专利名称：基于无线通讯技术的工业控制系统和管理方法
技术领域：
本发明涉及工业控制系统和相关的管理方法，主要应用于对非连续生产过程中离
散型对象的数据收集、加工和处理。
背景技术：
在工业控制领域，目前普遍使用条形码技术，跟踪和反映生产的进度。为了收集和 传输数据，需要在工业现场铺设通讯线路或网络，存在部署困难、运行成本高、误码率高等 问题。
发明内容
为解决现有系统的部署困难、运行成本高、误码率高等问题，采用无线通讯技术和 RFID技术，构建一个工业控制系统。 本发明采用的技术方案在于，基于无线通讯技术的工业控制系统，包括有中央处 理系统、无线网关、终端机和附着在被管理和追踪的对象上的RFID，无线网关和终端机之 间，通过实时的无线数据链路或无线网络进行连接。 中央处理系统和无线网关之间，通过有线或无线数据链路进行实时的连接；中央 处理系统和无线网关之间采用TCP/IP协议进行连接。 所述的终端机配置有一个或一个以上的RFID读卡器，每个读卡器由RFID读卡模 块、声音或灯光输出模块组成；终端机通过数据接口或数据总线，和RFID读卡器内的RFID 读卡模块、声音或灯光输出模块交互。 所述的终端机配置有无线广域通讯模块或无线局域通讯模块，终端机和无线网 关通过无线通讯模块进行实时的数据通讯，通讯模块可以是GPRS模块、CDMA 1X模块、 TD-CDMA模块、CDMA 2000模块、WCDMA模块和采用4G技术的无线广域通讯模块中的一种， 或者是WiFi模块、WiMAX模块、ZigBee模块、半双工串行无线数字传输通讯模块、全双工串 行无线数字传输通讯模块等无线局域通讯模块中的一种。 如果采用无线局域通讯技术，即终端机上配置无线局域通讯模块，则需要工业现
场部署无线网关，无线网关配置有和终端机想匹配的局域无线通讯模块。 所述的RFID —般是只读的RFID。 本发明还提供一种工业控制和管理方法，在包括有中央处理系统、无线网关、终端 机和RFID的系统中实现，该方法包括以下步骤，这些步骤以并发而不是串行的方式执行
(a)加挂RFID标签的步骤，为被管理的对象，如原料和中间制成品等物件加挂 RFID标签，并记录到管理系统的数据库中，建立RFID标签和物件的对应关系；
(b)登记步骤l，在开始执行一个工序时，在终端机所配置的读卡器上刷挂在原料 和中间制成品等物件上的RFID标签；终端机收到刷卡信号后，通过无线数据链路或无线网 络经过无线网关传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录有关的刷卡信息；由 中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，并将处理结果反馈给终端机；终端机通过
4读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时通过显示屏向操作员显示详细的信息； (c)回收RFID的步骤，如果工序是将二件或二件以上的物件，物理上加工成为一件制成品，指定其中一件原材料的RFID标签随制成品进入下一工序或成品仓库，并回收其他RFID标签；或者，为制成品加挂另一张RFID标签，并回收其他RFID标签；
(d)登记步骤2，在完成一个工序时，在终端机所配置的读卡器上刷挂在被加工物件上的RFID标签；如果工序涉及二件或二件以上的物件，刷以上回收步骤(c)中指定的制成品的RFID标签；终端机收到刷卡信号后，通过无线数据链路或无线网络经过无线网关传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录该次刷卡消息，以及之前与此有关的刷卡信息；中央处理系统检查刷卡信号是否合理，并将处理结果反馈给终端机；终端机通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时通过显示屏向操作员显示详细的信息。 对于工序的物理距离比较近的应用，如家电、制鞋、制衣，可以在一个工序上只部署一个读卡器，工人在开始和结束该工序时，都在读卡器上"刷卡"。
其中，进一步包括以下初始化步骤的一个或多个 (il)在工业现场部署终端机和它驱动的读卡器时，指定和记录每一个读卡器所对应的工序； (i2)建立RFID标签和物件的对应关系；特别是建立RFID标签和物件所对应生产定单的关系 (i3)建立一张生产定单，记录该定单所涉及的每一个生产工序；指定执行每一个工序可能涉及的人员；对每一个工序指定是否需要执行(b)登记步骤l ;指定和记录执行每一个工序所涉及的物件，所述物件可以是原料或中间制成品； (i4)在中央处理系统指定执行一张生产定单的某一个工序的操作人员信息；或者，为每一位操作人员分配一张RFID标签，操作人员分别在上岗和下岗时刷RFID标签，向中央处理系统申报上岗和下岗。 其中，进一步包括以下质量控制的方法，在以上(b)登记步骤l中所述的中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，包括以下步骤的一个或多个(ml)检查操作人员和被加工物件的相关性，即操作人员是否被指定执行该物件所对应的生产定单，并提取操作人员被指定执行的工序；(m2)如果工序涉及二件或二件以上的物件，检查这些物件的相关性，如是否属于同一张定单，规格、型号等参数是否匹配等。 其中，进一步包括以下生产控制的方法，在以上(d)登记步骤2中所述的中央处理系统检查刷卡信号是否合理，包括以下步骤的一个或多个(m3)时间合理性检查，检查登记步骤2是否在登记步骤1之后的合理时间窗口内发生；(m4)完备性检查；如果工序涉及二件或二件以上的物件，是否所有物件都执行了 (b)登记步骤l。 其中，进一步，包括生产统计和质量分析的方法，包括(rl)统计操作人员工作量的步骤，读取中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，汇总和统计操作人员的工作量；(r2)质量分析，当出现质量问题时，用制成品上的RFID标签特征值，检索中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，以及与该刷卡信息关联的、在(b)登记步骤1中所记录的刷卡信息，获得制成品在出现质量问题的有关工序的生产情况，包括执行的操作人员、涉及该问题的原料和中间制成品等。 本发明的有益效果在于系统可以实时、准确地记录和反映生产的动态数据，包括生产进度、质量追踪等；无线终端不受场地的限制，不受强电、电磁噪音的干扰，可以快速部署，运行成本低而可靠，性能价格比高。 本发明可以广泛应用在诸如家电、制衣、制鞋等制造行业，以及仓库等物流行业。
图1是本发明中工业控制系统的结构图。
图2是本发明中终端机的结构图。 图3是本发明的一个优选实施例中，终端机的结构图。
图4是本发明的另一个优选实施例中，终端机的结构图。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明做进一步详细描述。 如图1所示，本发明所描述的工业控制系统包括有中央处理系统、无线网关、终端机。无线网关和终端机之间，通过实时的无线数据链路或无线网络进行连接。终端机配置有一个或一个以上的RFID读卡器，每个RFID读卡器由RFID读卡模块、声音或灯光输出模块组成；RFID读卡器通过数据接口或数据总线，和RFID读卡模块、声音或灯光输出模块交互。中央处理系统和无线网关之间，通过有线或无线数据链路进行实时的连接。
如图2所示， 一个终端机至少配置有一个MCU(控制单元)、一个通讯模块、一个或一个以上的RFID读卡器。终端机还可以配置有显示屏，可以将有关的信息提示给操作员。
在图3所示的一个优选实施例中，终端机由一个MCU(控制单元)、一个GPRS通讯模块、一个读卡器组成。终端机还可以配置有显示屏，可以将有关的信息提示给操作员。终端机通过GSM公共无线通信网，和电信运营商的无线网关交互；中央处理系统和无线网关之间采用TCP/IP协议进行连接。在半成品上附着RFID， 一般是只读的RFID。工人在完成一个工序后，将附着在半成品上RFID"刷卡"，终端机将数据上行发送给中央处理系统处理，中央处理系统记录该半成品已经完成了该工序；终端机同时接收中央处理系统下行的数据并做相应的提示刷卡成功，或者您重复刷卡了。 在图4所示的另一个优选实施例中，终端机由一个MCU(控制单元)、一个半双工串行无线数字传输通讯模块、二个读卡器组成。二个读卡器分别部署在一个工序的起点和终点。半双工串行无线数字传输通讯模块的工作距离一般不超过600米。终端机和无线网关实时交互；中央处理系统和无线网关之间采用TCP/IP协议进行连接。在半成品上附着RFID，一般是只读的RFID。工人在开始一个工序时，将附着在半成品上RFID分别在第一个读卡器"刷卡"，终端机将数据发送给中央处理系统处理，中央处理系统记录该半成品已经进入了该工序；工人在结束该工序时，将附着在半成品上RFID在第二个读卡器"刷卡"，终端机将数据发送给中央处理系统处理，中央处理系统记录该半成品已经完成了该工序。
下面结合图3、图4，说明实施工业控制和管理的方法， 在工业现场部署图3或图4所示的终端机，记录每一个读卡器所对应的工序。
为每一位操作人员分配一张RFID标签，操作人员分别在上岗和下岗时刷RFID标
6签，向中央处理系统申报上岗和下岗。 建立一张生产定单，记录该定单所涉及的每一个生产工序；指定执行每一个工序的人员；对每一个工序指定需要执行(b)登记步骤l(即二次刷卡)；指定和记录执行每一个工序所涉及的原料或中间制成品，建立RFID标签和这些物件的对应关系，将RFID标签加挂这些物件上。 (b)登记步骤1。在开始执行一个工序时，在终端机所配置的读卡器上刷挂在原料和中间制成品等物件上的RFID标签(开工登记)。终端机收到刷卡信号后，通过无线数据链路或无线网络经过无线网关传输给中央处理系统。中央处理系统在数据库中记录有关的刷卡信息。由中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，包括检查操作人员和被加工物件的相关性，即操作人员是否被指定执行该物件所对应的生产定单；如果工序涉及二件或二件以上的物件，检查这些物件的相关性，如是否属于同一张定单，规格、型号等参数是否匹配等。中央处理系统将处理结果反馈给终端机；终端机通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时通过显示屏向操作员显示详细的信息。 如果工序是将二件或二件以上的物件，物理上加工成为一件制成品，指定其中一件原材料的RFID标签随制成品进入下一工序或成品仓库，并回收其他RFID标签
(d)登记步骤2。在完成一个工序时，在终端机所配置的读卡器上刷挂在被加工物件上的RFID标签；如果工序涉及二件或二件以上的物件，刷以上回收步骤中指定的制成品的RFID标签；终端机收到刷卡信号后，通过无线数据链路或无线网络经过无线网关传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录该次刷卡消息，以及之前与此有关的刷卡信息；中央处理系统检查刷卡信号是否合理，包括检查时间合理性检查登记步骤2是否在登记步骤1之后的合理时间窗口内发生；检查完备性如果工序涉及二件或二件以上的物件，是否所有物件都执行了 (b)登记步骤l，即开工登记，并将处理结果反馈给终端机；终端机通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时通过显示屏向操作员显示详细的信息。 在实施以上方法的基础上，可以执行生产统计和质量分析。 生产统计。统计操作人员工作量，读取中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，汇总和统计操作人员的工作量。 质量分析。当出现质量问题时，用制成品上的RFID标签特征值，检索中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，以及与该刷卡信息关联的、在(b)登记步骤1中所记录的刷卡信息，获得制成品在出现质量问题的有关工序的生产情况，包括执行的操作人员、涉及该问题的原料和中间制成品等。 本发明的有益效果在于系统可以实时地记录和反映生产的动态数据；无线终端不受场地的限制，不受强电、电磁噪音的干扰，可以快速部署，运行成本低而可靠，性能价格比高。 本发明可以应用在家电、制鞋、制衣等制造行业，以及仓库等物流行业。
权利要求
一种基于无线通讯技术的工业控制系统，主要包括有中央处理系统、无线网关、终端机和附着在被管理和追踪的对象上的RFID，其特征在于无线网关和终端机之间，通过实时的无线数据链路或无线网络进行连接。
2. 根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于中央处理系统和无线网关之间，通过有线或无线数据链路进行实时的连接；中央处理系统和无线网关之间采用TCP/IP协议进行连接。
3. 根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于所述的终端机配置有一个或一个以上的RFID读卡器，每个读卡器由RFID读卡模块、声音或灯光输出模块组成；终端机通过数据接口或数据总线，和RFID读卡器内的RFID读卡模块、声音或灯光输出模块交互。
4. 根据权利要求3所述的工业控制系统，其特征在于所述的终端机配置有无线广域通讯模块或无线局域通讯模块，终端机和无线网关通过无线通讯模块进行实时的数据通讯，该通讯模块可以是GPRS模块、CDMA IX模块、TD-CDMA模块、CDMA 2000模块、WCDMA模块和采用4G技术的无线广域通讯模块中的一种，或者是WiFi模块、WiMAX模块、ZigBee模块、半双工串行无线数字传输通讯模块、全双工串行无线数字传输通讯模块等无线局域通讯模块中的一种。
5. 根据权利要求3所述的工业控制系统，其特征在于所述的RFID是只读的RFID。
6. —种基于无线通讯技术的工业控制和管理方法，在包括有中央处理系统、无线网关、终端机和RFID的系统中实现，其特征在于包括以下步骤，这些步骤以并发而不是串行的方式执行(a) 加挂RFID标签的步骤，为被管理的对象，如原料和中间制成品等物件加挂RFID标签，并记录到管理系统的数据库中，建立RFID标签和物件的对应关系；(b) 登记步骤l，在开始执行一个工序时，在终端机所配置的读卡器上刷挂在原料和中间制成品等物件上的RFID标签；终端机收到刷卡信号后，通过无线数据链路或无线网络经过无线网关传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录有关的刷卡信息；由中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，并将处理结果反馈给终端机；终端机通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时通过显示屏向操作员显示详细的信息；(c) 回收RFID的步骤，如果工序是将二件或二件以上的物件，物理上加工成为一件制成品，指定其中一件原材料的RFID标签随制成品进入下一工序或成品仓库，并回收其他RFID标签；或者，为制成品加挂另一张RFID标签，并回收其他RFID标签；(d) 登记步骤2，在完成一个工序时，在终端机所配置的读卡器上刷挂在被加工物件上的RFID标签；如果工序涉及二件或二件以上的物件，刷以上回收步骤(c)中指定的制成品的RFID标签；终端机收到刷卡信号后，通过无线数据链路或无线网络经过无线网关传输给中央处理系统；中央处理系统在数据库中记录该次刷卡消息，以及之前与此有关的刷卡信息；中央处理系统检查刷卡信号是否合理，并将处理结果反馈给终端机；终端机通过读卡器中的声音或灯光模块输出信号，确认刷卡，以及提示操作正确与否；必要时通过显示屏向操作员显示详细的信息。
7. 根据权利要求6所述的工业控制和管理方法，其特征在于，还包括以下初始化步骤的一个或多个(11) 在工业现场部署终端机和它驱动的读卡器时，指定和记录每一个读卡器所对应的工序；(12) 建立RFID标签和物件的对应关系；特别是建立RFID标签和物件所对应生产定单的关系(13) 建立一张生产定单，记录该定单所涉及的每一个生产工序；指定执行每一个工序可能涉及的人员；对每一个工序指定是否需要执行(b)登记步骤1 ;指定和记录执行每一个工序所涉及的物件，所述物件可以是原料或中间制成品；(14) 在中央处理系统指定执行一张生产定单的某一个工序的操作人员信息；或者，为每一位操作人员分配一张RFID标签，操作人员分别在上岗和下岗时刷RFID标签，向中央处理系统申报上岗和下岗。
8. 根据权利要求6所述的工业控制和管理方法，其特征在于，在(b)登记步骤l中所述的中央处理系统检查刷卡信号的相关性是否合理，包括以下步骤的一个或多个(ml)检查操作人员和被加工物件的相关性，即操作人员是否被指定执行该物件所对应的生产定单，并提取操作人员被指定执行的工序；(m2)如果工序涉及二件或二件以上的物件，检查这些物件的相关性，如是否属于同一张定单，规格、型号等参数是否匹配等。
9. 根据权利要求6所述的工业控制和管理方法，其特征在于，在(d)登记步骤2中所述的中央处理系统检查刷卡信号是否合理，包括以下步骤的一个或多个(m3)时间合理性检查，检查登记步骤2是否在登记步骤1之后的合理时间窗口内发生；(m4)完备性检查；如果工序涉及二件或二件以上的物件，是否所有物件都执行了 (b)登记步骤l。
10. 根据权利要求8所述的工业控制方法，其特征在于，还包括以下步骤的一个或多个.(rl)统计操作人员工作量的步骤，读取中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，汇总和统计操作人员的工作量；(r2)质量分析的步骤，当出现质量问题时，用制成品上的RFID标签特征值，检索中央处理系统在(d)登记步骤2中所记录的刷卡信息，以及与该刷卡信息关联的、在(b)登记步骤1中所记录的刷卡信息，获得制成品在出现质量问题的有关工序的生产情况，包括执行的操作人员、涉及该问题的原料和中间制成品等。
全文摘要
一种基于无线通讯技术的工业控制系统，包括有控制中心、无线网关、终端机；无线网关和终端机之间，通过实时的无线数据链路进行连接。本发明还提供一种工业控制和管理方法。本发明解决了需要在工业现场铺设通讯线路或网络，部署困难、运行成本高等问题；可以实时地记录和反映生产的动态数据，无线方式不受场地的限制，可以快速部署，运行成本低而可靠。
文档编号H04L12/28GK101782761SQ20091003673
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者邓斌涛 申请人:邓斌涛