基于RFID與PLC的倉儲物流系統設計與實現

胡江虹

（陜西交通職業技術學院陜西西安710014）

在現代社會經濟不斷發展的過程中，自動化技術及計算機技術也在不斷的發展，倉儲系統屬于物流行業的主要內容，其也從傳統人工倉儲逐步發展成為自動倉儲，并且具有智能化、集成化及自動化的優勢[1]。在我國，企業國家化的程度在不斷的提高，生產規模在不斷的擴大，企業管理的水平在不斷的提高，企業對于可靠、高效的自動倉儲需求也在不斷的擴大。另外，PLC可編程控制器技術越來越成熟，其體積較小，并且具有強大的功能性及抗干擾能力，還具有靈活通用及維護簡便的優勢，目前已經被廣泛應用到機電一體化及工業自動控制等方面中[2]。基于此，本文將PLC和REID作為倉儲物流系統的核心控制內容，介紹了全新自動倉儲系統設計的方案，并且通過樣機進行實驗，表示此方案的穩定性，從而促進企業能夠有效提高倉庫倉儲效率及能力，并且降低企業庫存成本。

1 基于RFID和PLC的倉儲物流系統業務流程

1.1 入庫流程

驗收入庫流程主要包括要驗收入庫貨物、貨位信息更新、入庫動作等，圖1為系統入庫的流程。

首先，在貨物入庫的時候，操作人員以入庫通知單中的貨物信息檢驗貨物，對貨物信息和入庫通知單中信息是否相同，在核實信息之后就會實現貨物入庫單號的生成。假如核對出現錯誤，就要通知工作人員進行處理[3]；

其次，在校對貨物之后，就要開始入庫，管理系統對立體倉庫中的空閑信號進行搜索，從而分配倉位號，對貨物存放位置進行確定，將RFID和PLC發送到入庫；

最后，RFID到電子標簽中寫入倉位號，PLC以相應倉位號信息將貨物進行輸送，并且對貨物信息進行更新[4]。

圖1 系統入庫的流程

1.2 庫存盤點

庫存管理是以倉庫貨物情況進行管理，管理人員已倉庫管理系統信息為基礎實現。圖2為倉儲物流系統的庫存盤點流程。

圖2 倉儲物流系統的庫存盤點流程

1.3 出庫流程

貨物出庫流程主要包括核對出庫貨物單信息、貨位信息的更新及貨物出庫，圖3為倉儲物流系統貨物出貨的流程。在出庫的時候，操作人員核對出庫通知單及貨物在庫信息，如果沒有錯誤，就會生成貨物出庫單號。如果信息錯誤，那么就要通知工作人員進行處理。在信息正確核對之后開始入庫，PLC對堆垛機進行控制，使其能夠將出庫貨物到出貨貨臺中輸送。出庫RFID對貨物托盤中貨物信息進行讀取，在此核對相應的信息，保證沒有錯誤[5]。

網絡整體內向接近中心度標準差為7.164，外向接近中心度標準差為6.940，差異較小，且節點間差異沒有很大差異，說明三峽地區旅游節點的通暢程度較高，并沒有出現明顯的阻礙現象。個體節點以白帝城、解放碑、小三峽、三峽大壩、神女峰、重慶紅巖的內外向中心度最高，表明這幾個節點與三峽地區其他景點通達性較好，受其他節點控制較弱，近20年過去了，游客在三峽旅游的游線組合中仍然包含這幾個經典景區。相對這些景區，三峽旅游的經典景區中衰落較快的景區為張飛廟、萬州港、大昌古鎮、小小三峽、三游洞、葛洲壩、名山、涪陵新城、三峽大瀑布。這些景區節點與其他景區節點依賴性較強，旅游目的地競爭力相對較弱。

圖3 倉儲物流系統貨物出貨的流程

2 系統的總體設計方案

2.1 系統的設計原理

RFID屬于倉儲物流系統中的核心信息載體，其中主要包含貨物的種類、名稱、出庫時間、入庫時間、型號等內容，其主要作用就是對貨物入庫、到貨、出庫及移庫數據進行自動的收集，全面分析相應的貨物貨名、位置及數量，實現數據整合，通過相應的技術手段有效提高企業物流管理的效率[6]。圖4為系統總體設計方案的原理。

圖4 系統總體設計方案的原理

2.2 系統的結構設計

在實現系統過程中，主要是將電子標簽作為信息的載體，利用固定RFID讀寫設備實現信息的收集，將PLC作為控制器，將堆垛機作為執行機構，從而有效實現貨物出入庫，立體倉庫實現貨物的存放，操作機和數據庫對貨物訂單進行管理[7]。在具有電子標簽貨物托盤來到的時候，倉庫操作工作人員就實現貨物入庫的檢驗，之后實施入庫操作。入庫的貨臺RFID讀寫器實現倉位號及入庫信息到電子簽中寫入；PLC以倉位號為基礎實現堆垛機的控制，從而能夠將貨物到倉位號中送去。倉庫管理工作人員利用操作機和數據庫實現貨物的查詢及判斷。倉庫管理工作人員以客戶訂單為基礎，利用PLC對堆垛機的出庫操作進行有效的控制[8]。圖5為倉儲物流系統的結構。

圖5 倉儲物流系統的結構

3 系統的硬件構成

3.1 射頻識別系統的構成

RFID技術屬于上世紀九十年代發展的自動識別技術，其工作原理為通過空間耦合及射頻信號，從而提取并且識別物體自身的信息。在此過程中不需要人工的干涉和目標及識別系統機械及光學接觸的創建，而且還要有效保證數據時效性及精準性。射頻識別系統主要包括多個部分構成，比如應用系統、電子標簽、讀寫器、耦合元件、射頻天線等[9]，詳見圖6：

圖6 射頻識別系統的構成

電子標簽一般包括芯片和耦合元件構成，其中電子標簽中的數據編碼都是唯一的，所以其能夠在貨物中附著，從而對目標進行有效識別。RFID讀寫器能夠利用射頻天線實現頻率信號的發射，在電子標簽到達閱讀器信號之后，電子標簽就會出現一定的感應電流，以此激活電子標簽。電子標簽通過感應電流實現存儲數據的編碼，并且利用自身天線發射編碼[10]。

3.2 立體倉庫

立體倉庫的目的就是存儲貨物，本文所研究的系統都是通過立體倉庫實現，圖7為立體倉庫的控制結構。

圖7 立體倉庫的控制界面結構

立體倉庫主要包括倉庫基體、堆垛機、出入貨臺、儲物貨臺等模塊，堆垛機屬于立體倉庫核心模塊，倉庫基體屬于立體倉庫基礎設備。出入貨臺的主要目的就是暫時存放入庫貨物；儲物貨臺的主要木的就是存放立體倉庫；檢測傳感器能夠實現倉庫中是否具有貨物的檢測。

堆垛機能夠利用貨物存放、取出和轉移，以此能夠操作貨物。其主要包括水平運行機構、貨叉伸縮結構、提升機構、電子控制系統和載貨臺等構成。水平運行機構及提升機的相互作用，能夠實現堆垛機到指定位置中[11]。

3.3 電控系統

文中研究過程中的電控系統主要目的就是接收上位機及觸摸屏操作臺的命令，并且收集傳感器數據，從而能夠實現自身狀態的判斷。利用USS協議實現變頻器的通信控制，從而實現電機結構的運動，并且對電機的運動狀態進行監控。控制系統的主要功能為：收集外部傳感器的數據、系統自檢、托盤的進出架、開關門，實現接觸器的切換、測量貨物的高度、急停保護、進架保護等[12]。根據以上需求，本文使用西門子小型PLC作為控制的核心，其的結構較為緊湊，并且擴展性良好，其功能模塊較為豐富，而且還具有較為強大的指令系統，而且其中大部分的功能都能夠滿足所有PLC需求，價格較低，能夠有效滿足本文所設計的需求[13]。圖8為電控系統的解決方案流程。

圖8 電控系統的解決方案流程

4 上位機數據庫的管理系統

上位機數據庫管理系統屬于直接面向用戶的接口，也是實現系統自動化的主要核心內容，其利用人機界面實現操作人員命令的接受，利用PPI總線對控制指令朝著控制系統發送，通過控制變頻器進行貨物存取，并且對數據庫信息進行更新，其中的功能為進出庫、用戶的管理，還能夠實現信息的查詢、空間的整理及報表的打印。

4.1 數據庫的設計

上位機數據庫管理系統通過Delphi設計，數據庫中使用SQL大型數據庫，其能夠實現較高的查詢效率，并且還支持SQL語言，能夠實現數據庫的遠程訪問，提高數據一致性及完整性。并且，其還能夠支持庫存進出庫記錄和明細等信息報表的打印，實現分析庫中的報表打印及查閱，以此有效提高工程管理水平及效率。

4.2 上位機和PLC通信

上位機和PLC的通信是利用西門子工資電纜實現，使用PPI協議進行通信，此協議屬于以字符為基礎的異步通信。其傳輸信息的效率比較快，并且使用其和計算機通信的過程中，PLC可以不實現數據通信程序的編寫，以此能夠有效節省PLC內部存儲的空間。在此背景下，上位機能夠實現PLC數據區的讀取，并且方便快捷，但是PPI協議不能夠對外進行公開。OPC實現工業標準接口的定義，不同硬件廠商只需要為自身設備提供具有OPC的接口服務器，軟件使用支持OPC接口客戶端實現數據庫的訪問，就能夠有效實現和硬件設備之間的相互通信，并且也不需要對地層實現細節進行全面的掌握。OPC服務器一般能夠實現定制接口及自動化接口兩種類型訪問的結構[14]。圖9為上位機客戶端的開發流程。

圖9 上位機客戶端的開發流程

5 倉儲物流系統的通訊設計

自動化立體倉庫通訊系統主要包括PLC、倉儲管理計算機和控制柜觸摸屏構成。PLC自身具有以太網通信端口，能夠有效實現和其他設備之間網絡的連接。因為全面考慮現場實際的工作及編程的調試，就使用無線路由器利用無線橋接方式連接現場管理計算機和PLC之間的相互通訊。

之后使用倉儲管理計算機和讀寫器之間的通信，管理系統要想得到貨物托盤電子標簽中的數據，并且對電子標簽中實現信息的寫入，就要利用RFID讀寫器實現，從產品使用角度方面進行分析，實現電子標簽讀寫和需要訪問的透明化，就要實現無源電子標簽，此種管理系統就為主動。

最后實現觸摸屏的可視化，便于工作人員全面掌握生產現場[15]。

6 結束語

文中根據RFID和PLC技術相互結合，提出了倉儲自動化的管理方案。通過此方案的實際驗證，表示此方案能夠有效解決現代倉儲系統過于將人工作為基礎，導致效率低下的實際問題，在物品出入庫過程中還是需要大量人工干預問題。通過相關實踐表示，此系統在實際運行過程中較為可靠并且合理。