基于感应无线技术的智能仓储管理系统

【摘要】对感应无线技术智能仓储管理系统的工作原理及其构造、组成进行了研究,并提出了在实际应用中解决工业现场干扰的具体办法和措施。该设计具有设计先进、抗干扰能力强、安全可靠性高等特点,能很好地解决工业现场自动化控制的信号传输问题,对提高工业自动化控制水平、提高生产效率、保证生产安全有着重大意义。

【关键词】感应无线通信技术 编码扁平电缆 位置检测 数据通信 调制解调器 数据通信 仓储 巷道 电磁波 串行接口

【中图分类号】TN919.72【文献标识码】A【文章编号】1009-9646(2009)03(a)-0147-03

1 概述

大中型仓储系统中的各种移动巷道式堆垛车与中央控制室之间的实时数据通信和小车的快速位置检测,多台移动小车的快速精确定位,实现小车自动行走控制及取、存货物操作达到计算机集中联接等一系列自动化技术问题的解决,对仓储系统的安全生产和提高生产管理自动化水平,提高生产效率和经济效益有着十分重要的意义,是我国从事仓储自动化控制的工程技术人员着重考虑的一项工程技术问题,但是,由于仓储系统中电气干扰以及小车的频繁移动和工艺要求的精确定位等因素,致使这个自动化问题成为一直困扰我国仓储系统向智能化、自动化方向发展的一大难题。近几年来,随着感应无线通信及位置检测技术在国内钢铁企业上的成功应用,感应无线通信及位置检测技术已日渐成熟,将该项技术应用到仓储管理系统中结合计算机技术、自动化控制技术,实现仓储管理的智能化、自动化控制,必将推动我国仓储物流自动化管理水平跃上一个新的台阶。

仓储系统中各移动小车的精确定位与货物自动存取,是实现仓储系统管理自动化的关健所在,常规的定位方法由于其系统定位精度差,可靠性低等因素而强差人意。应用感应无线技术实现仓储系统小车自动走行、货物自动存取,计算机集中联控在国内目前还是空白,随着我国的信息化带动工业化、以工业化推动信息化发展战略的实施,计算机技术广泛应用,实现仓储管理系统的自动化、智能化、信息化已成为历史的必然,并具有广阔的发展前景,将对提高生产的自动化程度,保证安全生产、提高生产效率、减轻工人的劳动强度有着重要意义,产生巨大的经济效益和社会效益。

2 感应无线技术的工作原理

感应无线技术的工作原理是利用敷设在地面的电缆中的交叉对线与安装在移动机车上的感应天线之间的是电磁感应来实现通信的。其实质就好比一个互耦变压器两端的信号传输。不仅如此,通过增加电缆中对线的个数及其在位置上的交叉编码,可得到那就是位置检测,利用各对线在不同位置感应到信号相位的不同达到识别天线亦即移动机车位置的目的;精度达1cm至5mm。

鉴于感应无线技术的优越特点,使其特别适用于移动机车的精确定位的控制,方便机上与地面的信息交换,甚至实现移动机车的自动走行和无人操作。工业中固定轨道的移动机车行走位置的自动检测,是实行机车自动化控制的一个不可缺少的部分。利用固定与地面轨道旁的一根感应无线编码扁平电缆,与机车上的天线间的电磁感应,作为行走位置检测的手段,是一种新型的应用技术。其特点是:非接触式、连续地、绝对位置检测;检测方式多样、且具有高分辨率(5mm)。由于这项技术具有优越的综合指标和使用价值,因此将在仓库储存得到广泛应用。

3 系统硬件设计

3.1 硬件组成框图(见图1)

3.2 硬件设计原理

根据结构来划分,智能仓储管理系统由实时控制中心(TC)、地上局(LP)、感应无线编码电缆(IRC)和机上部分(OP)组成;其中实时控制中心和地上局组成中控室。各部分功能如下:

(1)实时控制中心:通过标准RS232/RS485口与上位机交换信息,接收实时控制中心、地上局检测到的各车地址及状态数据,将上位机下达的数据和生产计划及指令编成统一格式报文通过编码电缆发往各移动巷道式堆垛车。

(2)地上局:由位置检测和IR-MODEM(地上调制解调器)两个单元组成。位置检测单元从编码电缆中提取位置信息,经比较运算后得到当前巷道式堆垛车的绝对位置;IR-MODEM与安装在巷道式堆垛车上机上部分的IR-MODEM共同完成小车与地面的通信联络,传送各种数据和指令。一个地上局可控制两个机上部分亦即两台巷道式堆垛车。

(3)感应无线编码扁平电缆:根据距离的长短有各种规格之分,本方案使用的电缆有:25.6m、51.2m、102.4m三种,分别适应冷库的14m和35m与90m。电缆的头尾分别连接始端箱和终端箱,两段电缆之间通过段间箱连成一个整体;信号的接续由始端箱通过控制电缆和设在中控室的HVB(阻抗匹配器)完成。

(4)机上部分:由控制器、IR-MODEM(机上调制解调器)、感应天线三部分组成。控制器是机上部分的首脑,负责机车各类开关量和模拟量的输入输出,显示当前巷道式堆垛车工作状况,控制巷道式堆垛车工作,并通过机上IR-MODEM与地面中控室交换信息;IR-MODEM除完成地上IR-MODEM的任务外,还要提供位置载波,供地上局进行位置检测。感应天线为双工工作,内置发射天线与接收天线及相应的信号放大装置。

根据功能来划分,将系统分为以下模块:由用户终端和局域网构成的网络模块;由监视动画机和计划、记录机构成的管理模块;由地上CPU、地上调制解调器、地上功放、阻抗匹配器、感应无线编码扁平电缆、感应天线、车上功放、机上调制解调器和机上CPU构成的通信模块;由地址检测CPU、带通滤波地址检测板、精密地址检测板构成的地址检测模块;由机上CPU、输入输出板和巷道式堆垛车上各电器开关构成的控制模块。

网络部分是在局域网上设计专用网页,使仓库库存的有关信息能方便地在各有关部门的局域网中查询到。

计划、记录、统计部分是仓库的集中管理系统之一,按照计划提取货物,实时记录存、取货物的时间,按时统计库存数据,实际地反映仓库的工作状况和库存情况。

通信模块应用感应无线通信技术,它是一项新颖的数据通信技术和位置检测技术。从形式上讲,它既不象有线通信那样用电缆连接(因为那样势必羁绊机车的频繁移动)也不象无线通信那样仅依靠天线的发射和接收,(势必受到各种电磁信号的干扰,使通信质量下降),而是集中两者的优点,既有有线,又有无线:在有限的很长一段距离上使用有线,而仅在很短的距离(0~25cm)上使用无线,因而既有有线的通信可靠,又有无线的移动便利。其原理是利用敷设在地面的电缆中的交叉对线与安装在移动机车上的感应天线之间的电磁感应来实现通信的。其实质就好比一个互耦变压器两端的信号传输。

地址检测模块功能原理:当车上CPU通过串行口发送出载波,经由功率放大器放大,通过通信电缆输送到发送天线,信号在天线上谐振后向空中发出电磁波,感应无线编码扁平电缆在空中接收到该电磁波,并在各对线中产生感应电动势,由于感应无线编码扁平电缆中各对线经过HVB(阻抗匹配器)和终端箱电阻匹配后形成回路,因此在感应无线编码扁平电缆中各对线内产生了感应电流,并由通信电缆送到HVB,经过HVB将电流信号由双端输入转换成了单端输出后,将R信号和G信号同时传输到带通滤波板,由地上CPU通过总线控制带通滤波板的模拟开关电路分时采集R信号和G信号,经放大和电子滤波,得到我们所需要的有用信号将其送到地址检测板,地址检测板中,R信号经整流滤波后送A/D转换器,经地址检测CPU采集比较,送出信号幅值最大的一路作为基准信号,该基准信号与带通滤波板送来的G信号作相位比较,得到一组串行的格雷码地址数据,由地址检测CPU变换后得到各路当前机车所处的APD位置。同时HVB将G0信号和G0′信号传输到HRPD地址检测板,由板上单片机控制的模拟开关电路分时采集G0信号和G0′信号,经放大和电子滤波,得到我们所需要的有用信号,该信号经整流滤波后送到A/D转换器,由板上单片机采集、运算、查表后得到精密地址数据。该数据经PC采集后与APD地址数据综合,即可得到反映机车相对于感应无线编码扁平电缆的绝对地址的高精度位置数据。

控制模块是机上部分的核心,负责机车各类开关量和模拟量的输入输出,显示当前巷道式堆垛车工作状态,控制巷道式堆垛车工作,并通过机上IR-MODEM与地面中控室交换信息。

4 系统的软件设计

本系统主要技术内容有三方面,第一方面是以VB6.0语言为基础开发的实时监控动画和管理系统软件,在上位机上完成实时动画监控和生成库存报表的自动记录和统计;连接局域网,方便终端用户从局域网查询。第二方面是以MSK技术、FDMA技术、感应无线位置检测技术和感应无线技术实现多台移动巷道式堆垛车等各种移动机车的快速、实时定位(精确的地址检测)、仓库货物自动存取等工作。第三方面是确定通讯协议以汇编语言实现移动巷道式堆垛车等各种移动机车与地上局、实时控制中心的联系。基本结构及原理详述如下:

4.1 感应无线智能仓储管理系统实现途径

该系统是通过标准串行接口RS232/RS485口实现上位机和下位机通讯,来获取监控动画数据和库存报表的自动记录和统计;通过MSK技术、FDMA技术、感应无线位置检测技术、感应无线技术和感应无线位置检测设备、感应无线编码扁平电缆来实现移动巷道式堆垛车的快速、实时定位和实现中控室与移动巷道式堆垛车数据通信。通过汇编语言实现移动巷道式堆垛车与地上局、实时控制中心的联系和实现巷道式堆垛车上工作的动作信号的采集与指令的下达。因为要区分各种各样的动作信号,我们就需要制定特定的通讯协议。

图2中,网络部分:通过仓库局域网与中央控制室中的计划、记录计算机相连接,用户终端随时可察看、调用工作记录、库存记录与统计表。中央控制室:中央控制柜用来固定实时控制中心、地上局和其它配套器件;地上局是地址检测部分的核心,用来检测出巷道式堆垛车的绝对地址,并显示地址;实时控制中心是整个系统的核心装置,用来对整个系统的运行控制,采集、分析、处理、传输数据和对巷道式堆垛车定位;监视动画显示机连接实时控制中心,用来监测巷道式堆垛车存、取货物动作的工作状况;计划、记录机连接实时控制中心,用来对巷道式堆垛车下达存、取货物的计划和对工作状况、库存实时记录,逐天,逐月统计库存,并生成报表,使存取货物集中管理。感应无线编码扁平电缆:始端箱用来通过通信电缆连接中央控制室和感应无线编码扁平电缆,终端箱用于为感应无线编码扁平电缆的电阻匹配,利用敷设在货物存放架下的感应无线编码扁平电缆中的交叉对线与安装在巷道式堆垛车上的感应天线之间的电磁感应来实现通信和地址检测,确定巷道式堆垛车的绝对位置。巷道式堆垛车:固定在巷道式堆垛车上的感应天线与感应无线编码扁平电缆通过电磁感应来实现巷道式堆垛车与中央控制室的联系,机上局用来对天线接受的模拟信号解调成数字信号送往控制器处理、执行,对控制器输出的数字信号调制成模拟信号通过感应天线发送出去;控制器用来采集巷道式堆垛车存、取货物的工作状况并送往中央控制器和按照接收到的指令控制巷道式堆垛车的机器手臂。

4.2 软件总体结构和模块外部设计:

1)上位机软件和协议部分负责跟下位机建立数据通信联系,传输数据信息。监视动画软件负责将接收到的数据信号处理成图形并显示出来。计划、记录、统计软件负责下达计划、将接收到的数据信号记录成表,并作出统计。整个上位机软件网络部分可划分为三个模块,即:计划、记录、统计。其功能主要是为远程用户提供实时工作的相关数据,以便于管理者、用户查询最新库存数据情况和工作状况等。

2)下位机软件和协议部分负责跟上位机建立数据通信联系,传输数据信息。

中央控制软件部分对整个系统的运行控制,采集、分析、处理数据。负责联络上位机、中央控制室、巷道式堆垛车。服务器软件又叫缓存软件,负责将实时控制中心处理的数据存储起来,供上位机随时读起数据;将上位机下达的指令和数据存储起来,供实时控制中心需要时获起。实时控制中心软件负责系统的通信,数据的分析、计算、比较和传输,是系统的核心。地址检测软件负责将地址板采集的数据计算、比较、处理,得到取货车的初地址(精确的10cm)。精密地址软件负责将精密地址板采集的数据计算、比较、处理,得到巷道式堆垛车的精密地址(精确的1cm至5mm)。车上软件部分只包括控制器软件,它负责联络中央控制室,分析、判断、处理实时控制中心送来的指令和数据,确定巷道式堆垛车的行动方向、位置和指挥巷道式堆垛车机器手臂的工作。

5 结束语

该系统不仅可以控制巷道式堆垛车自动按计划存、取货物,自动按计划生成存、取货物记录和库存统计报表,并可以为管理者等各终端用户提供查询任务。该系统能提高仓库管理水平、节省劳动力、提高工作效率,使仓库管理信息化,智能化。

参考文献

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