監控技術(shù)在物流自動(dòng)化侖儲系統中的應用

隨著(zhù)商品經(jīng)濟和信息技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化倉儲系統(ASS―Automatic Storage System)已在大型集團企業(yè)、商場(chǎng)和國防等各個(gè)領(lǐng)域中崛起。它是一種自動(dòng)存儲和取出貨物系統，是當今最新型的倉儲設施。

現代ASS中貨物虛實(shí)的自動(dòng)化識別是ASS的前提。ASS是由高層立體貨架、堆垛機、輸送系統、信息識別系統、計算機控制系統、通信系統、監控系統和管理系統等組成的。其中，信息識別系統的作用是完成對貨物品名、類(lèi)別、貨號、數量、等級、生產(chǎn)廠(chǎng)，甚至貨位地址的識別。為實(shí)現這些功能，可用條形碼、磁條、光學(xué)字符和射頻等識別技術(shù)來(lái)對物流信息進(jìn)行采集。而貨位的虛實(shí)識別技術(shù)，即自動(dòng)判斷貨位上貨物的有無(wú)就是信息識別系統的重要組成部分，是實(shí)現倉儲貨位自動(dòng)管理的基礎，也是解決堆垛機和貨物安全的必需。

軟件法是貨位虛實(shí)識別技術(shù)的首選

應該說(shuō)貨位虛實(shí)識別技術(shù)的方法有多種，但是用軟件法來(lái)判別貨位虛實(shí)，其設計思想簡(jiǎn)單、實(shí)施方便，可在線(xiàn)自動(dòng)完成貨位虛實(shí)的判別及修改，故為首選。

軟件法實(shí)際是用數據庫技術(shù)，是在管理計算機數據庫中設置一張貨位表。表中字段“有貨”為“是/否”邏輯型。字段值為YES的貨位，表示該貨位有貨即“實(shí)”，字段值為NO的貨位，表示該貨位無(wú)貨即“虛”。

貨位的虛實(shí)是由AS/RS監控系統根據貨物入出庫實(shí)際情況自動(dòng)修改的。其工作流程如下：當有貨物準備入庫時(shí)，監控系統程序查詢(xún)貨位表中是否有貨字段為NO的空閑貨位，如果有，將其分配給相應的堆垛機，并發(fā)出存貨命令，堆垛機將貨物放在該貨位后，向上位機監控程序返回“存貨命令己完成”的信息，這時(shí)上位機監控程序就將該貨位對應的有貨字段改為YES；貨物出庫時(shí)反之。然而，當工作為離線(xiàn)方式時(shí)，軟件法無(wú)法完成貨位虛實(shí)的判別，此時(shí)應用傳感器法。
　　
傳感器法的應用

傳感器法是將傳感器安裝在堆垛機貨叉適當位置上，檢測貨位上是否有貨存在的方法。傳感器法使用的傳感器主要有反射式光電傳感器、超聲波傳感器等。

1 光電傳感器的檢測

安裝在堆垛機貨叉上的組件式光電傳感器，其輸出作為堆垛機控制器的輸入信號。存貨時(shí)，如果欲存貨的貨位無(wú)貨，則光電傳感器無(wú)輸出信號；如果欲存貨的貨位有貨，則光電傳感器輸出信號，堆垛機控制器接收該信號后，便立即停止運行，同時(shí)向上位計算機發(fā)出故障信號，等候處理。

2 超聲波傳感器的檢測

組件式超聲波傳感器由聲波發(fā)射器、接收器、定時(shí)器及控制器等組成。其應用回聲測距的原理。當堆垛機貨叉向貨位靠近時(shí)，首先由聲波發(fā)射器向貨位發(fā)射高頻脈沖波束，波束發(fā)射后即刻自行關(guān)機，同時(shí)又打開(kāi)聲波接收器檢測回聲信號，定時(shí)器則記錄在空氣中聲波的傳播時(shí)間，從而換算出被測貨物到聲波傳感器之間的距離，從而識別貨位虛實(shí)。圖1所示超聲波傳感器的檢測示意圖。

圖1 超聲波傳感器的檢測示意圖

一線(xiàn)（網(wǎng)絡(luò )）法(1-Wire Net) 設計方案

在對貨位和可靠性要求很高的場(chǎng)合中，每個(gè)貨位上都要安裝一個(gè)開(kāi)關(guān)。這樣做的缺點(diǎn)是大量的開(kāi)關(guān)與識別裝置（計算機）的聯(lián)線(xiàn)比較麻煩。為此，采用最新型的一線(xiàn)（網(wǎng)絡(luò )）法，可謂是一種性?xún)r(jià)比不錯的設計方案。

一線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )也稱(chēng)為微局域網(wǎng)(MicroLAN)，是由總線(xiàn)主機(BUS Master)、數據線(xiàn)―普通雙絞線(xiàn)(及其扦接件)和1-Wire器件等三類(lèi)設備所構成的，如圖2所示。

圖2 一線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構

在系統中，共用一條數據線(xiàn)的器件叫1-Wire器件。1-Wire器件通過(guò)一個(gè)端口連接到微處理器，這些器件有存儲NVRAM、EEPROM、可尋址開(kāi)關(guān)、數字傳感器、時(shí)鐘等類(lèi)型。大多數1-Wire器件完全靠從數據線(xiàn)上獲得的電源供電。當數據線(xiàn)上為高電平時(shí)，電荷存儲在器件內部；當數據線(xiàn)為低電平時(shí)，這些電荷可提供能量。

總線(xiàn)主機與1-Wire器件之間雙向（半雙工）傳遞信號和1-Wire器件的供電僅靠一根線(xiàn)(普通雙絞線(xiàn)―數據線(xiàn))，1-Wire Net因此而得名。一線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )對總線(xiàn)主機的要求不高，任何標準微處理器都可作為總線(xiàn)主機，如晶振頻率1.8MHz以上的8051系列單片機、具有115.2kp/s UART的微型計算機(PC)等。圖3所示為一種用于A(yíng)S/RS實(shí)用化的用1-Wire器件和PC組成的擴展微局域網(wǎng)。

圖3 由1-Wire器件和PC組成的貨位檢測方案

DS2401是1-Wire器件中最簡(jiǎn)單的一種，是一種可尋址開(kāi)關(guān)。利用DS2401可以為貨位貼上一個(gè)唯一的電子標簽。每個(gè)器件都由工廠(chǎng)用激光刻寫(xiě)一個(gè)唯一的、不可更改的64位序列號，即由64位串行碼組成的8字節的標識碼。第一個(gè)字節表示1-Wire器件類(lèi)型，接下來(lái)的6字節是其唯一的地址碼，使得同類(lèi)具有248種地址碼，以保證在微局域網(wǎng)上不會(huì )產(chǎn)生節點(diǎn)地址沖突；最后一字節是CRC校驗碼，以供主機在讀地址是判斷是否發(fā)生傳輸錯誤。如需判斷某開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉狀態(tài)時(shí)，主機只要讀與開(kāi)關(guān)相連的DS2401地址碼即可。若讀到器件的地址碼，說(shuō)明該開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，其貨位為實(shí)；否則說(shuō)明開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，其貨位為虛。這樣就實(shí)現了的貨位檢測。當DS2401 1-Wire器件的數目超過(guò)98時(shí)，則必須使用1-Wire擴展器件DS2409，這樣使得可使用的1-Wire器件數目幾乎沒(méi)有限制。電子標簽中不僅包含貨位的虛實(shí)狀態(tài)，而且還可包含貨物其他信息，例如在貨位的適當位置安裝數字溫度傳感器，可以了解貨位的溫度。

RFID技術(shù)

微波射頻識別（RFID）是近年來(lái)國外應用最廣泛的一項新型自動(dòng)識別技術(shù)，能實(shí)現信息數據自動(dòng)識別。對于遠距離(可達10m以上)、高速移動(dòng)(時(shí)速100km以上)、無(wú)接觸物體識別場(chǎng)合尤為適用。其典型工作頻率有915MHz、2.45GHz、5.8GHz三個(gè)頻段，廣泛應用于車(chē)輛自動(dòng)識別門(mén)禁、物流，生產(chǎn)線(xiàn)管理、防偽領(lǐng)域。

微波射頻式位置檢測技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是利用無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸識別，無(wú)須外露電觸點(diǎn)，無(wú)源電子標簽可按不同的應用要求來(lái)封裝。系統可同時(shí)識別多個(gè)靜止的和高速運動(dòng)的電子標簽。

1 RFID系統組成

微波射頻識別系統由讀寫(xiě)器、天線(xiàn)、電子標簽、專(zhuān)用短程通信協(xié)議DSRC及其相關(guān)的監控、定位和報警設備等構成，如圖4所示。

圖4 RFID系統結構框圖

● 電子標簽由低功耗芯片、基片和微帶電路組成。按供電方式分為有源和無(wú)源電子標簽；按應答方式分為主動(dòng)式和被動(dòng)式，目前無(wú)源卡已能工作在915MHz、2.45GHz兩個(gè)微波頻段。
● 讀寫(xiě)器用于啟動(dòng)(激活)電子標簽，實(shí)現數據傳送，并承擔防碰撞和身份驗證的任務(wù)。對無(wú)源識別系統，還應給電子標簽提供足夠的微波能量。
● 微波射頻天線(xiàn)用來(lái)接收和發(fā)射微波功率，具有良好的方向性。
● DSRC專(zhuān)用短程通信協(xié)議通過(guò)空間濾波、極化濾波、頻率濾波、信號處理濾波和跳頻頻譜擴展等技術(shù)提高系統的準確識別率。

2 RFID在物流自動(dòng)化倉儲系統中的應用

電子標簽貼裝于貨物上，內存貨物品名、類(lèi)別、貨號、數量、等級、生產(chǎn)廠(chǎng)家等數據。讀寫(xiě)器與天線(xiàn)在安裝在堆垛機貨叉上，當堆垛機貨叉向貨位運動(dòng)時(shí)，不斷地發(fā)射微波能量并接收從電子標簽發(fā)出的微波信號。用讀寫(xiě)器通過(guò)天線(xiàn)啟動(dòng)(激活)電子標簽并讀取貨位上有無(wú)貨物號及其他的數據，將其傳送至PC機上，從而實(shí)現了貨物有無(wú)的鑒別。

3 RFID的主要優(yōu)點(diǎn)

● 成本低廉，便于大面積使用，提高了系統的可靠性。
● 電子標簽無(wú)須裸露，可用耐火材料或陶瓷封裝，耐腐蝕，最高耐溫可超過(guò)300℃。
● 安裝維護簡(jiǎn)便，標簽安裝無(wú)嚴格要求，接收距離最遠可達>10m。
● 采用絕對編址，無(wú)累計誤差。使位置識別準確無(wú)誤。