根據(jù)現(xiàn)代rfidchina.org/application/special-127.html" target="_blank">物流系統(tǒng)中的自動化立體倉庫的管理，射頻識別技術(shù)的基本原理和射頻識別技術(shù)具有信息無線傳輸、信息傳遞量大和信息傳播方便準確等特點，結(jié)合自動化立體倉庫的工作情況，把射頻識別技術(shù)應(yīng)用到自動化立體倉庫中，構(gòu)建出一個基于射頻識別技術(shù)的自動化立體倉庫。通過實踐檢驗，該系統(tǒng)處理信息的速度比傳統(tǒng)方式提高了10倍以上，同時能實時處理數(shù)據(jù)信息，滿足了現(xiàn)代物流系統(tǒng)的需要。
隨著自動化立體倉庫系統(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)展過程中己暴露出許多缺點，大大影響了企業(yè)實現(xiàn)信息自動化的進程。
RFID技術(shù)是一項新興的、先進的自動識別技術(shù)，它在各行業(yè)的廣闊發(fā)展前景己經(jīng)引起了世界各個國家、各個企業(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、讀取距離遠、讀取方便快捷、標簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如、形狀多樣化等優(yōu)點。RFID技術(shù)的出現(xiàn)，解決了數(shù)據(jù)自動識別的難題，處理信息更為快速、準確，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)用于立體倉庫系統(tǒng)的設(shè)計，不僅可以較高的精度和速度實現(xiàn)80個倉儲庫位的自動化倉庫的正常運行，也能適應(yīng)于現(xiàn)代工廠企業(yè)的生產(chǎn)管理。
1 射頻識別(RFID)技術(shù)
1.1 射頻識別技術(shù)介紹
射頻識別技術(shù)(RFID，Radio Frequency Identification)是一項利用射頻信號通過空間藕合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。基本的RFID系統(tǒng)一般由電子標簽、天線、閱讀器等組成。
(1)電子標簽(Tag)。由藕合元件及芯片組成，每個電子標簽具有全球的識別號(ID)，無法修改和仿造，提供了安全性。電子標簽都要附著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(shù)據(jù)，如保存了待識別物體的種類、生產(chǎn)批次、數(shù)量以及所在貨架的庫位編號等信息。
(2)天線(Antenna)。在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號，即標簽的數(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)懭腚娮訕撕炐畔⒌脑O(shè)備，包括手持式和固定式。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。并與計算機相連，對所讀取的標簽信息進行處理。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(fù)使用；穿透性強，可實現(xiàn)無屏障閱讀；數(shù)據(jù)的記憶容量大；安全性高。
1.2 射頻識別技術(shù)工作原理
讀寫器通過其天線在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電磁場，區(qū)域大小取決于發(fā)射功率、工作頻率和天線尺寸。標簽進入這個區(qū)域時，接收到讀寫器的射頻脈沖，經(jīng)過橋式整流后給電容充電，經(jīng)過穩(wěn)壓后作為工作電壓。同時，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)送出存儲在標簽中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者標簽主動發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)。讀寫器接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。
2 RFID技術(shù)的自動化立體倉庫的總體設(shè)計
2.1 自動化立體倉庫系統(tǒng)的構(gòu)成
自動化立體倉庫系統(tǒng)的主體是自動化立體倉庫，為了實現(xiàn)物料的自動存儲和取出，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 自動化立體倉庫系統(tǒng)的構(gòu)成
2.2 自動化立體倉庫系統(tǒng)主要組成
(1)主控制器。本設(shè)計所采用的主控制器采用西門子公司的小型PLC，它具有40個數(shù)字量I/O點的處理能力，并擁有兩個通道的通訊／編程口，能實現(xiàn)系統(tǒng)中多個站點的網(wǎng)絡(luò)控制功能。
(2)檢測裝置。系統(tǒng)的檢測包括庫位檢測、系統(tǒng)各執(zhí)行機構(gòu)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(zhuǎn)編碼器(歐姆龍E6A2-CW5C)等。
(3)堆垛機。自動化立體倉庫系統(tǒng)中主要執(zhí)行機構(gòu)是堆垛機，其作用是從貨架上自動存取貨物。本系統(tǒng)中設(shè)計的堆垛機主要由步進電動機組成的三軸運動機構(gòu)組成，所選用的電機采用HS系列高扭矩的方形混合式步進電機，體積比較小，精度高，由它所組成的堆垛機配合PLC控制器能滿足準確定位的要求。
(4)輸送系統(tǒng)。其作用是將貨物運送到堆垛機或從堆垛機將貨物移走。常見的輸送機有鏈條輸送機，皮帶機等。
(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。主要包括有讀寫頭、ID控制器、無源電子標簽。
①讀寫頭，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(nèi)置型。通過讀寫頭可將主機的命令通過ID控制器發(fā)送給一定范圍內(nèi)的電子標簽，同時將電子標簽的響應(yīng)信息傳遞給ID控制器。②ID控制器，型號V600-CA5D02，用來與V600-H系列的讀寫頭進行連接，執(zhí)行主機對電子標簽的讀寫操作的命令，同時返回電子標簽的響應(yīng)信號給主機。③電子標簽，型號V600.D23P66N，它是歐姆龍V600系列里面的無電池數(shù)據(jù)載體，歸屬于無源電子標簽。
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
①入庫準備。系統(tǒng)的入庫準備包括系統(tǒng)狀態(tài)的初始化和數(shù)據(jù)初始化，此時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手動方式或電子版形式送達到主控制器中，主控制器根據(jù)入庫單的信息，識別出貨物的種類，同時還需要處理讀寫頭反饋的檢測貨物的ID信息，將二者信息進行比對，當貨物信息與入庫單一致時，系統(tǒng)自動分配一個庫位號給入庫貨物，由讀寫頭寫入到電子標簽中去。③入庫進入。入庫進入是指堆垛機由入庫口轉(zhuǎn)移到取貨臺上去。系統(tǒng)根據(jù)貨物分配的庫號，給堆垛機分配一個空間坐標點，此時堆垛機由初始狀態(tài)運行到入庫口，將貨物由載貨臺上轉(zhuǎn)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(jù)系統(tǒng)的分配的空間坐標點，自動尋找一條最優(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(jié)束。貨品上架后，堆垛機返回到待命狀態(tài)，系統(tǒng)更新庫位數(shù)據(jù)并完成相應(yīng)的記錄。
(2)出庫作業(yè)流程
①出庫準備。系統(tǒng)的出庫準備與入庫準備類同。②出庫單下達。出庫單下達可以通過手動方式或電子版形式送達到主控制器中，主控制器根據(jù)出庫單的信息，識別出貨物的種類，同時還需要處理讀寫頭反饋的檢測貨物的ID信息，將二者信息進行比對，當貨物信息與出庫單一致時，系統(tǒng)準備出庫。③出庫進入。系統(tǒng)在確認出庫操作后，根據(jù)出庫單所確定的庫位信息，堆垛機將會獲得到一個確定的空間坐標點。在主控制器的操作下，堆垛機將沿著最優(yōu)路徑從當前位置到達指定倉位。④出庫下架。在庫區(qū)內(nèi)，堆垛機從指定倉位取下貨物，同時讀寫頭讀取貨物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(zhí)行取貨操作，將貨物運送到出庫口，同時電子標簽系統(tǒng)將出庫信息寫入到電子標簽中去，更新存儲數(shù)據(jù)。⑤出庫結(jié)束。堆垛機返回到待命狀態(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
在整個系統(tǒng)的運行過程中，核心的控制技術(shù)包括兩方面：一方面是自動化倉庫中堆垛機的自動尋軌和空間定位；另一方面就是RFID系統(tǒng)自動檢測和更新數(shù)據(jù)信息。
由系統(tǒng)流程圖(見圖3、圖4)可見，RFID系統(tǒng)在應(yīng)用中主要分成兩部分功能，即讀信息操作和寫信息操作。對于電子標簽的讀寫操作，在對應(yīng)的系統(tǒng)中都有相對應(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。
通過變更通訊格式中的命令代碼，就可以實現(xiàn)諸如讀操作和寫操作等命令。下面以主控制器控制讀寫器完成讀的操作為例來說明程序的設(shè)計。
為了完成PLC控制ID控制器時，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)來完成操作ID控制器的目的。
當貨物到達入庫口時，光電傳感器的開關(guān)信號觸發(fā)，此時PLC執(zhí)行端口發(fā)送指令XMT，端口發(fā)送的是自動讀取命令(AUTO READ)，然后PLC再通過端口接收指令RCV接收讀取到的貨物信息，通過系統(tǒng)處理判斷，當入庫貨物與入庫單的信息一致時，根據(jù)入庫流程，下達入庫指令，入庫子程序啟動，完成入庫。
4 結(jié)束語
實踐證明，應(yīng)用RFID系統(tǒng)達到了高效、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、準確性和安全性.