唐廣耀，李勇,，張以帥,，賴惠鴿

　　（寧夏大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,，寧夏 銀川 750021）

       摘要：針對(duì)現(xiàn)今倉(cāng)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(cāng)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(kù)相結(jié)合的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng),，并開(kāi)發(fā)了相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用軟件。上位機(jī)將貨物信息寫(xiě)入電子標(biāo)簽中,，RFID讀寫(xiě)器可以讀取電子標(biāo)簽上的貨物信息,，PLC根據(jù)寫(xiě)入的倉(cāng)位信息控制堆垛機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)貨物的出入庫(kù)。該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單,、使用方便,、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：RFID;物流管理;PLC

0引言

　　隨著倉(cāng)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(jìng)爭(zhēng)力,。當(dāng)前的倉(cāng)儲(chǔ)模式利用手動(dòng)掃描條形碼來(lái)記錄貨物的出入庫(kù)信息，存在條形碼容易磨損,、內(nèi)容無(wú)法更改,、存儲(chǔ)容量較小等缺點(diǎn)，使得現(xiàn)在的倉(cāng)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(cāng)儲(chǔ)過(guò)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(cāng)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(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng),。

1RFID對(duì)現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)物流的意義

　　倉(cāng)儲(chǔ)管理不僅是物流管理的核心,，而且對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)也扮演著關(guān)鍵的角色。倉(cāng)儲(chǔ)會(huì)存在于貨物生產(chǎn),、銷(xiāo)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(wú)損的條件,，為貨物能夠最終順利流入市場(chǎng)保駕護(hù)航。

　　在傳統(tǒng)的倉(cāng)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(kù)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(kù)存盤(pán)點(diǎn)效率不高［2］,。

　　RFID技術(shù)作為近年來(lái)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(cāng)儲(chǔ)物流管理中,，可以使倉(cāng)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(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中效率低下的問(wèn)題，而且可以減少庫(kù)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(cāng)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(chēng),、種類(lèi)、規(guī)格,、型號(hào),、存放倉(cāng)位號(hào)、出入庫(kù)時(shí)間等,。RFID在倉(cāng)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(kù)、移庫(kù),、出庫(kù)時(shí)的數(shù)據(jù),，通過(guò)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(guò)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(guò)固定型RFID讀寫(xiě)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(lái)完成貨物的出庫(kù)與入庫(kù)動(dòng)作,，立體倉(cāng)庫(kù)則用來(lái)存放貨物,，操作機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)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(pán)到來(lái)時(shí),，倉(cāng)庫(kù)操作人員完成貨物的入庫(kù)檢驗(yàn)后,，開(kāi)始進(jìn)行入庫(kù)操作。入庫(kù)貨臺(tái)的RFID讀寫(xiě)器將入庫(kù)信息和倉(cāng)位號(hào)寫(xiě)入電子簽;PLC根據(jù)倉(cāng)位號(hào)控制堆垛機(jī)將貨物運(yùn)送至要求的倉(cāng)位號(hào)處,；倉(cāng)庫(kù)管理人員可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)和操作機(jī)完成在庫(kù)貨物的盤(pán)點(diǎn)和查詢工作,；倉(cāng)庫(kù)管理人員根據(jù)客戶訂單通過(guò)PLC控制堆垛機(jī)完成出庫(kù)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(lái)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(guò)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(xiě)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(lái)識(shí)別目標(biāo)。RFID讀寫(xiě)器通過(guò)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(kāi)始進(jìn)行編碼,，并通過(guò)自身的內(nèi)置天線將編碼發(fā)射出去；RFID讀寫(xiě)器收到電子標(biāo)簽所返回的載波信號(hào),，經(jīng)過(guò)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(cāng)庫(kù)

　　立體倉(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù),。其控制界面如圖4所示,。

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

　　堆垛機(jī)通過(guò)對(duì)貨物的存,、取和轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)入庫(kù),、出庫(kù)和移庫(kù)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(cāng)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(cāng)儲(chǔ)管理模式的關(guān)鍵在于：進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)的貨物上帶有電子標(biāo)簽,，同時(shí)把RFID 閱讀器安裝在倉(cāng)庫(kù)的入口處,，在貨物開(kāi)始入庫(kù)時(shí),，讀寫(xiě)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(cāng)庫(kù)的出口處,，可以對(duì)貨物進(jìn)行跟蹤。因此,，貨物從入庫(kù)到出庫(kù)的整個(gè)過(guò)程中,，系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的管理?？梢酝ㄟ^(guò)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(guò)程中,，系統(tǒng)可以連續(xù)實(shí)現(xiàn)入庫(kù)、出庫(kù),、盤(pán)點(diǎn)等作業(yè),。下面以自動(dòng)入庫(kù)為例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明其運(yùn)作流程，貨物圖7PLC外部接線圖入庫(kù)流程如圖6所示［7］,。貨物的出庫(kù)作業(yè)與入庫(kù)作業(yè)類(lèi)似,，可參考入庫(kù)操作。

　?。?）收貨員根據(jù)入庫(kù)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(wú)誤后輸入入庫(kù)單號(hào),，如有錯(cuò)誤通知相關(guān)人員進(jìn)行處理,。

　?。?）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(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)根據(jù)貨物庫(kù)區(qū)和存儲(chǔ)位置的分配,，準(zhǔn)許入庫(kù)貨物完成上架操作,。

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

　　在系統(tǒng)自動(dòng)入庫(kù)的過(guò)程中,，無(wú)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(guò)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(kù)中。

5PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　堆垛機(jī)控制系統(tǒng)采用西門(mén)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(guò)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(mén)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(guò)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(guò)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(cāng)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(cāng)儲(chǔ)物流過(guò)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(kù),、堆垛,、庫(kù)存管理到出庫(kù)的過(guò)程，提高了倉(cāng)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(cāng)儲(chǔ)管理的運(yùn)行成本,。通過(guò)實(shí)踐證明,，該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性,。

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