基于RFID與PLC云平臺(tái)的機(jī)場(chǎng)行李位置檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：為實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)行李位置的快速檢測(cè)與實(shí)時(shí)監(jiān)控，開(kāi)發(fā)了基于RFID與PLC云平臺(tái)的位置檢測(cè)系統(tǒng)。描述了系統(tǒng)的工作過(guò)程和控制要求。構(gòu)建了以RFID電子標(biāo)簽為行李信息載體，以松下可編程控制器PLC為控制核心，提取行李標(biāo)簽中值機(jī)柜臺(tái)號(hào)、行李交付登機(jī)口等信息的位置檢測(cè)系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)了基于AnyLink網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程信息傳輸系統(tǒng)，通過(guò)云平臺(tái)將行李信息數(shù)據(jù)同步至移動(dòng)設(shè)備端。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)行李位置信息的準(zhǔn)確獲取和傳輸，通過(guò)PC端和移動(dòng)設(shè)備端的組態(tài)界面實(shí)現(xiàn)行李狀態(tài)、位置數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新和管理、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和人機(jī)交互。系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。

關(guān)鍵詞：行李系統(tǒng)；位置檢測(cè)；PLC控制；RFID技術(shù)；云平臺(tái)；組態(tài)監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277；TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）04-000-04

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.001

0 引 言

隨著航空運(yùn)輸業(yè)迅速發(fā)展，高速增長(zhǎng)的旅客運(yùn)輸人次以及貨運(yùn)運(yùn)量對(duì)機(jī)場(chǎng)行李系統(tǒng)施加了較大的壓力，帶來(lái)了較大的考驗(yàn)，因此加強(qiáng)行李系統(tǒng)的運(yùn)行自動(dòng)化以及智能化程度是當(dāng)下的迫切需求。

在實(shí)際應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)機(jī)場(chǎng)對(duì)于行李位置信息檢測(cè)手段主要包括視覺(jué)檢測(cè)[1]、條形碼檢測(cè)[2-3]、傳感器列陣[4]和無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）[5-7]四類(lèi)。目前，條形碼檢測(cè)在各大機(jī)場(chǎng)行李系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，但是條碼容易出現(xiàn)污損、遮蓋等現(xiàn)象，導(dǎo)致掃描儀無(wú)法準(zhǔn)確獲取條碼信息。RFID技術(shù)在海外的發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)場(chǎng)現(xiàn)已得到了大范圍應(yīng)用，國(guó)內(nèi)一些大型機(jī)場(chǎng)諸如首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)以及廣州白云機(jī)場(chǎng)現(xiàn)在都由條碼識(shí)別逐步向運(yùn)用RFID識(shí)別過(guò)渡。

隨著RFID與可編程控制器PLC技術(shù)的快速發(fā)展，以二者結(jié)合的聯(lián)合控制形式已逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制，廣泛應(yīng)用于物流行業(yè)的運(yùn)行與控制領(lǐng)域，滲透到航空領(lǐng)域供應(yīng)鏈系統(tǒng)及管理系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，在航材、維修管理，機(jī)場(chǎng)物流與安防，機(jī)場(chǎng)調(diào)度監(jiān)控等方面應(yīng)用廣泛。位置檢測(cè)屬于物流系統(tǒng)中的重要一環(huán)，實(shí)現(xiàn)行李與貨物位置信息的實(shí)時(shí)檢測(cè)與監(jiān)控有利于提高機(jī)場(chǎng)行李運(yùn)輸效率，因此機(jī)場(chǎng)與航空公司正致力于使用RFID來(lái)加強(qiáng)行李追蹤、分配和傳輸。

本文結(jié)合RFID技術(shù)和PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)行李信息的自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)控管理系統(tǒng)，搭建云平臺(tái)組態(tài)監(jiān)控界面，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控行李動(dòng)態(tài)，節(jié)省人力資源，提高生產(chǎn)與管理的自動(dòng)化水平。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求與工作流程

在位置檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足如下要求：

（1）行李位置信息檢測(cè)的準(zhǔn)確性：檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)克服傳統(tǒng)位置檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度欠缺，人為干預(yù)程度大，位置信息獲取不及時(shí)、不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)大范圍內(nèi)獲取行李位置信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高的位置檢測(cè)系統(tǒng)。

（2）具有良好的可開(kāi)發(fā)性：系統(tǒng)在滿(mǎn)足獲取基本位置信息的基礎(chǔ)上，針對(duì)行李類(lèi)型的多樣性，不同的始發(fā)地以及交付地，能夠有更多位置信息以及物品信息，快速準(zhǔn)確識(shí)別并進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。

（3）位置檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾性：在行李系統(tǒng)的應(yīng)用背景下，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)避免灰塵、靜電、油污、振動(dòng)以及電磁輻射干擾，確保其在工作環(huán)境下正常運(yùn)行。

針對(duì)以上要求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于RFID和PLC云平臺(tái)的位置檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)行李位置信息準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的獲取。該系統(tǒng)的工作流程：當(dāng)有攜帶RFID電子標(biāo)簽的行李途徑固定標(biāo)志點(diǎn)讀寫(xiě)器檢測(cè)范圍時(shí)，RFID讀寫(xiě)器在PLC控制下自動(dòng)識(shí)別標(biāo)簽的EPC號(hào)，根據(jù)返回的EPC號(hào)讀取該電子標(biāo)簽的信息及內(nèi)容，通過(guò)與PLC連接的AnyLink網(wǎng)關(guān)將行李的位置信息以及附屬信息通過(guò)GPRS信號(hào)傳輸至云平臺(tái)，在云平臺(tái)的相關(guān)組態(tài)界面獲取行李的實(shí)時(shí)位置以及動(dòng)態(tài)。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)的需求，該位置檢測(cè)系統(tǒng)由3個(gè)子模塊構(gòu)成：

（1）控制模塊：以松下FPG-C32TH PLC為控制核心，其配備32位RISC處理器，可顯著增強(qiáng)PLC的運(yùn)算處理

能力。

（2）檢測(cè)模塊：選用具有多種通信接口的高性能超高頻（UHF）RFID一體式讀寫(xiě)器為系統(tǒng)的檢測(cè)模塊，通過(guò)調(diào)整輸出功率以改變讀寫(xiě)距離，適用于機(jī)場(chǎng)行李的位置檢測(cè)。

（3）組態(tài)模塊：選用AnyLink IntelliEdge網(wǎng)關(guān)為系統(tǒng)與云平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸模塊，其集數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制以及云服務(wù)為一體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作。

本系統(tǒng)中，3個(gè)子模塊通過(guò)RS 232串行總線(xiàn)通信。在遠(yuǎn)距離通信場(chǎng)合擴(kuò)展485模塊通過(guò)RS 485總線(xiàn)等方式實(shí)現(xiàn)。AnyLink IntelliEdge網(wǎng)關(guān)通過(guò)GPRS信號(hào)與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選用的讀寫(xiě)器在應(yīng)答工作模式下能夠執(zhí)行對(duì)RFID電子標(biāo)簽的讀、寫(xiě)操作命令。波特率設(shè)為9 600 b/s，地址設(shè)為00，功率設(shè)置為5 dBm，最低讀寫(xiě)頻率設(shè)為902.6 MHz，最高頻率為927.4 MHz，查詢(xún)命令時(shí)間設(shè)置為1 s，其界面如圖2所示。

系統(tǒng)選用的電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)為EPC CLASS1 G2，其擁有

4個(gè)不同的存儲(chǔ)區(qū)域，分別為EPC區(qū)、USER區(qū)、TID區(qū)、密碼區(qū)，主要使用標(biāo)簽的是EPC區(qū)以及USER區(qū)。根據(jù)位置檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，標(biāo)簽的第一位為行李類(lèi)型碼（國(guó)內(nèi)行李標(biāo)簽第一位以0，3，8開(kāi)頭，本系統(tǒng)以重慶江北機(jī)場(chǎng)行李系統(tǒng)為例，以3作為標(biāo)簽第一位），第二至四位為行李承運(yùn)人的結(jié)算代號(hào)，第五位至第十位為隨機(jī)生成的行李編號(hào)，并將標(biāo)簽的高位全部補(bǔ)0。向兩張電子標(biāo)簽的EPC區(qū)分別寫(xiě)入由上述規(guī)則定義的編碼“0000 0038 2470 0001”以及“0000 0038 2470 0002”來(lái)覆蓋其出廠(chǎng)時(shí)的默認(rèn)EPC號(hào)，用以替代攜帶電子標(biāo)簽的行李。為簡(jiǎn)化介紹，后面用01與02代替，分別表示1號(hào)行李與2號(hào)行李。

寫(xiě)入電子標(biāo)簽EPC號(hào)界面如圖3所示。

EPC CLASS1 G2電子標(biāo)簽的USER區(qū)可讀可寫(xiě)，并且其存儲(chǔ)容量為32 B，用戶(hù)能夠根據(jù)自身使用需求定義。基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，定義行李的信息包括兩部分內(nèi)容，每部分占用四位十六進(jìn)制及一個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間，第一個(gè)字節(jié)存放行李的始發(fā)地及值機(jī)柜臺(tái)編號(hào)，第二個(gè)字節(jié)為行李的運(yùn)輸交付地及登機(jī)口（登機(jī)廊橋）編號(hào)。如當(dāng)USER區(qū)前兩字節(jié)的內(nèi)容為0012 0008，即代表此行李是從18號(hào)值機(jī)柜臺(tái)發(fā)出，運(yùn)往8號(hào)登機(jī)口。與上同理，分別對(duì)01、02行李標(biāo)簽的USER區(qū)寫(xiě)入“0003 0008”“0004 0011”表示行李的值機(jī)信息。USER區(qū)留有后30個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間以備后續(xù)的開(kāi)發(fā)以及擴(kuò)展使用。詳細(xì)見(jiàn)行李信息編碼表1。

2.2 PLC系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)選用松下FPG-C32TH機(jī)型，該機(jī)型使用電源為直流DC 24 V，配備32位RISC處理器，中間為控制單元，左側(cè)可擴(kuò)展4臺(tái)擴(kuò)展單元，右側(cè)可擴(kuò)展3臺(tái)，以此可達(dá)到最大I/O點(diǎn)數(shù)384點(diǎn)，使小型PLC能夠?qū)崿F(xiàn)超高速的運(yùn)算與處理，并且使PLC的指令運(yùn)算高速化，大幅縮短PLC在工作時(shí)的掃描周期，顯著增強(qiáng)了PLC的運(yùn)算處理能力。

為實(shí)現(xiàn)PLC、RFID讀寫(xiě)器以及云平臺(tái)網(wǎng)關(guān)三者的串行通信，擴(kuò)展一塊型號(hào)為AFPG802的松下通信插件，并通過(guò)該模塊的2個(gè)RS 232C接口連接硬件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[8]。為與編程主機(jī)通信，將PLC的編程口通信參數(shù)設(shè)置為波特率

9 600 b/s，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度8 bit，停止位1 bit，奇校驗(yàn)，通信超時(shí)設(shè)置為5 s，與計(jì)算機(jī)串口通信參數(shù)的設(shè)置一致。PLC通信設(shè)置如圖4所示。

PLC使用COM1端口同網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)COM1端口進(jìn)行通信設(shè)置，其參數(shù)為：站號(hào)1，通信模式采用計(jì)算機(jī)連接，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8 bit，奇校驗(yàn)，停止位1 bit，無(wú)結(jié)束符，起始符為無(wú)STX，波特率9 600 b/s。

COM2端口與RFID讀寫(xiě)器通信，使用通用通信模式，無(wú)校驗(yàn)，串行通信模式接收緩沖區(qū)起始地址為DT2000，緩沖區(qū)容量為30個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，其余設(shè)置同COM1

端口。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

為滿(mǎn)足系統(tǒng)的普適性與應(yīng)用性要求，將RFID讀寫(xiě)器設(shè)置為應(yīng)答模式，由程序控制PLC以1 s的頻率控制讀寫(xiě)器完成標(biāo)簽信息的識(shí)別與返回，再將其上傳至云平臺(tái)組態(tài)界面。主程序主要分為3部分，為識(shí)別行李標(biāo)簽EPC號(hào)、獲取該EPC號(hào)標(biāo)簽中USER區(qū)的內(nèi)容，將數(shù)據(jù)加工處理后通過(guò)網(wǎng)關(guān)上傳至PC機(jī)和云平臺(tái)組態(tài)界面等3個(gè)模塊。

主程序流程如圖5所示。由PLC控制RFID讀寫(xiě)器以1 s

的時(shí)間間隔向其識(shí)別范圍內(nèi)發(fā)出查詢(xún)EPC號(hào)的指令，當(dāng)帶有RFID標(biāo)簽的行李或者物件通過(guò)系統(tǒng)的檢測(cè)范圍時(shí)，如一旦查詢(xún)EPC成功，讀寫(xiě)器成功返回電子標(biāo)簽EPC并且發(fā)送至指定的數(shù)據(jù)寄存器，程序自動(dòng)向此被鎖定的EPC號(hào)發(fā)出查詢(xún)USER區(qū)從00字節(jié)起始，前兩字節(jié)內(nèi)容的命令（第一字節(jié)內(nèi)容為行李值機(jī)柜臺(tái)，第二字節(jié)內(nèi)容為行李交付登機(jī)口）。當(dāng)USER區(qū)的內(nèi)容返回后，放置在指定寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，并將處理結(jié)果通過(guò)RS 232串口傳輸給云平臺(tái)網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)通過(guò)GPRS信號(hào)上傳至云平臺(tái)組態(tài)界面。組態(tài)界面應(yīng)顯示此行李的EPC號(hào)、到達(dá)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置及值機(jī)柜臺(tái)號(hào)和登機(jī)口

信息。

3.2 CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼生成程序設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)PLC同RFID讀寫(xiě)器串行通信，準(zhǔn)確獲取標(biāo)簽EPC號(hào)與USER區(qū)內(nèi)容的關(guān)鍵在于G20型號(hào)讀寫(xiě)器約定的相關(guān)通信協(xié)議。在該型號(hào)讀寫(xiě)器的通信協(xié)議中，命令語(yǔ)句的末尾均需要附加CRC-16校驗(yàn)碼[9-10]，且約定的校驗(yàn)碼多項(xiàng)式為H8408。程序設(shè)計(jì)中，將CRC校驗(yàn)碼算法設(shè)計(jì)為PLC子程序，當(dāng)通信過(guò)程中需要使用校驗(yàn)碼時(shí)，通過(guò)調(diào)用子程序計(jì)算，其設(shè)計(jì)流程如圖6所示。

3.3 云平臺(tái)組態(tài)界面設(shè)計(jì)

云平臺(tái)組態(tài)界面使用的編輯軟件是AnyLink云平臺(tái)內(nèi)置的組態(tài)編輯軟件，在此界面中使用了文本控件，綁定了數(shù)據(jù)項(xiàng)的圖像控件以及Timestamp控件（該控件可以從PC機(jī)上獲取時(shí)間信息并在組態(tài)界面予以顯示）。各控件與PLC寄存器（繼電器）的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2所列。

當(dāng)行李進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)后，讀卡器在PLC的控制下將電子標(biāo)簽中相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ň彺嬷校?jīng)由PLC運(yùn)算處理后將行李信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)上傳至云平臺(tái)組態(tài)界面。在上位機(jī)監(jiān)控界面，行李的EPC號(hào)、位置信息、辦理行李的值機(jī)柜臺(tái)以及交付登機(jī)口會(huì)在文本中以數(shù)值方式顯示，上位機(jī)總開(kāi)關(guān)以及外部現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟以及閉合狀態(tài)會(huì)使用綠色和紅色填充色加以區(qū)別（綠色代表開(kāi)關(guān)狀態(tài)為開(kāi)啟，紅色代表關(guān)閉）。云平臺(tái)組態(tài)界面如圖7所示。

位置檢測(cè)系統(tǒng)選用的AnyLink云平臺(tái)能夠?qū)⒃O(shè)備信息同步至手機(jī)移動(dòng)端，在微信小程序中顯示，客戶(hù)能夠通過(guò)小程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、下發(fā)指令和查看歷史數(shù)據(jù)，讓用戶(hù)可以更快捷、方便地管理設(shè)備。移動(dòng)設(shè)備端界面如圖8

所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)行李位置信息的實(shí)時(shí)檢測(cè)與監(jiān)控，提高行李分揀、運(yùn)輸效率，本文將RFID技術(shù)與PLC控制結(jié)合，依托云平臺(tái)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)了行李位置檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)中行李的快速定位與位置監(jiān)控。該系統(tǒng)利用PLC控制RFID讀寫(xiě)器自動(dòng)獲取通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)的行李信息，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)上傳至云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)行李的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

經(jīng)測(cè)試，證明該系統(tǒng)響應(yīng)快速、靈敏，能夠準(zhǔn)確識(shí)別行李信息，能云端同步顯示及更新，并且基于RFID技術(shù)，行李標(biāo)簽信息具有良好的擴(kuò)展性，可以記錄更多的行李或貨物信息。將系統(tǒng)稍加改變，也能夠滿(mǎn)足不同的場(chǎng)合與功能需求，具有較好的工程適用性。

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收稿日期：2023-04-08 修回日期：2023-05-09