唐廣耀，李勇，張以帥，賴惠鴿

　　（寧夏大學 機械工程學院，寧夏 銀川 750021）

       摘要：針對現今倉儲管理作業具有多樣性、復雜性的特點以及傳統倉儲物流管理效率低下的現狀，設計了基于RFID、PLC和數據庫相結合的倉儲管理系統，并開發了相對應的應用軟件。上位機將貨物信息寫入電子標簽中，RFID讀寫器可以讀取電子標簽上的貨物信息，PLC根據寫入的倉位信息控制堆垛機自動實現貨物的出入庫。該系統具有操作簡單、使用方便、自動化程度高等優點。

　　關鍵詞：RFID;物流管理;PLC

0引言

　　隨著倉儲物流行業的快速發展，及時正確地進貨和發貨將有利于減少企業的物資管理成本，提升企業的競爭力。當前的倉儲模式利用手動掃描條形碼來記錄貨物的出入庫信息，存在條形碼容易磨損、內容無法更改、存儲容量較小等缺點，使得現在的倉儲模式已經不適用于社會大物流大數據的工作特點。倉儲過程還需要投入大量的人力物力，既費時又費力，人們急切需要自動化水平高、維護方便的倉儲管理方式［1］。RFID技術是自動識別技術中的一種，已在煙草、醫療等多個領域得到了廣泛使用。本文將RFID技術運用到物流行業中，設計出了一套基于RFID的倉儲物流系統。

1RFID對現代倉儲物流的意義

　　倉儲管理不僅是物流管理的核心，而且對企業來說也扮演著關鍵的角色。倉儲會存在于貨物生產、銷售、流通的各個環節中，是保障加工或運輸順利進行的前提，是保證貨物進入下一環節時完好無損的條件，為貨物能夠最終順利流入市場保駕護航。

　　在傳統的倉儲管理模式下，需要用條碼掃描器逐個掃描產品上的條碼，當貨物出入庫時，需要停止等待掃描，掃描時工作量大，還可能存在漏掃、重復掃描等情況，掃描工作效率低下。同時貨物信息的錄入大都采用手動錄入的方式，庫存盤點效率不高［2］。

　　RFID技術作為近年來發展較為迅速的識別通信技術，與傳統的條碼識別技術相比，具有傳輸速度快、存儲數據量大、可重復使用等優點。RFID技術應用到倉儲物流管理中，可以使倉儲管理系統化、信息化、快速化，不但可以降低人為操作的錯誤，提高物資管理水平，可以從根本上解決倉儲過程中效率低下的問題，而且可以減少庫存積壓，縮短物流的周轉周期。

2系統總體方案設計

　　2.1系統原理

　　RFID是整個倉儲物流系統核心的信息載體，承載的數據信息包括貨物名稱、種類、規格、型號、存放倉位號、出入庫時間等。RFID在倉儲物流管理系統中的主要作用是針對貨物的到貨、入庫、移庫、出庫時的數據，通過對數據的自動采集，對相應的貨物進行貨名、數量、位置信息的分析，根據數據整合，經過技術手段找到提高企業物流管理效率的方案。其基本原理如圖1所示。

　　2.2結構設計

　　系統的實現是以電子標簽為信息載體，通過固定型RFID讀寫設備作為信息采集設備，PLC為控制器，堆垛機為執行機構來完成貨物的出庫與入庫動作，立體倉庫則用來存放貨物，操作機和數據庫實現貨物的訂單管理。

　　當帶有電子標簽的貨物托盤到來時，倉庫操作人員完成貨物的入庫檢驗后，開始進行入庫操作。入庫貨臺的RFID讀寫器將入庫信息和倉位號寫入電子簽;PLC根據倉位號控制堆垛機將貨物運送至要求的倉位號處；倉庫管理人員可以通過數據庫和操作機完成在庫貨物的盤點和查詢工作；倉庫管理人員根據客戶訂單通過PLC控制堆垛機完成出庫操作［3］。系統結構如圖2所示。

3硬件系統構成

　　3.1RFID射頻識別系統

　　RFID（Radio Frequency Identification）技術是20世紀90年代新興起來的一項自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）的傳輸特性，實現對識別物體所攜帶信息的自動化提取與識別。在這一實現過程中，不需要人工干預，不需要識別系統與目標之間建立機械或光學接觸，并且還可以保證數據的準確性和時效性 ［4］。

　　射頻識別系統由應用系統、RFID讀寫模塊、電子標簽、天線等部分組成，如圖3所示。

　　電子標簽通常由耦合元件和芯片組成，每個電子標簽有唯一的數據編碼，因此它可附著在貨物上用來識別目標。RFID讀寫器通過射頻天線發射一定頻率的信號，當電子標簽進入到閱讀器所發信號的范圍內時，電子標簽便會產生感應電流，從而使電子標簽本身激活；電子標簽利用感應電流將所儲存的數據開始進行編碼，并通過自身的內置天線將編碼發射出去；RFID讀寫器收到電子標簽所返回的載波信號，經過解調后將數據發送到處理器中進行處理［5］。

　　3.2立體倉庫

　　立體倉庫的主要作用是實現貨物的存儲作業，整個系統功能的實現依賴于立體倉庫。其控制界面如圖4所示。

　　立體倉庫由堆垛機、倉庫基體、儲物貨臺、出入貨臺、檢測傳感器等部分組成。堆垛機是立體倉庫的核心；倉庫基體是立體倉庫的基礎設施；儲物貨臺用于貨物在立體倉庫中的存放；出入貨臺的主要作用是實現出入庫時貨物的暫時放置；檢測傳感器可以判斷貨倉中貨物的有無，PLC根據其判斷就可以實現對應倉位號上貨物的出庫和入庫操作［6］。

　　堆垛機通過對貨物的存、取和轉移，從而實現入庫、出庫和移庫操作。它由機架、貨叉伸縮機構（Z軸）、水平運行機構(X軸)、提升機構（Y軸）、載貨臺和電氣控制系統組成。水平運行機構和提升機構共同作用使堆垛機到達貨位和指定倉位號處，貨叉伸縮機構和提升機構共同作用完成貨物的存取操作。

　　X軸和Y軸動作是在伺服電機和伺服驅動器的共同作用下完成的，Z軸運動由三相異步電動機和變頻器控制，可以滿足堆垛機的快速行走、高精度定位要求。

4系統功能

　　基于RFID技術的倉儲管理模式的關鍵在于：進入倉庫的貨物上帶有電子標簽，同時把RFID 閱讀器安裝在倉庫的入口處，在貨物開始入庫時，讀寫模塊掃描標簽，從而得到貨物的信息。同樣，把RFID設備裝在倉庫的出口處，可以對貨物進行跟蹤。因此，貨物從入庫到出庫的整個過程中，系統都可以實現對貨物的管理。可以通過上位機軟件對系統進行可視化管理。訂單查詢界面如圖5所示。

　　系統功能的實現可以分為手動操作和自動操作。在自動操作過程中，系統可以連續實現入庫、出庫、盤點等作業。下面以自動入庫為例來詳細說明其運作流程，貨物圖7PLC外部接線圖入庫流程如圖6所示［7］。貨物的出庫作業與入庫作業類似，可參考入庫操作。

　　（1）收貨員根據入庫貨物清單對貨物進行數量、規格等信息的核對。核對無誤后輸入入庫單號，如有錯誤通知相關人員進行處理。

　　（2）管理員利用RFID技術讀取檢驗合格貨物上的電子標簽上的信息，讀取完成后輸入貨物的相關信息。

　　（3）貨物驗收完成后，倉庫管理系統根據貨物庫區和存儲位置的分配，準許入庫貨物完成上架操作。

　　（4）更新電子標簽上的信息，與此同時，在數據庫系統中生成相應的入庫信息，并將入庫結果傳到數據庫系統中。

　　在系統自動入庫的過程中，無需人工的干涉，節約了勞動力，降低了企業的運行成本，并且整個過程可以循環執行，同時可以對電子標簽上的數據信息進行實時的讀取和更新，使相應的數據快速、準確地錄入到數據庫中。

5PLC控制系統設計

　　堆垛機控制系統采用西門子S7-1200系列中小型PLC， CPU 1214C 作為控制核心，它集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O，可連接8個信號模塊，2 個通信模塊 (RS232/RS485)，用于通過點對點連接進行的通信。它內置一個PROFINET端口，借助PROFINET網絡，CPU可以與HMI面板或其他CPU通信。同時，作為西門子推出的一款緊湊型控制器，它具有體積小、抗干擾能力強、成本低廉功能強大等優點［8］。

　　S71200 CPU輸出脈沖信號和方向信號至伺服驅動器，伺服驅動器再將CPU輸入的給定值經過處理后輸出到伺服電機，控制伺服電機加減速并移動到指定位置。CPU提供了兩個輸出通道用于高速脈沖輸出，通過對軸的組態和相關指令塊的組合使用，可實現絕對位置、相對位置、點動、轉速控制的功能［9］。PLC的外部接線圖如圖7所示。

　　在伺服電機的控制電路中，伺服電機1驅動器的脈沖信號和方向信號分別由Q0.0和Q0.1提供，伺服電機2驅動器的脈沖信號和方向信號分別由Q0.2和Q0.3提供。

6結論

　　本文詳細介紹了倉儲物流系統的總體結構、硬件設計及軟件實現。在整個倉儲物流過程中，RFID技術與PLC技術密切結合，能夠有效地完成貨物從入庫、堆垛、庫存管理到出庫的過程，提高了倉儲物流管理系統的自動化水平，提升了工作效率，大大減輕了操作人員的勞動強度，有效降低了倉儲管理的運行成本。通過實踐證明，該系統具有良好的穩定性和可靠性。

參考文獻

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