基于RFID與PLC云平臺的機場行李位置檢測系統設計

摘 要：為實現機場行李位置的快速檢測與實時監控，開發了基于RFID與PLC云平臺的位置檢測系統。描述了系統的工作過程和控制要求。構建了以RFID電子標簽為行李信息載體，以松下可編程控制器PLC為控制核心，提取行李標簽中值機柜臺號、行李交付登機口等信息的位置檢測系統。開發了基于AnyLink網關的遠程信息傳輸系統，通過云平臺將行李信息數據同步至移動設備端。實驗結果表明，系統實現了對行李位置信息的準確獲取和傳輸，通過PC端和移動設備端的組態界面實現行李狀態、位置數據的實時更新和管理、設備遠程監控和人機交互。系統性能穩定，運行可靠。

關鍵詞：行李系統；位置檢測；PLC控制；RFID技術；云平臺；組態監控

中圖分類號：TP277；TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）04-000-04

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.001

0 引 言

隨著航空運輸業迅速發展，高速增長的旅客運輸人次以及貨運運量對機場行李系統施加了較大的壓力，帶來了較大的考驗，因此加強行李系統的運行自動化以及智能化程度是當下的迫切需求。

在實際應用中，國內外大多數機場對于行李位置信息檢測手段主要包括視覺檢測[1]、條形碼檢測[2-3]、傳感器列陣[4]和無線射頻識別技術（RFID）[5-7]四類。目前，條形碼檢測在各大機場行李系統中應用最為廣泛，但是條碼容易出現污損、遮蓋等現象，導致掃描儀無法準確獲取條碼信息。RFID技術在海外的發達國家機場現已得到了大范圍應用，國內一些大型機場諸如首都國際機場以及廣州白云機場現在都由條碼識別逐步向運用RFID識別過渡。

隨著RFID與可編程控制器PLC技術的快速發展，以二者結合的聯合控制形式已逐步取代傳統的繼電器控制，廣泛應用于物流行業的運行與控制領域，滲透到航空領域供應鏈系統及管理系統的各個環節，在航材、維修管理，機場物流與安防，機場調度監控等方面應用廣泛。位置檢測屬于物流系統中的重要一環，實現行李與貨物位置信息的實時檢測與監控有利于提高機場行李運輸效率，因此機場與航空公司正致力于使用RFID來加強行李追蹤、分配和傳輸。

本文結合RFID技術和PLC技術的優點，設計實現機場行李信息的自動檢測與監控管理系統，搭建云平臺組態監控界面，遠程實時監控行李動態，節省人力資源，提高生產與管理的自動化水平。

1 系統總體設計

1.1 系統設計需求與工作流程

在位置檢測系統設計方面，應當滿足如下要求：

（1）行李位置信息檢測的準確性：檢測系統應當克服傳統位置檢測系統的自動化程度欠缺，人為干預程度大，位置信息獲取不及時、不準確等缺點，開發大范圍內獲取行李位置信息實時、準確、自動化程度高的位置檢測系統。

（2）具有良好的可開發性：系統在滿足獲取基本位置信息的基礎上，針對行李類型的多樣性，不同的始發地以及交付地，能夠有更多位置信息以及物品信息，快速準確識別并進行數據保存。

（3）位置檢測系統的抗干擾性：在行李系統的應用背景下，系統應當避免灰塵、靜電、油污、振動以及電磁輻射干擾，確保其在工作環境下正常運行。

針對以上要求，設計開發了基于RFID和PLC云平臺的位置檢測系統，實現對行李位置信息準確、實時的獲取。該系統的工作流程：當有攜帶RFID電子標簽的行李途徑固定標志點讀寫器檢測范圍時，RFID讀寫器在PLC控制下自動識別標簽的EPC號，根據返回的EPC號讀取該電子標簽的信息及內容，通過與PLC連接的AnyLink網關將行李的位置信息以及附屬信息通過GPRS信號傳輸至云平臺，在云平臺的相關組態界面獲取行李的實時位置以及動態。

1.2 系統結構

根據機場行李分揀系統的需求，該位置檢測系統由3個子模塊構成：

（1）控制模塊：以松下FPG-C32TH PLC為控制核心，其配備32位RISC處理器，可顯著增強PLC的運算處理

能力。

（2）檢測模塊：選用具有多種通信接口的高性能超高頻（UHF）RFID一體式讀寫器為系統的檢測模塊，通過調整輸出功率以改變讀寫距離，適用于機場行李的位置檢測。

（3）組態模塊：選用AnyLink IntelliEdge網關為系統與云平臺的數據傳輸模塊，其集數據采集、工業控制以及云服務為一體，可實現對系統的遠程監控與操作。

本系統中，3個子模塊通過RS 232串行總線通信。在遠距離通信場合擴展485模塊通過RS 485總線等方式實現。AnyLink IntelliEdge網關通過GPRS信號與上位機通信，實現與云平臺的數據交互。系統結構如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 RFID系統設計

系統選用的讀寫器在應答工作模式下能夠執行對RFID電子標簽的讀、寫操作命令。波特率設為9 600 b/s，地址設為00，功率設置為5 dBm，最低讀寫頻率設為902.6 MHz，最高頻率為927.4 MHz，查詢命令時間設置為1 s，其界面如圖2所示。

系統選用的電子標簽標準為EPC CLASS1 G2，其擁有

4個不同的存儲區域，分別為EPC區、USER區、TID區、密碼區，主要使用標簽的是EPC區以及USER區。根據位置檢測系統的設計需求，標簽的第一位為行李類型碼（國內行李標簽第一位以0，3，8開頭，本系統以重慶江北機場行李系統為例，以3作為標簽第一位），第二至四位為行李承運人的結算代號，第五位至第十位為隨機生成的行李編號，并將標簽的高位全部補0。向兩張電子標簽的EPC區分別寫入由上述規則定義的編碼“0000 0038 2470 0001”以及“0000 0038 2470 0002”來覆蓋其出廠時的默認EPC號，用以替代攜帶電子標簽的行李。為簡化介紹，后面用01與02代替，分別表示1號行李與2號行李。

寫入電子標簽EPC號界面如圖3所示。

EPC CLASS1 G2電子標簽的USER區可讀可寫，并且其存儲容量為32 B，用戶能夠根據自身使用需求定義。基于系統設計需求，定義行李的信息包括兩部分內容，每部分占用四位十六進制及一個字節的存儲空間，第一個字節存放行李的始發地及值機柜臺編號，第二個字節為行李的運輸交付地及登機口（登機廊橋）編號。如當USER區前兩字節的內容為0012 0008，即代表此行李是從18號值機柜臺發出，運往8號登機口。與上同理，分別對01、02行李標簽的USER區寫入“0003 0008”“0004 0011”表示行李的值機信息。USER區留有后30個字節的存儲空間以備后續的開發以及擴展使用。詳細見行李信息編碼表1。

2.2 PLC系統設置

系統選用松下FPG-C32TH機型，該機型使用電源為直流DC 24 V，配備32位RISC處理器，中間為控制單元，左側可擴展4臺擴展單元，右側可擴展3臺，以此可達到最大I/O點數384點，使小型PLC能夠實現超高速的運算與處理，并且使PLC的指令運算高速化，大幅縮短PLC在工作時的掃描周期，顯著增強了PLC的運算處理能力。

為實現PLC、RFID讀寫器以及云平臺網關三者的串行通信，擴展一塊型號為AFPG802的松下通信插件，并通過該模塊的2個RS 232C接口連接硬件，實現數據傳輸[8]。為與編程主機通信，將PLC的編程口通信參數設置為波特率

9 600 b/s，數據長度8 bit，停止位1 bit，奇校驗，通信超時設置為5 s，與計算機串口通信參數的設置一致。PLC通信設置如圖4所示。

PLC使用COM1端口同網關實現數據傳輸，對COM1端口進行通信設置，其參數為：站號1，通信模式采用計算機連接，數據長度為8 bit，奇校驗，停止位1 bit，無結束符，起始符為無STX，波特率9 600 b/s。

COM2端口與RFID讀寫器通信，使用通用通信模式，無校驗，串行通信模式接收緩沖區起始地址為DT2000，緩沖區容量為30個數據寄存器，其余設置同COM1

端口。

3 系統軟件設計

3.1 主程序設計

為滿足系統的普適性與應用性要求，將RFID讀寫器設置為應答模式，由程序控制PLC以1 s的頻率控制讀寫器完成標簽信息的識別與返回，再將其上傳至云平臺組態界面。主程序主要分為3部分，為識別行李標簽EPC號、獲取該EPC號標簽中USER區的內容，將數據加工處理后通過網關上傳至PC機和云平臺組態界面等3個模塊。

主程序流程如圖5所示。由PLC控制RFID讀寫器以1 s

的時間間隔向其識別范圍內發出查詢EPC號的指令，當帶有RFID標簽的行李或者物件通過系統的檢測范圍時，如一旦查詢EPC成功，讀寫器成功返回電子標簽EPC并且發送至指定的數據寄存器，程序自動向此被鎖定的EPC號發出查詢USER區從00字節起始，前兩字節內容的命令（第一字節內容為行李值機柜臺，第二字節內容為行李交付登機口）。當USER區的內容返回后，放置在指定寄存器進行數據運算處理，并將處理結果通過RS 232串口傳輸給云平臺網關，由網關通過GPRS信號上傳至云平臺組態界面。組態界面應顯示此行李的EPC號、到達的監測點位置及值機柜臺號和登機口

信息。

3.2 CRC循環冗余校驗碼生成程序設計

實現PLC同RFID讀寫器串行通信，準確獲取標簽EPC號與USER區內容的關鍵在于G20型號讀寫器約定的相關通信協議。在該型號讀寫器的通信協議中，命令語句的末尾均需要附加CRC-16校驗碼[9-10]，且約定的校驗碼多項式為H8408。程序設計中，將CRC校驗碼算法設計為PLC子程序，當通信過程中需要使用校驗碼時，通過調用子程序計算，其設計流程如圖6所示。

3.3 云平臺組態界面設計

云平臺組態界面使用的編輯軟件是AnyLink云平臺內置的組態編輯軟件，在此界面中使用了文本控件，綁定了數據項的圖像控件以及Timestamp控件（該控件可以從PC機上獲取時間信息并在組態界面予以顯示）。各控件與PLC寄存器（繼電器）的對應關系見表2所列。

當行李進入檢測系統監測范圍內后，讀卡器在PLC的控制下將電子標簽中相關數據傳輸到指定緩存中，經由PLC運算處理后將行李信息通過網關上傳至云平臺組態界面。在上位機監控界面，行李的EPC號、位置信息、辦理行李的值機柜臺以及交付登機口會在文本中以數值方式顯示，上位機總開關以及外部現場開關的開啟以及閉合狀態會使用綠色和紅色填充色加以區別（綠色代表開關狀態為開啟，紅色代表關閉）。云平臺組態界面如圖7所示。

位置檢測系統選用的AnyLink云平臺能夠將設備信息同步至手機移動端，在微信小程序中顯示，客戶能夠通過小程序實時監控設備的運行狀態、下發指令和查看歷史數據，讓用戶可以更快捷、方便地管理設備。移動設備端界面如圖8

所示。

4 結 語

為實現機場行李位置信息的實時檢測與監控，提高行李分揀、運輸效率，本文將RFID技術與PLC控制結合，依托云平臺網關設計了行李位置檢測系統，實現了對系統中行李的快速定位與位置監控。該系統利用PLC控制RFID讀寫器自動獲取通過檢測點的行李信息，并通過網關上傳至云平臺，實現對行李的遠程監控。

經測試，證明該系統響應快速、靈敏，能夠準確識別行李信息，能云端同步顯示及更新，并且基于RFID技術，行李標簽信息具有良好的擴展性，可以記錄更多的行李或貨物信息。將系統稍加改變，也能夠滿足不同的場合與功能需求，具有較好的工程適用性。

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收稿日期：2023-04-08 修回日期：2023-05-09