胡江虹

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西西安710014）

在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過(guò)程中，自動(dòng)化技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)也在不斷的發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)逐步發(fā)展成為自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)，并且具有智能化、集成化及自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)[1]。在我國(guó)，企業(yè)國(guó)家化的程度在不斷的提高，生產(chǎn)規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，企業(yè)管理的水平在不斷的提高，企業(yè)對(duì)于可靠、高效的自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)需求也在不斷的擴(kuò)大。另外，PLC可編程控制器技術(shù)越來(lái)越成熟，其體積較小，并且具有強(qiáng)大的功能性及抗干擾能力，還具有靈活通用及維護(hù)簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到機(jī)電一體化及工業(yè)自動(dòng)控制等方面中[2]?；诖?，本文將PLC和REID作為倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的核心控制內(nèi)容，介紹了全新自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，并且通過(guò)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表示此方案的穩(wěn)定性，從而促進(jìn)企業(yè)能夠有效提高倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)效率及能力，并且降低企業(yè)庫(kù)存成本。

1 基于RFID和PLC的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

1.1 入庫(kù)流程

驗(yàn)收入庫(kù)流程主要包括要驗(yàn)收入庫(kù)貨物、貨位信息更新、入庫(kù)動(dòng)作等，圖1為系統(tǒng)入庫(kù)的流程。

首先，在貨物入庫(kù)的時(shí)候，操作人員以入庫(kù)通知單中的貨物信息檢驗(yàn)貨物，對(duì)貨物信息和入庫(kù)通知單中信息是否相同，在核實(shí)信息之后就會(huì)實(shí)現(xiàn)貨物入庫(kù)單號(hào)的生成。假如核對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，就要通知工作人員進(jìn)行處理[3]；

其次，在校對(duì)貨物之后，就要開(kāi)始入庫(kù)，管理系統(tǒng)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)中的空閑信號(hào)進(jìn)行搜索，從而分配倉(cāng)位號(hào)，對(duì)貨物存放位置進(jìn)行確定，將RFID和PLC發(fā)送到入庫(kù)；

最后，RFID到電子標(biāo)簽中寫入倉(cāng)位號(hào)，PLC以相應(yīng)倉(cāng)位號(hào)信息將貨物進(jìn)行輸送，并且對(duì)貨物信息進(jìn)行更新[4]。

圖1 系統(tǒng)入庫(kù)的流程

1.2 庫(kù)存盤點(diǎn)

庫(kù)存管理是以倉(cāng)庫(kù)貨物情況進(jìn)行管理，管理人員已倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)信息為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)。圖2為倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的庫(kù)存盤點(diǎn)流程。

圖2 倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的庫(kù)存盤點(diǎn)流程

1.3 出庫(kù)流程

貨物出庫(kù)流程主要包括核對(duì)出庫(kù)貨物單信息、貨位信息的更新及貨物出庫(kù)，圖3為倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)貨物出貨的流程。在出庫(kù)的時(shí)候，操作人員核對(duì)出庫(kù)通知單及貨物在庫(kù)信息，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，就會(huì)生成貨物出庫(kù)單號(hào)。如果信息錯(cuò)誤，那么就要通知工作人員進(jìn)行處理。在信息正確核對(duì)之后開(kāi)始入庫(kù)，PLC對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行控制，使其能夠?qū)⒊鰩?kù)貨物到出貨貨臺(tái)中輸送。出庫(kù)RFID對(duì)貨物托盤中貨物信息進(jìn)行讀取，在此核對(duì)相應(yīng)的信息，保證沒(méi)有錯(cuò)誤[5]。

網(wǎng)絡(luò)整體內(nèi)向接近中心度標(biāo)準(zhǔn)差為7.164，外向接近中心度標(biāo)準(zhǔn)差為6.940，差異較小，且節(jié)點(diǎn)間差異沒(méi)有很大差異，說(shuō)明三峽地區(qū)旅游節(jié)點(diǎn)的通暢程度較高，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的阻礙現(xiàn)象。個(gè)體節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)與三峽地區(qū)其他景點(diǎn)通達(dá)性較好，受其他節(jié)點(diǎn)控制較弱，近20年過(guò)去了，游客在三峽旅游的游線組合中仍然包含這幾個(gè)經(jīng)典景區(qū)。相對(duì)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(wàn)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(diǎn)與其他景區(qū)節(jié)點(diǎn)依賴性較強(qiáng)，旅游目的地競(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)較弱。

圖3 倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)貨物出貨的流程

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

RFID屬于倉(cāng)儲(chǔ)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(kù)時(shí)間、入庫(kù)時(shí)間、型號(hào)等內(nèi)容，其主要作用就是對(duì)貨物入庫(kù)、到貨、出庫(kù)及移庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)的收集，全面分析相應(yīng)的貨物貨名、位置及數(shù)量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合，通過(guò)相應(yīng)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(jì)方案的原理。

圖4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的原理

2.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)過(guò)程中，主要是將電子標(biāo)簽作為信息的載體，利用固定RFID讀寫設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息的收集，將PLC作為控制器，將堆垛機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而有效實(shí)現(xiàn)貨物出入庫(kù)，立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)貨物的存放，操作機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)貨物訂單進(jìn)行管理[7]。在具有電子標(biāo)簽貨物托盤來(lái)到的時(shí)候，倉(cāng)庫(kù)操作工作人員就實(shí)現(xiàn)貨物入庫(kù)的檢驗(yàn)，之后實(shí)施入庫(kù)操作。入庫(kù)的貨臺(tái)RFID讀寫器實(shí)現(xiàn)倉(cāng)位號(hào)及入庫(kù)信息到電子簽中寫入；PLC以倉(cāng)位號(hào)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的控制，從而能夠?qū)⒇浳锏絺}(cāng)位號(hào)中送去。倉(cāng)庫(kù)管理工作人員利用操作機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)貨物的查詢及判斷。倉(cāng)庫(kù)管理工作人員以客戶訂單為基礎(chǔ)，利用PLC對(duì)堆垛機(jī)的出庫(kù)操作進(jìn)行有效的控制[8]。圖5為倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

圖5 倉(cāng)儲(chǔ)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(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成

RFID技術(shù)屬于上世紀(jì)九十年代發(fā)展的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其工作原理為通過(guò)空間耦合及射頻信號(hào)，從而提取并且識(shí)別物體自身的信息。在此過(guò)程中不需要人工的干涉和目標(biāo)及識(shí)別系統(tǒng)機(jī)械及光學(xué)接觸的創(chuàng)建，而且還要有效保證數(shù)據(jù)時(shí)效性及精準(zhǔn)性。射頻識(shí)別系統(tǒng)主要包括多個(gè)部分構(gòu)成，比如應(yīng)用系統(tǒng)、電子標(biāo)簽、讀寫器、耦合元件、射頻天線等[9]，詳見(jiàn)圖6：

圖6 射頻識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成

電子標(biāo)簽一般包括芯片和耦合元件構(gòu)成，其中電子標(biāo)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(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效識(shí)別。RFID讀寫器能夠利用射頻天線實(shí)現(xiàn)頻率信號(hào)的發(fā)射，在電子標(biāo)簽到達(dá)閱讀器信號(hào)之后，電子標(biāo)簽就會(huì)出現(xiàn)一定的感應(yīng)電流，以此激活電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽通過(guò)感應(yīng)電流實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)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(cāng)庫(kù)

立體倉(cāng)庫(kù)的目的就是存儲(chǔ)貨物，本文所研究的系統(tǒng)都是通過(guò)立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，圖7為立體倉(cāng)庫(kù)的控制結(jié)構(gòu)。

圖7 立體倉(cāng)庫(kù)的控制界面結(jié)構(gòu)

立體倉(cāng)庫(kù)主要包括倉(cāng)庫(kù)基體、堆垛機(jī)、出入貨臺(tái)、儲(chǔ)物貨臺(tái)等模塊，堆垛機(jī)屬于立體倉(cāng)庫(kù)核心模塊，倉(cāng)庫(kù)基體屬于立體倉(cāng)庫(kù)基礎(chǔ)設(shè)備。出入貨臺(tái)的主要目的就是暫時(shí)存放入庫(kù)貨物；儲(chǔ)物貨臺(tái)的主要木的就是存放立體倉(cāng)庫(kù)；檢測(cè)傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)倉(cāng)庫(kù)中是否具有貨物的檢測(cè)。

堆垛機(jī)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(yùn)行機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮結(jié)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、電子控制系統(tǒng)和載貨臺(tái)等構(gòu)成。水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)及提升機(jī)的相互作用，能夠?qū)崿F(xiàn)堆垛機(jī)到指定位置中[11]。

3.3 電控系統(tǒng)

文中研究過(guò)程中的電控系統(tǒng)主要目的就是接收上位機(jī)及觸摸屏操作臺(tái)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(shí)現(xiàn)變頻器的通信控制，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并且對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。控制系統(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(jìn)出架、開(kāi)關(guān)門，實(shí)現(xiàn)接觸器的切換、測(cè)量貨物的高度、急停保護(hù)、進(jìn)架保護(hù)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(kuò)展性良好，其功能模塊較為豐富，而且還具有較為強(qiáng)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(jià)格較低，能夠有效滿足本文所設(shè)計(jì)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(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理系統(tǒng)

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

4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)通過(guò)Delphi設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)中使用SQL大型數(shù)據(jù)庫(kù)，其能夠?qū)崿F(xiàn)較高的查詢效率，并且還支持SQL語(yǔ)言，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，提高數(shù)據(jù)一致性及完整性。并且，其還能夠支持庫(kù)存進(jìn)出庫(kù)記錄和明細(xì)等信息報(bào)表的打印，實(shí)現(xiàn)分析庫(kù)中的報(bào)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(jī)和PLC通信

上位機(jī)和PLC的通信是利用西門子工資電纜實(shí)現(xiàn)，使用PPI協(xié)議進(jìn)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(jì)算機(jī)通信的過(guò)程中，PLC可以不實(shí)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(chǔ)的空間。在此背景下，上位機(jī)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(jìn)行公開(kāi)。OPC實(shí)現(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，就能夠有效實(shí)現(xiàn)和硬件設(shè)備之間的相互通信，并且也不需要對(duì)地層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)進(jìn)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(dòng)化接口兩種類型訪問(wèn)的結(jié)構(gòu)[14]。圖9為上位機(jī)客戶端的開(kāi)發(fā)流程。

圖9 上位機(jī)客戶端的開(kāi)發(fā)流程

5 倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的通訊設(shè)計(jì)

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)通訊系統(tǒng)主要包括PLC、倉(cāng)儲(chǔ)管理計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)和其他設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)的連接。因?yàn)槿婵紤]現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的工作及編程的調(diào)試，就使用無(wú)線路由器利用無(wú)線橋接方式連接現(xiàn)場(chǎng)管理計(jì)算機(jī)和PLC之間的相互通訊。

之后使用倉(cāng)儲(chǔ)管理計(jì)算機(jī)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(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，并且對(duì)電子標(biāo)簽中實(shí)現(xiàn)信息的寫入，就要利用RFID讀寫器實(shí)現(xiàn)，從產(chǎn)品使用角度方面進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽讀寫和需要訪問(wèn)的透明化，就要實(shí)現(xiàn)無(wú)源電子標(biāo)簽，此種管理系統(tǒng)就為主動(dòng)。

最后實(shí)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(chǎng)[15]。

6 結(jié)束語(yǔ)

文中根據(jù)RFID和PLC技術(shù)相互結(jié)合，提出了倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化的管理方案。通過(guò)此方案的實(shí)際驗(yàn)證，表示此方案能夠有效解決現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)過(guò)于將人工作為基礎(chǔ)，導(dǎo)致效率低下的實(shí)際問(wèn)題，在物品出入庫(kù)過(guò)程中還是需要大量人工干預(yù)問(wèn)題。通過(guò)相關(guān)實(shí)踐表示，此系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中較為可靠并且合理。