杭州卷煙廠RFID技術(shù)報告

1、杭州卷煙廠行業(yè)卷煙生產(chǎn)經(jīng)營決策管理系統(tǒng)暨成品托盤出庫電子標簽（rfid）應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)報告目 錄1. rfid項目簡介31.1.rfid項目背景和目的31.2.定義42.杭州卷煙廠的應(yīng)用52.1.rfid簡介52.1.1.系統(tǒng)概述52.1.2.系統(tǒng)組成52.1.3.系統(tǒng)特點62.2.功能設(shè)計82.2.1.碼垛數(shù)據(jù)生成82.2.1.1.與自動化控制系統(tǒng)的結(jié)合102.2.1.1.1.一維條碼的采集102.2.1.1.2.獲得電子標簽id112.2.1.1.3.電子標簽的寫入122.2.2.碼垛數(shù)據(jù)調(diào)整142.2.2.1.碼垛數(shù)據(jù)生成失敗152.2.2.2.件煙變更152.2.2.3.組垛162.2.

2、3.出廠環(huán)節(jié)162.2.3.1.按垛出廠162.2.3.2.數(shù)據(jù)調(diào)整192.2.3.3.按垛出廠流程192.2.3.4.聯(lián)營加工201. rfid項目簡介1.1. rfid項目背景和目的rfid項目以行業(yè)卷煙生產(chǎn)經(jīng)營決策管理系統(tǒng)針對以垛為單位出/入庫的企業(yè)進行出廠掃描和商業(yè)到貨掃描的為背景。2004年12月16日至17日，由國家煙草專賣局項目辦牽頭，浙江中煙在杭州組織召開了煙草行業(yè)卷煙生產(chǎn)經(jīng)營決策管理系統(tǒng)杭州卷煙廠成品托盤出庫電子標簽（rfid）應(yīng)用方案專家論證會，與會專家聽取了國家煙草專賣局項目辦的項目介紹和中軟國際公司的杭州卷煙廠成品托盤出庫電子標簽（rfid）應(yīng)用方案總體介紹，并對方案進

3、行了認真的討論，會上有關(guān)專家對國內(nèi)外電子標簽發(fā)展的方向進行了介紹，部分到會電子標簽生產(chǎn)廠商介紹了產(chǎn)品的應(yīng)用情況，與會專家實地考查了杭州卷煙廠現(xiàn)場環(huán)境，對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行了較為詳細的了解。專家們一致認為杭州卷煙廠成品托盤出庫電子標簽（rfid）應(yīng)用方案總體上來說是可行的，以電子標簽處理托盤出庫的技術(shù)是先進的，可以解決以托盤方式出入庫時件煙信息的快速采集，符合行業(yè)卷煙生產(chǎn)經(jīng)營決策管理系統(tǒng)的要求。rfid項目以杭州卷煙廠按垛出入庫方式采用先進的rfid技術(shù)，對成垛卷煙進行標識、存儲成垛卷煙中的件煙條碼信息，并利用rfid的可讀寫功能實現(xiàn)煙廠以垛為單位進行出廠掃描、商業(yè)企業(yè)以垛為單位進行商業(yè)到貨掃描為目

4、的。1.2. 定義rfid即無線射頻識別技術(shù)（radio frequency identification ），射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。射頻識別系統(tǒng)通常由電子標簽(射頻標簽)和閱讀器組成。電子標簽內(nèi)存有一定格式的電子數(shù)據(jù)，常以此作為待識別物品的標識性信息。應(yīng)用中將電子標簽附著在待識別物品上，作為待識別物品的電子標記。閱讀器與電子標簽可按約定的通信協(xié)議互傳信息，通常的情況是由閱讀器向電子標簽發(fā)送命令，電子標簽根據(jù)收到的閱讀器的命令，將內(nèi)存的標識性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。這種通信是在無接觸方式下，利用交變磁場或

5、電磁場的空間耦合及射頻信號調(diào)制與解調(diào)技術(shù)實現(xiàn)的。uid：（unique identifier）國際統(tǒng)一且不重復的唯一識別內(nèi)碼。rfid移動設(shè)備：即能識別掃描一維條碼也能讀取rfid的 掃描設(shè)備，每個托盤中的電子標簽信息出錯時，用此設(shè)備進行數(shù)據(jù)調(diào)整。一維條碼掃描器：能識別掃描一維條碼的 一種手持式設(shè)備?？刂苝c：安裝了出廠掃描程序的 pc機。2. 杭州卷煙廠的應(yīng)用2.1. rfid簡介2.1.1. 系統(tǒng)概述rfid具有廣闊的應(yīng)用空間：很多企業(yè)、組織的門禁系統(tǒng)、身份鑒別系統(tǒng)已經(jīng)使用了rfid技術(shù)；rfid技術(shù)還可以應(yīng)用在財產(chǎn)保護、汽車跟蹤、停車場和高速公路過橋計費等方面；物流業(yè)廣泛使用rfid技術(shù)

6、，從產(chǎn)品的生產(chǎn)、產(chǎn)品的運輸?shù)疆a(chǎn)品的銷售將全面實現(xiàn)智能化。rfid將應(yīng)用到汽車、藥物、食品、運輸、能源、軍工等各個領(lǐng)域。2.1.2. 系統(tǒng)組成rfid系統(tǒng)主要由三個部分組成：讀寫器、天線、標簽。這三個部分的交互如下圖所示：2.1.3. 系統(tǒng)特點針對杭州市卷煙廠件煙以垛為單位出庫，需要快速、準確的在生產(chǎn)碼垛環(huán)節(jié)將30件煙的條碼信息寫入電子標簽中，在出庫環(huán)節(jié)讀出全部寫入標簽中的件煙條碼信息 。針對上述需求經(jīng)過反復論證和大量的測試、比較，最終采用了915mhz高頻無源電子標簽和rfid讀寫設(shè)備。具有以下幾個特點：l 無源電子標簽壽命長、免維護，可以有效使用10年以上。l 電子標簽的存儲容量較大，可以存

7、儲2kbit的數(shù)據(jù)。每件煙32位條碼信息，每垛30件煙共計有960位數(shù)據(jù)，經(jīng)過適當?shù)膲嚎s算法后可以壓縮到，可以全部寫入電子標簽中；l 識別距離可調(diào)整。通過調(diào)整rfid讀寫器的輸出功率，和控制天線發(fā)射的范圍，有效保證只對天線正上方的標簽進行讀寫操作，不會發(fā)生錯讀等問題。l 識別速度快。平均讀取電子標簽內(nèi)全部2kbit數(shù)據(jù)僅需要0.70.8秒，寫入全部數(shù)據(jù)也僅需要1.2秒左右，在2秒鐘內(nèi)就可以完成1個讀寫周期。滿足各個環(huán)節(jié)的需要；l 識別的準確性高。經(jīng)過統(tǒng)計生產(chǎn)碼垛環(huán)節(jié)的讀寫成功率達到99.6%以上；上述特點雖然并不是915mhz高頻系統(tǒng)所獨有，但同時具備這幾點功能確是其他頻段rfid系統(tǒng)沒有的。

8、如低頻段的125khz、225khz、13.56mhz等雖然識別速度和準確性也較高，但可以保存的數(shù)據(jù)量小，識別距離近、天線的方向性差，無法滿足整個系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的需要。高頻段的2.45ghz、5.8ghz大多為有源電子標簽，一般具有較遠的閱讀距離，不足之處是電池的壽命有限，雖然設(shè)計壽命10年，但在大多數(shù)的使用中23年就會出現(xiàn)識別距離變近、識別速度降低等現(xiàn)象。且有源電子標簽系統(tǒng)信號覆蓋范圍大，有可能出現(xiàn)信息碰撞等錯誤。因此，915mhz無源rfid電子標簽和讀寫器就成為最適合按垛出廠、到貨掃描系統(tǒng)的首選產(chǎn)品。2.2. 功能設(shè)計針對杭州煙廠和杭州市公司的實際情況，我們制定了以下針對垛進行出入庫掃描

9、的功能設(shè)計：杭州卷煙廠的rfid項目主要包括三個部分：碼垛數(shù)據(jù)生成、碼垛數(shù)據(jù)調(diào)整、按垛出廠掃描；根據(jù)一號工程的需要，又涉及到報廢掃描、退貨掃描、聯(lián)營加工等方面。2.2.1. 碼垛數(shù)據(jù)生成此環(huán)節(jié)實現(xiàn)對安裝在垛托盤上電子標簽性能的檢測、數(shù)據(jù)清除和碼垛數(shù)據(jù)生成，記錄垛件煙條碼信息功能，由自動化系統(tǒng)控制rfid讀寫器自動完成。此環(huán)節(jié)安裝有3套xcrf-500w(a)型rfid讀寫器，安裝位置如下圖所示： rfid設(shè)備安裝示意圖圖中1#、2#、3#位置表示rfid天線和讀寫器的安裝位置，分別位于空托盤進入和叉車取滿垛托盤位置。天線采用xcaf-12型圓極化天線，通過安裝支架固定在碼垛機的兩條橫梁中間，天

10、線安裝位置如下圖：2.2.1.1. 與自動化控制系統(tǒng)的結(jié)合2.2.1.1.1. 一維條碼的采集自動化控制系統(tǒng)通過傳送帶上分揀設(shè)備前的新安裝的一維條碼掃描設(shè)備監(jiān)視要進入分揀碼垛通道的件煙，打貼了正確品牌且清晰條碼的件煙才能被分揀設(shè)備推入具體某個品牌的通道，不合規(guī)范的件煙則最后流入到剔除通道，由人工處理。新安裝的一維條碼掃描設(shè)備在件煙到來的時候，掃描特定位置上的一位條碼，通過串口通訊方式傳送給自動化控制系統(tǒng)，自動化控制系統(tǒng)從得到的信息中解析出品牌符號，與從原來分揀設(shè)備中的件煙品牌掃描設(shè)備得到的品牌符號進行對比，一致的情況下才允許件煙進入指定的具體某個品牌的通道；不一致的情況則認為此件煙不合規(guī)范，流

11、入剔除通道。從件煙進入了具體某個品牌的通道到堆垛成功，直至最后碼垛完成的托盤到達電子標簽數(shù)據(jù)寫入位置，這期間都有可能發(fā)生件煙損壞、件煙順序更換等異常情況，當發(fā)生異常情況時，自動化控制系統(tǒng)監(jiān)控到異常，系統(tǒng)能夠自行處理的就自行處理，系統(tǒng)不能夠自行處理的就通過控制報警器聲光報警，提示現(xiàn)場的叉車工、擋車工等操作人員及時處理異常。自動化控制系統(tǒng)采集正確的件煙條碼信息，并對異常情況進行糾錯的處理，最后達到碼垛完成的托盤到達電子標簽數(shù)據(jù)寫入位置時，托盤上具體的若干件件煙的條碼信息和系統(tǒng)中記錄的數(shù)據(jù)相同，保證需要寫入電子標簽中的數(shù)據(jù)正確性。2.2.1.1.2. 獲得電子標簽id自動化控制系統(tǒng)在帶電子標簽的托盤

12、進入托盤入口處時，調(diào)用中軟國際部署的rfid讀寫控件，取得托盤上安裝的電子標簽的id號，并對電子標簽進行讀寫測試，保證性能達到標準的電子標簽進入流通環(huán)節(jié)，rfid讀寫控件對得到的信息進一步處理，然后把處理結(jié)果反饋給自動化控制系統(tǒng)，自動化控制系統(tǒng)根據(jù)得到的反饋，控制機器人設(shè)備進行下一步處理，正常情況把托盤放入準備堆垛位置，錯誤情況則報警由人為處理。2.2.1.1.3. 電子標簽的寫入自動化控制系統(tǒng)在碼垛完成的托盤到達電子標簽數(shù)據(jù)寫入位置時，把相應(yīng)的件煙條碼數(shù)據(jù)隊列傳遞給rfid讀寫控件，rfid讀寫控件將壓縮產(chǎn)生的二進制數(shù)據(jù)寫入電子標簽的數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。rfid讀寫控件對得到的整垛件煙條碼信息進行

13、檢驗，包括整垛條碼數(shù)據(jù)的長度、整垛件煙的品牌一致性、是否存在重復條碼等檢驗，對于不正確的整垛件煙條碼信息，反饋整垛件煙條碼錯誤的信息給自動化控制系統(tǒng)，由自動化控制系統(tǒng)把不正確的整垛件煙條碼信息記錄在指定的數(shù)據(jù)庫中，以備后續(xù)其他操作使用；對于正確的整垛件煙條碼信息，rfid讀寫控件則繼續(xù)對整垛件煙條碼信息進行操作。rfid讀寫控件對完整的整垛件煙條碼信息進行壓縮處理，根據(jù)國家局統(tǒng)一的32位條碼的固有特征，把整垛上的若干件件煙的行業(yè)代碼、件煙品牌、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、經(jīng)營方式、隨機碼進行分解，提取出不同條碼之間的共同點，例如不同件煙條碼中的行業(yè)代碼相同，都是為“91”，而且都是在32位條碼的最前面

14、，生產(chǎn)日期以6位數(shù)字表示等，利用不同件煙體條碼的共同點，剔除重復累贅的數(shù)據(jù)，達到最小量的精簡數(shù)據(jù)就可以完全正確的攜帶整垛件煙條碼信息的目的。然后把最小量的精簡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電子標簽?zāi)軆Υ娴奶囟ǘM制數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)完全寫入之后，rfid讀寫控件再通過reader讀出電子標簽數(shù)據(jù)存儲區(qū)域中的數(shù)據(jù)，與要求寫入的數(shù)據(jù)比較，利用再次校驗的措施來使電子標簽正確的攜帶托盤上若干件件煙的條碼信息。在把特定二進制數(shù)據(jù)存儲在電子標簽的數(shù)據(jù)存儲區(qū)域中成功的情況下，rfid讀寫控件把完整的整垛件煙條碼信息儲存在指定的數(shù)據(jù)庫中，以備其他操作使用，并反饋給自動化控制系統(tǒng)，由自動化控制系統(tǒng)操作報警指示燈，提示操作工人數(shù)據(jù)已成功的

15、寫入電子標簽，可以進行接下來的操作。在失敗的情況下，rfid讀寫控件可以取得失敗的原因，把失敗信號和原因反饋給自動化控制系統(tǒng)，由自動化控制系統(tǒng)操作報警指示燈，提示操作工人數(shù)據(jù)寫入電子標簽失敗，操作工人需要根據(jù)具體的失敗原因進行后續(xù)的處理來保證托盤上電子標簽攜帶的信息能夠正確的解析成整垛件煙的條碼信息。2.2.2. 碼垛數(shù)據(jù)調(diào)整碼垛數(shù)據(jù)調(diào)整由于存在以下三情況：碼垛數(shù)據(jù)生成失敗、煙廠內(nèi)部卷煙流通中托盤上件煙發(fā)生變更、出廠時按客戶的需求零散件煙組成一垛；為了保證在出廠的時候電子標簽攜帶的信息與托盤上整垛件煙實際條碼的一致性，需要在出現(xiàn)上述情況的時候，進行碼垛數(shù)據(jù)調(diào)整的操作。2.2.2.1. 碼垛數(shù)據(jù)

16、生成失敗碼垛數(shù)據(jù)生成失敗的時候，自動化控制系統(tǒng)會把整垛件煙條碼信息保存在指定的數(shù)據(jù)庫中，操作工人可以根據(jù)自動化控制系統(tǒng)的提示，利用布設(shè)在煙廠卷包車間的無線網(wǎng)絡(luò)，操作碼垛數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)備獲取指定數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，根據(jù)需要利用調(diào)整設(shè)備上的藍牙掃描設(shè)備采集托盤上實物件煙信息，修正系統(tǒng)中的整垛件煙條碼信息，然后把正確的整垛條碼信息經(jīng)過壓縮處理，通過調(diào)整設(shè)備的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制rfid的reader對托盤上的電子標簽進行操作，把壓縮數(shù)據(jù)寫入電子標簽中，保證托盤上的電子標簽攜帶正確的整垛件煙條碼信息。2.2.2.2. 件煙變更某一具體托盤上的件煙在杭州卷煙廠內(nèi)部的流通環(huán)節(jié)中，由于運輸和倉儲的必然需要，在其中兩個環(huán)中托

17、盤上的件煙會發(fā)生變更，一個是卷包車間的中轉(zhuǎn)庫的卷煙存儲，另一個是石橋倉庫的卷煙存儲。在托盤上件煙發(fā)生變更的時候，操作工人通過調(diào)整設(shè)備上的藍牙掃描設(shè)備采集移入托盤和移出托盤的若干件件煙條碼信息，使碼垛數(shù)據(jù)調(diào)整系統(tǒng)中的整垛件煙條碼信息與變更后托盤上的實物件煙條碼信息完全一致，然后把正確的整垛條碼信息經(jīng)過壓縮處理，把壓縮數(shù)據(jù)寫入電子標簽中，保證托盤上的電子標簽攜帶正確的整垛件煙條碼信息。2.2.2.3. 組垛卷煙出廠時，根據(jù)客戶的需求購買品牌和數(shù)量，存在托盤上件煙拆垛組垛的情況，這個情況在杭州卷煙廠的rfid應(yīng)用中當作托盤上件煙發(fā)生變更的情況來處理，同樣保證了托盤上的電子標簽攜帶正確的整垛件煙條碼信

18、息。在杭州卷煙廠的rfid應(yīng)用中，系統(tǒng)從托盤堆垛完成到托盤卷煙出廠都保證了托盤中的電子標簽攜帶的信息和托盤上實物整垛件煙條碼信息一致，從而保證rfid出廠掃描的正確性，滿足了一號工程的需要。2.2.3. 出廠環(huán)節(jié)2.2.3.1. 按垛出廠按垛出廠時，我們采用固定式rfid讀寫設(shè)備采集托盤電子標簽的id信息，上傳到控制pc，由控制pc負責根據(jù)電子標簽的id信息檢索托盤中的件煙信息與掃描單據(jù)進行驗證，并將數(shù)據(jù)解壓后形成件煙條碼信息，實現(xiàn)與一打兩掃商業(yè)到貨掃描系統(tǒng)的對接。創(chuàng)新采用地埋式天線即不影響叉車的通行，又可以迅速識別電子標簽，讀取相關(guān)聯(lián)的件煙信息。xcrf-500w(d)型讀寫器也是專門針對此

19、環(huán)節(jié)進行了定制設(shè)計，增加i/o控制功能，可以通過軟件控制讀寫器的i/o輸出端口，來控制信號燈的指示，方便操作工人判斷是否已經(jīng)識別成功可以將煙裝車。出廠環(huán)節(jié)示意圖地埋天線示意圖鑒于杭州卷煙廠石橋倉庫實際出貨情況，以件為單位的傳統(tǒng)出廠掃描模式無法滿足實際的工作需要。利用rfid的特性和優(yōu)勢，進行以電子標簽為信息載體、以托盤為實物載體的rfid出廠掃描能夠保證出廠掃描的正確性，并且有效的提高出廠掃描的效率，滿足實際的工作需要。系統(tǒng)通過聲光報警器提示叉車工人可以進行卷煙的出廠掃描，叉車工人把需要出廠掃描的托盤叉至指定位置，系統(tǒng)通過reader自動獲取托盤上電子標簽攜帶的數(shù)據(jù)，經(jīng)過與壓縮過程相對應(yīng)的解壓縮過程，解析得到托盤上需要出廠掃描的整垛件煙條碼信息，系統(tǒng)校驗掃描數(shù)據(jù)的正確性，利用大屏幕設(shè)備和聲光報警器把托盤上電子標簽攜帶的件煙條碼數(shù)據(jù)和掃描系統(tǒng)對條碼數(shù)據(jù)的處理結(jié)果告訴叉車工人，以便叉