基于AGV与RFID的智能仓储系统的应用研究

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所属分类:AGV资料
摘要

传统的立体仓库仅能实现货物的自动进出,控制系统的信息化智能程度和仓储数据的准确性较低,随着国内用地成本、仓储成本、人工成本的逐年攀升,智能仓储系统将大有可为。文章基于AGV与RFID技术在立体仓库上的应用,提出一整套智能化的信息输入、数据复核、出入库输送系统,实现仓储管理的自动化、信息化、智能化,对于物流仓储行业的发展具有重要意义。

引言

随着土地价格的飙升,制造型企业和快递行业仓储费用不断攀升,如何有效使用有限的土地逐渐成为企业越来越关注的问题,而立体货架能有效解决目前的问题。据粗略统计,到2016年底,我国自动化立体货架的保有量超过几万座,几乎遍布所有行业。智能仓储是基于立体仓库技术结合自动控制、智能检测、信息管理等技术,与自动化生产车间或智能车间无缝对接,具备更加智能快捷的货物存储功能,而且随着政府大力提倡“中国制造2025”推进自动化和智能化,智能仓储在制造和使用方面将迎来更大的机遇。本文介绍一种基于 AGV 与 RFID 技术的智能仓储系统的应用与研究。

1 主要技术简介

1.1 立体仓库

自动化立体仓库也称高架库或高架货架,一般是指采用多层、十几层甚至几十层高的货架储存单元货物,用相应的搬运输送设备进行货物入库和出库作业的货架。自动化仓储系统(AS/RS)是物流技术革命性的成果,它一般由立体货架,提升机,输送机,控制系统和计算机管理系统等构成,可以在计算机系统控制下完成货物的自动存取作业[1]。

立体仓库目前的实现方式一般为巷道式堆垛机、巷道式堆垛机+穿梭车,近几年随着技术的进步逐步出现了子母穿梭车、四向穿梭车等技术,一个立体仓库采取什么方式来实现,需要根据自身仓储产品及仓库条件来综合确定。

1.2 AGV

AutomatedGuidedVehicle 简称 AGV,是指装备有磁条、光学或视觉等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护装置以及各种移载功能的运输车,工业应用中可以无人驾驶的搬运车,以蓄电池为其动力来源。AGV 能代替输送线进行货物运输,具备更大的线路灵活性和场地占用优势,目前应用中其导航方式通常使用磁条导航或激光制导。

1.3 RFID 技术

射频识别(RFID)是 Radio Frequency Identification 的缩写,是非接触式的自动识别技术之一,通过无线射频方式进行非接触数据交互,利用无线射频方式对 RFID 芯片进行读或写,从而达到识别目标和数据交换的目的,在数据实时更新、存储信息量、使用寿命、工作效率、安全性等方面都具有优势,已广泛应用于众多领域,包括物流、交通、身份识别、防伪、资产管理、信息统计等行业。RFID 电子芯片根据其工作频率分为超高频、低频、高频,超高频标签的工作频率在 860MHz-960MHz 之间,阅读距离最大可达 10 米以上,由于读取距离较远,传送数据速率快,被广泛应用于大宗货物识别与自动收费系统中,但造价较为昂贵;低频 RFID 电子标签一般采用电磁耦合原理,应用较少;高频典型工作频率为 13.56MHz,阅读距离一般情况下小于 1 米,广泛应用于电子身份证、门禁卡、防伪标签等数据交互场景,本文应用方案就是基于高频 RFID标签技术。

2 系统总体结构组成与实现

整个系统包含:RFID 信息处理读写系统、AGV 装运、入库输送系统(实现双向出、入库功能)、整垛机带尺寸检测、货物入库提升机、货架系统、认址条码、穿梭母车、穿梭子车、货物出库提升机、母车垂直输送机、出库输送系统、电器控制系统、信息管理系统(WMS 及 WCS)、监控调度系统。
系统具备 AGV 自动转运、输送、货物升降、货物智能存取、RFID 数据信息集成、自动生成执行存取方案、定位、设备自救、设备故障报警、系统功能增减、系统功能按需定制等功能,出入库流程图如图 1、图 2 所示。

基于AGV与RFID的智能仓储系统的应用研究

图 1 入库流程图

基于AGV与RFID的智能仓储系统的应用研究

图 2 出库流程图

2.1 RFID 信息处理读写系统

嵌入 RFID 芯片的空托盘在进入前端自动线码垛机托盘缓冲区装载产品前,读写系统将先检测托盘的 RFID 标签是否可读,如 RFID 托盘标签可读则清除 RFID 芯片数据并输送至码垛机装载区,如读取失败则声光报警提示,由工人剔除受损空托盘。在装载区 RFID 托盘信息采集系统接收 ERP 生产系统下发或人工设定的产品信息,并与采集的 RFID 托盘标签信息绑定。绑定信息通过有线网络传输至立体仓库管理系统中。
立体仓库出入输送线安装 RFID 读写设备,用于采集托盘的 RFID 标签信息,在出入库系统过程中起到核对托盘货物信息作用,保证读取货物信息的准确性,采集成功的托盘标签信息通过网络发送给立体仓库管理系统,由仓库管理系统控制托盘的出入库作业,并实时交互更新WMS 数据,保证数据的准确性。

2.2 AGV 转运

AGV 自动接收前端自动码垛装载区发出的托盘满载信号后从装载区取走托盘货物,系统后台控制节拍并按照预设路径运输到入库输送系统,定点定方向摆放托盘货物。输送过程中自动识别托盘 RFID 标签,判断货物是向哪里入库,实时在控制系统显示当前货物运送状态,满足更加灵活化的输送需求。

2.3 出入库输送系统

出入库输送系统由输送辊道、链条机、移载机、RFID识别器等组成。通过中央控制系统使这些设备协调动作,完成相应的工艺数据采集;在需要停准位置,设有定位装置,货物需要准确停止的位置,采用光电开关与机械止挡使得在任何情况下到达同一位置。
入库系统实现托盘货物从 AGV 到整垛机、入库提升机的联线运输,并实现托盘货物输送缓存、自动识别托盘RFID 标签,判断货物是入库的具体需求。
出库系统实现托盘货物从出库提升机到装车缓冲区的联线运输,并实现托盘货物传送缓存、自动识别托盘RFID 标签,判断货物品种是该装入几号转运平板车至对应卸货地点。

2.4 尺寸检测整垛机

识别检测托盘货物外形尺寸判断入库货物是否需要整垛,对托盘货物表面尺寸进行整理,使其外形尺寸满足货物入库标准,保证入库货物满足内部立体货架具体尺寸规格要求。
在整垛机中设置尺寸检测装置,尺寸检测装置用于货物长、宽、高外形检测,在入库缓冲输送线纵向平面的左右前后四角分别设有自动开合整垛板。输送线左右方向位置设导向板,输送线的机架在输送平面前侧设有定位所述的托盘前后位置的纵向阻挡器,挡板夹持力度由伺服电机可控。

2.5 货物出入库提升机

出入库提升机实现入库输送系统的托盘货物上下运输,软件设定传输路径、速度、节拍,变频控制运行速度,并有安全防护措施,保证人员和货物的安全。货物出入库提升机兼容母车垂直提升机,如果子母车在立体货架内部输送巷道内出现严重故障等无法维修情况,可通过出入库提升机将母车输送至立体货架低层,满足维修或者更换的灵活性,减少维修人员高空作业风险以及维修过程对整个立体货架工作连续性的影响。

2.6 穿梭子母车

穿梭子母车是由穿梭母车和穿梭子车组合而成,穿梭母车在货架主体每层滑触线轨道内行走,滑触线供电,实现托盘货物从入库提升机到指定货位、从指定货位到出库提升机的联线快速直线运输。
穿梭子车在货位放置巷道行走,子车自带电池由母车使用供电,实现托盘货物从母车到指定货位、从指定货位到母车的联线直线快速运输。子车载着托盘货物、母车载着子车在主轨道上快速运输,子车集成 RFID 读取器具备盘存、查库等功能,通过 WLAN 实现与 WCS/WMS 数据交互,实时更新显示工作状态及运送货物状态。子母车在巷道内输送过程中均能实现轮行测距、认址条码、红外测距三种测距定位方式。

2.7 电气控制系统

电气控制系统的功能主要有手自动控制方式切换、信息查询、停电保护、应急报警等功能。现场分布触摸屏设置密码保护,重要的操作需要密码录入确认后才能进入操作界面,可实现权限更改。通过按钮可实现控制方式的相互切换,主要的控制方式有手动方式、自动方式、在线方式和急停方式[2]。
主控制箱(主站):总线电缆从 CPU 模块的以太网接口接到下一从站控制箱的接口模块上,动力电缆和信号电缆接至柜内端子,通过相应的端子上柱头连接到柜内元器件上。柜内安装 PLC 模块和通讯模块等各类元器件。现场控制箱(从站):每组设备设置一个现场控制箱,安装在输送机下部适合的位置。箱内控制器对所控制设备的电机进行控制;I/O 模块对所控制设备上的检测元件的信号进行采集和对执行器件进行控制。

2.8 信息管理系统(WMS 及 WCS)

主要包括计算机管理系统,计算机调度、监控系统、手持终端系统、接口管理系统。实现对自动化立体仓储的统一管理和调度;实现与操作执行层的信息集成,实现企业的物流设备和系统的统一调度,以及库存材料的统一管理和使用,实现作业计划管理、物料管理功能如图 3 所示。

基于AGV与RFID的智能仓储系统的应用研究

图 3 信息管理流程图


基础信息实现物料的编码定义、存储区域逻辑定义、物料存储安全(包括储量上、下限和存储期限)定义、物料配盘规则定义、物料移库定义和客户编码定义等。基础信息管理由物料基础信息管理、存储区域逻辑划分定义、物料存储安全管理、客户信息管理等组成。基础信息能够与上位 ERP 管理系统的基础数据进行对接和同步,实时更新上位 ERP 的物料状态等信息,避免数据错误和重复录入。

2.9 库存盘点

基于 RFID 技术的穿梭子车能够更方便进行在库库存的盘点,在需要的特定时间,划定盘点范围或整库复核,穿梭子车在所有货物托盘下访巡回,依次采集每个托盘的存储信息,复核货物种类、存放位置,得到整体库存、货物种类数量、货物分布、货架空闲等详细库存信息,并与当前WMS 数据库中数据进行比对复核,多次盘库后更新 WMS数据信息,在必要的时候依据货物分布情况可自动进行内部移库,便于库存货物集中管理,优化货架存储效率[3]。

2.10 监控调度系统

监控调度系统与上物流层管理相连接,接收物流管理层的相关指令与计划,分解下达给各执行设备层,并反馈下层设备完成情况,同时支持多种设备的添加与管理。实时监视整个立体仓库中各部分的运行情况,动态显示子母车和出入库传输设备以及各货物的运行位置,显示所有任务的当前运行状态,出错报警情况,并能直接独立地控制仓库中所有设备的运行[4]。

3 结论

该文主要介绍了一套基于 AGV 与 RFID 技术的智能仓储管理系统,利用 AGV 转运便捷和 RFID 技术的非接触数据安全读写功能,实现货物智能化的信息读取输入、数据复核盘库、出入库输送,提高货物存储信息的准确性、安全性和便利性,满足货物运输的实时可视性和准确性,优化仓储作业的流程,有效降低产品中转暂存成本、减少人工成本、提升自动化生产水平,为有效提高仓储效率,具有一定的应用价值。

参考文献:

[1]赵平,毛劲.智能仓储在白酒行业的应用研究[J].现代商贸工业,2018(7):54-55.
[2]林明晖,徐雨,任恒杰,等.升降横移式停车设备在电力柜存储系统中的应用[J].物流技术(装备版),2013(6):103-106.
[3]谭章禄,刘浩.基于 RFID 技术的智能仓储管理系统架构方案[J].制造业自动化,2013(23):47-51.
[4]魏红雨,高菲.高速堆垛机控制系统[J].科研,2016(12):46.

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