监控技术在物流自动化仑储系统中的应用

随着商品经济和信息技术的发展，自动化仓储系统(ASS—Automatic Storage System)已在大型集团企业、商场和国防等各个领域中崛起。它是一种自动存储和取出货物系统，是当今最新型的仓储设施。

现代ASS中货物虚实的自动化识别是ASS的前提。ASS是由高层立体货架、堆垛机、输送系统、信息识别系统、计算机控制系统、通信系统、监控系统和管理系统等组成的。其中，信息识别系统的作用是完成对货物品名、类别、货号、数量、等级、生产厂，甚至货位地址的识别。为实现这些功能，可用条形码、磁条、光学字符和射频等识别技术来对物流信息进行采集。而货位的虚实识别技术，即自动判断货位上货物的有无就是信息识别系统的重要组成部分，是实现仓储货位自动管理的基础，也是解决堆垛机和货物安全的必需。

软件法是货位虚实识别技术的首选

应该说货位虚实识别技术的方法有多种，但是用软件法来判别货位虚实，其设计思想简单、实施方便，可在线自动完成货位虚实的判别及修改，故为首选。

软件法实际是用数据库技术，是在管理计算机数据库中设置一张货位表。表中字段“有货”为“是/否”逻辑型。字段值为YES的货位，表示该货位有货即“实”，字段值为NO的货位，表示该货位无货即“虚”。

货位的虚实是由AS/RS监控系统根据货物入出库实际情况自动修改的。其工作流程如下：当有货物准备入库时，监控系统程序查询货位表中是否有货字段为NO的空闲货位，如果有，将其分配给相应的堆垛机，并发出存货命令，堆垛机将货物放在该货位后，向上位机监控程序返回“存货命令己完成”的信息，这时上位机监控程序就将该货位对应的有货字段改为YES；货物出库时反之。然而，当工作为离线方式时，软件法无法完成货位虚实的判别，此时应用传感器法。
　　
传感器法的应用

传感器法是将传感器安装在堆垛机货叉适当位置上，检测货位上是否有货存在的方法。传感器法使用的传感器主要有反射式光电传感器、超声波传感器等。

1 光电传感器的检测

安装在堆垛机货叉上的组件式光电传感器，其输出作为堆垛机控制器的输入信号。存货时，如果欲存货的货位无货，则光电传感器无输出信号；如果欲存货的货位有货，则光电传感器输出信号，堆垛机控制器接收该信号后，便立即停止运行，同时向上位计算机发出故障信号，等候处理。

2 超声波传感器的检测

组件式超声波传感器由声波发射器、接收器、定时器及控制器等组成。其应用回声测距的原理。当堆垛机货叉向货位靠近时，首先由声波发射器向货位发射高频脉冲波束，波束发射后即刻自行关机，同时又打开声波接收器检测回声信号，定时器则记录在空气中声波的传播时间，从而换算出被测货物到声波传感器之间的距离，从而识别货位虚实。图1所示超声波传感器的检测示意图。

图1  超声波传感器的检测示意图

一线（网络）法(1-Wire Net) 设计方案

在对货位和可靠性要求很高的场合中，每个货位上都要安装一个开关。这样做的缺点是大量的开关与识别装置（计算机）的联线比较麻烦。为此，采用最新型的一线（网络）法，可谓是一种性价比不错的设计方案。

一线网络也称为微局域网(MicroLAN)，是由总线主机(BUS Master)、数据线—普通双绞线(及其扦接件)和1-Wire器件等三类设备所构成的，如图2所示。

图2  一线网络结构

在系统中，共用一条数据线的器件叫1-Wire器件。1-Wire器件通过一个端口连接到微处理器，这些器件有存储NVRAM、EEPROM、可寻址开关、数字传感器、时钟等类型。大多数1-Wire器件完全靠从数据线上获得的电源供电。当数据线上为高电平时，电荷存储在器件内部；当数据线为低电平时，这些电荷可提供能量。

总线主机与1-Wire器件之间双向（半双工）传递信号和1-Wire器件的供电仅靠一根线(普通双绞线—数据线)，1-Wire Net因此而得名。一线网络对总线主机的要求不高，任何标准微处理器都可作为总线主机，如晶振频率1.8MHz以上的8051系列单片机、具有115.2kp/s UART的微型计算机(PC)等。图3所示为一种用于AS/RS实用化的用1-Wire器件和PC组成的扩展微局域网。       

图3  由1-Wire器件和PC组成的货位检测方案

       
DS2401是1-Wire器件中最简单的一种，是一种可寻址开关。利用DS2401可以为货位贴上一个唯一的电子标签。每个器件都由工厂用激光刻写一个唯一的、不可更改的64位序列号，即由64位串行码组成的8字节的标识码。第一个字节表示1-Wire器件类型，接下来的6字节是其唯一的地址码，使得同类具有248种地址码，以保证在微局域网上不会产生节点地址冲突；最后一字节是CRC校验码，以供主机在读地址是判断是否发生传输错误。如需判断某开关的开闭状态时，主机只要读与开关相连的DS2401地址码即可。若读到器件的地址码，说明该开关处于闭合状态，其货位为实；否则说明开关处于断开状态，其货位为虚。这样就实现了的货位检测。当DS2401 1-Wire器件的数目超过98时，则必须使用1-Wire扩展器件DS2409，这样使得可使用的1-Wire器件数目几乎没有限制。电子标签中不仅包含货位的虚实状态，而且还可包含货物其他信息，例如在货位的适当位置安装数字温度传感器，可以了解货位的温度。

RFID技术

微波射频识别（RFID）是近年来国外应用最广泛的一项新型自动识别技术，能实现信息数据自动识别。对于远距离(可达10m以上)、高速移动(时速100km以上)、无接触物体识别场合尤为适用。其典型工作频率有915MHz、2.45GHz、5.8GHz三个频段，广泛应用于车辆自动识别门禁、物流，生产线管理、防伪领域。

微波射频式位置检测技术的突出优点是利用无线射频方式进行非接触识别，无须外露电触点，无源电子标签可按不同的应用要求来封装。系统可同时识别多个静止的和高速运动的电子标签。

1 RFID系统组成

微波射频识别系统由读写器、天线、电子标签、专用短程通信协议DSRC及其相关的监控、定位和报警设备等构成，如图4所示。

图4  RFID系统结构框图

● 电子标签由低功耗芯片、基片和微带电路组成。按供电方式分为有源和无源电子标签；按应答方式分为主动式和被动式，目前无源卡已能工作在915MHz、2.45GHz两个微波频段。
● 读写器用于启动(激活)电子标签，实现数据传送，并承担防碰撞和身份验证的任务。对无源识别系统，还应给电子标签提供足够的微波能量。
● 微波射频天线用来接收和发射微波功率，具有良好的方向性。
● DSRC专用短程通信协议通过空间滤波、极化滤波、频率滤波、信号处理滤波和跳频频谱扩展等技术提高系统的准确识别率。

2 RFID在物流自动化仓储系统中的应用

电子标签贴装于货物上，内存货物品名、类别、货号、数量、等级、生产厂家等数据。读写器与天线在安装在堆垛机货叉上，当堆垛机货叉向货位运动时，不断地发射微波能量并接收从电子标签发出的微波信号。用读写器通过天线启动(激活)电子标签并读取货位上有无货物号及其他的数据，将其传送至PC机上，从而实现了货物有无的鉴别。

3 RFID的主要优点

● 成本低廉，便于大面积使用，提高了系统的可靠性。
● 电子标签无须裸露，可用耐火材料或陶瓷封装，耐腐蚀，最高耐温可超过300℃。
● 安装维护简便，标签安装无严格要求，接收距离最远可达>10m。
● 采用绝对编址，无累计误差。使位置识别准确无误。