智能电表检测线SIEMENS RFID解决方案

一．客户需求分析      当前国家电网公司建设智能电网，构建智能用电服务体系，提出以建设特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强国家电网，全面提高电网的安全性、经济性、适应性和互动性的总体目标。      智能电网是现代化输电和配电系统的总称。在国家智能电网建设中，用电端的智能化改造是重要方面之一。智能电表、用电信息采集终端的使用将会全面推开。而智能电表是智能电网的重要组成部分，智能电表必须由用户交费对卡充值并输入表中，电表才能供电，表中电量用完后自动拉闸断电，从而有效地解决上门抄表和收电费难的问题。      而当前各省电力公司通过对辖区内的用户电表按统一技术规范进行更换改造，最终实现用电信息的自动采集、预付费管理等功能，达到对全部电力客户用电的“全采集、全覆盖、全预付费”的目标。     随着国家智能电网计划在全国范围内推广、智能电表的家庭普及，智能电表自动化检定系统将存在着极大的市场需求，必将在全行业得到普及推广。

二．智能电表检测线功能需求      智能电表需要按照国网公司检测标准和检测流程等进行检测。智能电表的检测流程需要依据新的电能表技术标准对远程控制、液晶显示、停电显示等诸多项目逐一进行测试。      电表在生产的过程中，要经过组装、校表、验表、参数设置、功能测试、走字等多个工序。而其中的校表、验表、参数设置、功能测试、走字等工序，都属于检测工序。这些工序占了电表生产过程的70%的工序。为了提高电表检测工序的生产效率，采用自动化的电表检测线。      智能电表为电子式电表，在自动线上“躺着”流动，便于实现自动化的检测方式。自动化检测线的运行，需要采用自动化的控制系统。控制系统除了控制测试线上各种设备的自动运行外，还担负起了一个很重要的工作：自动识别电表的规格、自动选择测试参数。      因此，检测线除了采用PLC 作为控制器外，还需要用到无线射频识别系统RFID。通过PLC程序，实现了自动调度、自动测试的功能。当完成组装的电表进入到自动测试线后，各种测试都在自动线上完成，电表下线时，就已经是测试合格的成品了。      电表自动化检测线有不同的结构。目前有以工装板为载体、倍速链条线为传送机的自动线，有机器手为载体、小型皮带输送线为辅助的自动线，还有以专用托盘为载体、龙骨式传送带为传送机的自动线。

三．系统RFID解决方案设计      自动控制系统采用RFID 自动识别电表的规格、自动选择测试参数。首先，在电表上到检测线的起始工位，根据MES 系统里的生产信息将电表的重要规格和参数都写入到RFID 电子标签里，在后续检测线的相关入口和出口，都会装有RFID 读写器，通过读取RFID 标签里的电表的规格参数进行流程的自动控制。       针对电表检测线的功能需求，SIEMENS 可提供以下的高频和超高频的RFID 解决方案。按照检测线的不同形式，SIEMENS 对应的RFID 解决方案如下： 1. 专用托盘 龙骨式传送带式自动线 1）现场工作示意图 如图一所示，这是一条由电表专用托盘和龙骨式传送带式结构组成的自动线。每个托盘上可以安装两块电表，在每个托盘上安装一个RFID 标签，标签里存储有托盘上电表的类型、规格参数等，在装有检测设备的工位前安装RFID 读写头，通过读取标签里的信息，来选择对应的检测参数进行操作。

（图一） 如图二，是一个RFID 配置方案的工作示意图。

（图二） 4 在该配置方案中，在两个检测工位前安装有两个RF380R 的读写头，在每个托盘上安装 有一个MDS D100 的标签，读写头通过ASM456 模块连接到SIMATIC S7 的PLC 上，通过 PROFIBUS DP 协议和PLC 进行通讯，通过PLC 中的程序控制读写头进行读或写操作。 2）SIEMENS HF RFID配置方案 SIEMENS RF300 的配置方案如图三所示。

（图三） 2．机器手 小型皮带线式自动线 1）现场工作示意图 从自动表库传送过来的装有电表的周转箱上面装有12 块电表，如图四所示。通过机器 手的操作，将电表抓到测试位置上进行测试。完成测试后，由机器手将电表逐一的抓到周 转箱内，装满一箱后，周转箱传送回自动表库。 5

（图四） 在每块电表上安装一个UHF RFID 标签，标签上存储的是电表信息。在电表检测设备上 集成UHF RFID 的读写器。 2）SIEMENS UHF RFID解决方案 SIEMENS RFID 解决方案：采用超高频的RF660R 产品 2 个RF660A 天线，通过2 个RF660A 天线构成的RFID 读写通道，如图五所示。

（图五） 6 当周转箱以一定的速度通过由两个RF660A 天线构成的读写通道时，托盘内的12 个标 签的信息都被读取出来，并保存到后台的数据库系统。 3）系统通讯架构 系统通讯架构图如图六所示。

（图六） 4）系统硬件构成 采用RF660R 读写器，RF660R 读写器和RF660A 天线如图七、八所示。

（图七 RF660R 读写器）

（图八 RF660A 天线） RF660R 读写器和RF660A 天线的硬件连接方式和通讯架构图如图九所示。 7

（图九 RF600R 读写器硬件连接方式和通讯架构图） SIMATIC RF660R为固定式读写装置，3 LED显示（电源，故障指示，“标签检测”）。1 个 用于在PC和IT 系统中的集成以太网口，1个RS422口(用于在SIMATIC S7中集成,需要另外的接 口模块)，1个 RS232口用于组态和诊断, 也可以用作数据接口，三个数字量输入，三个数字量 输出，4个天线接口，一个电源接口。 SIEMENS的SIMATIC RF600 系统主要特点如下: 1）遵循 EPCglobal 和 ISO/IEC 18000-6 的标准要求 2）适应于欧洲的 865-868 MHz UHF 频段和北美的 902-928 MHz UHF 频段及中国 920.5-924.5 MHz 3）工业标准部件 4）高读取速度：许多标签能够同时读取，快速运动的标签能够可靠记录 5）最大读/ 写距离：10 m 6）灵活的系统集成：串口，通过以太网或 PROFIBUS (XML 协议) 7）可简单集成到 SIMATIC S7-300/400 中，支持低成本的智能标签以及可重用的、 坚固的数据介质 8) 标签至少10 万次写操作，无限次读操作。数据可保存10 年 9) 工作温度范围宽，读写装置：5 ~ 55 �C，天线：-25 ~  55 �C，标签：-25 ~   85 �C。 10)读/ 写装置和天线具有 IP65 高防护等级。 四．SIEMENS RFID系统特点 8 西门子的无线射频识别系统多年来已在各各行业得到了广泛的应用，并且一直在全天 候地稳定运行。 这种无线射频识别系统能够可靠、快速、经济地读写数据，不受恶劣环境影响，它还 能够控制和优化物流，提供高效的物流过程。 SIEMENS RFID 在生产制造和物流仓储领域的应用包括汽车行业焊装、涂装、总装、发 动机装配及汽车零部件如座椅生产等，烟草行业原料库、辅料库、成品库立库等出入库自 动化仓储管理，机场行李分拣，机床制造、家用电器制造生产线流程控制等等。

（图十） 如图十所示，RFID 是工作于现场层的用于数据采集的设备，可根据流程的需要在任何 环节随时进行信息的读写，读写的信息可以通过不同的通讯协议如PROFIBUS、 PROF