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如何通过RFID技术提升机器性能和安全性?

来源:控制工程网2021.09.14阅读 331

  自动化的设备和机械可以通过多种方式为用户提供监视和控制功能,例如使用按钮、开关和触摸屏。原始设备制造商(OEM)设计和生产机械设备时控制工程网版权所有,希望提供易于使用的功能。但是,他们必须在易用性需求与验证授权用户是否在控制中以及做出可接受选择的需要之间取得平衡。
  有几种方法可以实现身份验证,需要考虑的内容包括安全水平、用户便利性及其提供的功能。最简单的方案可能无法提供足够的保护,而最复杂的方案通常费用高且局限性很强。
  平衡的解决方案可以提供强大的安全性和审核日志,而且它们易于实施、维护成本低,并且易于最终用户使用,这正是射频识别发挥作用的地方。
  工业设备的认证驱动
  可以设计没有验证方法的机械设备,就像可以用开/关(而不是点火钥匙)来启动汽车,或门上没有锁的房屋一样。正如在汽车和房屋上实施身份验证解决方案有其逻辑原因一样,在工业机械设备上实施身份验证解决方案也有其动机,例如实现操作限制、可追溯性或两者兼而有之。有时,这些动机是由技术措施驱动的,但通常是由法规要求强制执行的。
  操作限制听起来有点负面,用操作许可可能是更容易理解。OEM和最终用户制造公司采用身份验证方法,以确保适当的人员能够访问机械设备的控制,但他们不希望将授权限制为二进制的“是”或“否”。将身份验证扩展到定义小组甚至个人,这样他们可以进一步设定成员可以查看和调整的机械设备信息。
  一些公司可能会增加权限,以便确保机械设备能够安全和正常的运行。在其它情况下,遵守行业安全标准,例如ISO16090(适用于机床)或ISO10218-1(适用于工业机器人),可能导致对认证方法的采用。
  可追溯性涉及到收集数据,制造商可以使用身份验证来记录哪些用户操作机器以及所执行的操作。这些历史记录可用于提供信息,公司可以对其进行分析以提高性能。也可以存储数据踪迹以满足行业要求,例如食品安全体系认证FSSC 22000,它要求在制造过程中具有可追溯性。
  实现工业设备安全的5种方法
  有很多方法可以实现多层级的安全,每个层级都有其优点、缺点和成本。以下方法适合于工业设备,并且大多数消费者对其都很熟悉:
  ● 物理/机械键;
  ● 磁条卡/刷卡;
  ● 密码;
  ● 生物识别;
  ● RFID
  物理钥匙是最古老、最熟悉的身份验证方法。它们简单且成本低廉,但易于复制或借出。OEM厂商可以在机器上安装基本的钥匙开关,但是它可以为任何获得钥匙的人员提供二进制或有限的选择。磁条卡是物理钥匙的改进版本,增加了一些数字功能。但不方便在工业现场携带,也不易于对其进行保护。
  工业级RFID设备的优势
  用于工业机器自动化的现代数字设备(包括PC、人机界面(HMI)和移动设备),已使密码成为一种常见的身份验证方法。密码可以为每个用户提供不限数量的身份验证,并且管理成本低廉。不幸的是,密码可能被遗忘或被泄漏CONTROL ENGINEERING China版权所有,并且在使用手套、无法使用完整键盘或触摸屏的工业环境中,也难以应用。
  指纹和面部扫描仪等生物识别技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,在消费类电子产品和某些商业应用中很常见。因为它们使用个人和不可传输的信息,所以相对来讲它们最安全,不需要操作员随身携带或记住任何东西,并且通常无法复制或借出。不幸的是,生物识别技术的实施和管理成本很高。如果在机器周围必须使用手套、头盔、口罩和安全眼镜,也会导致其出现无法正常工作的情况。
  这就不得不提到RFID技术,它在工业机械认证中所占据的独特优势。大多数使用过停车场或建筑物门禁系统的人,对RFID标签都很熟悉。它们简单且管理起来相对便宜,并且不容易复制。尽管它们易于借出,但由于是数字化管理,因此易于修改身份验证。在工业应用中很容易部署RFID标签和传感器,它是一种物理令牌。
  RFID是许多应用的首选技术,因为用户标签轻巧且不需要电池。读卡器,通常安装在固定位置,会生成无线电信号,在限定范围内,无源标签会以唯一信号做出响应。
  在商业应用中使用的消费级RFID读卡器虽然很耐用,但通常无法承受机器环境的温度、振动和冲洗/化学环境。大多数读卡器是矩形的,对于很多控制面板设计而言并不十分方便。
  因此,一些工业级RFID读卡器经过专门设计,以适合工业领域通用的控制面板外形,例如直径22毫米的孔(图1)。这些设备还具有IP67防护等级,这意味着它可以防灰尘、耐低压水喷射,甚至在工业装置中偶尔会遇到的浸入工况也不在话下。

图1:与普通的商业级RFID读卡器不同,工业级的读卡器可安装在面板上常见的22mm孔中,同时还能抵抗恶劣的环境。图片来源:IDEC

  工业级RFID读卡器可以在功能上更进一步,激活LED多状态指示灯和面板彩色指示灯www.cechina.cn,以识别诸如待机、成功或错误之类的工况。有些还可以产生声音信号,以向用户提供操作反馈。
  RFID标签设置和标准
  并非所有RFID标签都是一样的。例如ISO 14443A、ISO 15693和ISO 18092标准适用于信用卡样式的RFID。尽管普通样式的卡可以应用于工业领域,但是其它样式的密钥卡,可能更适合在生产环境中携带和使用(图2)。每个标签都有一个唯一的ID,该ID可以注册并与用户或工作人员类别相关联。

图2:RFID标签可以是传统的卡片式,但该图中的密钥卡样式尤其适用于工业级智能RFID读卡器,例如IdecKW2D系列,该读卡器包括固定标签用的支架。

  用户可以在读卡器上扫描标签,以进行间断式确认,但有时应用会要求用户在某些操作期间保持标签与读卡器的持续接触。在这种情况下,工业RFID读卡器需要设置标签托架。
  RFID读卡器是一种智能设备。在前端,它们必须解读物理标签的ID;在后端,它们必须与监控系统通信。这通常通过工业通信协议(例如Modbus TCP/IP)执行(图3),通过该协议,读卡器可以向监控系统发送复杂的标签ID或简单的授权等级,并且接收操作指令来控制指示灯和蜂鸣器。

图3:智能RFID读卡器可以通过工业通信协议(如Modbus TCP/IP)传递标签信息,并且每个标签都有与用户或组相关联的唯一ID,可以为其分配特定功能。

  工业RFID读卡器通常与可编程逻辑控制器(PLC)集成在一起,该PLC控制诸如机床和注塑成型设备之类的机械。任何此类设备都有以下几类潜在用户:
  ● 新员工或临时员工;
  ● 训练有素的操作人员;
  ● 技术负责人员;
  ● 维护人员。
  当新员工刷RFID卡时,机器操作可能会受限于技能水平和操作权限。受过培训的操作员则可以使用常规的监视和控制功能;技术负责人则有权调整高级设置并进行特殊生产。维护人员可能会受到限制,无法正常运行系统,但他们可以惰走电动机和手动操作设备。
  RFID存取和机器程序
  为了便于追溯,PLC和HMI可以记录先前用户及其操作。如果RFID标签位于机器入口或安全笼的位置,则可以将其与解锁励磁装置配合使用,以允许授权人员打开门。检查零件的工人可以通过扫描标签来确认其检查。还可以将RFID标签纳入维护程序,以确认相关人员在规定区域开展工作,从而提高安全性。
  工程团队还可以查看所记录的用户活动,以分析机器操作并确定更有效的运行方式。所有操作都可以在数据库环境中存储和检索,以方便分析并避免低效率的纸质日志。
  各类机器和设备都可以从工业级RFID读卡器和标签的应用中获益。管理和跟踪用户权限的能力可用于确保基本的访问控制,并提高总体安全性。更先进的功能,如无纸化可追溯性和数据库连接www.cechina.cn,可以帮助OEM厂商和制造商经济高效地满足法规要求,并优化机器性能。(作者:Linda Htay) 
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