PCB RFID anti-metal etiketine dayalı trafo üretim izlenebilirlik sistemi
Zhang Song1, Hong Tao1, Sheng Quangen2
(1. Kalite ve Güvenlik Mühendisliği Okulu, Çin Jiliang Üniversitesi, Hangzhou 310018, Zhejiang; 2. Zhejiang Huacai Technology Co., Ltd., Hangzhou 310023, Zhejiang)
Akıllı sayaçlar için gerilim trafolarının ayrı üretim endüstrisini hedefleyen, PCB RFID anti-metal etiketlerine dayalı bir dizi üretim izlenebilirlik sistemi tasarlanmıştır. Ürün gereksinimlerinin ve RFID avantajlarının analizi ile sistemin her bir fonksiyonel modülü tanımlanır ve sistemin uygulama mimarisi oluşturulur. Ürün için, empedans eşlenik eşleşmesi ve daha düşük dönüş kaybı sağlayan yüksek performanslı bir anti-metal RFID etiketi tasarlanmıştır ve antenin kazanç ve radyasyon yönünü iyileştirmek için üç tarafı çevrelenmiş metal kullanır. Sistem, işletmenin kapsamlı rekabet gücünü artırır ve akıllı üretim ve akıllı yönetimin gerçekleştirilmesi için temel oluşturur.
Radyo frekansı tanımlama; anten tasarımı; anti-metal etiket; voltaj transformatörü; akıllı üretim
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN925
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.05.020
Çince alıntı biçimi: Zhang Song, Hong Tao, Sheng Quangen.PCB RFID anti-metal etiketine dayalı trafo üretim izlenebilirlik sistemi Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (5): 82-85.
İngilizce alıntı biçimi: Zhang Song, Hong Tao, Sheng Quangen.Potansiyel transformatörün PCB RFID anti-metal etiketine dayalı izlenebilirlik sistemi.Elektronik Tekniği Uygulaması, 2017, 43 (5): 82-85.
0 Önsöz
RFID teknolojisi Nesnelerin İnternetinin vazgeçilmez ve önemli bir parçasıdır.Elektromanyetik alanları kablosuz iletişim için kullanarak nesneleri otomatik olarak tanımlayan ve bilgi elde eden temassız otomatik tanımlama teknolojisi olarak tanımlanır.Okuma ve yazma, geniş depolama kapasitesi ve yüksek güvenilirliğe sahiptir. Avantaj. "Çin RFID Teknoloji Politikası Teknik Raporu" ve "Zhejiang Eyaleti Nesnelerin İnterneti Endüstrisi" On Üçüncü Beş Yıllık "Geliştirme Planı" RFID etiketlerinin önemli araştırma nesneleri olduğunu açıkça belirtti. RFID teknolojisinin imalat endüstrisine uygulanması, bilgi teknolojisi, otomasyon teknolojisi, modern yönetim teknolojisi ve üretim teknolojisinin entegrasyonunu büyük ölçüde teşvik edebilir.
Elektrik enerjisi ölçüm cihazları ile ilgili olarak, State Grid Corporation of China, kapsamlı bir şekilde "üç set ve beş ana" sistem reformunu desteklemiştir.Birçok parçanın özelliklerine ve karmaşık üretim yönetimine dayanan, büyük talep gören voltaj transformatörleri, onları görünür, işbirliğine dayalı ve uygulanabilir kılmaktadır. Optimum akıllı yönetim çok yakında. Bir Baijiang ve diğerleri, enstrüman transformatörü varlık yönetiminin proses modelini tanıttı ve enstrüman transformatörü varlık yönetimi ve otomatik doğrulamada RFID teknolojisinin uygulama geçmişini analiz etti. İmalat sanayinin üretim özelliklerini hedefleyen Tan Hui, üretim verimliliğini artırmak için imalat sanayine uygulanan RFID teknolojisinin çalışma prensibini anlattı. Wang Cong ve diğerleri, plastik imalat endüstrisi için akıllı bir montaj atölyesi oluşturmak için plastik üretim atölyesinde RFID teknolojisini uyguladılar.
Yukarıda bahsedilen literatür, imalat endüstrisinin teorik fizibilitesini ve transformatörlerin otomatik olarak doğrulanması için RFID sisteminin uygulamasını inceler ve RFID sistemi, plastik imalat şirketlerinde başarıyla uygulanmıştır. Ancak, gerilim trafolarının akıllı üretimi için, üretim atölyesi şüphesiz odak noktasıdır.Daha iyi bir uygulama ortamına sahip plastik imalat endüstrisi ile karşılaştırıldığında, gerilim trafolarına uygulanabilecek anti-metal etiketler tasarlamak daha önemlidir. Bu makale, Zhejiang Huacai Technology Co., Ltd.'nin (bundan böyle "Huacai Teknolojisi" olarak anılacaktır) voltaj transformatörlerinin üretim ve yönetimindeki kusurları özetler, RFID sistemleri uygulamasının ihtiyaçlarını ve avantajlarını analiz eder ve bir dizi voltaj transformatörü önerir. PCB RFID anti-metal etiketinin tasarımına odaklanan üretim izlenebilirlik sistemi Uygulama ve uygulama yoluyla, akıllı üretim, optimize edilmiş yönetim ve bilgi izlenebilirlik gibi beklenen hedeflere ulaşmıştır.
1 Ürün imalat talep analizi
Huacai Technology, voltaj transformatörlerinin üretimi ve yönetimi için henüz bir dizi bilgi sistemi çözümü oluşturmamıştır.Şu anda, sadece önemli bilgiler bir PCB kartına bir marker ile yazılır ve PCB kartı bir "çalışma" şeklinde kenetlenir. Üretim atölyesinin geçici kaydını devam ettirmek için demir çerçeve ile demir koltuk arasında. Sonraki imalat sürecinde ürün tamamen mühürlenir ve dökülür, bu nedenle önceki dönemde kaydedilen bilgiler görüntülenemez. Gerilim transformatörlerinin üretim ve dağıtım, ürün imalatı, bitmiş ürün testi, paketleme ve depolamada kusurları vardır.Başlıca sorunlar aşağıdaki gibidir:
(1) Gerekli tüm bilgileri kaydetmek imkansızdır ve gerçek zamanlı bilgi toplama yapmak imkansızdır;
(2) Ürün imalatı, testi, nakliyesi ve satışının tüm yaşam döngüsü boyunca bilgilerin izlenmesi imkansızdır;
(3) Üretim görevlerini açıkça atayamama ve üretim planlarının kötü yürütülmesi;
(4) Üretim bilgileri, her ana işlemin izleme bilgileriyle ilişkilendirilemez ve üretim sorumluluğu araştırılamaz;
(5) Üretim bilgileri, mevcut bilgi yönetim sistemleri ve arka plan verileri ile ilişkilendirilemez.
RFID sisteminin voltaj transformatörlerinin imalatına uygulanması, yukarıda bahsedilen sorunları çözebilir ve akıllı üretim ve akıllı yönetim gerçekleştirebilir. Bu sistemin anahtarı, işletme tarafından kullanılan PCB kartına dayalı bir voltaj transformatörü üretim ortamında kullanılabilecek bir RFID elektronik etiket tasarlamaktır.
2 RFID sistem tasarımı
2.1 Sistem işlev modülü
Sistemin, bobin sarımı, özel montaj, presleme, püskürtme, fabrika testi, paketleme ve benzerlerinden tüm üretim sürecinin bilgi izlenebilirlik işlevini gerçekleştirmesi gerekir. Bu gereksinime göre, sistem işlev modülleri ofis modülleri, sarma atölyesi modülleri, sarma atölyesi modülleri, enjeksiyon kalıplama modülleri ve test paketleme modüllerini içerir. Sistem fonksiyon modülü şeması Şekil 1'de gösterildiği gibi gösterilmektedir. Bunlar arasında, dağıtım ofisi modülü, etiket bilgilerinin başlatılması ve üretilmesi planlanan ürün kodunu içerir; sarım atölyesi modülü, sarım işçisi kodunu kaydeder; sarma atölyesi modülü, sarma işçisi kodunu ve demir çekirdeğin modelini yazar; enjeksiyon kalıplama modülü, enjeksiyon işçisini ve sprey boyayı kaydeder Çalışan kodu; test paketleme modülü, yükleyici kodunu, test çalışan kodunu, paketleyici kodunu, test raporu kodunu ve kısmi yayın değerini içerir.
2.2 Sistem mimarisi tasarımı
Gerilim trafosunun gerçek üretim hattını analiz ederek ve yukarıda belirtilen sistem işlevsel gereksinimlerini birleştirerek, PCB RFID anti-metal etiketine dayalı gerilim trafosunun üretimi için izlenebilirlik sisteminin tasarım çerçevesi Şekil 2'de gösterilmektedir.
Tüm üretim süreci hakkındaki bilgileri kaydetmek için gerilim trafosu üretim sürecinin ilk aşamasına RFID etiketleri ekleyin. Ofis modülünde operatör etiketi başlatır ve üretim planının ürün kodunu sarım işçilerine tahsis edilen etikete yazar; sarım atölyesi modülünde operatör, el tipi okuyucu vasıtasıyla sarımları sırayla okur. Hat işçisinin etiketi, çalıştıkları ürünün modelinin etikete karşılık gelen model ile tutarlı olup olmadığını kontrol edin, bir sorun varsa derhal ürünü değiştirmeyi bırakın, normalse sargı işçi kodunu etikete yazın; sarma atölyesi modülüne ve basınçlı enjeksiyona Şekillendirme modülü de aynı şekilde çalıştırılır ve karşılık gelen bilgiler sırasıyla yazılır, test paketleme modülünde operatör önce bilgileri teyit etmek için etiketi okur, ardından ilgili bilgileri yazar.Test sırasında kusurlu bir ürün var ise demonte edilmesine gerek yoktur. Dahili elektronik etiket okunarak sorumlu kişi ve hata bağlantısı bulunabilir; test sonucu normal ise gerilim trafosunun imalatı başarıyla tamamlanır. Yukarıdaki adımlarla, ürün modeli her önemli istasyonda onaylanır, malzeme konfigürasyon hatalarından kaçınılır ve ilgili bilgiler yazılır, gerçek zamanlı bilgiler, şeffaflık ve üretim sürecinin izlenebilirliği gerçekleştirilir.
İmalat sürecinin anahtar halkasında RFID okuma ve yazma işlemleri gerçekleştirilir, imalat bilgileri okuyucu üzerinden alınır ve üst bilgisayardan elde edilen izleme bilgileri ile ilişkilendirilir ve veri işlemenin ardından müşteriye iletilir. RFID bilgi toplama temelinde, sistem, tüm üretim sürecinin bilgi izlenebilirliği, üretim planı yürütme değerlendirmesi, yönetim izleme, sorumluluk takibi, iş planlaması ve üretim dahil olmak üzere birçok işlevi gerçekleştirebilen şirketin mevcut ERP sistemi ile entegre edilmiştir. Bilgiler gerçek zamanlı olarak yüklenir ve paylaşılır, bu da akıllı üretim ve akıllı yönetimin gerçekleştirilmesinin temelini oluşturur.
3 RFID anti-metal etiketi
3.1 RFID etiket tasarım teorisi
Tüm sistemin gerçekleştirilmesinde, uygulamanın fiili durumunu ve sistemin gereksinimlerini karşılamak için, gerilim trafoları için UHF UHF elektronik etiketlerinin tasarlanması gerekmektedir. Etiket performansının tasarımdan sonra gereksinimleri karşılayıp karşılamadığı simülasyon ve simülasyondan sonra elde edilen çeşitli performans parametreleri ile değerlendirilebilir. Yön performansı ve çalışma mesafesi, RFID'nin en önemli iki performans parametresidir.Bu iki performans parametresi, simülasyon yoluyla etiketin empedans eşleşme derecesi, dönüş kaybı ve kazancı gözlemlenerek doğrulanabilir.
RFID elektronik etiketlerinin çalışma mesafesi:
Formülde, ZA = RA + jXA, antenin karmaşık empedansıdır, RA, anten kompleks empedansının gerçek parçasıdır, XA, anten karmaşık empedansının hayali parçasıdır; ZL = RL + jXL, çipin karmaşık empedansıdır ve RL, çipin karmaşık empedansının gerçek parçasıdır. XL parçası, çipin karmaşık empedansının hayali bir parçasıdır. Mikrodalga iletişim prensibine göre, sistem, sinyal kaynağının empedansı ve yük empedansının her ikisi de birleşik eşleşme durumunda olduğunda maksimum iletim gücüne ulaşabilir.
Geri dönüş kaybı, olay gücünün yansıyan güce oranı olarak tanımlanır, olay gücünün bir kısmının sinyal kaynağına geri yansıdığını gösteren bir performans parametresidir.Bu nedenle, dönüş kaybı değeri ne kadar küçükse etiketin performansı o kadar iyi olur. Geri dönüş kaybı aynı zamanda empedans eşleştirme derecesi ile de ilgilidir ve genellikle -20 dB'den az olması gerekir.
Yukarıdakilere göre, RFID elektronik etiketin daha uzun bir çalışma mesafesine sahip olması durumunda, daha iyi empedans eşleşmesine, daha düşük dönüş kaybına ve daha yüksek kazanca ihtiyacı vardır.
Ayrıca imalat sürecinde okuma ve yazma kolaylığı göz önünde bulundurulduğunda etiketin yönlülüğü de oldukça önemli bir tasarım faktörüdür. Metalin etkisi göz önüne alındığında, RFID elektronik etiketlerinin daha iyi yarım küre çok yönlü olması gerekir. Yönlendirme için, radyasyon örüntüsü yargılamak için simülasyonla elde edilebilir ve etiketleri okumak ve yazmak için en iyi radyasyon kazancına sahip yön kullanılır.
3.2 RFID anti-metal etiketin tasarımı ve simülasyonu
3.2.1 Etiket tasarım analizi
Metal sadece etiketin performansını etkilemek için elektromanyetik dalgaları yansıtmakla kalmaz, aynı zamanda etiketin kendisinin özelliklerine de doğrudan müdahale eder.Bu nedenle, metal bir ortamda, RFID elektronik etiketinin performansı ciddi şekilde düşecek veya hatta çalışamayacaktır. Anti-metal etiketler için en yaygın olarak kullanılan yöntem, etiketi yükseltmek için plastik köpük kullanmaktır, ancak voltaj transformatörü imalatının yüksek sıcaklıkta enjeksiyon işleminde köpük malzemelere izin verilmez. Ek olarak, AMC yapay manyetik iletken ve elektromanyetik bant boşluk yapısının piyasaya sürülmesi veya çeşitli seramik veya kompozit malzeme bazlı mikro şerit antenler, anti-metal amacına ulaşmak için zemin plakası olarak metal kullanır, ancak etiketin maliyeti uygulanamayacak kadar yüksektir.
Metalik malzemeler tarafından yansıtılan parazit elektromanyetik dalgalar teorisi ile birleştirilerek, bu ortama dayalı bir RFID elektronik etiket tasarım şeması önerilmektedir. Tasarımda mevcut alanı ve çevreleyen metali tam olarak kullanın, metale olan mesafeyi belirli bir aralık içinde ayarlayın, böylece metalden geri yansıyan elektromanyetik dalgalar anten okuma yönündeki kazancı arttırır.
RFID çipleri, kapsamlı çip fiyatı ve performansı için Impinj'in monza4E etiket çipini seçin. Çipin karmaşık empedansının gerçek kısmı 11 ve hayali kısmı 143 'dur.Bu tür bir yonganın Kullanıcı belleği ve EPC belleği sırasıyla 128 kB ve 496 kB'dir ve bunlar sistem tasarım gereksinimlerini karşılar.
Yukarıdaki tasarıma göre, T-tipi eşleştirme, RFID anteninin ve çipin empedans eşleşmesini sağlamak için kullanılır ve antenin bakır alanı, kaybı azaltmak için merkez frekansı elde etmek için değiştirilir.Kazancını artırmak için etiket ile metal arasındaki mesafeyi optimize ederek, RFID etiketinin yaklaşık şekli belirlenebilir. Ve Şekil 3'te gösterildiği gibi boyut.
3.2.2 Etiket performansı simülasyon doğrulaması
Anteni "I" şeklindeki demir çerçevenin ortasına vidalarla sabitleyin "I" şeklindeki demir çerçevenin her iki tarafında da demir çerçeveler vardır.Performansını simüle etmek ve optimize etmek için HFSS yazılımı kullanılır.Simülasyon diyagramı Şekil 4'te gösterilmiştir.
HFSS yazılımı ile optimize edilmiş RFID etiketleri demir aletin önüne ve arkasına yerleştirilir ve son olarak antenin havada ve demir alet arasında optimum performansı elde edilir. Antenin metal eklemeden önceki ve sonraki performans karşılaştırması Şekil 5'te gösterilmiştir.
Şekil 5 (a) 'dan metalin etkisiyle metaldeki geri dönüş kaybının -30 dB'den daha düşük olan vakumdakinden daha yüksek olduğu; Şekil 5 (b)' den metalin etkisinin antenin gerçek kısmını azalttığı görülebilmektedir. Hayali kısım artar ve eşlenik eşleştirme temelde elde edilebilir; Şekil 5 (c), üç taraflı metal kullanımının antenin yönlülüğünü daha net ve daha iyi hale getirebileceğini göstermektedir. Özetle, 922.5 MHz merkez frekansında, üç tarafın tümünün demir içeren metaller olduğu bir ortama yerleştirildiğinde, etiket anteninin geri dönüş kaybı -35 dB ve empedans 6.4 + 144j'dir, bu da temelde empedans eşlenik eşleşmesini 3,9 dB kazançla sağlar. . Bu tasarım şemasıyla elde edilen RFID anti-metal etiket daha iyi performansa sahiptir ve sistemin gereksinimlerini karşılayabilir.
4 Sistem uygulaması
Yukarıda tasarlanan PCB RFID anti-metal etiketinin uygulanması, Huacai Teknolojisinin gerilim trafosu üretimi için izlenebilirlik sisteminin geliştirilmesini ve uygulanmasını gerçekleştirmiştir. Sistem aşağıdaki işlevleri gerçekleştirebilir:
(1) Gerekli tüm bilgilerin gerçek zamanlı olarak toplanması ve kaydedilmesi, bilgilerin gerçek zamanlı paylaşılması ve geri bildirimi, gerçek zamanlı ve şeffaf bilgiler;
(2) Bilgiler, ürün imalatı, testi, nakliyesi ve satışının tüm yaşam döngüsü boyunca izlenebilir;
(3) Üretim planının yürütülmesini iyileştirmek, üretim görevlerinin atamasını netleştirmek, üretim programını zamanında kavramak ve üretim verimliliğini artırmak;
(4) Üretim bilgileri, her bir ana sürecin bilgilerinin izlenmesiyle ilişkilendirilir, böylece sorunlar ortaya çıktığında, bunlar zamanında durdurulabilir ve düzeltilebilir, gerçek zamanlı olarak ayarlanabilir ve sorumlu kişiye veya üretim hatası bağlantısına karşı sorumlu tutulabilir.
(5) Üretim bilgileri, işletmenin bilgi yönetim sistemi ve arka plan verileriyle ilişkilidir.Nesnelerin İnterneti, büyük veri analizini kolaylaştırmak ve işletmenin kapsamlı rekabet gücünü artırmak için imalat endüstrisi ile birleşir.
5. Sonuç
Şirketin belirli projelerinin gerçek çevre koşullarına ve gereksinimlerine dayalı olarak, bu belge, PCB RFID anti-metal etiketlerine dayalı voltaj transformatörü üretimi için bir dizi izlenebilirlik sistemi tasarlar.Bu tip RFID sistemi, diğer ayrı imalat endüstrilerinin üretimine genişletilebilir ve ayrıca şirketi geliştirebilir Şirketin ekonomik faydaları ve kapsamlı rekabet gücünü artırır. Ulusal bir strateji olarak "İnternet +" nın yükselişiyle, modern üretimin çeşitli alanlarına giderek daha fazla IoT teknolojisi tanıtılacaktır. Benzersiz avantajları ile RFID teknolojisi daha geniş bir şekilde incelenecek ve uygulanacaktır.
Referanslar
Chen Douxue, Li Yiming, Chen Yiyi, vb. Radyo Frekansı Tanımlama ve İmalatta Uygulaması, Bilgisayar Mühendisliği ve Tasarımı, 2006, 27 (8): 1359-1361.
Huang Shaohua, Yuan Yiping, Yuan Liang, ve diğerleri.RFD'nin Ayrı İmalatta Araştırma ve Uygulaması.Mekanik Tasarım ve İmalat, 2014 (6): 256-262.
An Baijiang, Blessing, Zhang Meng, vb. RFID teknolojisinin transformatörlerin varlık yönetimi ve otomatik doğrulanmasında uygulanması Otomasyon ve Enstrümantasyon, 2016 (8): 52-53.
Tan Hui. Üretim Üretim Kontrolünde RFID Sisteminin Uygulanması İşletme Yönetimi ve Bilgilendirme, 2010, 39 (7): 13-16.
Wang Cong, Ji Zhicheng.Akıllı Çalıştaya Dayalı Üretim Yürütme Sisteminin Araştırılması ve Uygulanması, Computer Times, 2012 (8): 20-23.
Liu Ran. RFID'ye dayalı anti-metal etiket anten tasarımı ve ölçümü Pekin: Pekin Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, 2014.
Yan Fugui Metal Ortamında UHF RFID Etiketlerinin Performans Bozulması Analizi ve Tasarım Araştırması Zhejiang: Hangzhou Dianzi Üniversitesi, 2013.
CHEN H D, TSAO Y H. Metalik nesnelere monte edilebilen RFID etiketleri için düşük profilli kıvrımlı yama antenler IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., 2010, 9: 118-121.
UKKONEN L, SCHAFFRATH M, ENGELS D W, et al. 865-928MHz içinde UHF RFID bantlarında katlanmış mikroşerit yama tipi etiket anteninin çalışması. IEEE Antenleri ve Kablosuz yayılma Mektupları, 2006, 5 (1): 414-417.
