基于電子標(biāo)簽的倉儲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)計思路及實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)通過電子標(biāo)簽讀寫器實現(xiàn)了對電子標(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實現(xiàn)了對物流的控制；通過對數(shù)據(jù)庫SQLServer訪問，完成了物品信息、倉庫信息等的自動存儲、查詢和刪除多項功能。系統(tǒng)綜合實現(xiàn)了物品單件/批量入庫、出庫及庫內(nèi)移動等操作。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)用實例。

0引言

電子標(biāo)簽是一種被稱作“射頻識別(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，克服了條碼識別需要光學(xué)可視、識別距離短、信息不可更改等缺點，成為物流自動識別領(lǐng)域一個耀眼的亮點[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)需要實時更改，簡化物流的中間環(huán)節(jié)，縮短物流人工操作時間，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)識識別、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、物流控制及管理計算機、電子標(biāo)簽及電子標(biāo)簽讀寫器組成。

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

物流控制及管理計算機：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，實現(xiàn)對物品進(jìn)出庫的識別；②通過PROFIBUS現(xiàn)場控制網(wǎng)完成與PLC控制器的數(shù)據(jù)交換，以控制兩臺輥道輸送機、一臺4自由度機械手、一臺全自動堆垛機，實現(xiàn)貨物的自動出、入庫或庫內(nèi)移動等工作；③對貨物、倉庫、客戶、管理人員等進(jìn)行實時管理等。

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)前臺主界面及后臺數(shù)據(jù)庫。該部分主要包括：入庫模塊、出庫模塊、報表模塊、儲位查詢模塊、物品查詢模塊、客戶信息查詢模塊、盤點模塊、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。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。物流控制平臺的組態(tài)軟件采用了WinCC，系統(tǒng)與PLC通信工作實質(zhì)上是通過系統(tǒng)與WinCC通信實現(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(排、列、層)，以及PLC入/出庫動作完成與否的標(biāo)志。

2倉儲物流控制及管理系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)

2．1電子標(biāo)簽、讀寫器的選擇及物品編碼的設(shè)計

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，即物品在出廠時會由生產(chǎn)廠商對其進(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動態(tài)庫文件的5個主要接口函數(shù)實現(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

2.3.1數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計

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、名稱、生產(chǎn)廠商、種類、規(guī)格、等級和物品所屬的客戶，其中物品的編號為主鍵。因此要建立一個物品列表，用以儲存物品的信息。同時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，生產(chǎn)廠商代號為主鍵；在物品種類表中包含物品種類的名稱和代號，物品種類代號為主鍵；在客戶表中包含客戶的名稱、聯(lián)系人、和聯(lián)系電話，客戶代號為主鍵。這樣的設(shè)計完全滿足BCNF范式[4]，表格之間的條理比較清晰。



各個表之間的外鍵關(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)廠商代號相關(guān)聯(lián)；客戶表的主鍵與物品列表中的客戶代號相關(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、姓名、職位、聯(lián)系電話、身份證號碼和住址，職工代號為主鍵。倉庫信息表中包括存放地點(相當(dāng)于庫位的標(biāo)號)、倉庫號、區(qū)域、貨架號、層、行、列、是否為空幾個屬性，其中存放地點為主鍵。

(3)倉庫的操作信息應(yīng)包括用于儲存入、出庫及庫內(nèi)移動操作記錄的入庫表、出庫表及庫內(nèi)移動表；用于儲存當(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表。入庫表中應(yīng)該記錄物品的編碼、入庫的時間、經(jīng)手人和存放地點，其中以物品編碼和入庫時間聯(lián)合作為主鍵；出庫表中應(yīng)該記錄物品的編碼、出庫時間和經(jīng)手人，其中以物品編碼和出庫時間聯(lián)合作為主鍵；庫內(nèi)移動表中應(yīng)該記錄物品的編碼、移動時間、經(jīng)手人、原存放地點和新存放地點，其中以物品編碼和移動時間聯(lián)合作為主鍵；庫存表中應(yīng)該包括物品的編碼、入庫時間、存放地點和經(jīng)手人，其中以物品的編碼作為主鍵。人事變動表中應(yīng)該包括操作號、人事變動的內(nèi)容、變動的時間、變動人員的代號和變動人員的姓名，其中操作號為主鍵。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)計登錄界面密碼及儲存于數(shù)據(jù)庫時，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。對于表之間的觸發(fā)器、為程序設(shè)計的存儲過程、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、報表模塊、儲位查詢模塊、物品查詢模塊、客戶信息查詢模塊、盤點模塊、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)移動操作時，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，并要實現(xiàn)與組態(tài)軟件WinCC的通信，將操作命令、貨物的貨位號發(fā)送給WinCC，從而通過PLC控制輥道輸送機、機械手、堆垛機執(zhí)行相應(yīng)的操作。同時把信息寫入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(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(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、堆垛機和機械手完成取貨操作。當(dāng)物品到達(dá)倉庫出口處，系統(tǒng)接收到PLC出庫動作完成信號后，要與標(biāo)簽讀寫器通信以修改物品標(biāo)簽的信息，同時采用ADO．NET技術(shù)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的存儲過程修改數(shù)據(jù)庫中相關(guān)信息。在實現(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)貨品信息和儲位信息指定某個確定的物品，然后該模塊選擇這個貨品出庫，達(dá)到了精確出庫的目的。單件出庫系統(tǒng)只取出一個惟一確定的物品；而批量出庫會順序取出一些物品，是一個循環(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)動態(tài)實時更新。

2．5系統(tǒng)與PLC的通信

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

2．6物流控制平臺及控制流程

物流控制平臺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擴展從站模塊(EM277)。該平臺使用s7—200系列PLC分別控制堆垛機、機械手、輥道3個部分，其中巷道堆垛機是物流倉儲最主要的設(shè)備，它通過對貨物進(jìn)行存、取和轉(zhuǎn)移，完成入庫、出庫等功能。堆垛機具有3大機構(gòu)：運行機構(gòu)、升降機構(gòu)、貨又伸縮機構(gòu)。運行機構(gòu)和升降機構(gòu)使堆垛機到達(dá)指定貨位。貨又伸縮機構(gòu)和升降機構(gòu)組合完成存取作業(yè)。運行機構(gòu)與丌降機構(gòu)的速度控制通過兩臺步進(jìn)電機進(jìn)行控制，貨叉伸縮機構(gòu)采用一臺直流電機進(jìn)行控制。堆垛機具有自動認(rèn)址與精確定位功能，從而實現(xiàn)高精度控制。

控制流程以入庫為例說明。裝在倉庫出/入貨臺處的固定電子標(biāo)簽讀寫器在檢測到有物品時，物流控制及管理計算機通過讀寫器和標(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，分配給物品一個貨位號，并將貨位號寫入標(biāo)簽，進(jìn)而將入庫命令、當(dāng)前入庫貨物的貨位號(排，列，層)傳送給物流控制平臺。首先進(jìn)庫輥道上的入庫繼電器動作，輥道輸送帶動作，將物品傳送至立體倉庫前，機械手動作，將物品抓起送至堆垛機上，然后堆垛機將貨物送到指定倉位。運行完成后，堆垛機和機械手均回到原位。物流控制平臺將PLC入庫動作完成信號反饋給系統(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)自動化物流重點實驗室的物流實驗設(shè)備為平臺，設(shè)計了基于電子標(biāo)簽的物流控制與管理演示與驗證系統(tǒng)，將管理和控制融于一體，發(fā)揮了電子標(biāo)簽技術(shù)具有可識別高速運動物體，操作快捷方便等特點，實現(xiàn)物流控制及管理的自動化，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)用實例。