基于RFID與PLC的倉儲物流系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

胡江虹

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學院陜西西安710014）

在現(xiàn)代社會經(jīng)濟不斷發(fā)展的過程中，自動化技術(shù)及計算機技術(shù)也在不斷的發(fā)展，倉儲系統(tǒng)屬于物流行業(yè)的主要內(nèi)容，其也從傳統(tǒng)人工倉儲逐步發(fā)展成為自動倉儲，并且具有智能化、集成化及自動化的優(yōu)勢[1]。在我國，企業(yè)國家化的程度在不斷的提高，生產(chǎn)規(guī)模在不斷的擴大，企業(yè)管理的水平在不斷的提高，企業(yè)對于可靠、高效的自動倉儲需求也在不斷的擴大。另外，PLC可編程控制器技術(shù)越來越成熟，其體積較小，并且具有強大的功能性及抗干擾能力，還具有靈活通用及維護簡便的優(yōu)勢，目前已經(jīng)被廣泛應用到機電一體化及工業(yè)自動控制等方面中[2]?；诖耍疚膶LC和REID作為倉儲物流系統(tǒng)的核心控制內(nèi)容，介紹了全新自動倉儲系統(tǒng)設(shè)計的方案，并且通過樣機進行實驗，表示此方案的穩(wěn)定性，從而促進企業(yè)能夠有效提高倉庫倉儲效率及能力，并且降低企業(yè)庫存成本。

1 基于RFID和PLC的倉儲物流系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

1.1 入庫流程

驗收入庫流程主要包括要驗收入庫貨物、貨位信息更新、入庫動作等，圖1為系統(tǒng)入庫的流程。

首先，在貨物入庫的時候，操作人員以入庫通知單中的貨物信息檢驗貨物，對貨物信息和入庫通知單中信息是否相同，在核實信息之后就會實現(xiàn)貨物入庫單號的生成。假如核對出現(xiàn)錯誤，就要通知工作人員進行處理[3]；

其次，在校對貨物之后，就要開始入庫，管理系統(tǒng)對立體倉庫中的空閑信號進行搜索，從而分配倉位號，對貨物存放位置進行確定，將RFID和PLC發(fā)送到入庫；

最后，RFID到電子標簽中寫入倉位號，PLC以相應倉位號信息將貨物進行輸送，并且對貨物信息進行更新[4]。

圖1 系統(tǒng)入庫的流程

1.2 庫存盤點

庫存管理是以倉庫貨物情況進行管理，管理人員已倉庫管理系統(tǒng)信息為基礎(chǔ)實現(xiàn)。圖2為倉儲物流系統(tǒng)的庫存盤點流程。

圖2 倉儲物流系統(tǒng)的庫存盤點流程

1.3 出庫流程

貨物出庫流程主要包括核對出庫貨物單信息、貨位信息的更新及貨物出庫，圖3為倉儲物流系統(tǒng)貨物出貨的流程。在出庫的時候，操作人員核對出庫通知單及貨物在庫信息，如果沒有錯誤，就會生成貨物出庫單號。如果信息錯誤，那么就要通知工作人員進行處理。在信息正確核對之后開始入庫，PLC對堆垛機進行控制，使其能夠?qū)⒊鰩熵浳锏匠鲐涁浥_中輸送。出庫RFID對貨物托盤中貨物信息進行讀取，在此核對相應的信息，保證沒有錯誤[5]。

網(wǎng)絡(luò)整體內(nèi)向接近中心度標準差為7.164，外向接近中心度標準差為6.940，差異較小，且節(jié)點間差異沒有很大差異，說明三峽地區(qū)旅游節(jié)點的通暢程度較高，并沒有出現(xiàn)明顯的阻礙現(xiàn)象。個體節(jié)點以白帝城、解放碑、小三峽、三峽大壩、神女峰、重慶紅巖的內(nèi)外向中心度最高，表明這幾個節(jié)點與三峽地區(qū)其他景點通達性較好，受其他節(jié)點控制較弱，近20年過去了，游客在三峽旅游的游線組合中仍然包含這幾個經(jīng)典景區(qū)。相對這些景區(qū)，三峽旅游的經(jīng)典景區(qū)中衰落較快的景區(qū)為張飛廟、萬州港、大昌古鎮(zhèn)、小小三峽、三游洞、葛洲壩、名山、涪陵新城、三峽大瀑布。這些景區(qū)節(jié)點與其他景區(qū)節(jié)點依賴性較強，旅游目的地競爭力相對較弱。

圖3 倉儲物流系統(tǒng)貨物出貨的流程

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計原理

RFID屬于倉儲物流系統(tǒng)中的核心信息載體，其中主要包含貨物的種類、名稱、出庫時間、入庫時間、型號等內(nèi)容，其主要作用就是對貨物入庫、到貨、出庫及移庫數(shù)據(jù)進行自動的收集，全面分析相應的貨物貨名、位置及數(shù)量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合，通過相應的技術(shù)手段有效提高企業(yè)物流管理的效率[6]。圖4為系統(tǒng)總體設(shè)計方案的原理。

圖4 系統(tǒng)總體設(shè)計方案的原理

2.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在實現(xiàn)系統(tǒng)過程中，主要是將電子標簽作為信息的載體，利用固定RFID讀寫設(shè)備實現(xiàn)信息的收集，將PLC作為控制器，將堆垛機作為執(zhí)行機構(gòu)，從而有效實現(xiàn)貨物出入庫，立體倉庫實現(xiàn)貨物的存放，操作機和數(shù)據(jù)庫對貨物訂單進行管理[7]。在具有電子標簽貨物托盤來到的時候，倉庫操作工作人員就實現(xiàn)貨物入庫的檢驗，之后實施入庫操作。入庫的貨臺RFID讀寫器實現(xiàn)倉位號及入庫信息到電子簽中寫入；PLC以倉位號為基礎(chǔ)實現(xiàn)堆垛機的控制，從而能夠?qū)⒇浳锏絺}位號中送去。倉庫管理工作人員利用操作機和數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)貨物的查詢及判斷。倉庫管理工作人員以客戶訂單為基礎(chǔ)，利用PLC對堆垛機的出庫操作進行有效的控制[8]。圖5為倉儲物流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

圖5 倉儲物流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

3.1 射頻識別系統(tǒng)的構(gòu)成

RFID技術(shù)屬于上世紀九十年代發(fā)展的自動識別技術(shù)，其工作原理為通過空間耦合及射頻信號，從而提取并且識別物體自身的信息。在此過程中不需要人工的干涉和目標及識別系統(tǒng)機械及光學接觸的創(chuàng)建，而且還要有效保證數(shù)據(jù)時效性及精準性。射頻識別系統(tǒng)主要包括多個部分構(gòu)成，比如應用系統(tǒng)、電子標簽、讀寫器、耦合元件、射頻天線等[9]，詳見圖6：

圖6 射頻識別系統(tǒng)的構(gòu)成

電子標簽一般包括芯片和耦合元件構(gòu)成，其中電子標簽中的數(shù)據(jù)編碼都是唯一的，所以其能夠在貨物中附著，從而對目標進行有效識別。RFID讀寫器能夠利用射頻天線實現(xiàn)頻率信號的發(fā)射，在電子標簽到達閱讀器信號之后，電子標簽就會出現(xiàn)一定的感應電流，以此激活電子標簽。電子標簽通過感應電流實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的編碼，并且利用自身天線發(fā)射編碼[10]。

3.2 立體倉庫

立體倉庫的目的就是存儲貨物，本文所研究的系統(tǒng)都是通過立體倉庫實現(xiàn)，圖7為立體倉庫的控制結(jié)構(gòu)。

圖7 立體倉庫的控制界面結(jié)構(gòu)

立體倉庫主要包括倉庫基體、堆垛機、出入貨臺、儲物貨臺等模塊，堆垛機屬于立體倉庫核心模塊，倉庫基體屬于立體倉庫基礎(chǔ)設(shè)備。出入貨臺的主要目的就是暫時存放入庫貨物；儲物貨臺的主要木的就是存放立體倉庫；檢測傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)倉庫中是否具有貨物的檢測。

堆垛機能夠利用貨物存放、取出和轉(zhuǎn)移，以此能夠操作貨物。其主要包括水平運行機構(gòu)、貨叉伸縮結(jié)構(gòu)、提升機構(gòu)、電子控制系統(tǒng)和載貨臺等構(gòu)成。水平運行機構(gòu)及提升機的相互作用，能夠?qū)崿F(xiàn)堆垛機到指定位置中[11]。

3.3 電控系統(tǒng)

文中研究過程中的電控系統(tǒng)主要目的就是接收上位機及觸摸屏操作臺的命令，并且收集傳感器數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)自身狀態(tài)的判斷。利用USS協(xié)議實現(xiàn)變頻器的通信控制，從而實現(xiàn)電機結(jié)構(gòu)的運動，并且對電機的運動狀態(tài)進行監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)的主要功能為：收集外部傳感器的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)自檢、托盤的進出架、開關(guān)門，實現(xiàn)接觸器的切換、測量貨物的高度、急停保護、進架保護等[12]。根據(jù)以上需求，本文使用西門子小型PLC作為控制的核心，其的結(jié)構(gòu)較為緊湊，并且擴展性良好，其功能模塊較為豐富，而且還具有較為強大的指令系統(tǒng)，而且其中大部分的功能都能夠滿足所有PLC需求，價格較低，能夠有效滿足本文所設(shè)計的需求[13]。圖8為電控系統(tǒng)的解決方案流程。

圖8 電控系統(tǒng)的解決方案流程

4 上位機數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)

上位機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)屬于直接面向用戶的接口，也是實現(xiàn)系統(tǒng)自動化的主要核心內(nèi)容，其利用人機界面實現(xiàn)操作人員命令的接受，利用PPI總線對控制指令朝著控制系統(tǒng)發(fā)送，通過控制變頻器進行貨物存取，并且對數(shù)據(jù)庫信息進行更新，其中的功能為進出庫、用戶的管理，還能夠?qū)崿F(xiàn)信息的查詢、空間的整理及報表的打印。

4.1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

上位機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通過Delphi設(shè)計，數(shù)據(jù)庫中使用SQL大型數(shù)據(jù)庫，其能夠?qū)崿F(xiàn)較高的查詢效率，并且還支持SQL語言，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫的遠程訪問，提高數(shù)據(jù)一致性及完整性。并且，其還能夠支持庫存進出庫記錄和明細等信息報表的打印，實現(xiàn)分析庫中的報表打印及查閱，以此有效提高工程管理水平及效率。

4.2 上位機和PLC通信

上位機和PLC的通信是利用西門子工資電纜實現(xiàn)，使用PPI協(xié)議進行通信，此協(xié)議屬于以字符為基礎(chǔ)的異步通信。其傳輸信息的效率比較快，并且使用其和計算機通信的過程中，PLC可以不實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信程序的編寫，以此能夠有效節(jié)省PLC內(nèi)部存儲的空間。在此背景下，上位機能夠?qū)崿F(xiàn)PLC數(shù)據(jù)區(qū)的讀取，并且方便快捷，但是PPI協(xié)議不能夠?qū)ν膺M行公開。OPC實現(xiàn)工業(yè)標準接口的定義，不同硬件廠商只需要為自身設(shè)備提供具有OPC的接口服務(wù)器，軟件使用支持OPC接口客戶端實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的訪問，就能夠有效實現(xiàn)和硬件設(shè)備之間的相互通信，并且也不需要對地層實現(xiàn)細節(jié)進行全面的掌握。OPC服務(wù)器一般能夠?qū)崿F(xiàn)定制接口及自動化接口兩種類型訪問的結(jié)構(gòu)[14]。圖9為上位機客戶端的開發(fā)流程。

圖9 上位機客戶端的開發(fā)流程

5 倉儲物流系統(tǒng)的通訊設(shè)計

自動化立體倉庫通訊系統(tǒng)主要包括PLC、倉儲管理計算機和控制柜觸摸屏構(gòu)成。PLC自身具有以太網(wǎng)通信端口，能夠有效實現(xiàn)和其他設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)的連接。因為全面考慮現(xiàn)場實際的工作及編程的調(diào)試，就使用無線路由器利用無線橋接方式連接現(xiàn)場管理計算機和PLC之間的相互通訊。

之后使用倉儲管理計算機和讀寫器之間的通信，管理系統(tǒng)要想得到貨物托盤電子標簽中的數(shù)據(jù)，并且對電子標簽中實現(xiàn)信息的寫入，就要利用RFID讀寫器實現(xiàn)，從產(chǎn)品使用角度方面進行分析，實現(xiàn)電子標簽讀寫和需要訪問的透明化，就要實現(xiàn)無源電子標簽，此種管理系統(tǒng)就為主動。

最后實現(xiàn)觸摸屏的可視化，便于工作人員全面掌握生產(chǎn)現(xiàn)場[15]。

6 結(jié)束語

文中根據(jù)RFID和PLC技術(shù)相互結(jié)合，提出了倉儲自動化的管理方案。通過此方案的實際驗證，表示此方案能夠有效解決現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)過于將人工作為基礎(chǔ)，導致效率低下的實際問題，在物品出入庫過程中還是需要大量人工干預問題。通過相關(guān)實踐表示，此系統(tǒng)在實際運行過程中較為可靠并且合理。