RFID技術(shù)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　根據(jù)現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的管理，射頻識(shí)別技術(shù)的基本原理和射頻識(shí)別技術(shù)具有信息無(wú)線傳輸、信息傳遞量大和信息傳播方便準(zhǔn)確等特點(diǎn)，結(jié)合自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的工作情況，把射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，構(gòu)建出一個(gè)基于射頻識(shí)別技術(shù)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，該系統(tǒng)處理信息的速度比傳統(tǒng)方式提高了10倍以上，同時(shí)能實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)信息，滿足了現(xiàn)代物流系統(tǒng)的需要。

　　隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟和應(yīng)用的逐漸普及，傳統(tǒng)的以手工記錄為主的管理方式已不能滿足企業(yè)目前的需求，而磁卡、條形碼等技術(shù)由于自身存在的缺陷，已經(jīng)不適合今后物流業(yè)發(fā)展的需要。這些模式在現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展過(guò)程中己暴露出許多缺點(diǎn)，大大影響了企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)化的進(jìn)程。

　　RFID技術(shù)是一項(xiàng)新興的、先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它在各行業(yè)的廣闊發(fā)展前景己經(jīng)引起了世界各個(gè)國(guó)家、各個(gè)企業(yè)的普遍重視。RFID技術(shù)具有其他識(shí)別技術(shù)所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離遠(yuǎn)、讀取方便快捷、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如、形狀多樣化等優(yōu)點(diǎn)。RFID技術(shù)的出現(xiàn)，解決了數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別的難題，處理信息更為快速、準(zhǔn)確，減少了人工干預(yù)，避免了繁瑣的手工輸入等流程，從而降低了生產(chǎn)成本。因此，本文提出了一種將RFID技術(shù)應(yīng)用于立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅可以較高的精度和速度實(shí)現(xiàn)80個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)位的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的正常運(yùn)行，也能適應(yīng)于現(xiàn)代工廠企業(yè)的生產(chǎn)管理。

　　1 射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)

　　1.1 射頻識(shí)別技術(shù)介紹

　　射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，Radio Frequency IdentifICation)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間藕合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)?；镜腞FID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽、天線、閱讀器等組成。

　　(1)電子標(biāo)簽(Tag)。由藕合元件及芯片組成，每個(gè)電子標(biāo)簽具有全球的識(shí)別號(hào)(ID)，無(wú)法修改和仿造，提供了安全性。電子標(biāo)簽都要附著在物體上以標(biāo)示目標(biāo)對(duì)象。電子標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，如保存了待識(shí)別物體的種類(lèi)、生產(chǎn)批次、數(shù)量以及所在貨架的庫(kù)位編號(hào)等信息。

　　(2)天線(Antenna)。在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào)，即標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息和閱讀器發(fā)出的命令信息。

　　(3)閱讀器(Reader)。讀取或?qū)懭腚娮訕?biāo)簽信息的設(shè)備，包括手持式和固定式。閱讀器可無(wú)接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。并與計(jì)算機(jī)相連，對(duì)所讀取的標(biāo)簽信息進(jìn)行處理。RFID系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

　　圖1 RFID系統(tǒng)構(gòu)成

　　與傳統(tǒng)識(shí)別技術(shù)相比，RFID有以下優(yōu)勢(shì)：處理速度快;體積小、形狀多樣化;抗污染能力強(qiáng)，經(jīng)久耐用;可重復(fù)使用;穿透性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)屏障閱讀;數(shù)據(jù)的記憶容量大;安全性高。

　　1.2 射頻識(shí)別技術(shù)工作原理

　　讀寫(xiě)器通過(guò)其天線在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電磁場(chǎng)，區(qū)域大小取決于發(fā)射功率、工作頻率和天線尺寸。標(biāo)簽進(jìn)入這個(gè)區(qū)域時(shí)，接收到讀寫(xiě)器的射頻脈沖，經(jīng)過(guò)橋式整流后給電容充電，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后作為工作電壓。同時(shí)，數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接受指令發(fā)送出存儲(chǔ)在標(biāo)簽中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)，或者標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽)。讀寫(xiě)器接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來(lái)決定數(shù)據(jù)的有效性，然后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

　　2 RFID技術(shù)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的總體設(shè)計(jì)

　　2.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成

　　自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的主體是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，為了實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)存儲(chǔ)和取出，還需要相應(yīng)的管理監(jiān)控系統(tǒng)，因此系統(tǒng)的組成如圖2所示。

　　圖2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成

　　2.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)主要組成

　　(1)主控制器。本設(shè)計(jì)所采用的主控制器采用西門(mén)子公司的小型PLC，它具有40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)的處理能力，并擁有兩個(gè)通道的通訊/編程口，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中多個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)控制功能。

　　(2)檢測(cè)裝置。系統(tǒng)的檢測(cè)包括庫(kù)位檢測(cè)、系統(tǒng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)判斷等，使用的檢測(cè)裝置包括接觸式位置傳感器、光電傳感器(歐姆龍CX-24)、旋轉(zhuǎn)編碼器(歐姆龍E6A2-CW5C)等。

　　(3)堆垛機(jī)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)，其作用是從貨架上自動(dòng)存取貨物。本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)主要由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，所選用的電機(jī)采用HS系列高扭矩的方形混合式步進(jìn)電機(jī)，體積比較小，精度高，由它所組成的堆垛機(jī)配合PLC控制器能滿足準(zhǔn)確定位的要求。

　　(4)輸送系統(tǒng)。其作用是將貨物運(yùn)送到堆垛機(jī)或從堆垛機(jī)將貨物移走。常見(jiàn)的輸送機(jī)有鏈條輸送機(jī)，皮帶機(jī)等。

　　(5)RFID系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用日本歐姆龍公司生產(chǎn)的V600系列作為RFID系統(tǒng)，該裝置為電磁耦合方式，振蕩頻率為530kHz。主要包括有讀寫(xiě)頭、ID控制器、無(wú)源電子標(biāo)簽。

　?、僮x寫(xiě)頭，型號(hào)V600.H11，它是電子標(biāo)簽與ID控制器交互信息的橋梁，屬于放大器內(nèi)置型。通過(guò)讀寫(xiě)頭可將主機(jī)的命令通過(guò)ID控制器發(fā)送給一定范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽，同時(shí)將電子標(biāo)簽的響應(yīng)信息傳遞給ID控制器。②ID控制器，型號(hào)V600-CA5D02，用來(lái)與V600-H系列的讀寫(xiě)頭進(jìn)行連接，執(zhí)行主機(jī)對(duì)電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)操作的命令，同時(shí)返回電子標(biāo)簽的響應(yīng)信號(hào)給主機(jī)。③電子標(biāo)簽，型號(hào)V600.D23P66N，它是歐姆龍V600系列里面的無(wú)電池?cái)?shù)據(jù)載體，歸屬于無(wú)源電子標(biāo)簽。

　　2.3 系統(tǒng)流程分析

　　根據(jù)貨物的流向，系統(tǒng)的主要流程分為入庫(kù)操作流程和出庫(kù)操作流程，如圖3和圖4所示。

　　(1)入庫(kù)作業(yè)流程

　?、偃霂?kù)準(zhǔn)備。系統(tǒng)的入庫(kù)準(zhǔn)備包括系統(tǒng)狀態(tài)的初始化和數(shù)據(jù)初始化，此時(shí)堆垛機(jī)處于初始狀態(tài)，ID控制器做好檢測(cè)貨物的準(zhǔn)備。②入庫(kù)單下達(dá)。入庫(kù)單下達(dá)可以通過(guò)手動(dòng)方式或電子版形式送達(dá)到主控制器中，主控制器根據(jù)入庫(kù)單的信息，識(shí)別出貨物的種類(lèi)，同時(shí)還需要處理讀寫(xiě)頭反饋的檢測(cè)貨物的ID信息，將二者信息進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)貨物信息與入庫(kù)單一致時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)分配一個(gè)庫(kù)位號(hào)給入庫(kù)貨物，由讀寫(xiě)頭寫(xiě)入到電子標(biāo)簽中去。③入庫(kù)進(jìn)入。入庫(kù)進(jìn)入是指堆垛機(jī)由入庫(kù)口轉(zhuǎn)移到取貨臺(tái)上去。系統(tǒng)根據(jù)貨物分配的庫(kù)號(hào)，給堆垛機(jī)分配一個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)，此時(shí)堆垛機(jī)由初始狀態(tài)運(yùn)行到入庫(kù)口，將貨物由載貨臺(tái)上轉(zhuǎn)移堆垛機(jī)的取貨臺(tái)上去，為下一步上架做準(zhǔn)備。④入庫(kù)上架。入庫(kù)上架為倉(cāng)庫(kù)入庫(kù)的最后一個(gè)操作步驟，堆垛機(jī)將取貨臺(tái)上的貨物放入到指定的庫(kù)位中去。堆垛機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的分配的空間坐標(biāo)點(diǎn)，自動(dòng)尋找一條最優(yōu)軌跡，將貨物從入庫(kù)口位置送達(dá)到立體倉(cāng)庫(kù)中去。⑤入庫(kù)結(jié)束。貨品上架后，堆垛機(jī)返回到待命狀態(tài)，系統(tǒng)更新庫(kù)位數(shù)據(jù)并完成相應(yīng)的記錄。

　　(2)出庫(kù)作業(yè)流程

　?、俪鰩?kù)準(zhǔn)備。系統(tǒng)的出庫(kù)準(zhǔn)備與入庫(kù)準(zhǔn)備類(lèi)同。②出庫(kù)單下達(dá)。出庫(kù)單下達(dá)可以通過(guò)手動(dòng)方式或電子版形式送達(dá)到主控制器中，主控制器根據(jù)出庫(kù)單的信息，識(shí)別出貨物的種類(lèi)，同時(shí)還需要處理讀寫(xiě)頭反饋的檢測(cè)貨物的ID信息，將二者信息進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)貨物信息與出庫(kù)單一致時(shí)，系統(tǒng)準(zhǔn)備出庫(kù)。③出庫(kù)進(jìn)入。系統(tǒng)在確認(rèn)出庫(kù)操作后，根據(jù)出庫(kù)單所確定的庫(kù)位信息，堆垛機(jī)將會(huì)獲得到一個(gè)確定的空間坐標(biāo)點(diǎn)。在主控制器的操作下，堆垛機(jī)將沿著最優(yōu)路徑從當(dāng)前位置到達(dá)指定倉(cāng)位。④出庫(kù)下架。在庫(kù)區(qū)內(nèi)，堆垛機(jī)從指定倉(cāng)位取下貨物，同時(shí)讀寫(xiě)頭讀取貨物ID信息并反饋到主控制器中。主控制器判斷出庫(kù)貨物信息與出庫(kù)單信息是否一致，當(dāng)信息確認(rèn)后，執(zhí)行取貨操作，將貨物運(yùn)送到出庫(kù)口，同時(shí)電子標(biāo)簽系統(tǒng)將出庫(kù)信息寫(xiě)入到電子標(biāo)簽中去，更新存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。⑤出庫(kù)結(jié)束。堆垛機(jī)返回到待命狀態(tài)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新，并完成相應(yīng)的記錄。

　　3 程序設(shè)計(jì)

　　在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，核心的控制技術(shù)包括兩方面：一方面是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)的自動(dòng)尋軌和空間定位;另一方面就是RFID系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)和更新數(shù)據(jù)信息。

　　由系統(tǒng)流程圖(見(jiàn)圖3、圖4)可見(jiàn)，RFID系統(tǒng)在應(yīng)用中主要分成兩部分功能，即讀信息操作和寫(xiě)信息操作。對(duì)于電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)操作，在對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)中都有相對(duì)應(yīng)的固定通訊格式，用戶只需按照通訊格式就能完成相應(yīng)的控制。

　　通過(guò)變更通訊格式中的命令代碼，就可以實(shí)現(xiàn)諸如讀操作和寫(xiě)操作等命令。下面以主控制器控制讀寫(xiě)器完成讀的操作為例來(lái)說(shuō)明程序的設(shè)計(jì)。

　　為了完成PLC控制ID控制器時(shí)，需要PLC控制器發(fā)送正確命令給ID控制器，因此采用控制器的自由VI指令XMT(數(shù)據(jù)發(fā)送指令)與RCV(數(shù)據(jù)接收指令)來(lái)完成操作ID控制器的目的。

　　當(dāng)貨物到達(dá)入庫(kù)口時(shí)，光電傳感器的開(kāi)關(guān)信號(hào)觸發(fā)，此時(shí)PLC執(zhí)行端口發(fā)送指令XMT，端口發(fā)送的是自動(dòng)讀取命令(AUTO READ)，然后PLC再通過(guò)端口接收指令RCV接收讀取到的貨物信息，通過(guò)系統(tǒng)處理判斷，當(dāng)入庫(kù)貨物與入庫(kù)單的信息一致時(shí)，根據(jù)入庫(kù)流程，下達(dá)入庫(kù)指令，入庫(kù)子程序啟動(dòng)，完成入庫(kù)。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　實(shí)踐證明，應(yīng)用RFID系統(tǒng)達(dá)到了高效、快速的目的，可替代原有生產(chǎn)線上的部分傳感器等檢測(cè)設(shè)備，節(jié)省了空間和相關(guān)控制器的I/O口，降低了編程的復(fù)雜度，加快了物料的周轉(zhuǎn)，提高了裝置的生產(chǎn)效率、準(zhǔn)確性和安全性。