珠海西门子中国代理商变频器供应商

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随着网络技术向工业控制领域的渗透，产生了工业控制网络，它广泛地应用于对生产、生活设备的控制，对生产过程的状态检测、监视或控制，技术上要求具备高度的性，实时性和性。它的网络节点除了常规微机、工作站以外，多的是具有计算与通信能力的智能电器设备和仪表。因此，智能电器的主要特征就是：产品内嵌微处理器，有通信接口，能与现场总线连接，且采用网络标准化结构等，它不仅完成对现场的各种控制任务，而且还肩负着各类信息的网络远程采集、传输和控制功能，即实现信息控制与管理的网络化。随着目前控制网络结构形式的发展，协议种类增多而协议标准各异，造成诸多问题，开始影响控制网络的进一步发展，而且也成为影响智能电器的研发、产品化、工程应用与推广的主要因素。因此，智能电器作为控制网络中的一个节点，应用场合往往是工业现场，在目前多种总线系统并存的情况下，控制网络的互联技术和智能电器控制网络规范研究成为用户和厂家关心的焦点问题。目前的研究与应用主要采用系统级集成（基于OPC的系统级集成方法）和设备级集成（基于网关的设备级集成）的方法来解决异构控制网络互连问题。

1 基于Devicenet总线的控制网络系统结构

智能电器设备实现信息控制与管理的网络化，就是从传统的现场开关量、模拟量信号控制方式转化为通过现场总线构成的网络控制方式，实现网络化、开放式、分散式、全数字化控制。基于Devicenet总线的控制网络系统结构如图1所示，主要由三部分组成：DeviceNet总线、上位机（主站）和智能电器节点（从站）。

Devicenet是现场总线标准IEC61158的二类总线的设备级网络，也是标准IEC 62026《低压开关设备和控制设备控制器一设备接口（CDI）》所的二种总线。我国已公布GB/T18858.3-2002等同采用该标准。DeviceNet是基于CAN总线技术的现场总线，它沿袭了CAN总线的短报文帧传输、无破坏性的总线仲裁技术、强大的故障诊断能力和抗干扰能力等优点，主要用于实时传输、控制数据。由于智能电器控制网络系统中的通信数据量不大，有些信息的处理可以由智能电器节点本身实现就地控制。因此，可以充分利用DeviceNet特性，对通信数据进行良好的配置以达到实时性、性和性的要求。

上位机（包括Devicenet接口卡）实现智能电器与主机PC的高速数据交换，主要负责对整个智能电器控制网络系统的管理和调度；同时，主机可通过内置网卡或Modem连接到以太网，与以太网上其他总线组成的子网进行数据交换。目前已有商品化的DeviceNet总线PC接口卡。

智能电器节点主要包括微处理器基本系统、采制逻辑、系统监测与保护，Devicenet通用I/0（含A/D,数字I/0）等，主要完成对现场信号检测、参数显示和控制任务，它和传统电器产品的本质区别是内嵌有具有控制与通信功能的DeviceNet通用I/0接口，它不仅是智能电器的组成部分，而且还可立作为DeviceNet网络I/0设备，主要用于连接工业控制系统中的按钮、开关、电磁阀、继电器、指示灯、照明灯等各种现场装置。由于其开发过程涉及DeviceNet协议内容的实现，是开发DeviceNet网络智能电器的基础。目前其开发途径主要是以微处理器为平台，在确定DeviceNet通用I/0的功能和硬件构成的基础上，进行DeviceNet协议栈及应用层的软件设计。
 
2 Devicenet通用军0的硬件电路设计

硬件电路主要包括Devicenet总线通信接口和数据采集I/0两部分，如图2所示。

2.1 Devicenet总线通信接口

主要由微处理器、Devicenet接口、拨码开关及LED显示三部分组成。这部分主要实现与DeviceNet总线的接口以及报文的收发。

微处理器78E58是8位内置的单片机，与52单片机指令兼容并支持KeilC51编程，内置256Byte的内部RAM以及32kB的快闪存储器，避免了由于外扩程序存储器而造成电路设计复杂的缺点，不仅满足Devicenet协议程序的容量要求，而且具有高速、在线程序下载等功能。

由于Devicenet是基于CAN总线的协议，它的数据链路层及物理层部分引用了CAN协议，所以DeviceNet接口是由立的CAN协议控制器SJA1000和收发器接口芯片82C250来实现的，其接口电路如图3所示。DeviceNet接口在系统正常初始化后，当总线上某一节点需要向总线发送信息时，判断总线是否处于空闲状态，在空闲时向总线发送已经作好封装的信息。在总线上的节点接收总线信息并进行验收码位的验收，判断是否是发送到本节点的信息，是接收还是停止接收。当SJA 1000接收完一帧信息后，SJA 1000产生中断信号，从而引起78E58的外部中断，78E58从SJA1000的接收缓冲区接收信息，使接收缓冲区空出以便CAN节点接收新的信息。

拨码开关及LED显示由8位拨码开关、数据缓冲器74HC245和2个LED组成。其中8位拨码开关的二位用作Devicenet三种波特率的设定，六位作为智能电器节点地址的设定（总线多可挂64个节点）。2个LED的显示组合用于显示节点通信的状态和I/0模块的状态。

2.2数据采集I/0电路

主要由AI/AO（模拟量输入／输出）DI/DO（数字量输人／输出）等组成，在单片机的控制下，通过Devicenet总线通信接口，将智能电器的各类数据发送给上位机或者将上位机的控制命令与数据输入给智能电器。因此，本部分电路根据实际智能电器所具有的功能不同而不同。本设计采用了8路AI、2路AO和8路DI、8D0。AI通过CD4051距阵单元构造的组合逻辑，由单片机进行地址选通，经过串行A/D MAX 1247进行A/D转换；D/A转换由具有两路模拟量输出的MA X532实现；数字量输人／输出由数据缓冲器74HC245／数据锁存器74HC37和光耦组成。

另外，Devicenet总线上提供的电压为+24V，而控制系统使用+5V，因此需要对总线电压进行转换，采用DC-DC电源模块HZD05 -24SOSJ实现24V到5V的单路转换。

3 Devicenet应用层协议分析及软件设计

Devicenet协议规范是描述DeviceNet设备之间实现连接和交换数据的一套协议，采用面向对象的方法来进行描述。应用层软件设计需要在熟悉DeviceNet协议的基础上，建立I/0节点设备的对象模型。清楚对象的属性和行为、对象间的相互作用、对象的状态转变的触发条件、不同状态下对象可执行的操作等，然后再进行各个类的编写及主程序的设计。

 3.1 Devicenet的报文传送

与通信链接有关的两类报文I/0报文和显式报文。I/0报文适用于实时性要求较高和面向控制的数据。I/0报文数据帧中的8字节数据场不包含任何与协议有关的信息，只有当I/0报文为大报文经过分割后形成的I/0报文片段时，数据域中有一个字节由报文分段协议使用。连接标识符提供了I/0报文的相关信息，在I/0报文利用连接标识符发送之前，报文的发送和接收设备都行设定。设定的内容包括源和目的对象的属性，以及数据生产者和消费者的地址。显式报文适用于2个设备间多用途的点对点报文传递，是典型的请求-响应通信方式，常用于节点的配置、问题诊断等，如设定属性、属性等。

3.2 I/0节点设备的对象模型描述

每个设备为一个节点，节点是对象集合的模型。节点中定义了一定数量的对象类、实例属性及行为。模型为每个属提供了由4个数字组成的寻址方案，分别是节点地址（ ID）、对象类标识符、实例编号和属性编号。这4级地址与显示报文连接相结合，将数据从Devicenet网络上的一点传送到另一点。本设计节点设备的对象模型如图4所示。其中应用对象有：8个模拟量输人对象,2个模拟量输出对象、8个数字量输人对象、8个数字量输出对象，每个对象对应一个真实的输人／输出点。可见，它定义设备对外部物理接口的行为，如与其他设备的连接等。

连接对象（Connection bbbbbb）：分配和管理与I/0信息和显式信息连接有关的内部资源。所有的服务、属性均可使用显式信息连接来。I/0连接对象负责接收主站下发的轮询命令报文，并发送轮询响应报文给主站；显式连接对象负责接收主站下发的显式请求报文，并发送显式响应报文和未连接响应报文给主站以建立连接。

报文路由对象（Message Router bbbbbb）：路由器显式报文相对应的对象，可将报文路由器到设备中任何对象或实例的通信连接点。

标识对象（Identity bbbbbb）：提供设备的，一般标识信息。标识对象的实例属性在主站扫描时通过显式报文读人，主站通过这些属性值识别节点的类型。标识对象包括供货商ID,设备类型、产品代码、产品名称以及设备版本等。

设备网对象（Devicenet bbbbbb）：提供物理连接的状态和配置重要信息，其实例属性包括介质访问控制标识符（ ID）和波特率等。另外，还负责组2未连接显式请求报文的接收和节点地址重复检测报文的收发。

除上述四项所有节点设备的对象以外，针对不同的Devicenet节点，应设置不同的组合对象、参数对象和应用对象。参数对象用于在带有可配制参数的设备中，参数对象为配制工具访问所有参数提供标准的方法。

组合对象的主要任务是将来自不同应用对象的不同属性组合成一个能够随单个报文传送的属性。设备的输人／输出数据利用组合对象来结构化，其实例属性定义了数据是输人还是输出，并定义了数据来源（应用对象的类编号、实例编号和属性）。本设计组合对象有：轮询输入组合对象，负责把8个模拟量/8个数字量输人对象的数据打包，供I/0轮询连接对象使用；轮询输出组合对象，负责把I/0轮询连接对象收到的数字量输出和模拟量输出解包，供开关量输出对象和模拟量输出对象使用。

例如，对8个模拟量采样输入，并将数据存储在该对象的VALUE属性中，可由外部命令（输入状态改变，周期数据触发器等）触发模拟值的采样。模拟量输人点对象的实例、属性的定义如表1所示。在此实例属性中，有一个可配置的属性（ID=7），因此可选择一个参数对象，提供一个到设备设置数据的公共接口08输入8输出数字I/0数据，选择的实例为组合实例4和组合实例34，组合实例数据的属性格式如表2所示。

随着网络技术向工业控制领域的渗透，产生了工业控制网络，它广泛地应用于对生产、生活设备的控制，对生产过程的状态检测、监视或控制，技术上要求具备高度的性，实时性和性。它的网络节点除了常规微机、工作站以外，多的是具有计算与通信能力的智能电器设备和仪表。因此，智能电器的主要特征就是：产品内嵌微处理器，有通信接口，能与现场总线连接，且采用网络标准化结构等，它不仅完成对现场的各种控制任务，而且还肩负着各类信息的网络远程采集、传输和控制功能，即实现信息控制与管理的网络化。随着目前控制网络结构形式的发展，协议种类增多而协议标准各异，造成诸多问题，开始影响控制网络的进一步发展，而且也成为影响智能电器的研发、产品化、工程应用与推广的主要因素。因此，智能电器作为控制网络中的一个节点，应用场合往往是工业现场，在目前多种总线系统并存的情况下，控制网络的互联技术和智能电器控制网络规范研究成为用户和厂家关心的焦点问题。目前的研究与应用主要采用系统级集成（基于OPC的系统级集成方法）和设备级集成（基于网关的设备级集成）的方法来解决异构控制网络互连问题。

1 基于Devicenet总线的控制网络系统结构

智能电器设备实现信息控制与管理的网络化，就是从传统的现场开关量、模拟量信号控制方式转化为通过现场总线构成的网络控制方式，实现网络化、开放式、分散式、全数字化控制。基于Devicenet总线的控制网络系统结构如图1所示，主要由三部分组成：DeviceNet总线、上位机（主站）和智能电器节点（从站）。

Devicenet是现场总线标准IEC61158的二类总线的设备级网络，也是标准IEC 62026《低压开关设备和控制设备控制器一设备接口（CDI）》所的二种总线。我国已公布GB/T18858.3-2002等同采用该标准。DeviceNet是基于CAN总线技术的现场总线，它沿袭了CAN总线的短报文帧传输、无破坏性的总线仲裁技术、强大的故障诊断能力和抗干扰能力等优点，主要用于实时传输、控制数据。由于智能电器控制网络系统中的通信数据量不大，有些信息的处理可以由智能电器节点本身实现就地控制。因此，可以充分利用DeviceNet特性，对通信数据进行良好的配置以达到实时性、性和性的要求。

上位机（包括Devicenet接口卡）实现智能电器与主机PC的高速数据交换，主要负责对整个智能电器控制网络系统的管理和调度；同时，主机可通过内置网卡或Modem连接到以太网，与以太网上其他总线组成的子网进行数据交换。目前已有商品化的DeviceNet总线PC接口卡。

智能电器节点主要包括微处理器基本系统、采制逻辑、系统监测与保护，Devicenet通用I/0（含A/D,数字I/0）等，主要完成对现场信号检测、参数显示和控制任务，它和传统电器产品的本质区别是内嵌有具有控制与通信功能的DeviceNet通用I/0接口，它不仅是智能电器的组成部分，而且还可立作为DeviceNet网络I/0设备，主要用于连接工业控制系统中的按钮、开关、电磁阀、继电器、指示灯、照明灯等各种现场装置。由于其开发过程涉及DeviceNet协议内容的实现，是开发DeviceNet网络智能电器的基础。目前其开发途径主要是以微处理器为平台，在确定DeviceNet通用I/0的功能和硬件构成的基础上，进行DeviceNet协议栈及应用层的软件设计。
 
2 Devicenet通用军0的硬件电路设计

硬件电路主要包括Devicenet总线通信接口和数据采集I/0两部分，如图2所示。

2.1 Devicenet总线通信接口

主要由微处理器、Devicenet接口、拨码开关及LED显示三部分组成。这部分主要实现与DeviceNet总线的接口以及报文的收发。

微处理器78E58是8位内置的单片机，与52单片机指令兼容并支持KeilC51编程，内置256Byte的内部RAM以及32kB的快闪存储器，避免了由于外扩程序存储器而造成电路设计复杂的缺点，不仅满足Devicenet协议程序的容量要求，而且具有高速、在线程序下载等功能。

由于Devicenet是基于CAN总线的协议，它的数据链路层及物理层部分引用了CAN协议，所以DeviceNet接口是由立的CAN协议控制器SJA1000和收发器接口芯片82C250来实现的，其接口电路如图3所示。DeviceNet接口在系统正常初始化后，当总线上某一节点需要向总线发送信息时，判断总线是否处于空闲状态，在空闲时向总线发送已经作好封装的信息。在总线上的节点接收总线信息并进行验收码位的验收，判断是否是发送到本节点的信息，是接收还是停止接收。当SJA 1000接收完一帧信息后，SJA 1000产生中断信号，从而引起78E58的外部中断，78E58从SJA1000的接收缓冲区接收信息，使接收缓冲区空出以便CAN节点接收新的信息。

 

拨码开关及LED显示由8位拨码开关、数据缓冲器74HC245和2个LED组成。其中8位拨码开关的二位用作Devicenet三种波特率的设定，六位作为智能电器节点地址的设定（总线多可挂64个节点）。2个LED的显示组合用于显示节点通信的状态和I/0模块的状态。

2.2数据采集I/0电路

主要由AI/AO（模拟量输入／输出）DI/DO（数字量输人／输出）等组成，在单片机的控制下，通过Devicenet总线通信接口，将智能电器的各类数据发送给上位机或者将上位机的控制命令与数据输入给智能电器。因此，本部分电路根据实际智能电器所具有的功能不同而不同。本设计采用了8路AI、2路AO和8路DI、8D0。AI通过CD4051距阵单元构造的组合逻辑，由单片机进行地址选通，经过串行A/D MAX 1247进行A/D转换；D/A转换由具有两路模拟量输出的MA X532实现；数字量输人／输出由数据缓冲器74HC245／数据锁存器74HC37和光耦组成。

另外，Devicenet总线上提供的电压为+24V，而控制系统使用+5V，因此需要对总线电压进行转换，采用DC-DC电源模块HZD05 -24SOSJ实现24V到5V的单路转换。

3 Devicenet应用层协议分析及软件设计

Devicenet协议规范是描述DeviceNet设备之间实现连接和交换数据的一套协议，采用面向对象的方法来进行描述。应用层软件设计需要在熟悉DeviceNet协议的基础上，建立I/0节点设备的对象模型。清楚对象的属性和行为、对象间的相互作用、对象的状态转变的触发条件、不同状态下对象可执行的操作等，然后再进行各个类的编写及主程序的设计。

 3.1 Devicenet的报文传送

与通信链接有关的两类报文I/0报文和显式报文。I/0报文适用于实时性要求较高和面向控制的数据。I/0报文数据帧中的8字节数据场不包含任何与协议有关的信息，只有当I/0报文为大报文经过分割后形成的I/0报文片段时，数据域中有一个字节由报文分段协议使用。连接标识符提供了I/0报文的相关信息，在I/0报文利用连接标识符发送之前，报文的发送和接收设备都行设定。设定的内容包括源和目的对象的属性，以及数据生产者和消费者的地址。显式报文适用于2个设备间多用途的点对点报文传递，是典型的请求-响应通信方式，常用于节点的配置、问题诊断等，如设定属性、属性等。

3.2 I/0节点设备的对象模型描述

每个设备为一个节点，节点是对象集合的模型。节点中定义了一定数量的对象类、实例属性及行为。模型为每个属提供了由4个数字组成的寻址方案，分别是节点地址（ ID）、对象类标识符、实例编号和属性编号。这4级地址与显示报文连接相结合，将数据从Devicenet网络上的一点传送到另一点。本设计节点设备的对象模型如图4所示。其中应用对象有：8个模拟量输人对象,2个模拟量输出对象、8个数字量输人对象、8个数字量输出对象，每个对象对应一个真实的输人／输出点。可见，它定义设备对外部物理接口的行为，如与其他设备的连接等。

 

连接对象（Connection bbbbbb）：分配和管理与I/0信息和显式信息连接有关的内部资源。所有的服务、属性均可使用显式信息连接来。I/0连接对象负责接收主站下发的轮询命令报文，并发送轮询响应报文给主站；显式连接对象负责接收主站下发的显式请求报文，并发送显式响应报文和未连接响应报文给主站以建立连接。

报文路由对象（Message Router bbbbbb）：路由器显式报文相对应的对象，可将报文路由器到设备中任何对象或实例的通信连接点。

标识对象（Identity bbbbbb）：提供设备的，一般标识信息。标识对象的实例属性在主站扫描时通过显式报文读人，主站通过这些属性值识别节点的类型。标识对象包括供货商ID,设备类型、产品代码、产品名称以及设备版本等。

设备网对象（Devicenet bbbbbb）：提供物理连接的状态和配置重要信息，其实例属性包括介质访问控制标识符（ ID）和波特率等。另外，还负责组2未连接显式请求报文的接收和节点地址重复检测报文的收发。

除上述四项所有节点设备的对象以外，针对不同的Devicenet节点，应设置不同的组合对象、参数对象和应用对象。参数对象用于在带有可配制参数的设备中，参数对象为配制工具访问所有参数提供标准的方法。

组合对象的主要任务是将来自不同应用对象的不同属性组合成一个能够随单个报文传送的属性。设备的输人／输出数据利用组合对象来结构化，其实例属性定义了数据是输人还是输出，并定义了数据来源（应用对象的类编号、实例编号和属性）。本设计组合对象有：轮询输入组合对象，负责把8个模拟量/8个数字量输人对象的数据打包，供I/0轮询连接对象使用；轮询输出组合对象，负责把I/0轮询连接对象收到的数字量输出和模拟量输出解包，供开关量输出对象和模拟量输出对象使用。

例如，对8个模拟量采样输入，并将数据存储在该对象的VALUE属性中，可由外部命令（输入状态改变，周期数据触发器等）触发模拟值的采样。模拟量输人点对象的实例、属性的定义如表1所示。在此实例属性中，有一个可配置的属性（ID=7），因此可选择一个参数对象，提供一个到设备设置数据的公共接口08输入8输出数字I/0数据，选择的实例为组合实例4和组合实例34，组合实例数据的属性格式如表2所示。

这样，就完成了WINCC与S7-224PLC之间的连接Profibus-DP连接。
3.4 系统网络监控实现
基于Profibus DP组成网络，通过WINCC进行系统组态实现车间并条机的网络监控系统，可以对生产过程中的棉条的喂入速度、输出速度、自调匀整率和棉条的条干历史趋势图进行显示。并对主电机、伺服电机、换筒电机、风机，以及运行各种故障进行报警。由于监视屏上的流程图是根据生产流程而画出的，可以使操作人员一目了然，给维护人员也带来了方便。该监控系统主要可实现以下功能:
(1) 远程控制功能:通过在上位机上的简操作，可以实现对每台机的重要参数进行修改。
(2) 实时监控:实时显示车间各台并条机运行状态，同时能实时显示生产产量状况。
(3) 实时数据采集与数据分析功能:上位机实时地进行现场数据采集，并经算法处理把结果显示在监控见面。尤其能实时显示每台并条机左右眼输出棉条的条干分析趋势图。
(4) 报表生成功能:能自动生成事件报表和产量报表，方便用户查看数据。
(5) 打印功能:能对每台并条机输出棉条的条干曲线、事件报表和产量报表等用户所关心的数据和信息进行打印。
(6) 故障报警功能:能立即显示并条机当前产生的故障，同时在事件报表中能查询历史故障信息。
(7) 紧急应急处理，如果台发生严重危险故障时，且来不及到车间去处理，可以在监控画面操作急停按钮停止系统工作以保证重要设备及人身。
本系统设计的部分监控界面如图8所示。

【提要】给出了基于电子标签的仓储物流控制及管理系统的硬软件组成，阐述了系统方案的设计思路及实现方法。该系统通过电子标签读写器实现了对电子标签的读写；采用OPC技术与组态软件WinCC进行通信，通过PLC实现了对物流的控制；通过对数据库SQL Server访问，完成了物品信息、仓库信息等的自动存储、查询和删除多项功能。系统综合实现了物品单件/批量入库、出库及库内移动等操作。为电子标签技术、物流控制及物流管理的结合提供了应用实例。

0 引 言  
电子标签是一种被称作“射频识别(radio frequency identification，RFID)”的技术。利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。在我国物流业飞速发展的今天，射频技术以其特有的优势，克服了条码识别需要光学可视、识别距离短、信息不可改等缺点，成为物流自动识别领域一个耀眼的亮点[1] 。射频技术的出现，改变了传统的数据方法，它信息含量大，可以根据需要实时改，简化物流的中间环节，缩短物流人工操作时间，其准确性和快速性越来越得到行业的认同。 
电子标签作为数据载体，能起到标识识别、物品跟踪、信息的作用。虽然电子标签技术在国外已成功应用于物流业，大大提高了物流作业效率，但在国内的应用还处于起步阶段，目前在物流业还没有较大规模的应用案例。本文研究实现了基于INTERMEC公司电子标签的物流控制及管理系统。 
1 仓储物流控制及管理系统的方案 
I.1 物流控制及管理系统硬件组成 
物流控制及管理系统由硬件和软件组成。其硬件如图1所示，主要由物流控制硬件平台、物流控制及管理计算机、电子标签及电子标签读写器组成。 

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物流控制硬件平台由堆垛机、机械手和辊道输送机3部分组成， 控制系统采用了3个西门子公司S7．200系列PLC(CPu226)并且相互之间通过EM277(扩展从站模块)连接到Profibus．DP现场总线控制网。 
物流控制及管理计算机：① 负责通过与电子标签读写器的通信完成与电子标签信息的交互，实现对物品进出库的识别；②通过Profibus现场控制网完成与PLC控制器的数据交换，以控制两台辊道输送机、一台4自由度机械手、一台全自动堆垛机，实物的自动出、入库或库内移动等工作；③ 对货物、仓库、客户、管理人员等进行实时管理等。  
1．2 物流控制及管理系统软件组成 
物流控制及管理系统软件分为4部分：
①物流控制及管理系统与电子标签读写器的网络通信；
②物流控制及管理系统前台主界面及后台数据库。该部分主要包括：入库模块、出库模块、报表模块、储位查询模块、物品查询模块、客户信息查询模块、盘点模块、仓库管理模块、人员管理模块和帮助模块等；
③物流控制软件设计。采用西门子WinCC组态软件进行组态及PLC s7—200编程；
④ 物流控制及管理系统与PLC的通信。物流控制平台的组态软件采用了WinCC，系统与PLC通信工作实质上是通过系统与WinCC通信实现的。通信参数为当前入/出库命令、入出库货物的货位号(排、列、层)，以及PLC入/出库动作完成与否的标志。 
2 仓储物流控制及管理系统的设计及实现 
2．1 电子标签、读写器的选择及物品编码的设计 
电子标签芯片采用了INTERMEC公司的915 MHz芯片[2]，通信数据速率为9 600 bps，具备防冲突机制，具备数据完整性及数据性。读写器采用美国INTERMEC公司的2100 915M读写器。该读写器支持串口及标准网口通信。读取距离可达3米，写入距离为读取距离的70％。 
为实现真正的“一物”，编码原则采用了EPC(electron production code)码[3] 。由于EPC码是物品本身具有的属性，即物品在出厂时会由生产厂商对其进行EPC编码，写入到电子标签中。而EPC编码是在生产厂商加入EPC bbbbbb组织后，由组织给生产厂商分配一个编码的空间以及一些编码规则，让企业自行编码。本系统为方便操作，只定义了12位二进制位的编码。编码规则如图2所示。 

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2．2 物流控制及管理系统与标签读写器通信实现 
本文采用C#语言编程，通过调用基于COM 组件的In—terop．vtComRFID．d11动态库文件的5个主要接口函数实现物流控制及管理系统与读写器的通信，接口函数的主要功能如表1所示。通信内容为物品编码。 
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2．3 物流控制与管理系统数据库设计 
2.3.1 数据库表的设计 
根据系统功能要求进行数据库中表格的建立。通过对用户的需求分析，需要记录物品的基本信息、仓库的基本信息、仓库的操作信息。 
(1)物品的基本信息表包括：物品的编号、名称、生产厂商、种类、规格、等级和物品所属的客户，其中物品的编号为主键。因此要建立一个物品列表，用以储存物品的信息。同时需要为物品基本信息中生产厂商、物品种类和客户建立单的表。在物品的生产厂商表中包含生产厂商的名称和代号，生产厂商代号为主键；在物品种类表中包含物品种类的名称和代号，物品种类代号为主键；在客户表中包含客户的名称、联系人、和联系电话，客户代号为主键。这样的设计满足BCNF范式[4]，表格之间的条理比较清晰。
各个表之间的外键关系如下：生产厂商表的主键与物品列表中的生产厂商代号相关联；物品种类表的主键与物品列表中的生产厂商代号相关联；客户表的主键与物品列表中的客户代号相关联。 
(2)仓库的基本信息应包括用于记录职工基本信息的仓库人员管理表，及用于记录仓库库位信息的仓库信息表。仓库人员管理表中包括职工的代号、姓名、职位、联系电话、号码和住址，职工代号为主键。仓库信息表中包括存放地点(相当于库位的标号)、仓库号、区域、货架号、层、行、列、是否为空几个属性，其中存放地点为主键。 
(3)仓库的操作信息应包括用于储存入、出库及库内移动操作记录的入库表、出库表及库内移动表；用于储存当前仓库中物品记录的库存表；用于记录员工增删情况的人事变动表。入库表中应该记录物品的编码、入库的时间、经手人和存放地点，其中以物品编码和入库时间联合作为主键；出库表中应该记录物品的编码、出库时间和经手人，其中以物品编码和出库时间联合作为主键；库内移动表中应该记录物品的编码、移动时间、经手人、原存放地点和新存放地点，其中以物品编码和移动时间联合作为主键；库存表中应该包括物品的编码、入库时间、存放地点和经手人，其中以物品的编码作为主键。人事变动表中应该包括操作号、人事变动的内容、变动的时间、变动人员的代号和变动人员的姓名，其中操作号为主键。另外，系统中还需要有用户的登录信息表用于记录用户的登录信息。登录信息表中应该有登录的用户名和密码，其中登录名为主键。为起见，在设计登录界面密码及储存于数据库时，系统采用MD5加密算法[5.6] 。 
2.3．2 数据库中表的关系 
数据库中表的关系如图3所示。它描述了数据库中所有的表以及这些表之间的关系。对于表之间的触发器、为程序设计的存储过程、约束等具体内容这里没有详细列出。 
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2．4 物流控制与管理系统实现的功能 
物流控制与管理系统功能结构如图4所示。 

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主要有：入库模块、出库模块、报表模块、储位查询模块、物品查询模块、客户信息查询模块、盘点模块、仓库管理模块、人员管理模块、帮助模块。所有的功能模块都需要与数据库相关联。主界面采用C#语言编程，数据库采用SQL Server2000。在与数据库连接的过程中，采用ADO．NET技术[7] 。 
当有出入库或者库内移动操作时，系统要与电子标签读写器进行通信将相关信息写入标签， 并要实现与组态软件WinCC的通信，将操作命令、货物的货位号发送给WinCC，从而通过PLC控制辊道输送机、机械手、堆垛机执行相应的操作。同时把信息写入数据库，实现数据的动态新。限于篇幅下面主要介绍出库模块和物品查询模块。 
2．4．1 出 库 
出库模块具有批量出库和单件出库两个功能。 
批量出库中用户只需要输入要出库的货品信息及数量，该模块通过查询数据库，按一定策略选定所要的物品，从而确定物品所在的货位号(排，列，层)，并将此信息连同出库命令通过OPC(OLE for process contro1)技术传给WinCC组态软件，以控制辊道输送机、堆垛机和机械手完成取货操作。当物品到达仓库出口处，系统接收到PLC出库动作完成信号后，要与标签读写器通信以修改物品标签的信息，同时采用ADO．NET技术，调用数据库中的存储过程修改数据库中相关信息。在实现此功能中，货位的选取，操作结果的判定，与读写器的数据交互，与组态软件的通信等这些工作需协同进行。 
单件出库中用户可以根据货品信息和储位信息某个确定的物品，然后该模块选择这个货品出库，达到了出库的目的。单件出库系统只取出一个惟一确定的物品；而批量出库会顺序取出一些物品，是一个循环操作，直到要出库的物品都出库完毕为止。 
2．4．2 物品查询 
此模块支持本地查询及嘲络鱼询。可以查询所有物品信息，包括曾经存放过的和现在存放在仓库中的物品信息。为了查询数据的方便，本模块支持按物品名称查询、物品编码、生产厂商名称、生产厂商代码查询。数据动态实时新。 
2．5 系统与PLC的通信 
物流控制平台在与WinCC通信中，采用了OPC通信方式[8] 。本文使用了opcrcw．comn．dll、opcrcw．da．dll两个动态连接库文件。在C 编程环境中引用这两个文件，调用了这两个动态连接库文件的接口函数。 
2．6 物流控制平台及控制流程 
物流控制平台的基本过程控制单元是PLC，包括供电单元、控制单元、数字输入/输出模块、模拟输入输出模块、Profibus—DP扩展从站模块(EM277)。该平台使用s7—200系列PLC分别控制堆垛机、机械手、辊道3个部分，其中巷道堆垛机是物流仓储主要的设备，它通过对货物进行存、取和转移，完成入库、出库等功能。堆垛机具有3大机构：运行机构、升降机构、货又伸缩机构。运行机构和升降机构使堆垛机到达货位。货又伸缩机构和升降机构组合完成存取作业。运行机构与丌降机构的速度控制通过两台步进电机进行控制，货叉伸缩机构采用一台直流电机进行控制。堆垛机具有自动认址与定位功能，从而实现控制。 
控制流程以入库为例说明。装在仓库出/入货台处的固定电子标签读写器在检测到有物品时，物流控制及管理计算机通过读写器和标签进行信息交互，根据标签的物品信息查询数据库，分配给物品一个货位号，并将货位号写入标签，进而将入库命令、当前入库货物的货位号(排，列，层)传送给物流控制平台。进库辊道上的入库继电器动作，辊道输送带动作，将物品传送至立体仓库前，机械手动作，将物品抓起送至堆垛机上，然后堆垛机将货物送到仓位。运行完成后，堆垛机和机械手均回到原位。物流控制平台将PLC入库动作完成信号反馈给系统，以进行下一次入库操作。出库操作流程类似。 
3 结束语 
本文以我校商业自动化物流实验室的物流实验设备为平台，设计了基于电子标签的物流控制与管理演示与验证系统，将管理和控制融于一体，发挥了电子标签技术具有可识别高速运动物体，操作快捷方便等特点，实现物流控制及管理的自动化，可以满足物流业信息不断增大和信息处理速度不断提高的需求，为电子标签技术、物流控制及物流管理的结合提供了应用实例。 

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