工业数据采集与标识解析 课件1.3 RFID数据采集及标识解析系统

项目一

工业互联网标识解析【知识目标】

掌握工业互联网标识解析的架构。

掌握一维码、二维码、RFID通信方法。

掌握PLC对一维码、二维码、RFID芯片内容的读写方法。【能力目标】

能应用扫码器，进行一维码数据的读取解析。

能应用机器视觉，进行二维码数据的读取解析。

能应用RFID读写器，进行RFID数据的读写解析。【素质目标】

培养学生精益求精的工匠精神。

培养学生持之以恒的学习态度。

培养学生程序编写的创新意识。任务1.3RFID数据采集及标识解析系统在当今数字化的时代，企业通常使用多个不同的信息系统来管理生产、销售、物流等各个环节，标识解析系统为不同的系统间的通讯提供了统一的标识和解析机制，使不同系统之间可以准确地识别和交互数据。本任务需应用RFID标识载体进行数据读写，辅助完成产品的下单及生产信息跟踪，通过硬件组态、通讯参数设置、程序编写、下载调试完成数据采集及写入，实现生产数据的管理和及时追踪。1.3.1任务要求1.任务要求解析系统架构的整体架构采用分层、分级模式构建，面向各行业、各类工业企业提供标识解析公共服务。如图1.3-1所示，系统主要元素包括根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点、公共递归节点等。1.标识解析体系架构1.3.2知识准备1.3.2知识准备其中，二级节点是指一个行业或区域内部的标识解析公共服务节点，能够面向行业或区域提供标识编码注册和标识解析服务，以及完成相关的标识业务管理、标识应用对接等。从战略视角来看，工业互联网标识解析二级节点是安全、稳定、高效、可靠的国家级网络基础设施，能够实现异构标识体系的互联互通，支撑工业互联网平台开展资源定位和信息共享，具备备案、监测、认证等保障能力。从产业视角来看，工业互联网标识解析二级节点能够通过条码、电子标签等载体采集数据，将标识与信息、地址关联，贯通数据链条。通过有效的权限管理，实现工业大数据的按需共享，支持数据合理流转，激发数据应用。核心技术中，架构层面涉及编码与存储、采集与处理，解析层面涉及数据与交互、设备与中间件、异构互操作、应用支撑等。1.标识解析体系架构1.3.2知识准备部署概况根据工业互联网标识解析体系架构中的部署架构设计，工业互联网标识解析国家顶级节点及接入国家顶级节点的众多行业、地域性二级节点和企业节点，共同作为我国工业互联网标识解析体系统一管理和稳定运行的顶层基础设施，既能够与国际上各种主要标识解析体系根节点实现互联互通，也能够面向各种行业应用，形成完善、稳定、广泛覆盖的网络基础设施，提供各种工业互联网标识的解析服务。目前已经在北京上海、广州、重庆和武汉这些区位中心城市建设了5个国家顶级节点，部署了国家顶级节点标识注册系统、解析系统、标识数据同步、系统标识查询系统等，建立了与其他异构标识解析体系互联互通平台，并提供基于国家顶级节点的标识解析监测系统、标识解析安全保障系统等公共能力，形成了4种核心系统、1大互通平台、2种公共能力的国家顶级节点服务体系。2.系统部署1.3.2知识准备硬件服务平台承载了顶级节点服务平台全生命周期的服务，各逻辑系统构建于物理平台的网络和硬件设备之上，由硬件服务平台确保系统之间物理上的独立性和数据安全性。硬件服务平台由5部分组成。①

主数据中心，用于支撑标识数据网关服务，提供顶级标识全生命周期管理业务、行业二级节点托管业务，并提供一个试验床环境。②异地顶级节点数据中心，是针对主数据中心的关键业务按照1：1的比例配置的，其服务部署与主数据中心相同。③

解析节点，提供标识权威解析服务。解析节点计划采用“1+5+2”的部署方式。其中，主节点1个位于主数据中心内部，是所有标识数据更新的源头;辅助解析节点7个，覆盖中国电信、中国联通等国内主流运营商。3.硬件服务平台1.3.2知识准备④监测节点。在全球部署监测平台，负责基于全球服务平台体系的实时监测和数据采集工作。该平台的建设目标是，根据标识体系的特点建设一个国家级、多维度、分布式的综合数据采集和监测分析平台。其实现方式是，针对工业互联网基础资源(标识、IP等)进行服务监控，并根据数据收集结果进行数据分析。未来整个监测平台计划包括100个监测节点，将覆盖国内各大基础运营商的核心网络，为工业互联网基础资源安全保驾护航。⑤运维中心，实现系统部署和监测运维服务。国家顶级节点分布在北京、上海、重庆武汉及广州5个城市，由建设在各个城市数据中心的5大节点组成5个顶级节点的点到点长途专线连成环形拓扑，冗余的架构保证了网络通信的可靠性。顶级节点之间分为3种数据，即运维数据、前台数据及后台数据。运维中心通过开通点到点专线接入北京顶级节点的数据库同步区，管理5个节点的所有设备，并通过二层隔离技术保证管理的安全性。前台数据包括每个顶级节点注册信息的上传同步和解析信息的下载同步数据;后台数据是5个顶级节点数据库之间的相互备份和同步数据。3.硬件服务平台1.3.2知识准备从功能视角出发，工业互联网标识解析二级节点主要由标识注册、标识解析、业务管理、数据管理和安全保障5部分组成。①标识注册，主要是指针对工业互联网标识编码的规划、申请与分配、使用情况进行反馈、生命周期管理、标识有效性管理，以及标识分配使用情况的信息收集和标识关联信息的收集等功能。②)标识解析。二级节点的标识解析功能主要是为其分配的标识提供公共解析服务。③业务管理，主要是指工业互联网标识注册和标识解析相关的用户管理、财务管理审核等功能。④数据管理，是指二级节点对自身的标识编码元数据、标识注册信息、标识分配信息标识解析日志等数据进行管理的功能。⑤

安全保障，是指保障标识解析二级节点的安全、稳定、高效运行。安全保障建设主要内容包括自身防护能力建设、安全能力建设、安全管理制度建设3个方面。4.功能体系建设1.3.2知识准备基于工业互联网标识解析二级节点构建工业互联网应用，不仅包括供应链协同管理、全生命周期管理、产品追溯等典型应用，也可与智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等工业互联网应用模式结合，通过对工业领域的人、机、物进行唯一身份标识和解析，可以实现信息采集、信息关联、信息共享。(1)与工业互联网平台协同推进(2)基于已有标识应用探索促进规模化发展(3)挖掘需求创新标识应用5.应用体系建设1.3.2知识准备二级节点是标识解析体系中直接服务企业的核心环节。作为国家工业互联网标识解析体系的重要组成部分，还要为企业提供标识注册和标识解析服务，二级节点应支持GS1、Handle、OID、Ecode等主要技术方案中的一种或多种。随着标识解析应用的快速发展，二级节点作为满足行业需求、扩展标识解析服务能力、服务范围、服务深度的重要设施，成为构建安全、稳定、高效、可靠的工业互联网标识解析体系的重要基础和支撑环节。二级节点是推动标识应用的重要抓手。二级节点直接面向行业企业提供服务，是标识服务的窗口。从这个意义上讲，二级节点的发展情况直接决定了标识解析体系在应用中的发展情况。首先，二级节点是构建行业级标识解析应用的平台，可以提供应用支撑能力，在充分保证数据主权的前提下，可以促进跨企业的信息共享和信息交易;其次，二级节点本身将产生大量有价值的数据，包括注册信息、解析日志等，通过对数据进行分析和挖掘就可能衍生出很多新的应用和模式。6.二级节点建设1.3.2知识准备RFID(RadioFrequencyIdentification)，射频识别技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，是一种非接触式的自动识别技术。RFID领域应用最为广泛的一个标准是EPC标准，它将RFID系统分成了四个层次，包括物理层、中间层、网络层和应用层。物理层是整个系统的物理环境构造，包括标签、天线、读写器、传感器、仪器仪表等硬件设备。中间层是信息采集的中间件和应用程序接口，负责对读卡器所采集到的标签中的信息进行简单的预处理，然后将信息传送到网络层或应用层的数据接口。网络层是系统内部以及系统间的数据联系纽带，各种信息在其上交互传递。应用层则是EPC后端软件及企业应用系统。7.RFID标识解析1.3.2知识准备RFID(RadioFrequencyIdentification)，射频识别技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，是一种非接触式的自动识别技术。RFID领域应用最为广泛的一个标准是EPC标准，它将RFID系统分成了四个层次，包括物理层、中间层、网络层和应用层。物理层是整个系统的物理环境构造，包括标签、天线、读写器、传感器、仪器仪表等硬件设备。中间层是信息采集的中间件和应用程序接口，负责对读卡器所采集到的标签中的信息进行简单的预处理，然后将信息传送到网络层或应用层的数据接口。网络层是系统内部以及系统间的数据联系纽带，各种信息在其上交互传递。应用层则是EPC后端软件及企业应用系统。7.RFID标识解析1.3.2知识准备通常我们所说的RFID产品处于物理层，其最基本的组成部分包括：1）射频标签(或称射频卡、应答器等)射频标签也可称作射频卡，它由耦合元件及芯片组成，含有物品唯一的标识体系，包含着一系列的数据和信息，比如产地，日期代码和其他关键的信息等，这些信息储存在一个小的硅片中，利用阅读器，可以及时方便的了解精确的信息。按照不同的方式，射频标签有以下几种分类。7.RFID标识解析1.3.2知识准备7.RFID标识解析分类方式种类特点供电方式无源卡卡内无电池，利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电，作用距离短，寿命长，对工作环境要求不高。有源卡卡内有电池提供电源，作用距离较远，寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作。载波频率和作用距离的区别低频射频卡（LF）主要有125KHz和134.2KHz两种，常用于短距离、低成本的应用中，如门禁、货物跟踪等。高频射频卡（HF）主要有13.56MHz，用于门禁控制和需传送大量数据的传输系统。超高频射频卡（UHF）主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等，应用于需要较长读写距离和高读写速度的场合，如火车监控、高速公路收费，以及供应链管理。调制方式主动式主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器。被动式被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号。芯片只读卡只读，唯一且无法修改的标识，价格低。读写卡可擦写，可反复使用，价格高。CPU卡芯片内部包含微处理器单元（CPU）、存储单元、输入/输出接口单元，价格高。1.3.2知识准备7.RFID标识解析2）射频阅读器在RFID系统中，信号接收设备一般叫做阅读器（或读卡器）。阅读器的基本功能就是提供与标签进行数据传输的接口，读取(有时还可以写入)标签信息的设备。在RFID相关产品中，读卡器的含金量是最高的，因为它是半导体技术、射频技术、高效解码算法等多种技术的集合。3）射频天线射频天线主要用来在标签和读取器间传递射频信号。RFID系统中包括两类天线，一类是RFID标签上的天线，和RFID标签集成为一体；另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。1.3.2知识准备7.RFID标识解析RFID系统的基本工作原理：在工作时，RFID读写器通过天线持续发送出一定频率的信号，当RFID标签进入磁场时，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（ActiveTag，有源标签或主动标签）；随后读写器读取信息并解码后，将数据传输到中央信息系统进行有关的数据处理。1.3.2知识准备8.标识解析典型案例通过标识解析体系，对自动化生产过程中的图样、设备、产品、配件进行标识，自动获取项目图样、供应商加工/运输/入库、产线生产计划、实时进度过程参数等信息，实现更加高效、透明的产线实时监控。某汽车企业在生产实时进度管理方面，对汽车零部件等实物对象及流程、工艺算法等数字对象赋予标识，并关联汽车生产各工序环节，结合一键排产、批次/序列号管理、快速排定工艺生产等功能，实时监控各工序节点生产进度。在采购供应管理方面，通过标识解析二级节点，该企业未来会将46家汽车主机厂、37家汽车零部件生产，以及13家电子生产企业作为企业节点接人标识解析体系，为相关企业加工、运输、质检等数据对象赋予标识，并与整车关联，从而实现汽车生产数据的全链条监控、全程管控、质检全程动态追踪，保证过程透明化，提升供应效率，降低采购及交付风险。1.3.3任务实施（1）硬件准备1.任务准备序号名称型号数量备注1RFID读写器DLRF-7075A1配套RFID芯片2PLCS712001214CDC/DC/DC1

3HMIKTP-7001

4交换机8口交换机1配套网线（2）软件准备序号名称型号数量备注1博途V1611.3.3任务实施（1）RFID设备参数2.系统安装设备状态：ERR（错误代码）01：数据格式错误；02：设备地址错误；03：读取寄存器数量超出设置范围；04：写无效的寄存器；05：读写无效的数据寄存器区域；ID（设备地址）默认设备地址为1；DATA（标签数据）实时显示RFID标签内的数据，仅前三项寄存器数据可显示；UID（芯片编号）实时显示当前RFID标签的编号；IP（设备IP）以十六进制显示IP后两个网段。1.3.3任务实施（1）RFID设备参数2.系统安装RFID相关通信参数通信协议：MODBUSTCPIP地址：192.168.40.19（自动供料）/192.168.40.39（智能仓储）端口号：502设备号：1标签开放区域：8个寄存器读取起始寄存器地址：453249（16＃D000）写入起始寄存器地址：457345（16＃E000）MODBUSTCP的通信协议中，分为客户端（主站）与服务器（从站）；在该应用场景中RFID为服务器，PLC只能以客户端的形式存在，实现PLC与RFID间的数据交互。1.3.3任务实施（2）.PLC与RFID设备间通信2.系统安装第一步，通信块调用：在指令库中找到MB_CLIENT通信块，将该指令块拖到程序中实现调用。1.3.3任务实施（2）.PLC与RFID设备间通信2.系统安装第二步，通信块参数配置REQ：当读取请求信号为TRUE时，发送通信请求；DISCONNECT：0时为建立通信连接，1时为断开通信连接；MB_MODE：0时为读取请求模式，1时为写入请求模式；MB_DATA_ADDR：读取或写入寄存器的起始地址；MB_DATA_LEN：读取或写入数据长度；1.3.3任务实施（2）.PLC与RFID设备间通信2.系统安装第二步，通信块参数配置MB_DATA_PTR：服务器接收的数据或待发送到服务器的数据所在数据缓冲区的指针；此处采用8个INT类型的数组；CONNECT：连接描述结构的指针；此处采用TCON_IP_V4的系统数据类型；DONE：该状态为TRUE时作业成功完成，此处可不配置；BUSY：该状态为TRUE时正在处理请求，此处可不配置；ERROR：该状态为TRUE时出错；此处可不配置；STATUS：通信状态码，7002待建立连接、7004成功建立连接、7005发送数据、7006接收数据；此处可不配置；1.3.3任务实施（2）.PLC与RFID设备间通信2.系统安装第三步，连接参数配置（TCON_IP_V4）InterfaceId：本地接口的硬件标识符；ID：指令“MB_CLIENT”的每个实例都必须使用唯一的ID；ConnectionType：连接类型,对于TCP，选择11（十进制）;ActiveEstablished：对于主动连接建立，应选择TRUE；RemoteAddress：服务器IP地址；RemotePort：远端连接伙伴的端口号；LocalPort：本地连接伙伴的端口号,

端口号：1至49151

任意端口：01.3.3任务实施（2）.PLC与RFID设备间通信2.系统安装第五步，读取与写入块参数配置读取块与写入块为同一通信连接，所有采用同一DB背景块；读取与写入块的请求信号、读写模式、寄存器起始地址、收发数据指针有所不同，需进行修改；1.3.3任务实施3.系统调试（1）将编写完成的程序下载至PLC修改写入数