黃學飛 李兆飛

(廣州鐵路職業(yè)技術學院機械與電子學院，廣東 廣州 510430)

0 引言

自動化立體倉庫是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，并用相應的物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫[1]。由于它具有節(jié)約用地、減輕勞動強度、提高倉儲自動化水平及管理水平、有效減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點，所以越來越受到人們的重視[2]。目前，對自動化立體倉庫控制管理系統(tǒng)主要采用條形碼技術、射頻識別技術。采用條形碼技術時，如果條形碼污染了，數(shù)據(jù)就無法讀取，且存儲信息少，這些缺點不便于對自動化立體倉庫進行信息管理。自動化立體倉庫若只采用射頻識別技術，而不與其他先進技術相結合，則不能組建更高效的自動化立體倉庫遠程網(wǎng)絡通信系統(tǒng)。

針對以上各種現(xiàn)有技術存在的缺點，本文提出一種采用先進物聯(lián)網(wǎng)技術[3]的自動化立體倉庫監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用RFID和GPRS技術相結合的物聯(lián)網(wǎng)技術。試驗表明：該系統(tǒng)能實現(xiàn)自動化立體倉庫智能化，具有實時性強、可靠性高等特點，滿足企業(yè)對自動化立體倉庫管理的需要。

1 系統(tǒng)總體設計方案

1.1 系統(tǒng)的需求

基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化立體倉庫監(jiān)控管理系統(tǒng)以射頻識別技術為基礎，結合互聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)自動化立體倉庫智能化。

系統(tǒng)需具有如下功能。

①自動實現(xiàn)產(chǎn)品入庫和出庫功能。

②自動實現(xiàn)立體倉庫的盤點功能。

③自動實現(xiàn)庫存信息的查詢功能。

④自動分配貨物貨位功能。

⑤自動實現(xiàn)倒庫功能。

⑥自動對立體倉庫的信息管理功能。

1.2 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方案

根據(jù)系統(tǒng)的需求，基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化立體倉庫監(jiān)控管理系統(tǒng)采用三層結構，其中，第一層為設備層，主要實現(xiàn)系統(tǒng)的運行、數(shù)據(jù)的采集;第二層為現(xiàn)場管理層，這一層的硬件設備主要是現(xiàn)場管理計算機，通過開發(fā)的自動化立體倉庫監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，監(jiān)控車間運行情況和控制設備層;第三層為遠程管理層，主要是遠程監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況。設備層以射頻識別技術作為主要傳遞信息的媒介[4－5]，給每個貨品和貨格位都貼上無源的電子標簽，通過RFID讀寫器對貨品自動識別，并將識別的信息傳遞給數(shù)據(jù)庫管理服務器?，F(xiàn)場管理層和遠程管理層則可以通過數(shù)據(jù)庫管理服務器管理整個系統(tǒng)的運行和控制。基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化立體倉庫監(jiān)控管理系統(tǒng)方案如圖1所示。

圖1 監(jiān)控管理系統(tǒng)方案框圖Fig.1 Strategic block diagram of the monitoring and management system

由于自動化立體倉庫空間大，而對于無源的電子標簽的識別距離則比較小，所以要布置好RFID讀寫器的位置。在本系統(tǒng)中，RFID讀寫器主要分布在出入庫托盤輸送機系統(tǒng)的出入口、堆垛機的伸縮叉以及手持讀寫器上。

1.2.1 作業(yè)流程分析

根據(jù)貨品的流向，自動化立體倉庫監(jiān)控管理系統(tǒng)主要完成貨品的入庫、出庫和庫存盤點等任務。

(1)入庫任務流程

①入庫準備。對于入庫的貨品，首先倉庫員給貨品貼上電子標簽，同時通過現(xiàn)場管理層將貨品的信息上傳給數(shù)據(jù)庫管理服務器;然后把貨品堆放在入庫的托盤上，堆放時要求貨品不要超高、超寬、超重;最后將托盤放入入庫托盤輸送機系統(tǒng)。

②貨位分配。當托盤通過入庫托盤輸送機系統(tǒng)的入口RFID讀寫器時，RFID讀寫器將讀取貨品的信息，同時將信息通過GPRS模塊發(fā)送到現(xiàn)場管理層，并通過現(xiàn)場管理層將信息傳遞給數(shù)據(jù)庫管理服務器;然后在系統(tǒng)的控制下自動分配貨位，并將分配好的貨位信息傳遞給堆垛機。

③貨品入庫。堆垛機接受到貨位信息后，則把托盤送入到倉庫的貨位中。當堆垛機到達指定貨位層時，堆垛機上的伸縮叉上升到相應貨位的高度，伸縮叉上的RFID讀寫器則讀取貨位信息，如果與指定的貨位一致，則準備將托盤送入貨位中。同時，伸縮叉上的傳感器檢查貨位是否有貨，如果沒有，則把托盤送入到系統(tǒng)中;如果有，則給上一級系統(tǒng)發(fā)送系統(tǒng)有貨物的信息并請求重新分配貨位。

④入庫結束。系統(tǒng)完成入庫任務后，將完成的信息發(fā)送到現(xiàn)場管理層，并通過現(xiàn)場管理層將信息傳遞給數(shù)據(jù)庫管理服務器;然后回到待命狀態(tài)，等待下一個任務。

(2)出庫任務流程

①出庫準備。對于出庫的貨品，系統(tǒng)首先發(fā)出相應的貨位出庫的信息到堆垛機。

②貨品出庫。堆垛機運行到相應的貨位后，伸縮叉上的RFID讀寫器則讀取貨位信息，如果與指定的貨位一致，則準備將托盤取出。同時伸縮叉車上的傳感器則檢查貨位是否有貨，如果沒有，則給上一級系統(tǒng)發(fā)送系統(tǒng)貨位無貨物的信息，并請求重新分配貨位;如果貨位上有貨位，則把托盤取出并送到出庫托盤輸送機系統(tǒng)。

③出庫結束。托盤通過安裝在出庫托盤輸送機系統(tǒng)的RFID讀寫器時，RFID讀寫器將讀取貨品的信息并通過GPRS模塊發(fā)送到現(xiàn)場管理層，通過現(xiàn)場管理層將信息傳遞給數(shù)據(jù)庫管理服務器。對于托盤上的剩余物品，則進行重新入庫處理。

(3)庫存盤點任務流程

對于庫存盤點，則通過運行堆垛機伸縮叉上的RFID讀寫每個貨位上的物品的電子標簽，并將讀取的電子標簽信息通過GPRS模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)庫管理服務器中;最后通過管理系統(tǒng)進行統(tǒng)計和分析。

1.2.2 監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設計

現(xiàn)場管理層和管理層的主要功能是通過自動化立體倉庫監(jiān)控管理信息系統(tǒng)對信息進行深層處理和管理。

自動化立體倉庫監(jiān)控管理信息系統(tǒng)模塊結構圖如圖2所示。

圖2 管理信息系統(tǒng)功能模塊圖Fig.2 Functional module of the management information system

自動化立體倉庫監(jiān)控管理信息系統(tǒng)主要實現(xiàn)實時監(jiān)控自動化立體倉庫設備的運行狀態(tài)、控制相應的設備、管理整個系統(tǒng)的運行和對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理。此外，系統(tǒng)還實現(xiàn)了實時監(jiān)控和報警、設備運行控制、參數(shù)配置、貨位管理、操作管理、用戶管理、數(shù)據(jù)分析、權限管理、數(shù)據(jù)管理等功能[6]。

由于Delphi是一種具有功能強大、簡便易用和代碼執(zhí)行速度快等優(yōu)點的可視化快速應用開發(fā)工具，所以選用Delphi作為自動化立體倉庫監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的編程軟件。由于SQL Server 2000具有使用方便、可伸縮性好與相關軟件集成程度高等優(yōu)點[7]，同時所開發(fā)的系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)量比較大，所以在開發(fā)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2000。

2 系統(tǒng)硬件設計

基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化立體倉庫監(jiān)控管理系統(tǒng)主要包括堆垛機控制系統(tǒng)、地面操作臺控制系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)。

堆垛機控制系統(tǒng)主要負責運送貨品到指定的貨位，并進行入庫/出庫動作。SIMATIC S7-200系列PLC具有強大的功能，其無論在獨立運行或相連成網(wǎng)絡中都能實現(xiàn)復雜控制功能[8]，所以在堆垛機控制系統(tǒng)采用S7-200系列PLC作為主要控制核心。同時，S7-200系列PLC擁有專用于 S7-200系列PLC的GRPS無線數(shù)據(jù)通信模塊MD720-3，方便數(shù)據(jù)進行無線傳輸，滿足系統(tǒng)的控制需求。

為保證入庫/出庫動作的正確順利進行，在堆垛機上安裝了一系列的對射式光電傳感器。對射式光電傳感器主要用于測量貨品有沒有超高、超寬，以及感應貨格位上是否有貨品。系統(tǒng)采用對射式光電傳感器FE 20 R-PSM4。

地面操作臺控制系統(tǒng)主要是在現(xiàn)場控制堆垛機控制系統(tǒng)以及相關系統(tǒng)的運行。該系統(tǒng)由SIMATIC S7-200系列PLC、觸摸屏組成。該系統(tǒng)主要是與堆垛機控制系統(tǒng)相互傳遞信息，一方面地面操作臺控制系統(tǒng)將現(xiàn)場管理計算機發(fā)送來的指令傳遞給堆垛機控制系統(tǒng);另一方面將接受到堆垛機控制系統(tǒng)的信息通過CAN總線上傳給現(xiàn)場管理計算機。其中，與堆垛機控制系統(tǒng)相互傳遞信息的硬件采用GRPS無線數(shù)據(jù)通信模塊MD720-3。

RFID系統(tǒng)主要是通過電子標簽和RFID的閱讀器進行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過GRPS上傳到現(xiàn)場管理計算機，現(xiàn)場管理計算機通過數(shù)據(jù)庫訪問技術將信息保存或獲取相應的數(shù)據(jù)[9]。電子標簽采用UHF-RFID無源遠距離紙質標簽AOSID-0836。該電子標簽采用跳頻工作模式，具有超強抗干擾能力;用戶可自定義讀寫標準數(shù)據(jù)，識讀距離可達10 m以上;1 024位內存容量，全球唯一64位ID號，超寬工作頻段設計。RFID電子標簽閱讀器采用中興通訊自主研發(fā)的、適用于室內環(huán)境的高性能無源UHF RFID電子標簽閱讀器ZXRIS 6600[9]。該電子標簽閱讀器接口豐富，提供FE、RS232、RS485和GPRS接口方式，組網(wǎng)靈活。與該電子標簽閱讀器連接的GPRS模塊選擇法國WAVECOM公司生產(chǎn)的Q2403。該模塊符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，下載速度為5 316 kbit/s，上傳速度為2 618 kbit/s。

通過自動化立體倉庫監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的控制、管理、協(xié)調，使自動化立體倉庫正常運行，滿足企業(yè)的需求。實踐應用表明，系統(tǒng)的處理信息的速度比傳統(tǒng)方式提高了10倍以上，即由原來處理每筆業(yè)務需要花費2 s縮短至0.2 s，同時信息傳輸?shù)目煽啃?、信息的網(wǎng)絡化、智能化程度也有所提高。

3 結束語

基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化立體倉庫監(jiān)控管理系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)的技術應用于自動化立體倉庫，進一步提高了自動化立體倉庫效率，方便管理人員對立體倉庫的管理，很好地滿足自動化立體倉庫的需要。隨著社會對自動化立體倉庫的需求越來越大、要求越來越高，物聯(lián)網(wǎng)技術在自動化立體倉庫領域具有很好的應用前景。

[1]劉昌祺.自動化立體倉庫設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

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