1、工业控制计算机2023年第36卷第1期1SMT生产线的现状表面贴装技术（Surface Mount Technology，SMT）是现代电子贴装技术的核心，在各类电子产品的贴装工艺中起着越来越重要的作用。国内SMT技术水平受到设备技术和工艺积累薄弱等方面的限制，其质量问题主要表现两个方面：一是降低了产品的生产效率，影响产品的产出率，行业竞争力和市场声誉；二是加大了产品质量的控制成本，反而影响了产品的优良率1。SMT生产线的主要作用是将各种电子元件贴装并焊接在印制线路板（Printed Circuit Board，PCB）上，完成电子组装的过程2。目前全自动SMT生产线是一个有机整体，任何环节中
2、的一个小问题都会影响整条SMT生产线产品的质量3，所以必须重视SMT生产线工艺流程中每一个环节的质量控制，且智能管理不仅是要提高产品的生产效率，而且还要保证产品的优良率。然而，当前基于SMT生产线的智能管理系统主要体现在软件管理，采集各环节中的大量数据信息，以便管理上的跟踪和追溯，甚至追究责任到位等，使得底层操作员的工作压力倍增，而软件系统庞大，参与人员及附加辅助工作任务剧增，却没有体现智能的真正意义。例如：文献4从元件归类排列方式减少更换贴装头吸嘴次数来节省贴装时间，按元件的用量合理分配贴片机的栈位，减少贴装头的移动距离，可有效提高贴装的效率。然而始终不能减少操作员误操作的问题。炉前自动光学
3、检测（Automated Optical Inspection，AOI）在PCB贴装元件中起着一定的检测作用，可在回流焊前及时发现元件贴片后的质量问题，减少返修几率，提高生产效率5。但AOI检测只能检测元件贴装环节常见的问题，对形状不同的元件可进行纠错，而对相似且参数不同的元件，其判断精度有限。当元件料盘没能正确安装到对应栈位供料器上，AOI无法检测这类问题。文献6提出以制造执行系统（Manufacturing ExecutionSystem，MES）为代表的智能管理平台，对管理SMT生产线的各环节都起到了一定的作用，在管理方面取得了一定的成效。然而，在元件贴装环节中对现场操作员的误操作只能进
4、行追溯，以追究责任的方式引起现场操作员的重视，而没有改善现场操作员疲备的工作状况，反而增加了操作员工作压力，不能有效地预防误操作。元件贴装环节中，要求操作员具有一定的贴装元件的专业知识，特别是贴装元件的种类及封装知识。根据贴装元件的封装选择适当的供料器，供料器携带元件并插入贴片机的栈位上。此时，人工操作需要关注两个步骤：一是任务初装，先将元件装入供料器，然后供料器插入事先指定的栈位上；二是续料，现场操作员巡检到某种元件快用完，供料器已在相应栈位，空料盘取下，装上新料盘。经调查，很多贴片厂在这两个步骤上至少安排两名员工，一名员工操作，另一名员工复查。尽管如此，因操作人员专业知识的欠缺及长期处于单
5、调枯燥的工作状况下，面对复杂多样的元件时，导致供料过程屡屡出错，造成严重的损失。本文针对上述问题，在SMT生产线元件贴装环节中，引入射频识别技术监控供料过程。采用射频识别技术非接触式近距离无线通信的特性，利用电子标签将供料器、元件料盘与对应的栈位天线之间建立非接触式点对点的互联，实时监控供料器和元件料盘对应栈位的一致性，检测供料情况，实现任务初装时分配指定的引导操作和元件续料时的纠错提示等功能，从而缓解操作人员的疲倦，降低供料的出错率，达到智能供料的目的。2基于RFID技术的生产应用射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）属于一种非接触式自动识别的
6、无线通信技术7，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。无线射频识别技术的这些特点，对环境条件要求低，不受污染、潮湿、光遮、磨损等外界条件影响，读写速度快，在各领域得到了广泛的应用8。文献9利用RFID技术稳定性强、精准度高、录入效率高、非接触等优点，对加工制造车间现场各环节的数据信息进行精准采集，作为制造行业信息系统MES精准管控的基础和保证。产品进入流水线与电子标签捆绑，下线后解除标签，RFID电子标签重复多次应用。在物料和仓储方面，可视化生产环节快速呈现有利于仓库在第一时间了解物料使用状况，在确保零部件和原料供给充足的基础上，调整库存
7、水平，降低库存所占用的资本。文献3利用RFID电子标签的唯一性，对生产实践中所有基于 RFID 技术 SMT 智能供料的研究吴东华（上海鼎霸标识有限公司，上海200949）Research on SMT Intelligent Feeding Based on RFID Technology摘要：分析当前表面贴装技术的现状，针对生产线操作工人专业知识的欠缺，以及长期处于单调枯燥的工作状况下，易出错的问题，对射频识别技术在生产线的广泛应用进行研究，提出一种智能供料的方法。该方法介绍了智能供料系统中各硬件组件的具体实施方案，实现预定的功能，达到智能供料的目的。关键词：表面贴装技术；射频识别技术；智
8、能供料；微控制器Abstract:Analyzing the current status of surface mount technology,in view of the lack of professional knowledge ofproduction line operators,and the long-term single and boring working conditions,which are prone to errors,this paperstudies the wide application of radio frequency identificatio
9、n technology in production lines,and proposes an intelligentmethod of feeding.The method introduces the specific implementation scheme of each hardware component in the intelli-gent feeding system,and realizes the predetermined function,and achieves the purpose of intelligent feeding.Keywords:SMT,RF
10、ID,intelligent feeding,MCU51基于RFID技术SMT智能供料的研究的对象运用RFID电子标签进行部署，运用RFID技术，可以方便地获取设备、人员以及物料的相关数据。在SMT生产线元件贴装的过程中，物料出错比较频繁。采用RFID电子标签对元件的监管和追溯，使元件具有唯一的编号，通过采集RFID电子标签的数据即可区别形状相似的物料，从而规避贴装时出错的问题。文献10在SMT生产线贴装物料过程中，充分利用RFID技术与MES系统配合使用，对炼料和工位上料进行调节，解决上料、配料和换料工作繁琐易出错的问题。通过扫描每一个物料标签，判断拣料的物料是否符合标准，判断贴装线物料与对
11、应贴装工位线是否吻合以便正确分配元件。若拣料不符合标准，工位上料分配的元件不吻合，则系统会提示错误且立即报警。文献11在数据中心智能管理系统和方法中给出了一种基于RFID的定位技术，通过一台高频RFID读写器实现监控多个天线模块的方法，实时监控并读取出入每一个天线模块读写范围内的标签，进行管理数据中心机房内的资产。每一个天线模块由电子开关、天线、指示灯组成，其中，微控制器按某种规律控制电子开关的通断，电子开关控制该天线与读写器的连通，利用指示灯的各种状态反映标签出入该天线读写范围内的情况。详细介绍了线性排列的天线阵列安装在数据机柜内的适当位置上，竖向按照机柜U层位置排列，横向按照设备位置排列；
12、平面排列的天线阵列安装在机房的地板平面上，按照机柜大小摆放的位置排列。标定阵列中每一个天线的位置信息，保存于数据库。当带有RFID电子标签的数据设备和机柜等出入天线标定的位置时，监控系统会发出声光告警，引导和提示现场操作人员快速处理异常。文献12 在RFID天线阵列读写器中给出了通天线阵列及天线阵列中某一个天线与读写器相连通的方法及电路原理图。综上，将RFID技术应用于SMT生产线贴装环节中供料过程进行研究，按照贴片机的栈位进行排列天线阵列，每一个栈位上安装一个天线模块，每一把供料器上安装固定一只RFID电子标签，每一种元件料盘上安装一个RFID标签，完全相同的元件，其料盘上安装的标签数据也相
13、同。通过RFID电子标签将元件料盘、供料器与栈位一一相对应，栈位上的天线模块实时监控出入该栈位上分配的供料器，实现供料器携带元件料盘与栈位之间非接触式点对点的互联。3智能供料的研究3.1系统硬件原理结构框图图1是SMT智能供料系统硬件结构图。以贴片机的栈位为一个基本单元，在每一个栈位上安装固定一个天线模块。在每把供料器头部恰当的位置安装固定一只RFID电子标签，当供料器插入栈位后，标签正对栈位天线，且标签与栈位天线之间的距离在读写范围内。MCU驱动读写模块产生射频信号，并控制栈位开关的通断和栈位指示灯LED的状态，当MCU的GPIO口数量不够时，可以扩展I/O口。MCU轮询控制栈位开关，使读写
14、模块始终只与一个栈位天线相连通，实现点对点的读写供料器标签。另专设一个独立的移动式天线，读取元件料盘标签。在元件料盘上安装固定一只电子标签，同一种规格型号的多个元件料盘上的标签值相同。操作移动式天线（即“0#天线”）时，先按住触发开关，MCU检测到触发信号而引起中断，关断栈位开关，接通“0#天线”的开关读取元件料盘标签。松开触发开关后，退出中断，关断“0#天线”的开关，恢复以前的状态，从而实现按时按需的对每个料盘上标签进行读写操作。贴片机配用一套完整的硬件，按照栈位号对天线进行编号排列，栈位天线最多64个，供料器的标签最多64只，料盘标签也为64只。适当调控开关的通断时间，轮询周期小于操作人员
15、的反应时间。程控时，上位机给MCU发送数字量，指定栈位，引导操作，一旦操作有误，系统立即发同声光告警，提示操作。系统的串口与PC机相连，进行程序烧录、通讯、调试和软件升级。3.2天线模块和电子标签根据贴片机栈位的宽度，及栈位之间的中心距，适当设计天线模块的尺寸13。天线的尺寸影响着读写器对电子标签的读写范围，天线尺寸小辐射距离近，读写标签易失败；天线尺寸大，则相邻天线之间的间距太小而容易误读写标签。电子开关紧靠天线，指示灯可安装在便于观察的位置。图2是常见的电子标签种类及其安装位置的示意图。市面上应用较广泛的电子标签的结构形式多样，根据供料器的形状及标签安装的位置选用合适的标签。因供料器为金属
16、制品，安装在供料器前端的标签具有抗金属屏蔽作用的特性14。标签尺寸与天线尺寸相当，宽度略小于小号供料器的厚度。图2常见的电子标签种类及其安装位置3.3智能硬件安装示意图图3是SMT智能供料系统硬件安装的示意图。线性天线阵列对应栈位安装在供料器前端，便于感应供料器前端RFID电子标签。“0#天线”在一定距离内可任意移动，便于感应供料器尾部元件料盘上的RFID标签。读写模块安装在贴片机两侧缝隙里，不影响贴片机的正常工作。图3SMT智能供料系统硬件安装示意图4结束语该系统的安装布置，不影响SMT生产线的正常工作。在贴装供料前，将元件规格、料盘标签、供料器规格、供料器标签、栈（下转第55页）图1SMT智能供料系统硬件结构框图52工业控制计算机2023年第36卷第1期（上接第52页）位号等信息数据形成的配料单，录入到微控制器软件中至关重要。系统启动后，无论是任务初装，还是元件续料，操作员只需要移动“0#天线”读取元件料盘上的标签，随后根据各栈位指示灯的状态进行操作即可。一旦操作有误，系统发出声光告警，引导操作员排除异常，达到智能供料的目的。该系统能够大大降低供料时因人工疲劳疏误而导致的误操作，减
