基于AGV與RFID的智能倉儲系統(tǒng)的應(yīng)用研究

李鵬濤

摘? 要：傳統(tǒng)的立體倉庫僅能實現(xiàn)貨物的自動進出，控制系統(tǒng)的信息化智能程度和倉儲數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較低，隨著國內(nèi)用地成本、倉儲成本、人工成本的逐年攀升，智能倉儲系統(tǒng)將大有可為。文章基于AGV與RFID技術(shù)在立體倉庫上的應(yīng)用，提出一整套智能化的信息輸入、數(shù)據(jù)復(fù)核、出入庫輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)倉儲管理的自動化、信息化、智能化，對于物流倉儲行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：AGV;RFID;智能倉儲;自動化

中圖分類號：TP274 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0181-03

Abstract： The traditional stereoscopic warehouse can achieve the automatic entry and exit of goods， but still has the problem of low information intelligence degree of the control system， poor accuracy of the storage data. With the increase of the cost of land use， storage and labor in China， the warehouse management system will have great potential. In order to solve the above problems， carry out a set of intelligent information input， data review， in and out of the warehouse transportation and storage system based on the application of AGV and RFID technologies to realize the automation and intelligence of storage management， which is of great significance for the development and management of modern logistics and storage industry.

Keywords： AGV; RFID; intelligent warehousing; automation

引言

隨著土地價格的飆升，制造型企業(yè)和快遞行業(yè)倉儲費用不斷攀升，如何有效使用有限的土地逐漸成為企業(yè)越來越關(guān)注的問題，而立體貨架能有效解決目前的問題。據(jù)粗略統(tǒng)計，到2016年底，我國自動化立體貨架的保有量超過幾萬座，幾乎遍布所有行業(yè)。智能倉儲是基于立體倉庫技術(shù)結(jié)合自動控制、智能檢測、信息管理等技術(shù)，與自動化生產(chǎn)車間或智能車間無縫對接，具備更加智能快捷的貨物存儲功能，而且隨著政府大力提倡“中國制造2025”推進自動化和智能化，智能倉儲在制造和使用方面將迎來更大的機遇。本文介紹一種基于AGV與RFID技術(shù)的智能倉儲系統(tǒng)的應(yīng)用與研究。

1 主要技術(shù)簡介

1.1 立體倉庫

自動化立體倉庫也稱高架庫或高架貨架，一般是指采用多層、十幾層甚至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應(yīng)的搬運輸送設(shè)備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的貨架。自動化倉儲系統(tǒng)（AS/RS）是物流技術(shù)革命性的成果，它一般由立體貨架，提升機，輸送機，控制系統(tǒng)和計算機管理系統(tǒng)等構(gòu)成，可以在計算機系統(tǒng)控制下完成貨物的自動存取作業(yè)[1]。

立體倉庫目前的實現(xiàn)方式一般為巷道式堆垛機、巷道式堆垛機+穿梭車，近幾年隨著技術(shù)的進步逐步出現(xiàn)了子母穿梭車、四向穿梭車等技術(shù)，一個立體倉庫采取什么方式來實現(xiàn)，需要根據(jù)自身倉儲產(chǎn)品及倉庫條件來綜合確定。

1.2 AGV

AutomatedGuidedVehicle簡稱AGV，是指裝備有磁條、光學(xué)或視覺等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護裝置以及各種移載功能的運輸車，工業(yè)應(yīng)用中可以無人駕駛的搬運車，以蓄電池為其動力來源。AGV能代替輸送線進行貨物運輸，具備更大的線路靈活性和場地占用優(yōu)勢，目前應(yīng)用中其導(dǎo)航方式通常使用磁條導(dǎo)航或激光制導(dǎo)。

1.3 RFID技術(shù)

射頻識別（RFID）是Radio Frequency Identification的縮寫，是非接觸式的自動識別技術(shù)之一，通過無線射頻方式進行非接觸數(shù)據(jù)交互，利用無線射頻方式對RFID芯片進行讀或?qū)懀瑥亩_到識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，在數(shù)據(jù)實時更新、存儲信息量、使用壽命、工作效率、安全性等方面都具有優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，包括物流、交通、身份識別、防偽、資產(chǎn)管理、信息統(tǒng)計等行業(yè)。

RFID電子芯片根據(jù)其工作頻率分為超高頻、低頻、高頻，超高頻標(biāo)簽的工作頻率在860MHz-960MHz之間，閱讀距離最大可達10米以上，由于讀取距離較遠，傳送數(shù)據(jù)速率快，被廣泛應(yīng)用于大宗貨物識別與自動收費系統(tǒng)中，但造價較為昂貴;低頻RFID電子標(biāo)簽一般采用電磁耦合原理，應(yīng)用較少;高頻典型工作頻率為13.56MHz，閱讀距離一般情況下小于1米，廣泛應(yīng)用于電子身份證、門禁卡、防偽標(biāo)簽等數(shù)據(jù)交互場景，本文應(yīng)用方案就是基于高頻RFID標(biāo)簽技術(shù)。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組成與實現(xiàn)

整個系統(tǒng)包含：RFID信息處理讀寫系統(tǒng)、AGV裝運、入庫輸送系統(tǒng)（實現(xiàn)雙向出、入庫功能）、整垛機帶尺寸檢測、貨物入庫提升機、貨架系統(tǒng)、認(rèn)址條碼、穿梭母車、穿梭子車、貨物出庫提升機、母車垂直輸送機、出庫輸送系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)（WMS及WCS）、監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。

系統(tǒng)具備AGV自動轉(zhuǎn)運、輸送、貨物升降、貨物智能存取、RFID數(shù)據(jù)信息集成、自動生成執(zhí)行存取方案、定位、設(shè)備自救、設(shè)備故障報警、系統(tǒng)功能增減、系統(tǒng)功能按需定制等功能，出入庫流程圖如圖1、圖2所示。

2.1 RFID信息處理讀寫系統(tǒng)

嵌入RFID芯片的空托盤在進入前端自動線碼垛機托盤緩沖區(qū)裝載產(chǎn)品前，讀寫系統(tǒng)將先檢測托盤的RFID標(biāo)簽是否可讀，如RFID托盤標(biāo)簽可讀則清除RFID芯片數(shù)據(jù)并輸送至碼垛機裝載區(qū)，如讀取失敗則聲光報警提示，由工人剔除受損空托盤。在裝載區(qū)RFID托盤信息采集系統(tǒng)接收ERP生產(chǎn)系統(tǒng)下發(fā)或人工設(shè)定的產(chǎn)品信息，并與采集的RFID托盤標(biāo)簽信息綁定。綁定信息通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸至立體倉庫管理系統(tǒng)中。

立體倉庫出入輸送線安裝RFID讀寫設(shè)備，用于采集托盤的RFID標(biāo)簽信息，在出入庫系統(tǒng)過程中起到核對托盤貨物信息作用，保證讀取貨物信息的準(zhǔn)確性，采集成功的托盤標(biāo)簽信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給立體倉庫管理系統(tǒng)，由倉庫管理系統(tǒng)控制托盤的出入庫作業(yè)，并實時交互更新WMS數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2 AGV轉(zhuǎn)運

AGV自動接收前端自動碼垛裝載區(qū)發(fā)出的托盤滿載信號后從裝載區(qū)取走托盤貨物，系統(tǒng)后臺控制節(jié)拍并按照預(yù)設(shè)路徑運輸?shù)饺霂燧斔拖到y(tǒng)，定點定方向擺放托盤貨物。輸送過程中自動識別托盤RFID標(biāo)簽，判斷貨物是向哪里入庫，實時在控制系統(tǒng)顯示當(dāng)前貨物運送狀態(tài)，滿足更加靈活化的輸送需求。

2.3 出入庫輸送系統(tǒng)

出入庫輸送系統(tǒng)由輸送輥道、鏈條機、移載機、RFID識別器等組成。通過中央控制系統(tǒng)使這些設(shè)備協(xié)調(diào)動作，完成相應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)采集;在需要停準(zhǔn)位置，設(shè)有定位裝置，貨物需要準(zhǔn)確停止的位置，采用光電開關(guān)與機械止擋使得在任何情況下到達同一位置。

入庫系統(tǒng)實現(xiàn)托盤貨物從AGV到整垛機、入庫提升機的聯(lián)線運輸，并實現(xiàn)托盤貨物輸送緩存、自動識別托盤RFID標(biāo)簽，判斷貨物是入庫的具體需求。

出庫系統(tǒng)實現(xiàn)托盤貨物從出庫提升機到裝車緩沖區(qū)的聯(lián)線運輸，并實現(xiàn)托盤貨物傳送緩存、自動識別托盤RFID標(biāo)簽，判斷貨物品種是該裝入幾號轉(zhuǎn)運平板車至對應(yīng)卸貨地點。

2.4 尺寸檢測整垛機

識別檢測托盤貨物外形尺寸判斷入庫貨物是否需要整垛，對托盤貨物表面尺寸進行整理，使其外形尺寸滿足貨物入庫標(biāo)準(zhǔn)，保證入庫貨物滿足內(nèi)部立體貨架具體尺寸規(guī)格要求。

在整垛機中設(shè)置尺寸檢測裝置，尺寸檢測裝置用于貨物長、寬、高外形檢測，在入庫緩沖輸送線縱向平面的左右前后四角分別設(shè)有自動開合整垛板。輸送線左右方向位置設(shè)導(dǎo)向板，輸送線的機架在輸送平面前側(cè)設(shè)有定位所述的托盤前后位置的縱向阻擋器，擋板夾持力度由伺服電機可控。

2.5 貨物出入庫提升機

出入庫提升機實現(xiàn)入庫輸送系統(tǒng)的托盤貨物上下運輸，軟件設(shè)定傳輸路徑、速度、節(jié)拍，變頻控制運行速度，并有安全防護措施，保證人員和貨物的安全。

貨物出入庫提升機兼容母車垂直提升機，如果子母車在立體貨架內(nèi)部輸送巷道內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重故障等無法維修情況，可通過出入庫提升機將母車輸送至立體貨架低層，滿足維修或者更換的靈活性，減少維修人員高空作業(yè)風(fēng)險以及維修過程對整個立體貨架工作連續(xù)性的影響。

2.6 穿梭子母車

穿梭子母車是由穿梭母車和穿梭子車組合而成，穿梭母車在貨架主體每層滑觸線軌道內(nèi)行走，滑觸線供電，實現(xiàn)托盤貨物從入庫提升機到指定貨位、從指定貨位到出庫提升機的聯(lián)線快速直線運輸。

穿梭子車在貨位放置巷道行走，子車自帶電池由母車使用供電，實現(xiàn)托盤貨物從母車到指定貨位、從指定貨位到母車的聯(lián)線直線快速運輸。子車載著托盤貨物、母車載著子車在主軌道上快速運輸，子車集成RFID讀取器具備盤存、查庫等功能，通過WLAN實現(xiàn)與WCS/WMS數(shù)據(jù)交互，實時更新顯示工作狀態(tài)及運送貨物狀態(tài)。子母車在巷道內(nèi)輸送過程中均能實現(xiàn)輪行測距、認(rèn)址條碼、紅外測距三種測距定位方式。

2.7 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)的功能主要有手自動控制方式切換、信息查詢、停電保護、應(yīng)急報警等功能。現(xiàn)場分布觸摸屏設(shè)置密碼保護，重要的操作需要密碼錄入確認(rèn)后才能進入操作界面，可實現(xiàn)權(quán)限更改。通過按鈕可實現(xiàn)控制方式的相互切換，主要的控制方式有手動方式、自動方式、在線方式和急停方式[2]。

主控制箱（主站）：總線電纜從CPU模塊的以太網(wǎng)接口接到下一從站控制箱的接口模塊上，動力電纜和信號電纜接至柜內(nèi)端子，通過相應(yīng)的端子上柱頭連接到柜內(nèi)元器件上。柜內(nèi)安裝PLC模塊和通訊模塊等各類元器件。

現(xiàn)場控制箱（從站）：每組設(shè)備設(shè)置一個現(xiàn)場控制箱，安裝在輸送機下部適合的位置。箱內(nèi)控制器對所控制設(shè)備的電機進行控制;I/O模塊對所控制設(shè)備上的檢測元件的信號進行采集和對執(zhí)行器件進行控制。

2.8 信息管理系統(tǒng)（WMS及WCS）

主要包括計算機管理系統(tǒng)，計算機調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)、手持終端系統(tǒng)、接口管理系統(tǒng)。實現(xiàn)對自動化立體倉儲的統(tǒng)一管理和調(diào)度;實現(xiàn)與操作執(zhí)行層的信息集成，實現(xiàn)企業(yè)的物流設(shè)備和系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，以及庫存材料的統(tǒng)一管理和使用，實現(xiàn)作業(yè)計劃管理、物料管理功能如圖3所示。

基礎(chǔ)信息實現(xiàn)物料的編碼定義、存儲區(qū)域邏輯定義、物料存儲安全（包括儲量上、下限和存儲期限）定義、物料配盤規(guī)則定義、物料移庫定義和客戶編碼定義等。基礎(chǔ)信息管理由物料基礎(chǔ)信息管理、存儲區(qū)域邏輯劃分定義、物料存儲安全管理、客戶信息管理等組成。基礎(chǔ)信息能夠與上位ERP管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行對接和同步，實時更新上位ERP的物料狀態(tài)等信息，避免數(shù)據(jù)錯誤和重復(fù)錄入。

2.9 庫存盤點

基于RFID技術(shù)的穿梭子車能夠更方便進行在庫庫存的盤點，在需要的特定時間，劃定盤點范圍或整庫復(fù)核，穿梭子車在所有貨物托盤下訪巡回，依次采集每個托盤的存儲信息，復(fù)核貨物種類、存放位置，得到整體庫存、貨物種類數(shù)量、貨物分布、貨架空閑等詳細(xì)庫存信息，并與當(dāng)前WMS數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行比對復(fù)核，多次盤庫后更新WMS數(shù)據(jù)信息，在必要的時候依據(jù)貨物分布情況可自動進行內(nèi)部移庫，便于庫存貨物集中管理，優(yōu)化貨架存儲效率[3]。

2.10 監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)與上物流層管理相連接，接收物流管理層的相關(guān)指令與計劃，分解下達給各執(zhí)行設(shè)備層，并反饋下層設(shè)備完成情況，同時支持多種設(shè)備的添加與管理。實時監(jiān)視整個立體倉庫中各部分的運行情況，動態(tài)顯示子母車和出入庫傳輸設(shè)備以及各貨物的運行位置，顯示所有任務(wù)的當(dāng)前運行狀態(tài)，出錯報警情況，并能直接獨立地控制倉庫中所有設(shè)備的運行[4]。

3 結(jié)論

該文主要介紹了一套基于AGV與RFID技術(shù)的智能倉儲管理系統(tǒng)，利用AGV轉(zhuǎn)運便捷和RFID技術(shù)的非接觸數(shù)據(jù)安全讀寫功能，實現(xiàn)貨物智能化的信息讀取輸入、數(shù)據(jù)復(fù)核盤庫、出入庫輸送，提高貨物存儲信息的準(zhǔn)確性、安全性和便利性，滿足貨物運輸?shù)膶崟r可視性和準(zhǔn)確性，優(yōu)化倉儲作業(yè)的流程，有效降低產(chǎn)品中轉(zhuǎn)暫存成本、減少人工成本、提升自動化生產(chǎn)水平，為有效提高倉儲效率，具有一定的應(yīng)用價值。

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