RFID技術(shù)在自動(dòng)化立體倉庫中的應用設計

　 根據現代物流系統中的自動(dòng)化立體倉庫的管理，射頻識別技術(shù)的基本原理和射頻識別技術(shù)具有信息無(wú)線(xiàn)傳輸、信息傳遞量大和信息傳播方便準確等特點(diǎn)，結合自動(dòng)化立體倉庫的工作情況，把射頻識別技術(shù)應用到自動(dòng)化立體倉庫中，構建出一個(gè)基于射頻識別技術(shù)的自動(dòng)化立體倉庫。通過(guò)實(shí)踐檢驗，該系統處理信息的速度比傳統方式提高了10倍以上，同時(shí)能實(shí)時(shí)處理數據信息，滿(mǎn)足了現代物流系統的需要。

　　隨著(zhù)自動(dòng)化立體倉庫系統設備的生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟和應用的逐漸普及，傳統的以手工記錄為主的管理方式已不能滿(mǎn)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)現信息自動(dòng)化的進(jìn)程。

　　RFID技術(shù)是一項新興的、先進(jìn)的自動(dòng)識別技術(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)國家、各個(gè)企業(yè)的普遍重視。RFID技術(shù)具有其他識別技術(shù)所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(cháng)、讀取距離遠、讀取方便快捷、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息更改自如、形狀多樣化等優(yōu)點(diǎn)。RFID技術(shù)的出現，解決了數據自動(dòng)識別的難題，處理信息更為快速、準確，減少了人工干預，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)應用于立體倉庫系統的設計，不僅可以較高的精度和速度實(shí)現80個(gè)倉儲庫位的自動(dòng)化倉庫的正常運行，也能適應于現代工廠(chǎng)企業(yè)的生產(chǎn)管理。

　　1射頻識別(RFID)技術(shù)

　　1.1射頻識別技術(shù)介紹

　　射頻識別技術(shù)(RFID，RadioFrequencyIdentification)是一項利用射頻信號通過(guò)空間藕合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)?；镜腞FID系統一般由電子標簽、天線(xiàn)、閱讀器等組成。

　　(1)電子標簽(Tag)。由藕合元件及芯片組成，每個(gè)電子標簽具有全球的識別號(ID)，無(wú)法修改和仿造，提供了安全性。電子標簽都要附著(zhù)在物體上以標示目標對象。電子標簽中一般保存有約定格式的電子數據，如保存了待識別物體的種類(lèi)、生產(chǎn)批次、數量以及所在貨架的庫位編號等信息。

　　(2)天線(xiàn)(Antenna)。在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號，即標簽的數據信息和閱讀器發(fā)出的命令信息。

　　(3)閱讀器(Reader)。讀取或寫(xiě)入電子標簽信息的設備，包括手持式和固定式。閱讀器可無(wú)接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動(dòng)識別物體的目的。并與計算機相連，對所讀取的標簽信息進(jìn)行處理。RFID系統的構成如圖1所示。

圖1 RFID系統構成

　　與傳統識別技術(shù)相比，RFID有以下優(yōu)勢：處理速度快；體積小、形狀多樣化；抗污染能力強，經(jīng)久耐用；可重復使用；穿透性強，可實(shí)現無(wú)屏障閱讀；數據的記憶容量大；安全性高。

　　1.2射頻識別技術(shù)工作原理

　　讀寫(xiě)器通過(guò)其天線(xiàn)在一定區域內發(fā)射能量形成電磁場(chǎng)，區域大小取決于發(fā)射功率、工作頻率和天線(xiàn)尺寸。標簽進(jìn)入這個(gè)區域時(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)穩壓后作為工作電壓。同時(shí)，數據解調部分從接收到的射頻脈沖中解調出命令和數據并送到控制邏輯，控制邏輯接受指令發(fā)送出存儲在標簽中的產(chǎn)品信息(PassiveTag，無(wú)源標簽或被動(dòng)標簽)，或者標簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(ActiveTag，有源標簽或主動(dòng)標簽)。讀寫(xiě)器接收到返回的數據后，解碼并進(jìn)行錯誤校驗來(lái)決定數據的有效性，然后送至中央信息系統進(jìn)行有關(guān)數據處理。

　　2RFID技術(shù)的自動(dòng)化立體倉庫的總體設計

　　2.1自動(dòng)化立體倉庫系統的構成

　　自動(dòng)化立體倉庫系統的主體是自動(dòng)化立體倉庫，為了實(shí)現物料的自動(dòng)存儲和取出，還需要相應的管理監控系統，因此系統的組成如圖2所示。

圖2自動(dòng)化立體倉庫系統的構成

　2.2自動(dòng)化立體倉庫系統主要組成

　　(1)主控制器。本設計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)現系統中多個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )控制功能。

　　(2)檢測裝置。系統的檢測包括庫位檢測、系統各執行機構的狀態(tài)判斷等，使用的檢測裝置包括接觸式位置傳感器、光電傳感器(歐姆龍CX-24)、旋轉編碼器(歐姆龍E6A2-CW5C)等。

　　(3)堆垛機。自動(dòng)化立體倉庫系統中主要執行機構是堆垛機，其作用是從貨架上自動(dòng)存取貨物。本系統中設計的堆垛機主要由步進(jìn)電動(dòng)機組成的三軸運動(dòng)機構組成，所選用的電機采用HS系列高扭矩的方形混合式步進(jìn)電機，體積比較小，精度高，由它所組成的堆垛機配合PLC控制器能滿(mǎn)足準確定位的要求。

　　(4)輸送系統。其作用是將貨物運送到堆垛機或從堆垛機將貨物移走。常見(jiàn)的輸送機有鏈條輸送機，皮帶機等。
　
　　(5)RFID系統。該系統選用日本歐姆龍公司生產(chǎn)的V600系列作為RFID系統，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)源電子標簽。

　?、僮x寫(xiě)頭，型號V600.H11，它是電子標簽與ID控制器交互信息的橋梁，屬于放大器內置型。通過(guò)讀寫(xiě)頭可將主機的命令通過(guò)ID控制器發(fā)送給一定范圍內的電子標簽，同時(shí)將電子標簽的響應信息傳遞給ID控制器。②ID控制器，型號V600-CA5D02，用來(lái)與V600-H系列的讀寫(xiě)頭進(jìn)行連接，執行主機對電子標簽的讀寫(xiě)操作的命令，同時(shí)返回電子標簽的響應信號給主機。③電子標簽，型號V600.D23P66N，它是歐姆龍V600系列里面的無(wú)電池數據載體，歸屬于無(wú)源電子標簽。

　　2.3系統流程分析

　　根據貨物的流向，系統的主要流程分為入庫操作流程和出庫操作流程，如圖3和圖4所示。

　　(1)入庫作業(yè)流程

　?、偃霂鞙蕚?。系統的入庫準備包括系統狀態(tài)的初始化和數據初始化，此時(shí)堆垛機處于初始狀態(tài)，ID控制器做好檢測貨物的準備。②入庫單下達。入庫單下達可以通過(guò)手動(dòng)方式或電子版形式送達到主控制器中，主控制器根據入庫單的信息，識別出貨物的種類(lèi)，同時(shí)還需要處理讀寫(xiě)頭反饋的檢測貨物的ID信息，將二者信息進(jìn)行比對，當貨物信息與入庫單一致時(shí)，系統自動(dòng)分配一個(gè)庫位號給入庫貨物，由讀寫(xiě)頭寫(xiě)入到電子標簽中去。③入庫進(jìn)入。入庫進(jìn)入是指堆垛機由入庫口轉移到取貨臺上去。系統根據貨物分配的庫號，給堆垛機分配一個(gè)空間坐標點(diǎn)，此時(shí)堆垛機由初始狀態(tài)運行到入庫口，將貨物由載貨臺上轉移堆垛機的取貨臺上去，為下一步上架做準備。④入庫上架。入庫上架為倉庫入庫的最后一個(gè)操作步驟，堆垛機將取貨臺上的貨物放入到指定的庫位中去。堆垛機根據系統的分配的空間坐標點(diǎn)，自動(dòng)尋找一條最優(yōu)軌跡，將貨物從入庫口位置送達到立體倉庫中去。⑤入庫結束。貨品上架后，堆垛機返回到待命狀態(tài)，系統更新庫位數據并完成相應的記錄。

(2)出庫作業(yè)流程

　?、俪鰩鞙蕚?。系統的出庫準備與入庫準備類(lèi)同。②出庫單下達。出庫單下達可以通過(guò)手動(dòng)方式或電子版形式送達到主控制器中，主控制器根據出庫單的信息，識別出貨物的種類(lèi)，同時(shí)還需要處理讀寫(xiě)頭反饋的檢測貨物的ID信息，將二者信息進(jìn)行比對，當貨物信息與出庫單一致時(shí)，系統準備出庫。③出庫進(jìn)入。系統在確認出庫操作后，根據出庫單所確定的庫位信息，堆垛機將會(huì )獲得到一個(gè)確定的空間坐標點(diǎn)。在主控制器的操作下，堆垛機將沿著(zhù)最優(yōu)路徑從當前位置到達指定倉位。④出庫下架。在庫區內，堆垛機從指定倉位取下貨物，同時(shí)讀寫(xiě)頭讀取貨物ID信息并反饋到主控制器中。主控制器判斷出庫貨物信息與出庫單信息是否一致，當信息確認后，執行取貨操作，將貨物運送到出庫口，同時(shí)電子標簽系統將出庫信息寫(xiě)入到電子標簽中去，更新存儲數據。⑤出庫結束。堆垛機返回到待命狀態(tài)，系統數據更新，并完成相應的記錄。

　　3程序設計

　　在整個(gè)系統的運行過(guò)程中，核心的控制技術(shù)包括兩方面：一方面是自動(dòng)化倉庫中堆垛機的自動(dòng)尋軌和空間定位；另一方面就是RFID系統自動(dòng)檢測和更新數據信息。

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

　　通過(guò)變更通訊格式中的命令代碼，就可以實(shí)現諸如讀操作和寫(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)明程序的設計。

　　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(數據發(fā)送指令)與RCV(數據接收指令)來(lái)完成操作ID控制器的目的。

　　當貨物到達入庫口時(shí)，光電傳感器的開(kāi)關(guān)信號觸發(fā)，此時(shí)PLC執行端口發(fā)送指令XMT，端口發(fā)送的是自動(dòng)讀取命令(AUTOREAD)，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)系統處理判斷，當入庫貨物與入庫單的信息一致時(shí)，根據入庫流程，下達入庫指令，入庫子程序啟動(dòng)，完成入庫。

　　4結束語(yǔ)

　　實(shí)踐證明，應用RFID系統達到了高效、快速的目的，可替代原有生產(chǎn)線(xiàn)上的部分傳感器等檢測設備，節省了空間和相關(guān)控制器的I/O口，降低了編程的復雜度，加快了物料的周轉，提高了裝置的生產(chǎn)效率、準確性和安全性。