制器完成初始化操作后，流水線開始運行加工任務(wù)。流水線的操 作人員通過終端向上位機進(jìn)行登錄請求，登錄成功后可以通過終端進(jìn)行 與生產(chǎn)工藝流程控制相關(guān)的操作。操作人員對終端的全部操作信息，都 由控制器按照一定格式的通訊信號發(fā)送給上位機，并根據(jù)上位機應(yīng)答信 號決定該站點的工作狀態(tài)?？刂破鞯墓ぷ鳡顟B(tài)決定該站點讀寫器的操作 狀態(tài)，也決定終端相應(yīng)信息的顯示。
在流水線運行加工任務(wù)的過程中，軌道上傳送的物料都貼有RFID
標(biāo)簽，物料由軌道傳送經(jīng)過某一站點的讀寫器天線識別區(qū)域時，讀寫器
會根據(jù)控制器的狀態(tài)設(shè)定對物料RFID標(biāo)簽信息進(jìn)行讀取或?qū)懭氩僮鳌?讀寫器所讀取的標(biāo)簽信息或信息寫入結(jié)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)控軟件根據(jù)讀寫器采集的物料RFID標(biāo)簽 信息，結(jié)合流水線運行狀態(tài)以及該站點的工作狀態(tài)，對物料配送流向進(jìn) 行調(diào)度控制。
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(yīng)出錯提示信號，通知上位機該站點的控制器
設(shè)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(yīng)的出錯提示。
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，采用一種RFID讀寫器和上位機控制 軟件之間的硬件中間件設(shè)備——RFID接口控制器，可以實現(xiàn)離散制造業(yè) 流水線現(xiàn)場RFID設(shè)備管理、協(xié)調(diào)，并通過標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線通訊接口和 上位機控制軟件進(jìn)行通訊。RFID接口控制器會給RFID技術(shù)在離散制造 業(yè)推廣應(yīng)用、提高行業(yè)信息化管理帶來幫助。針對離散制造業(yè)的行業(yè)應(yīng) 用特點，RFID接口控制器和上位機之間的通訊需要約定一種有效的通訊 方法，以實現(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。
本發(fā)明可以有效解決控制器在流水線應(yīng)用時與上位機監(jiān)控軟件的 通訊交互問題，進(jìn)而實現(xiàn)上位機監(jiān)控軟件對流水線每個站點讀寫器連接 狀態(tài)監(jiān)測、終端連接狀態(tài)監(jiān)測、流水線所傳送物料RFID標(biāo)簽的讀取和 寫入、總線通訊狀態(tài)監(jiān)視、終端鍵盤操作信息獲取。上位機監(jiān)控軟件根 據(jù)控制器發(fā)送的信息進(jìn)行處理后，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)動作，對流水 線物料配送的優(yōu)化調(diào)度控制，實現(xiàn)加工流水線高效、信息化管理。


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下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 圖1為RFID接口控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為一條加工流水線RFID接口控制器和上位機連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。
圖3為RFID接口控制器和上位機通訊協(xié)議幀格式。
具體實施例方式
本發(fā)明中控制器與上位機通訊交互，是通過CAN總線接口來實現(xiàn)。 在加工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(jìn)行通訊交互，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)。實際應(yīng)用中優(yōu)先地，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(biāo)準(zhǔn)的DB9針 和CAN總線相連。 一條加工流水線控制器和上位機連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D 2所示。
根據(jù)ISO/OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)模型的7層協(xié)議結(jié)構(gòu)，CAN總線協(xié)議只 采用其中三層即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。對于本發(fā)明中控制器 和上位機之間的通訊方法來說，通訊協(xié)議的物理層遵循CAN總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 范IS011898，通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層均按照CAN2. 0協(xié)議規(guī)范的定義， 而通訊協(xié)議的應(yīng)用層則根據(jù)流水線的實際應(yīng)用在下面具體描述。
流水線上每個工位安裝一臺控制器，同時安裝一臺終端和一定數(shù)量 的讀寫器與之相連。每個站點安裝讀寫器數(shù)量根據(jù)不同行業(yè)應(yīng)用需求不
同，可以是一臺或多臺，具體如服裝加工行業(yè)流水線每個站點安裝讀寫 器數(shù)量為兩臺， 一臺安裝于站點支軌道的進(jìn)站口，另一臺安裝于站點支 軌道的出站口。讀寫器的功能是對加工流水線上傳送的物料所貼RFID標(biāo)簽，進(jìn)行加工工藝相關(guān)信息的讀取或?qū)懭氩僮?。讀寫器究竟執(zhí)行只讀 操作、只寫操作還是既要讀操作又要寫操作，要根據(jù)不同的產(chǎn)品加工工 藝流程來決定。有些加工工藝流程設(shè)定可以通過操作人員在上位機監(jiān)控
軟件直接設(shè)定，上位機監(jiān)控軟件通過CAN總線發(fā)送信號給控制器改變其
工作狀態(tài)，再由控制器對讀寫器的操作進(jìn)行控制。有些工藝流程的設(shè)定 可以通過終端的按鍵操作來輸入，然后通過控制器發(fā)送請求信號給上位 機，上位機監(jiān)控軟件處理后，返回應(yīng)答信號給控制器改變其工作狀態(tài)， 從而影響控制器對讀寫器操作的控制。
在流水線開始運行加工任務(wù)之前，要先由上位機監(jiān)控軟件對流水線 每個站點的控制器進(jìn)行初始化操作，設(shè)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(wù)。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(shè)備檢測信號，控制器接收到上位機的設(shè)備檢測信號后，向上位機 返回設(shè)備檢測應(yīng)答信號。
由于CAN總線為短幀結(jié)構(gòu)，每幀數(shù)據(jù)長度為0 8字節(jié)，本發(fā)明中每 條通訊信號利用一個CAN數(shù)據(jù)幀來實現(xiàn)，信號格式定義如圖3所示。每 幀數(shù)據(jù)代表一條通訊信號的實現(xiàn)方式，有利于降低通訊處理的復(fù)雜程 度，提高整個系統(tǒng)通訊的實時性。
按照上述通訊信號的格式定義，設(shè)備檢測信號的內(nèi)容為00 03 00 FF OIAABB，其中前兩個字節(jié)OO 03表示信號發(fā)送的目的站點，這里表示 信號要發(fā)送的控制器站點地址；第三和第四兩個字節(jié)00 FF表示信號發(fā)送的源地址，這里表示上位機的站點地址；01為設(shè)備檢測信號的命令類
型，AA BB為命令內(nèi)容。這里設(shè)備檢測應(yīng)答信號內(nèi)容為00 FF 00 03 02 AA BB，這里02表示設(shè)備檢測應(yīng)答信號的命令類型。
第二步，上位機監(jiān)控軟件對返回設(shè)備檢測應(yīng)答信號的控制器發(fā)送設(shè) 備合法性認(rèn)證信號，合法的控制器接收到上位機的設(shè)備合法性認(rèn)證信號 后，向上位機返回正確的設(shè)備合法性認(rèn)證應(yīng)答信號，如果是非法仿制的 控制器不會返回正確的應(yīng)答信號。
第三步，上位機監(jiān)控軟件對認(rèn)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(guān)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(yīng)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(jìn)行角色類型 設(shè)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?到上位機的站點角色類型設(shè)定信號后，向上位機返回站點角色類型設(shè)定 應(yīng)答信號，然后控制器就進(jìn)入流水線正常工作運行狀態(tài)。
控制器接收到上位機每一步初始化操作的通訊信號，返回應(yīng)答信號 給上位機的同時，在該控制器相連接的終端液晶屏上顯示相應(yīng)的提示信 息，供本地操作人員查看站點狀態(tài)。
控制器完成初始化操作后，流水線開始運行加工任務(wù)，此時流水線 的操作人員可以通過終端進(jìn)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(yīng)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(quán)限，可以通過終端進(jìn)行 與生產(chǎn)工藝流程控制相關(guān)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(yīng) 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(yīng)操作的處理信息。具體對于服裝加工流水線生產(chǎn)工藝 流程相關(guān)操作包含任務(wù)代碼輸入、含任務(wù)物料上線、物料工序加工完 畢、物料加工質(zhì)量檢驗、物料加工任務(wù)完成、送輔料請求等。
通過終端將流水線某一站點的工作狀態(tài)設(shè)定后，流水線軌道上傳送 的物料都貼有RFID標(biāo)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(dāng)前狀態(tài)設(shè)定對物料RFID標(biāo)簽信息進(jìn)行讀取或?qū)?入操作。讀寫器所讀取的標(biāo)簽信息或信息寫入結(jié)果會通過控制器以一定
格式的通訊信號發(fā)送給上位機，上位機監(jiān)控軟件對該通訊信號內(nèi)容進(jìn)行
解析，獲取物料RFID標(biāo)簽信息，結(jié)合該站點的工作狀態(tài)以及整個流水
線的生產(chǎn)負(fù)荷等狀況做出判斷，并發(fā)出信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)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。
流水線長時間運行時，現(xiàn)場的控制器、讀寫器和終端設(shè)備可能會因 為供電、通訊或其它故障導(dǎo)致不能正常工作，為了便于現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)， 本發(fā)明中定義了設(shè)備故障診斷機制。
首先，控制器會實時檢測該站點安裝的讀寫器和終端與其連接狀態(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)送設(shè)備連接狀態(tài)出錯信號，通知上位機該站點的控制 器是哪個設(shè)備連接狀態(tài)異常，該站點不能繼續(xù)工作，同時該站點終端液 晶屏也會顯示相應(yīng)的出錯提示。
其次，上位機每隔一段時間向流水線上全部站點發(fā)送設(shè)備連接狀態(tài) 査詢信號，每一臺控制器接收到設(shè)備連接狀態(tài)査詢信號后，立即向上位 機返回設(shè)備連接狀態(tài)査詢應(yīng)答信號，將該站點設(shè)備連接狀態(tài)發(fā)送給上位 機。如果上位機一定時間內(nèi)不能接收到設(shè)備狀態(tài)查詢應(yīng)答信號，則認(rèn)為 該站點控制器連接故障，不能繼續(xù)工作。
流水線維護(hù)人員可以通過上位機或終端液晶屏的出錯提示信息，對 故障站點設(shè)備進(jìn)行維修，故障排除后維護(hù)人員可以通過操作終端向上位 機發(fā)送請求即可恢復(fù)工作。
1權(quán)利要求
1、一種流水線RFID接口控制器與上位機的通訊方法，其特征是流水線每個工位裝一臺RFID接口控制器，接口控制器通過CAN總線接口和上位機通訊；流水線運行前，上位機軟件先對接口控制器進(jìn)行初始化，設(shè)定其工作狀態(tài)；流水線運行時，接口控制器對其相連接的RFID讀寫器和人機交互終端操作狀態(tài)進(jìn)行控制，并采集流水線上貼有RFID標(biāo)簽的物料信息、人機交互終端相關(guān)操作信息以及設(shè)備故障診斷信息，以一定協(xié)議格式將所采信息通過CAN總線發(fā)送給上位機，上位機監(jiān)控軟件根據(jù)接收到信息進(jìn)行處理后，控制執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)動作，實現(xiàn)對流水線物料配送的優(yōu)化調(diào)度，同時實現(xiàn)流水線狀態(tài)信息在人機交互終端上本地顯示。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水線RFID接口控制器與上位機的通 訊方法，其特征是CAN總線通訊協(xié)議的物理層遵循CAN總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 IS011898,通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層符合CAN2.0協(xié)議規(guī)范的定義，通訊 協(xié)議的應(yīng)用層則根據(jù)流水線的實際應(yīng)用來定義。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水線RFID接口控制器與上位機的通 訊方法，其特征是每條通訊信號利用一個CAN數(shù)據(jù)幀來實現(xiàn)，信號結(jié) 構(gòu)組成包括兩個字節(jié)的信號的目的地址，兩個字節(jié)的信號源地址， 一個 字節(jié)的命令類型，以及一至七個字節(jié)的命令內(nèi)容。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水線RFID接口控制器與上位機的通訊方法，其特征是所述上位機的CAN總線接口，采用在上位機加裝PCI-CAN接口協(xié)議轉(zhuǎn)換卡來實現(xiàn)，插入上位機的PCI插槽，引出標(biāo)準(zhǔn)的 DB9針CAN總線接口。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水線RFID接口控制器與上位機的通 訊方法，其特征是所述上位機軟件對接口控制器進(jìn)行狀態(tài)初始化，包 括下列步驟第一步，設(shè)備檢測信號及應(yīng)答；第二步，設(shè)備合法性認(rèn)證 信號及應(yīng)答；第三步，站點信息同步信號及應(yīng)答；第四步，站點角色類 型設(shè)定信號及應(yīng)答；其中第一步和第二步操作順序可以互換，第三步和 第四步操作順序可以互換。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水線RFID接口控制器與上位機的通訊 方法，其特征是所述的設(shè)備故障診斷信息可以是站點一個或多個RFID 讀寫器和接口控制器的連接狀態(tài)異常，也可以是站點人機交互終端和接 口控制器的連接狀態(tài)異常。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種流水線RFID接口控制器與上位機的通訊方法，流水線每個工位裝一臺RFID接口控制器，接口控制器通過CAN總線接口和上位機通訊。流水線運行前，上位機軟件先對接口控制器進(jìn)行初始化，設(shè)定其工作狀態(tài)。流水線運行時，接口控制器采集流水線上貼有RFID標(biāo)簽的物料信息、人機交互終端相關(guān)操作信息以及設(shè)備故障診斷信息，以一定協(xié)議格式將所采信息通過CAN總線發(fā)送給上位機。上位機監(jiān)控軟件根據(jù)接收到信息進(jìn)行處理后，控制執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)動作，實現(xiàn)對流水線物料配送的優(yōu)化調(diào)度，同時實現(xiàn)流水線狀態(tài)信息在人機交互終端上本地顯示。本發(fā)明為RFID技術(shù)在流水線上應(yīng)用，進(jìn)行物料和操作信息的采集、監(jiān)視和配送調(diào)度，為生產(chǎn)的高效、信息化管理提供了一種手段。
文檔編號G05B19/418GK101498931SQ20081024263
公開日2009年8月5日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者偉 何, 明 俞, 張曉華, 趙晝辰 申請人:北京三博中自科技有限公司;南通明興科技開發(fā)有限公司