2016年微型機(jī)與應(yīng)用第08期

作者：唐廣耀，李勇，張以帥，賴惠鴿

       摘要：針對(duì)現(xiàn)今倉儲(chǔ)管理作業(yè)具有多樣性、復(fù)雜性的特點(diǎn)以及傳統(tǒng)倉儲(chǔ)物流管理效率低下的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了基于RFID、PLC和數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，并開發(fā)了相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用軟件。上位機(jī)將貨物信息寫入電子標(biāo)簽中，RFID讀寫器可以讀取電子標(biāo)簽上的貨物信息，PLC根據(jù)寫入的倉位信息控制堆垛機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)貨物的出入庫。該系統(tǒng)具有操作簡單、使用方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

0引言

　　隨著倉儲(chǔ)物流行業(yè)的快速發(fā)展，及時(shí)正確地進(jìn)貨和發(fā)貨將有利于減少企業(yè)的物資管理成本，提升企業(yè)的競爭力。當(dāng)前的倉儲(chǔ)模式利用手動(dòng)掃描條形碼來記錄貨物的出入庫信息，存在條形碼容易磨損、內(nèi)容無法更改、存儲(chǔ)容量較小等缺點(diǎn)，使得現(xiàn)在的倉儲(chǔ)模式已經(jīng)不適用于社會(huì)大物流大數(shù)據(jù)的工作特點(diǎn)。倉儲(chǔ)過程還需要投入大量的人力物力，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，人們急切需要自動(dòng)化水平高、維護(hù)方便的倉儲(chǔ)管理方式［1］。RFID技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中的一種，已在煙草、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛使用。本文將RFID技術(shù)運(yùn)用到物流行業(yè)中，設(shè)計(jì)出了一套基于RFID的倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)。

1RFID對(duì)現(xiàn)代倉儲(chǔ)物流的意義

　　倉儲(chǔ)管理不僅是物流管理的核心，而且對(duì)企業(yè)來說也扮演著關(guān)鍵的角色。倉儲(chǔ)會(huì)存在于貨物生產(chǎn)、銷售、流通的各個(gè)環(huán)節(jié)中，是保障加工或運(yùn)輸順利進(jìn)行的前提，是保證貨物進(jìn)入下一環(huán)節(jié)時(shí)完好無損的條件，為貨物能夠最終順利流入市場保駕護(hù)航。

　　在傳統(tǒng)的倉儲(chǔ)管理模式下，需要用條碼掃描器逐個(gè)掃描產(chǎn)品上的條碼，當(dāng)貨物出入庫時(shí)，需要停止等待掃描，掃描時(shí)工作量大，還可能存在漏掃、重復(fù)掃描等情況，掃描工作效率低下。同時(shí)貨物信息的錄入大都采用手動(dòng)錄入的方式，庫存盤點(diǎn)效率不高［2］。

　　RFID技術(shù)作為近年來發(fā)展較為迅速的識(shí)別通信技術(shù)，與傳統(tǒng)的條碼識(shí)別技術(shù)相比，具有傳輸速度快、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。RFID技術(shù)應(yīng)用到倉儲(chǔ)物流管理中，可以使倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)化、信息化、快速化，不但可以降低人為操作的錯(cuò)誤，提高物資管理水平，可以從根本上解決倉儲(chǔ)過程中效率低下的問題，而且可以減少庫存積壓，縮短物流的周轉(zhuǎn)周期。

2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　2.1系統(tǒng)原理

　　RFID是整個(gè)倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)核心的信息載體，承載的數(shù)據(jù)信息包括貨物名稱、種類、規(guī)格、型號(hào)、存放倉位號(hào)、出入庫時(shí)間等。RFID在倉儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)中的主要作用是針對(duì)貨物的到貨、入庫、移庫、出庫時(shí)的數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，對(duì)相應(yīng)的貨物進(jìn)行貨名、數(shù)量、位置信息的分析，根據(jù)數(shù)據(jù)整合，經(jīng)過技術(shù)手段找到提高企業(yè)物流管理效率的方案。其基本原理如圖1所示。

　　2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是以電子標(biāo)簽為信息載體，通過固定型RFID讀寫設(shè)備作為信息采集設(shè)備，PLC為控制器，堆垛機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成貨物的出庫與入庫動(dòng)作，立體倉庫則用來存放貨物，操作機(jī)和數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)貨物的訂單管理。

　　當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的貨物托盤到來時(shí)，倉庫操作人員完成貨物的入庫檢驗(yàn)后，開始進(jìn)行入庫操作。入庫貨臺(tái)的RFID讀寫器將入庫信息和倉位號(hào)寫入電子簽;PLC根據(jù)倉位號(hào)控制堆垛機(jī)將貨物運(yùn)送至要求的倉位號(hào)處；倉庫管理人員可以通過數(shù)據(jù)庫和操作機(jī)完成在庫貨物的盤點(diǎn)和查詢工作；倉庫管理人員根據(jù)客戶訂單通過PLC控制堆垛機(jī)完成出庫操作［3］。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3硬件系統(tǒng)構(gòu)成

　　3.1RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)

　　RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是20世紀(jì)90年代新興起來的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合（電感或電磁耦合）的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)識(shí)別物體所攜帶信息的自動(dòng)化提取與識(shí)別。在這一實(shí)現(xiàn)過程中，不需要人工干預(yù)，不需要識(shí)別系統(tǒng)與目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，并且還可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性 ［4］。

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)由應(yīng)用系統(tǒng)、RFID讀寫模塊、電子標(biāo)簽、天線等部分組成，如圖3所示。

　　電子標(biāo)簽通常由耦合元件和芯片組成，每個(gè)電子標(biāo)簽有唯一的數(shù)據(jù)編碼，因此它可附著在貨物上用來識(shí)別目標(biāo)。RFID讀寫器通過射頻天線發(fā)射一定頻率的信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到閱讀器所發(fā)信號(hào)的范圍內(nèi)時(shí)，電子標(biāo)簽便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使電子標(biāo)簽本身激活；電子標(biāo)簽利用感應(yīng)電流將所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)開始進(jìn)行編碼，并通過自身的內(nèi)置天線將編碼發(fā)射出去；RFID讀寫器收到電子標(biāo)簽所返回的載波信號(hào)，經(jīng)過解調(diào)后將數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器中進(jìn)行處理［5］。

　　3.2立體倉庫

　　立體倉庫的主要作用是實(shí)現(xiàn)貨物的存儲(chǔ)作業(yè)，整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)依賴于立體倉庫。其控制界面如圖4所示。

　　立體倉庫由堆垛機(jī)、倉庫基體、儲(chǔ)物貨臺(tái)、出入貨臺(tái)、檢測傳感器等部分組成。堆垛機(jī)是立體倉庫的核心；倉庫基體是立體倉庫的基礎(chǔ)設(shè)施；儲(chǔ)物貨臺(tái)用于貨物在立體倉庫中的存放；出入貨臺(tái)的主要作用是實(shí)現(xiàn)出入庫時(shí)貨物的暫時(shí)放置；檢測傳感器可以判斷貨倉中貨物的有無，PLC根據(jù)其判斷就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)倉位號(hào)上貨物的出庫和入庫操作［6］。

　　堆垛機(jī)通過對(duì)貨物的存、取和轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)入庫、出庫和移庫操作。它由機(jī)架、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)（Z軸）、水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)(X軸)、提升機(jī)構(gòu)（Y軸）、載貨臺(tái)和電氣控制系統(tǒng)組成。水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)共同作用使堆垛機(jī)到達(dá)貨位和指定倉位號(hào)處，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)共同作用完成貨物的存取操作。

　　X軸和Y軸動(dòng)作是在伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器的共同作用下完成的，Z軸運(yùn)動(dòng)由三相異步電動(dòng)機(jī)和變頻器控制，可以滿足堆垛機(jī)的快速行走、高精度定位要求。

4系統(tǒng)功能

　　基于RFID技術(shù)的倉儲(chǔ)管理模式的關(guān)鍵在于：進(jìn)入倉庫的貨物上帶有電子標(biāo)簽，同時(shí)把RFID 閱讀器安裝在倉庫的入口處，在貨物開始入庫時(shí)，讀寫模塊掃描標(biāo)簽，從而得到貨物的信息。同樣，把RFID設(shè)備裝在倉庫的出口處，可以對(duì)貨物進(jìn)行跟蹤。因此，貨物從入庫到出庫的整個(gè)過程中，系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的管理。可以通過上位機(jī)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可視化管理。訂單查詢界面如圖5所示。

　　系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)可以分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作。在自動(dòng)操作過程中，系統(tǒng)可以連續(xù)實(shí)現(xiàn)入庫、出庫、盤點(diǎn)等作業(yè)。下面以自動(dòng)入庫為例來詳細(xì)說明其運(yùn)作流程，貨物圖7PLC外部接線圖入庫流程如圖6所示［7］。貨物的出庫作業(yè)與入庫作業(yè)類似，可參考入庫操作。

　?。?）收貨員根據(jù)入庫貨物清單對(duì)貨物進(jìn)行數(shù)量、規(guī)格等信息的核對(duì)。核對(duì)無誤后輸入入庫單號(hào)，如有錯(cuò)誤通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。

　　（2）管理員利用RFID技術(shù)讀取檢驗(yàn)合格貨物上的電子標(biāo)簽上的信息，讀取完成后輸入貨物的相關(guān)信息。

　?。?）貨物驗(yàn)收完成后，倉庫管理系統(tǒng)根據(jù)貨物庫區(qū)和存儲(chǔ)位置的分配，準(zhǔn)許入庫貨物完成上架操作。

　?。?）更新電子標(biāo)簽上的信息，與此同時(shí)，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中生成相應(yīng)的入庫信息，并將入庫結(jié)果傳到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。

　　在系統(tǒng)自動(dòng)入庫的過程中，無需人工的干涉，節(jié)約了勞動(dòng)力，降低了企業(yè)的運(yùn)行成本，并且整個(gè)過程可以循環(huán)執(zhí)行，同時(shí)可以對(duì)電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的讀取和更新，使相應(yīng)的數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地錄入到數(shù)據(jù)庫中。

5PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　堆垛機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子S7-1200系列中小型PLC， CPU 1214C 作為控制核心，它集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O，可連接8個(gè)信號(hào)模塊，2 個(gè)通信模塊 (RS232/RS485)，用于通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接進(jìn)行的通信。它內(nèi)置一個(gè)PROFINET端口，借助PROFINET網(wǎng)絡(luò)，CPU可以與HMI面板或其他CPU通信。同時(shí)，作為西門子推出的一款緊湊型控制器，它具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、成本低廉功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)［8］。

　　S71200 CPU輸出脈沖信號(hào)和方向信號(hào)至伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器再將CPU輸入的給定值經(jīng)過處理后輸出到伺服電機(jī)，控制伺服電機(jī)加減速并移動(dòng)到指定位置。CPU提供了兩個(gè)輸出通道用于高速脈沖輸出，通過對(duì)軸的組態(tài)和相關(guān)指令塊的組合使用，可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)位置、相對(duì)位置、點(diǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)速控制的功能［9］。PLC的外部接線圖如圖7所示。

　　在伺服電機(jī)的控制電路中，伺服電機(jī)1驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)和方向信號(hào)分別由Q0.0和Q0.1提供，伺服電機(jī)2驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)和方向信號(hào)分別由Q0.2和Q0.3提供。

6結(jié)論

　　本文詳細(xì)介紹了倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)倉儲(chǔ)物流過程中，RFID技術(shù)與PLC技術(shù)密切結(jié)合，能夠有效地完成貨物從入庫、堆垛、庫存管理到出庫的過程，提高了倉儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，提升了工作效率，大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效降低了倉儲(chǔ)管理的運(yùn)行成本。通過實(shí)踐證明，該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

　?。?］ 任穎潔.借鑒國外倉儲(chǔ)管理經(jīng)驗(yàn)、完善我國倉儲(chǔ)管理的信息化［J］.中國商貿(mào)，2011（6）；7778.

　?。?］ 梁競雅,張俊波,涂振宇，等.基于有源RFID的電器開關(guān)識(shí)別和控制電路［J］.微型機(jī)與應(yīng)用,2014,33(2):2124.

　?。?］ 魏福鵬，喬鐵柱. 基于分治思想的恒速升溫PLC控制系統(tǒng)設(shè)［J］.工礦自動(dòng)化，2015，41(11)：7880.

　?。?］ LEEMA A A, HEMALATHA M. Proposed prediction algorithms based on hybrid approach to deal with anomalies of RFID data in healthcare［J］. Egyptian Informatics Journal, 2013,14 (2)：6064.

　?。?］ 馬昀驊，關(guān)寶璐， 萬培元，等. 智能交通RFID與視頻雙機(jī)識(shí)別系統(tǒng)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用.2015，41(10)：6264.

　　［6］ 周炯亮，鄭安平，陳青華.基于PLC控制的自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)計(jì)［J］.儀表技術(shù)，2011（6）：1820.

　?。?］ 張馨予. RFID技術(shù)在倉儲(chǔ)管理中的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2014（11）；8789.

　?。?］ 廖常初.S71200 PLC編程及應(yīng)用（第二版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

　?。?］ 李慶梅，瞿新.基于PLC的自動(dòng)立體倉庫運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煤炭技術(shù)，2013，32（12）：178179.