基于射频识别的卷烟工厂物流PLC控制系统的设计

1引言随着国家烟草局提出从传统流通到现代流通转变的任务，传统的工商业烟草物流体系已经不能适应新的发展要求[1]。

目前，除了各大商业企业纷纷建立符合现代物流标准的物流系统以外，各大卷烟生产企业也开始着手建立符合现代工业生产特点的现代物流系统。

现代的物流系统离不开现代化的工业控制技术。

射频识别（RFID ）技术作为近年来发展较快的现场识别通信技术，以其无接触识别、识别速度快、距离远、使用寿命长、数据传输量大等优点，通过总线网络实现工厂信息层的有效管理[2]。

同时，目前先进的可编程逻辑控制器（PLC ）作为设备层的控制终端，可靠性高，系统结构灵活性好，维护方便，容易改造。

RFID 和PLC 为卷烟制造工厂建设信息化提供了重要的技术保障。

本文基于上述技术设计了一种基于RFID 的卷烟工厂物流PLC 控制系统。

2RFID 对于卷烟工厂现代物流的意义在现代物流的定义中：物流是指利用现代信息技术和设备，将物品从供应地向接收地准确的、及时的、安全的、保质保量的、门到门的移动的合理化服务模式和先进的服务流程[3]。

卷烟作为特殊消费品，其生产、销售、流通等各环节都受到国家相关法律、法规的严格限制和约束。

特别是国家局2003年开始实施“烟草行业卷烟生产经营决策管理系统工程”以来，对工业企业的卷烟生产、储存、转运等环节提出了更高的要求[4]。

具体而言，就是生产组织的系统化、流程化、透明化、快速化；仓储管理的信息化、流程化、透明化。

生产组织和仓储管理相互嵌入，密不可分的形成一个有机整体，两者的信息交互效率直接决定了卷烟企业的生产效率和国家局“一号工程”监管和落实的深度。

物流系统作为两者的物质流、信息流、工艺流的交互承载平台对于卷烟工厂的高效运转具有重大意义。

射频识别技术（RFID ）是众多自动识别技术中的一种，它是利用工作在射频频段的电磁波信号，通过阅读器和电子标签在该频段上的空间交变电磁场耦合，实现双向无接触、高速、自动传递预先设定的数据信息，并通过所传递的数据信息达到识别目的的技术[5]。

相较于传统的条码识别技术，RFID 可以存储的信息量很大，通常可以达到几KB 甚至几十KB 。

卷烟工厂引入射频识别后，可以有效地对生产过程中的物资流信息进行整合。

将卷烟生产的主要原辅材料、备件和成品卷烟的信息流（商品EAN-13条码、国家一号工程码）和生产工艺流进行信息匹配，实现柔性化生产。

在卷烟工厂中建设基于基于射频识别的卷烟工厂物流PLC 控制系统的设计安裕强，欧阳世波（红云红河集团昆明卷烟厂，云南昆明650000）[摘要]针对目前中国烟草工业面临的一些问题，提出了一种基于RFID 的卷烟工厂物流PLC 控制系统的设计，为卷烟制造工厂建设现代的工业物流系统提供了重要的技术支撑，为今后构建中国烟草行业物联网做出了有益探索。

[关键词]射频识别；PLC ；卷烟工厂；物流系统[中图分类号]TP391.4;F252.1[文献标识码]A[文章编号]1005-152X （2012）01-0083-03Design of Logistics PLC System of Cigarette Plants Based on RFIDAN Yu-qiang,OUYANG Shi-bo(Hongyun Honghe Tobacco Group Kunming Cigarette Factory,Kunming 650000,China)Abstract:In view of the problems faced by the Chinese tobacco industry,the paper proposes the guidelines for the design of the various components of a RFID-based tobacco plant logistics PLC system,providing important technical support for the development of the modern industrial logistics system and IOT in tobacco factories.Keywords:RFID;PLC;tobacco factory;logistics system[收稿日期]2011-10-26[作者简介]安裕强（1985-），男，硕士研究生，研究方向：烟草自动化；欧阳世波（1964-），男，硕士研究生，助理工程师。

doi:10.3969/j.issn.1005-152X.2012.01.027安裕强，等：基于射频识别的卷烟工厂物流PLC 控制系统的设计技术与方法83--物流技术2012年第31卷第1期（总第256期）RFID技术的现代物流系统，不但有利于工厂加强管理，提高生产效率，同时也是工厂向现代化卷烟工厂发展，融入现代物联网的重要部分。

3基于RFID的卷烟工厂物流PLC控制系统信息层设计不同于卷烟生产工艺技术的控制重点（例如原辅材料的质量、消耗量和机器的运转率等），卷烟工厂生产过程中的物流控制重点是卷烟物料（例如：反映原辅材料质量、成品件烟等）的相关信息。

基于RFID的卷烟工厂物流PLC控制系统信息层中，RFID是核心的信息载体，其承载的数据信息由两部分组成。

第一部分是物料信息，包括托盘编号、原辅材料的商品条码、成品件烟的商品条码、成品件烟的国家一号工程码等；第二部分是物流流动经过的物流设备信息，包括托盘输送设备信息、烟箱输送设备信息等。

第一部分信息在物料的物流过程中是通过上位机信息管理系统进行管理。

第二部分则是通过调度系统和系统主控PLC在物料的物流过程中现场管理。

当带有RFID芯片的托盘带着相应的物料信息进入PLC 控制的设备层入口时，系统会在主控PLC的控制下实现物料信息和设备信息的数据合流。

其具体流程如图1所示。

当机器人件烟码垛、托盘码分机码盘或者人工辅料配盘完成后，机器人、托盘码分机或者配盘工作人员通过一个现场信号通知WM S系统有一个新的需要入库的托盘完成，WM S系统会根据其自身数据结构自动分配一个入库容器序列号并将其和承载物料的托盘绑定。

绑定结束后，WM S系统会通过一个现场信号触发RFID将上位分配的序列号写入托盘的RFID芯片中，并通过ACK协议效验是否写成功。

成功后，WM S系统就会调度现场设备执行相应的入库流程。

自此，物料信息就完成了和现场设备信息的汇流。

图1信息汇流图4系统设备层的PLC电控网络拓扑设计基于RFID的卷烟工厂物流控制系统设备层是一个运转高效、通讯及时的PLC电控系统。

其特点如下：首先由于烟草物流中设备较多，设备信息按照标准的通信协议设计（一般一个设备对应10个字节，甚至更多），导致了数据量的增大。

其次由于卷接机、卷包机、封装箱机的超高速运转，单位时间产量很大，对于物流PLC系统的实时性要求很高。

再次是现场控制精度、系统开放的灵活程度要求很高，要求PLC能够支持多种通讯协议，以便于和现场其他控制设备交互。

基于上述三点，本系统设计采用的主控PLC是西门子S7-400系列的414-3DP/PN。

相较于目前工业控制领域中的其他品牌的PLC而言，其主要优势在于其运算能力和通讯能力。

在标准工作条件下，其运算速度可以达到每字操作十万分之一毫秒,其工作存储器为2.8M B。

系统主控PLC负责接收WM S 调度信息和执行现场控制功能。

系统主控PLC与现场控制站采用分布式I/O结构进行现场通讯，现场控制站分别布置在相应的设备附近，通过星形网络拓扑结构连接工业交换机。

现场控制层同时支持串口通讯的PROFIBUS和基于TCP/UDP的PROFINET协议，极大地扩展了系统的灵活性和可靠性，减少了现场电缆的敷设量，降低了建设成本。

RFID读写器通过网关模块以工业以太网的方式和主控PLC进行通讯，巷道堆垛机和穿梭车主控PLC分别集成在相应的设备上，通过4位光电传感器和系统主控PLC进行通讯，拆码垛机器人和变频器通过PROFIBUS总线和主控PLC进行通讯。

现场PLC电控系统拓扑图如图2所示。

图2电控系统网络拓扑图5卷烟工厂物流PLC电控程序设计现场PLC程序采用西门子公司的STEP7设计编写。

STEP7是用于SIM ATIC可编程逻辑控制器硬件组态和软件编技术与方法84--（上接第69页）8.4×105个单位左右，经过20代迭代后迅速收敛到5.9×105个单位左右，说明此算法具有优良的寻优能力和收敛性，可以快速的收敛到最优解附近。

图2算法优化过程图5结语本文研究了汽车再制造逆向物流网络优化设计问题，在考虑到正向和逆向物流网络中的设施集成和运输集成后，以废弃汽车的逆向物流网络系统成本最小化为目标建立混合整数线性规划模型，并设计了求解模型的混合遗传算法，最后通过算例验证了网络设计方法的有效性。

由于汽车再制造逆向物流网络设计涉及的要素众多，而且随着环境的不断变化，该领域还将不断出现新的特征和问题，所以如何将不确定因素融入模型之中是未来研究需要考虑的问题。

[参考文献][1]代应.废旧汽车资源化逆向物流运作管理研究[D].重庆：重庆大学博士学位论文，2008.[2]Bemaon B M,Fernandes C.Supply-chain network configuration forproduct recovery[J].Production Planning&Control,2004,15(3): 270-281.[3]Ko Hyun-Jeung,Gerald W Evans.A genetic algorithm-basedheuristicfor the dynamic integrated forward/reverse logistics network for3PLs [J].Computers&Operations Research，2007,34:346-366.[4]曾斌.汽车制造企业逆向物流网络优化设计研究[D].成都西南财经大学硕士学位论文,2008.[5]Maria Isabel Gomes Salema,Ana Paula Barbosa-Povoa,Augusto Q No-vais.An optimization model for the design of a capacitated multi-prod-uct reverse logistics network with uncertainty[J].2007,179:1063-1077.[6]付争.汽车制造业供应链上的逆向物流系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2006.[7]雷英杰,张善文,李续武.MATLAB遗传算法工具箱及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.[8]狄为民.再制造物流网络优化设计的模型与方法[M].北京:中国物资出版社,2009.程的标准软件包。