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：針對現(xiàn)今倉儲管理作業(yè)具有多樣性、復(fù)雜性的特點以及傳統(tǒng)倉儲物流管理效率低下的現(xiàn)狀，設(shè)計了基于RFID、PLC和數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的倉儲管理系統(tǒng)，并開發(fā)了相對應(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)自動實現(xiàn)貨物的出入庫。該系統(tǒng)具有操作簡單、使用方便、自動化程度高等優(yōu)點。

　　關(guān)鍵詞：RFID;物流管理;PLC

0引言

　　隨著倉儲物流行業(yè)的快速發(fā)展，及時正確地進(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)前的倉儲模式利用手動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、存儲容量較小等缺點，使得現(xiàn)在的倉儲模式已經(jīng)不適用于社會大物流大數(shù)據(jù)的工作特點。倉儲過程還需要投入大量的人力物力，既費時又費力，人們急切需要自動化水平高、維護(hù)方便的倉儲管理方式［1］。RFID技術(shù)是自動識別技術(shù)中的一種，已在煙草、醫(yī)療等多個領(lǐng)域得到了廣泛使用。本文將RFID技術(shù)運用到物流行業(yè)中，設(shè)計出了一套基于RFID的倉儲物流系統(tǒng)。

1RFID對現(xiàn)代倉儲物流的意義

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

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

　　RFID技術(shù)作為近年來發(fā)展較為迅速的識別通信技術(shù)，與傳統(tǒng)的條碼識別技術(shù)相比，具有傳輸速度快、存儲數(shù)據(jù)量大、可重復(fù)使用等優(yōu)點。RFID技術(shù)應(yīng)用到倉儲物流管理中，可以使倉儲管理系統(tǒng)化、信息化、快速化，不但可以降低人為操作的錯誤，提高物資管理水平，可以從根本上解決倉儲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

　　2.1系統(tǒng)原理

　　RFID是整個倉儲物流系統(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、存放倉位號、出入庫時間等。RFID在倉儲物流管理系統(tǒng)中的主要作用是針對貨物的到貨、入庫、移庫、出庫時的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的自動采集，對相應(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

　　系統(tǒng)的實現(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作，立體倉庫則用來存放貨物，操作機(jī)和數(shù)據(jù)庫實現(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，倉庫操作人員完成貨物的入庫檢驗后，開始進(jìn)行入庫操作。入庫貨臺的RFID讀寫器將入庫信息和倉位號寫入電子簽;PLC根據(jù)倉位號控制堆垛機(jī)將貨物運送至要求的倉位號處；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自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）的傳輸特性，實現(xiàn)對識別物體所攜帶信息的自動化提取與識別。在這一實現(xiàn)過程中，不需要人工干預(yù)，不需要識別系統(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)確性和時效性 ［4］。

　　射頻識別系統(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別目標(biāo)。RFID讀寫器通過射頻天線發(fā)射一定頻率的信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到閱讀器所發(fā)信號的范圍內(nèi)時，電子標(biāo)簽便會產(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，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現(xiàn)貨物的存儲作業(yè)，整個系統(tǒng)功能的實現(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、儲物貨臺、出入貨臺、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；儲物貨臺用于貨物在立體倉庫中的存放；出入貨臺的主要作用是實現(xiàn)出入庫時貨物的暫時放置；檢測傳感器可以判斷貨倉中貨物的有無，PLC根據(jù)其判斷就可以實現(xiàn)對應(yīng)倉位號上貨物的出庫和入庫操作［6］。

　　堆垛機(jī)通過對貨物的存、取和轉(zhuǎn)移，從而實現(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）、水平運行機(jī)構(gòu)(X軸)、提升機(jī)構(gòu)（Y軸）、載貨臺和電氣控制系統(tǒng)組成。水平運行機(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軸動作是在伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動器的共同作用下完成的，Z軸運動由三相異步電動機(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，同時把RFID 閱讀器安裝在倉庫的入口處，在貨物開始入庫時，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，可以對貨物進(jìn)行跟蹤。因此，貨物從入庫到出庫的整個過程中，系統(tǒng)都可以實現(xiàn)對貨物的管理。可以通過上位機(jī)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行可視化管理。訂單查詢界面如圖5所示。

　　系統(tǒng)功能的實現(xiàn)可以分為手動操作和自動操作。在自動操作過程中，系統(tǒng)可以連續(xù)實現(xiàn)入庫、出庫、盤點等作業(yè)。下面以自動入庫為例來詳細(xì)說明其運作流程，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。

　　（1）收貨員根據(jù)入庫貨物清單對貨物進(jìn)行數(shù)量、規(guī)格等信息的核對。核對無誤后輸入入庫單號，如有錯誤通知相關(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。

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

　　（4）更新電子標(biāo)簽上的信息，與此同時，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)自動入庫的過程中，無需人工的干涉，節(jié)約了勞動力，降低了企業(yè)的運行成本，并且整個過程可以循環(huán)執(zhí)行，同時可以對電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實時的讀取和更新，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

　　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個數(shù)字量I/O，可連接8個信號模塊，2 個通信模塊 (RS232/RS485)，用于通過點對點連接進(jìn)行的通信。它內(nèi)置一個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，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、成本低廉功能強大等優(yōu)點［8］。

　　S71200 CPU輸出脈沖信號和方向信號至伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器再將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)加減速并移動到指定位置。CPU提供了兩個輸出通道用于高速脈沖輸出，通過對軸的組態(tài)和相關(guān)指令塊的組合使用，可實現(xiàn)絕對位置、相對位置、點動、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)動器的脈沖信號和方向信號分別由Q0.0和Q0.1提供，伺服電機(jī)2驅(qū)動器的脈沖信號和方向信號分別由Q0.2和Q0.3提供。

6結(jié)論

　　本文詳細(xì)介紹了倉儲物流系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計及軟件實現(xiàn)。在整個倉儲物流過程中，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，提高了倉儲物流管理系統(tǒng)的自動化水平，提升了工作效率，大大減輕了操作人員的勞動強度，有效降低了倉儲管理的運行成本。通過實踐證明，該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

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