基于電子標(biāo)簽的倉儲(chǔ)物流控制及管理系統(tǒng)

摘要：給出了基于電子標(biāo)簽的倉儲(chǔ)物流控制及管理系統(tǒng)的硬軟件組成，闡述了系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)通過電子標(biāo)簽讀寫器實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子標(biāo)簽的讀寫；采用OPC技術(shù)與組態(tài)軟件WinCC進(jìn)行通信，通過PLC實(shí)現(xiàn)了對(duì)物流的控制；通過對(duì)數(shù)據(jù)庫SQLServer訪問，完成了物品信息、倉庫信息等的自動(dòng)存儲(chǔ)、查詢和刪除多項(xiàng)功能。系統(tǒng)綜合實(shí)現(xiàn)了物品單件/批量入庫、出庫及庫內(nèi)移動(dòng)等操作。為電子標(biāo)簽技術(shù)、物流控制及物流管理的結(jié)合提供了應(yīng)用實(shí)例。

0引言

電子標(biāo)簽是一種被稱作“射頻識(shí)別(radiofrequencyidentification，RFID)”的技術(shù)。利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別目的并交換數(shù)據(jù)。在我國物流業(yè)飛速發(fā)展的今天，射頻技術(shù)以其特有的優(yōu)勢(shì)，克服了條碼識(shí)別需要光學(xué)可視、識(shí)別距離短、信息不可更改等缺點(diǎn)，成為物流自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域一個(gè)耀眼的亮點(diǎn)[1]。射頻技術(shù)的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，它信息含量大，可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)更改，簡化物流的中間環(huán)節(jié)，縮短物流人工操作時(shí)間，其準(zhǔn)確性和快速性越來越得到行業(yè)的認(rèn)同。

電子標(biāo)簽作為數(shù)據(jù)載體，能起到標(biāo)識(shí)識(shí)別、物品跟蹤、信息采集的作用。雖然電子標(biāo)簽技術(shù)在國外已成功應(yīng)用于物流業(yè)，大大提高了物流作業(yè)效率，但在國內(nèi)的應(yīng)用還處于起步階段，目前在物流業(yè)還沒有較大規(guī)模的應(yīng)用案例。本文研究實(shí)現(xiàn)了基于INTERMEC公司電子標(biāo)簽的物流控制及管理系統(tǒng)。

1倉儲(chǔ)物流控制及管理系統(tǒng)的方案

I.1物流控制及管理系統(tǒng)硬件組成

物流控制及管理系統(tǒng)由硬件和軟件組成。其硬件如圖1所示，主要由物流控制硬件平臺(tái)、物流控制及管理計(jì)算機(jī)、電子標(biāo)簽及電子標(biāo)簽讀寫器組成。

物流控制硬件平臺(tái)由堆垛機(jī)、機(jī)械手和輥道輸送機(jī)3部分組成，控制系統(tǒng)采用了3個(gè)西門子公司S7．200系列PLC(CPu226)并且相互之間通過EM277(擴(kuò)展從站模塊)連接到PROFIBuS．DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)。

物流控制及管理計(jì)算機(jī)：①負(fù)責(zé)通過與電子標(biāo)簽讀寫器的通信完成與電子標(biāo)簽信息的交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品進(jìn)出庫的識(shí)別；②通過PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)完成與PLC控制器的數(shù)據(jù)交換，以控制兩臺(tái)輥道輸送機(jī)、一臺(tái)4自由度機(jī)械手、一臺(tái)全自動(dòng)堆垛機(jī)，實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)出、入庫或庫內(nèi)移動(dòng)等工作；③對(duì)貨物、倉庫、客戶、管理人員等進(jìn)行實(shí)時(shí)管理等。

1．2物流控制及管理系統(tǒng)軟件組成

物流控制及管理系統(tǒng)軟件分為4部分：

①物流控制及管理系統(tǒng)與電子標(biāo)簽讀寫器的網(wǎng)絡(luò)通信；

②物流控制及管理系統(tǒng)前臺(tái)主界面及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。該部分主要包括：入庫模塊、出庫模塊、報(bào)表模塊、儲(chǔ)位查詢模塊、物品查詢模塊、客戶信息查詢模塊、盤點(diǎn)模塊、倉庫管理模塊、人員管理模塊和幫助模塊等；

③物流控制軟件設(shè)計(jì)。采用西門子WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)及PLCs7—200編程；

④物流控制及管理系統(tǒng)與PLC的通信。物流控制平臺(tái)的組態(tài)軟件采用了WinCC，系統(tǒng)與PLC通信工作實(shí)質(zhì)上是通過系統(tǒng)與WinCC通信實(shí)現(xiàn)的。通信參數(shù)為當(dāng)前入/出庫命令、入出庫貨物的貨位號(hào)(排、列、層)，以及PLC入/出庫動(dòng)作完成與否的標(biāo)志。

2倉儲(chǔ)物流控制及管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2．1電子標(biāo)簽、讀寫器的選擇及物品編碼的設(shè)計(jì)

電子標(biāo)簽芯片采用了INTERMEC公司的915MHz芯片[2]，通信數(shù)據(jù)速率為9600bps，具備防沖突機(jī)制，具備數(shù)據(jù)完整性及數(shù)據(jù)安全性。讀寫器采用美國INTERMEC公司的2100915M讀寫器。該讀寫器支持串口及標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口通信。讀取距離可達(dá)3米，寫入距離為讀取距離的70％。

為實(shí)現(xiàn)真正的“一物一碼”，編碼原則采用了EPC(electronproductioncode)碼[3]。由于EPC碼是物品本身具有的屬性，即物品在出廠時(shí)會(huì)由生產(chǎn)廠商對(duì)其進(jìn)行EPC編碼，寫入到電子標(biāo)簽中。而EPC編碼是在生產(chǎn)廠商加入EPCglobal組織后，由組織給生產(chǎn)廠商分配一個(gè)編碼的空間以及一些編碼規(guī)則，讓企業(yè)自行編碼。本系統(tǒng)為方便操作，只定義了12位二進(jìn)制位的編碼。編碼規(guī)則如圖2所示。




2．2物流控制及管理系統(tǒng)與標(biāo)簽讀寫器通信實(shí)現(xiàn)

本文采用C#語言編程，通過調(diào)用基于COM組件的In—terop．vtComRFID．d11動(dòng)態(tài)庫文件的5個(gè)主要接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)物流控制及管理系統(tǒng)與讀寫器的通信，接口函數(shù)的主要功能如表1所示。通信內(nèi)容為物品編碼。



2．3物流控制與管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.3.1數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能要求進(jìn)行數(shù)據(jù)庫中表格的建立。通過對(duì)用戶的需求分析，需要記錄物品的基本信息、倉庫的基本信息、倉庫的操作信息。

(1)物品的基本信息表包括：物品的編號(hào)、名稱、生產(chǎn)廠商、種類、規(guī)格、等級(jí)和物品所屬的客戶，其中物品的編號(hào)為主鍵。因此要建立一個(gè)物品列表，用以儲(chǔ)存物品的信息。同時(shí)需要為物品基本信息中生產(chǎn)廠商、物品種類和客戶建立單獨(dú)的表。在物品的生產(chǎn)廠商表中包含生產(chǎn)廠商的名稱和代號(hào)，生產(chǎn)廠商代號(hào)為主鍵；在物品種類表中包含物品種類的名稱和代號(hào)，物品種類代號(hào)為主鍵；在客戶表中包含客戶的名稱、聯(lián)系人、和聯(lián)系電話，客戶代號(hào)為主鍵。這樣的設(shè)計(jì)完全滿足BCNF范式[4]，表格之間的條理比較清晰。



各個(gè)表之間的外鍵關(guān)系如下：生產(chǎn)廠商表的主鍵與物品列表中的生產(chǎn)廠商代號(hào)相關(guān)聯(lián)；物品種類表的主鍵與物品列表中的生產(chǎn)廠商代號(hào)相關(guān)聯(lián)；客戶表的主鍵與物品列表中的客戶代號(hào)相關(guān)聯(lián)。

(2)倉庫的基本信息應(yīng)包括用于記錄職工基本信息的倉庫人員管理表，及用于記錄倉庫庫位信息的倉庫信息表。倉庫人員管理表中包括職工的代號(hào)、姓名、職位、聯(lián)系電話、身份證號(hào)碼和住址，職工代號(hào)為主鍵。倉庫信息表中包括存放地點(diǎn)(相當(dāng)于庫位的標(biāo)號(hào))、倉庫號(hào)、區(qū)域、貨架號(hào)、層、行、列、是否為空幾個(gè)屬性，其中存放地點(diǎn)為主鍵。

(3)倉庫的操作信息應(yīng)包括用于儲(chǔ)存入、出庫及庫內(nèi)移動(dòng)操作記錄的入庫表、出庫表及庫內(nèi)移動(dòng)表；用于儲(chǔ)存當(dāng)前倉庫中物品記錄的庫存表；用于記錄員工增刪情況的人事變動(dòng)表。入庫表中應(yīng)該記錄物品的編碼、入庫的時(shí)間、經(jīng)手人和存放地點(diǎn)，其中以物品編碼和入庫時(shí)間聯(lián)合作為主鍵；出庫表中應(yīng)該記錄物品的編碼、出庫時(shí)間和經(jīng)手人，其中以物品編碼和出庫時(shí)間聯(lián)合作為主鍵；庫內(nèi)移動(dòng)表中應(yīng)該記錄物品的編碼、移動(dòng)時(shí)間、經(jīng)手人、原存放地點(diǎn)和新存放地點(diǎn)，其中以物品編碼和移動(dòng)時(shí)間聯(lián)合作為主鍵；庫存表中應(yīng)該包括物品的編碼、入庫時(shí)間、存放地點(diǎn)和經(jīng)手人，其中以物品的編碼作為主鍵。人事變動(dòng)表中應(yīng)該包括操作號(hào)、人事變動(dòng)的內(nèi)容、變動(dòng)的時(shí)間、變動(dòng)人員的代號(hào)和變動(dòng)人員的姓名，其中操作號(hào)為主鍵。另外，系統(tǒng)中還需要有用戶的登錄信息表用于記錄用戶的登錄信息。登錄信息表中應(yīng)該有登錄的用戶名和密碼，其中登錄名為主鍵。為安全起見，在設(shè)計(jì)登錄界面密碼及儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫時(shí)，系統(tǒng)采用MD5加密算法[5.6]。

2.3．2數(shù)據(jù)庫中表的關(guān)系

數(shù)據(jù)庫中表的關(guān)系如圖3所示。它描述了數(shù)據(jù)庫中所有的表以及這些表之間的關(guān)系。對(duì)于表之間的觸發(fā)器、為程序設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)過程、約束等具體內(nèi)容這里沒有詳細(xì)列出。





2．4物流控制與管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

物流控制與管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。





主要有：入庫模塊、出庫模塊、報(bào)表模塊、儲(chǔ)位查詢模塊、物品查詢模塊、客戶信息查詢模塊、盤點(diǎn)模塊、倉庫管理模塊、人員管理模塊、幫助模塊。所有的功能模塊都需要與數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)。主界面采用C#語言編程，數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2000。在與數(shù)據(jù)庫連接的過程中，采用ADO．NET技術(shù)[7]。

當(dāng)有出入庫或者庫內(nèi)移動(dòng)操作時(shí)，系統(tǒng)要與電子標(biāo)簽讀寫器進(jìn)行通信將相關(guān)信息寫入標(biāo)簽，并要實(shí)現(xiàn)與組態(tài)軟件WinCC的通信，將操作命令、貨物的貨位號(hào)發(fā)送給WinCC，從而通過PLC控制輥道輸送機(jī)、機(jī)械手、堆垛機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的操作。同時(shí)把信息寫入數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新。限于篇幅下面主要介紹出庫模塊和物品查詢模塊。

2．4．1出庫

出庫模塊具有批量出庫和單件出庫兩個(gè)功能。

批量出庫中用戶只需要輸入要出庫的貨品信息及數(shù)量，該模塊通過查詢數(shù)據(jù)庫，按一定策略選定所要的物品，從而確定物品所在的貨位號(hào)(排，列，層)，并將此信息連同出庫命令通過OPC(OLEforprocesscontro1)技術(shù)傳給WinCC組態(tài)軟件，以控制輥道輸送機(jī)、堆垛機(jī)和機(jī)械手完成取貨操作。當(dāng)物品到達(dá)倉庫出口處，系統(tǒng)接收到PLC出庫動(dòng)作完成信號(hào)后，要與標(biāo)簽讀寫器通信以修改物品標(biāo)簽的信息，同時(shí)采用ADO．NET技術(shù)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的存儲(chǔ)過程修改數(shù)據(jù)庫中相關(guān)信息。在實(shí)現(xiàn)此功能中，貨位的選取，操作結(jié)果的判定，與讀寫器的數(shù)據(jù)交互，與組態(tài)軟件的通信等這些工作需協(xié)同進(jìn)行。

單件出庫中用戶可以根據(jù)貨品信息和儲(chǔ)位信息指定某個(gè)確定的物品，然后該模塊選擇這個(gè)貨品出庫，達(dá)到了精確出庫的目的。單件出庫系統(tǒng)只取出一個(gè)惟一確定的物品；而批量出庫會(huì)順序取出一些物品，是一個(gè)循環(huán)操作，直到要出庫的物品都出庫完畢為止。

2．4．2物品查詢

此模塊支持本地查詢及嘲絡(luò)魚詢。可以查詢所有物品信息，包括曾經(jīng)存放過的和現(xiàn)在存放在倉庫中的物品信息。為了查詢數(shù)據(jù)的方便，本模塊支持按物品名稱查詢、物品編碼、生產(chǎn)廠商名稱、生產(chǎn)廠商代碼查詢。數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新。

2．5系統(tǒng)與PLC的通信

物流控制平臺(tái)在與WinCC通信中，采用了OPC通信方式[8]。本文使用了opcrcw．comn．dll、opcrcw．da．dll兩個(gè)動(dòng)態(tài)連接庫文件。在C編程環(huán)境中引用這兩個(gè)文件，調(diào)用了這兩個(gè)動(dòng)態(tài)連接庫文件的接口函數(shù)。

2．6物流控制平臺(tái)及控制流程

物流控制平臺(tái)的基本過程控制單元是PLC，包括供電單元、中央控制單元、數(shù)字輸入/輸出模塊、模擬輸入輸出模塊、PROFIBUS—DP擴(kuò)展從站模塊(EM277)。該平臺(tái)使用s7—200系列PLC分別控制堆垛機(jī)、機(jī)械手、輥道3個(gè)部分，其中巷道堆垛機(jī)是物流倉儲(chǔ)最主要的設(shè)備，它通過對(duì)貨物進(jìn)行存、取和轉(zhuǎn)移，完成入庫、出庫等功能。堆垛機(jī)具有3大機(jī)構(gòu)：運(yùn)行機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、貨又伸縮機(jī)構(gòu)。運(yùn)行機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)使堆垛機(jī)到達(dá)指定貨位。貨又伸縮機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)組合完成存取作業(yè)。運(yùn)行機(jī)構(gòu)與丌降機(jī)構(gòu)的速度控制通過兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)直流電機(jī)進(jìn)行控制。堆垛機(jī)具有自動(dòng)認(rèn)址與精確定位功能，從而實(shí)現(xiàn)高精度控制。

控制流程以入庫為例說明。裝在倉庫出/入貨臺(tái)處的固定電子標(biāo)簽讀寫器在檢測(cè)到有物品時(shí)，物流控制及管理計(jì)算機(jī)通過讀寫器和標(biāo)簽進(jìn)行信息交互，根據(jù)標(biāo)簽的物品信息查詢數(shù)據(jù)庫，分配給物品一個(gè)貨位號(hào)，并將貨位號(hào)寫入標(biāo)簽，進(jìn)而將入庫命令、當(dāng)前入庫貨物的貨位號(hào)(排，列，層)傳送給物流控制平臺(tái)。首先進(jìn)庫輥道上的入庫繼電器動(dòng)作，輥道輸送帶動(dòng)作，將物品傳送至立體倉庫前，機(jī)械手動(dòng)作，將物品抓起送至堆垛機(jī)上，然后堆垛機(jī)將貨物送到指定倉位。運(yùn)行完成后，堆垛機(jī)和機(jī)械手均回到原位。物流控制平臺(tái)將PLC入庫動(dòng)作完成信號(hào)反饋給系統(tǒng)，以進(jìn)行下一次入庫操作。出庫操作流程類似。

3結(jié)束語

本文以我校商業(yè)自動(dòng)化物流重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的物流實(shí)驗(yàn)設(shè)備為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了基于電子標(biāo)簽的物流控制與管理演示與驗(yàn)證系統(tǒng)，將管理和控制融于一體，發(fā)揮了電子標(biāo)簽技術(shù)具有可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，操作快捷方便等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)物流控制及管理的自動(dòng)化，可以滿足物流業(yè)信息流量不斷增大和信息處理速度不斷提高的需求，為電子標(biāo)簽技術(shù)、物流控制及物流管理的結(jié)合提供了應(yīng)用實(shí)例。