杭州卷烟厂RFID技术报告

杭杭 州州 卷卷 烟烟 厂厂 行行 业业 卷卷 烟烟 生生 产产 经经 营营 决决 策策管管 理理 系系 统统 暨暨 成成 品品 托托 盘盘 出出 库库 电电 子子 标标 签签 （ RFID） 应应 用用 系系 统统 技技 术术 报报 告告 目 录 1. RFID 项目简介 . 3 1.1. RFID 项目背景和目的 . 3 1.2. 定义 . 4 2. 杭州卷烟厂的应用 . 5 2.1. RFID 简介 . 5 2.1.1. 系统概述 . 5 2.1.2. 系统组成 . 5 2.1.3. 系统特点 . 6 2.2. 功能设计 . 8 2.2.1. 码垛数据生成 . 8 2.2.1.1. 与自动化控制系统的结合 . 10 2.2.1.1.1. 一维条码的采集 . 10 2.2.1.1.2. 获得电子标签 ID . 11 2.2.1.1.3. 电子标签的写入 . 12 2.2.2. 码垛数据调整 . 14 2.2.2.1. 码垛数据生成失败 . 15 2.2.2.2. 件烟变更 . 15 2.2.2.3. 组垛 . 16 2.2.3. 出厂环节 . 16 2.2.3.1. 按垛出厂 . 16 2.2.3.2. 数据调整 . 19 2.2.3.3. 按垛出厂流程 . 19 2.2.3.4. 联营加工 . 20 1. RFID项目简介 1.1. RFID项目背景和目的 RFID项目以行业卷烟生产经营决策管理系统针对以垛为单位出 /入库的企业进行出厂扫描和商业到货扫描的为背景。 2004 年 12 月 16 日至 17 日，由国 家烟草专卖局项目办牵头，浙江中烟在杭州组织召开了 烟草行业卷烟生产经营决策管理系统杭州卷烟厂成品托盘出库电子标签（ RFID）应用方案 专家论证会，与会专家听取了国家烟草专卖局项目办的项目介绍和中软国际公司的杭州卷烟厂成品托盘出库电子标签（ RFID）应用方案总体介绍，并对方案进行了认真的讨论，会上有关专家对国内外电子标签发展的方向进行了介绍，部分到会电子标签生产厂商介绍了产品的应用情况，与会专家实地考查了杭州卷烟厂现场环境，对各生产环节进行了较为详细的了解。专家们一致认为杭州卷烟厂成品托盘出库电子标签（ RFID）应用方案总体上来说是可行的，以电子标签处理托盘出库的技术是先进的，可以解决以托盘方式出入库时件烟信息的快速采集，符合行业卷烟生产经营决策管理系统的要求。 RFID 项目以杭州卷烟厂按垛出入库方式采用先进的 RFID 技术，对成垛卷烟进行标识、存储成垛卷烟中的件烟条码信息，并利用 RFID 的可读写功能实现烟厂以垛为单位进行出厂扫描、商业企业以垛为单位进行商业到货扫描为目的。 1.2. 定义 RFID 即无线射频识别技术（ Radio Frequency Identification ），射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦 合 (交变磁场或电磁场 )实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。 射频识别系统 通常由电子标签 (射频标签 )和阅读器组成。电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。 UID： （ Unique identifier） 国际统一且不重复的唯一识别内码 。 RFID 移动设备： 即能识别扫描一维条码也能读取 RFID 的 扫描设备，每个托盘中的电子标签信息出错时，用此设备进行数据调整。 一维条码扫描器： 能识别扫描一维条码的 一种手持式设备。 控制 PC： 安装了出厂扫描程序的 PC 机。 2. 杭州卷烟厂的应用 2.1. RFID简介 2.1.1. 系统概述 RFID 具有广阔的应用空间：很多企业、组织的门禁系统、身份鉴别系统已经使用了 RFID 技术； RFID 技术还可以应用在财产保护、汽车跟踪、停车场和高速公路过桥计费等方面；物流业广泛使用 RFID技术，从产品的生产、产品的运输到产品的销售将全面实现智能化。RFID 将应用到汽车、药物、食品、运输、能源、军工等各个领域。 2.1.2. 系统组成 RFID 系统主要由三个部分组成：读写器、天线、标签。这三个部分的交互如下图所示： A n te n n aT a gRea d e r 2.1.3. 系统特点 针对杭州市卷烟厂件烟以垛为单位出库，需要快速、准确的在生产码垛环节将 30 件烟的条码信息写入电子标签中，在出库环节读出全部写入标签中的件烟条码信息 。针对上述需求经过反复论证和大量的测试、比较，最终采用了 915MHz 高频无源电子标签和 RFID 读写设备。具有以下几个特点： 无源 电子标签寿命长、免维护，可以有效使用 10 年以上。 电子标签的存储容量较大，可以存储 2Kbit 的数据。每件烟 32 位条码信息，每垛 30 件烟共计有 960 位数据，经过适当的压缩算法后可以压缩到，可以全部写入电子标签中； 识别距离可调整。通过调整 RFID 读写器的输出功率，和控制天线发射的范围，有效保证只对天线正上方的标签进行读写操作，不会发生错读等问题。 识别速度快。平均读取电子标签内全部 2Kbit 数据仅需要 0.70.8秒，写入全部数据也仅需要 1.2 秒左右，在 2 秒钟内就可以完成 1个读写周期。满足各个环节的需要； 识 别的准确性高。经过统计生产码垛环节的读写成功率达到99.6%以上； 上述特点虽然并不是 915MHz 高频系统所独有，但同时具备这几点功能确是其他频段 RFID 系统没有的。如低频段的 125KHz、225KHz、 13.56MHz 等虽然识别速度和准确性也较高，但可以保存的 数据量小，识别距离近、天线的方向性差，无法满足整个系统中各个环节的需要。 高频段的 2.45GHz、 5.8GHz 大多为有源电子标签，一般具有较远的阅读距离，不足之处是电池的寿命有限，虽然设计寿命 10 年，但在大多数的使用中 23 年就会出现识别距离变近、识 别速度降低等现象。且有源电子标签系统信号覆盖范围大，有可能出现信息碰撞等错误。 因此， 915MHz 无源 RFID 电子标签和读写器就成为最适合按垛出厂、到货扫描系统的首选产品。 2.2. 功能设计 针对杭州烟厂和杭州市公司的实际情况，我们制定了以下针对垛进行出入库扫描的功能设计： 杭州卷烟厂的 RFID 项目主要包括三个部分：码垛数据生成、码垛数据调整、按垛出厂扫描；根据一号工程的需要，又涉及到报废扫描、退货扫描、联营加工等方面。 2.2.1. 码垛数据生成 此环节实现对安 装在垛托盘上电子标签性能的检测、数据清除和码垛数据生成，记录垛件烟条码信息功能，由自动化系统控制 RFID 读写器自动完成。此环节安装有 3 套 XCRF-500W(A)型 RFID 读写器，安装位置如下图所示： RFID 设备安装示意图 图中 1#、 2#、 3#位置表示 RFID 天线和读写器的安装位置，分别位于空托盘进入和叉车取满垛托盘位置。天线采用 XCAF-12 型圆极化天线，通过安装支架固定在码垛机的两条横梁中间，天线安装位置如下图： 2.2.1.1. 与自 动化控制系统的结合 码 垛 部 分 电 子 标 签 数 据 写 入 流 程 图I C S S件 烟 条 码 采 集判 断 条 码 信 息合 法 性不 合 法合法电 子 标 签 数 据 写 入不 成 功成功码 垛 控 制 系 统报 警 灯 显 示开 始结 束2.2.1.1.1. 一维条码的采集 自动化控制系统通过传送带上分拣设备前的新安装的一维条码扫描设备监视要进入分拣码垛通道的件烟，打贴了正确品牌且清晰条 码的件烟才能被分拣设备推入具体某个品牌的通道，不合规范的件烟则最后流入到剔除通道，由人工处理。 新安装的一维条码扫描设备在件烟到来的时候，扫描特定位置上的一位条码，通过串口通讯方式传送给自动化控制系统，自动化控制系统从得到的信息中解析出品牌符号，与从原来分拣设备中的件烟品牌扫描设备得到的品牌符号进行对 比，一致的情况下才允许件烟进入指定的具体某个品牌的通道；不一致的情况则认为此件烟不合规范，流入剔除通道。 从件烟进入了具体某个品牌的通道到堆垛成功，直至最后码垛完成的托盘到达电子标签数据写入位置，这期间都有可能发生件烟损坏、件烟顺序更换等异常情况，当发生异常情况时，自动化控制系统监控到异常，系统能够自行处理的就自行处理，系统不能够自行处理的就通过控制报警器声光报警，提示现场的叉车工、挡车工等操作人员及时处理异常。 自动化控制系统采集正确的件烟条码信息，并对异常情况进行纠错的处理，最后达到码垛完成的托盘到达电 子标签数据写入位置时，托盘上具体的若干件件烟的条码信息和系统中记录的数据相同，保证需要写入电子标签中的数据正确性。 2.2.1.1.2. 获得电子标签 ID 自动化控制系统在带电子标签的托盘进入托盘入口处时，调用中 软国际部署的 RFID 读写控件，取得托盘上安装的电子标签的 ID 号，并对电子标签进行读写测试，保证性能达到标准的电子标签进入流通环节， RFID 读写控件对得到的信息进一步处理，然后把处理结果反馈给自动化控制系统，自动化控制系统根据得到的反馈，控制机器人设备进行下一步处理，正常情况把托盘放入准备堆垛位置，错误情况则报警由人为处理 。 2.2.1.1.3. 电子标签的写入 自动化控制系统在码垛完成的托盘到达电子标签数据写入位置时，把相应的件烟条码数据队列传递给 RFID 读写控件， RFID 读写控件将压缩产生的二进制数据写入电子标签的数据存储区域。 RFID 读写控件对得到的整垛件烟条码信息进行检验，包括整垛条码数据的长度、整垛件烟的品牌一致性、是否存在重复条码等检验，对于不正确的整垛件烟条码信息，反馈整垛件烟条码错误的信息给自动化控制系统，由自动化控制系统把不正确的整垛件烟条码信息记录在指定的数据库中，以备后续其他操作使用；对于正确的整垛件烟条码信息， RFID 读写控件则继续对整垛件烟条码信息进行操作。 RFID 读写控件对完整的整垛件烟条码信息进行压缩处理，根据国家局统一的 32 位条码的固有特征，把整垛上的若干件件烟的行业代码、件烟品牌、生产厂家、生产日期、经营方式、随机码进行分解， 提取出不同条码之间的共同点，例如不同件烟条码中的行业代码相同，都是为“ 91”，而且都是在 32 位条码的最前面，生产日期以 6 位数字表示等，利用不同件烟体条码的共同点，剔除重复累赘的数据，达到最小量的精简数据就可以完全正确的携带整垛件烟条码信息的目的。然后把最小量的精简数据转化为电子标签能储存 的特定二进制数据。在数据完全写入之后， RFID 读写控件再通过 Reader 读出电子标签数据存储区域中的数据，与要求写入的数据比较，利用再次校验的措施来使电子标签正确的携带托盘上若干件件烟的条码信息。 在把特定二进制数据存储在电子标签的数据存储区域中成功的情况下， RFID 读写控件把完整的整垛件烟条码信息储存在指定的数据库中，以备其他操作使用，并反馈给自动化控制系统，由自动化控制系统操作报警指示灯，提示操作工人数据已成功的写入电子标签，可以进行接下来的操作。在失败的情况下， RFID 读写控件可以取得失败的原因，把失 败信号和原因反馈给自动化控制系统，由自动化控制系统操作报警指示灯，提示操作工人数据写入电子标签失败，操作工人需要根据具体的失败原因进行后续的处理来保证托盘上电子标签携带的信息能够正确的解析成整垛件烟的条码信息。 2.2.2. 码垛数据调整 电 子 标 签 数 据 调 整 流 程 图开 始调 整 的 源 数 据 采 集（ 扫 描 调 整 前 码 垛的 电 子 标 签 ）失 败成功需 要 调 整 的 条 码 信息 采 集 （ 扫 描 增 加和 减 少 的 条 码 信息 ）成功失 败已 经 调 整 好 的 条 码信 息 重 新 写 入 电 子标 签成功失 败结 束检 查 原 因码垛数据调整由于存在以下三情况：码垛数据生成失败、烟厂内部卷烟流通中托盘上件烟发生变更、出厂时按客户的需求零散件烟组成一垛；为了保证在出厂的时候电子标签携带的信息与托盘上整垛件烟实际条码的一致性，需要在出现上述情况的时候，进 行码垛数据调整的操作。 2.2.2.1. 码垛数据生成失败 码垛数据生成失败的时候，自动化控制系统会把整垛件烟条码信息保存在指定的数据库中，操作工人可以根据自动化控制系统的提示，利用布设在烟厂卷包车间的无线网络，操作码垛数据调整设备获取指定数据库中的数据，根据需要利用调整设备上的蓝牙扫描设备采集托盘上实物件烟信息，修正系统中的整垛件烟条码信息，然后把正确的整垛条码信息经过压缩处理，通过调整设备的内部网络控制RFID 的 Reader 对托盘上的电子标签进行操作，把压缩数据写入电子标签中，保证托盘上的电子标签携带正确的整垛件烟条码信 息。 2.2.2.2. 件烟变更 某一具体托盘上的件烟在杭州卷烟厂内部的流通环节中，由于运输和仓储的必然需要，在其中两个环中托盘上的件烟会发生变更，一个是卷包车间的中转库的卷烟存储，另一个是石桥仓库的卷烟存储。在托盘上件烟发生变更的时候，操作工人通过调整设备上的蓝牙扫描设备采集移入托盘和移出托盘的若干件件烟条码信息，使码垛数据调整系统中的整垛件烟条码信息与变更后托盘上的实物件烟条码信息完全一致，然后把正确的整垛条码信息经过压缩处理，把压缩数据写入电子标签中，保证托盘上的电子标签携带正确的整垛件烟条码信息。 2.2.2.3. 组垛 卷烟出厂时， 根据客户的需求购买品牌和数量，存在托盘上件烟拆垛组垛的情况，这个情况在杭州卷烟厂的 RFID 应用中当作托盘上件烟发生变更的情况来处理，同样保证了托盘上的电子标签携带正确的整垛件烟条码信息。 在杭州卷烟厂的 RFID 应用中，系统从托盘堆垛完成到托盘卷烟出厂都保证了托盘中的电子标签携带的信息和托盘上实物整垛件烟条码信息一致，从而保证 RFID 出厂扫描的正确性，满足了一号工程的需要。 2.2.3. 出厂环节 2.2.3.1. 按垛出厂 按垛出厂时，我们采用固定式 RFID 读写设备采集托盘电子标签的 ID 信息，上传到控制 PC，由控制 PC 负责根据电子标签的 ID 信息检索托盘中的件烟信息与扫描单据进行验证，并将数据解压后形成件烟条码信息，实现与一打两扫商业到货扫描系统的对接。创新采用地埋式天线即不影响叉车的通行，又可以迅速识别电子标签，读取相关联的件烟信息。 XCRF-500W(D)型读写器也是专门针对此环节进行了定制设计，增加 I/O 控制功能，可以通过软件控制读写器的 I/O 输 出端口，来控制信号灯的指示，方便操作工人判断是否已经识别成功可以将烟装车。 出厂环节示意图 地埋天线示意图 鉴于杭州卷烟厂石桥仓库实际出货情况，以 件为单位的传统出厂扫描模式无法满足实际的工作需要。利用 RFID 的特性和优势，进行以电子标签为信息载体、以托盘为实物载体的 RFID 出厂扫描能够保 证出厂扫描的正确性，并且有效的提高出厂扫描的效率，满足实际的工作需要。 电 子 标 签 托 盘 出 厂 扫 描 流 程 图开 始填 写 好 出 厂 单 据 ，开 始 准 备 扫 描失 败成功扫 描 电 子 标 签 ， 获取 出 厂 的 条 码 信 息成功失 败确 认 单 据 扫 描 完 成且 正 确成功失 败结 束每个托盘扫描一次重 新 扫 描检 查 原 因系统通过声光报警器提示叉车工人可以进行卷烟的出厂扫描，叉车工人把需要出厂扫描的托盘叉至指定位置，系统通过 Reader 自动获取托盘上电子标签携带的数据，经过与压缩过程相对应的解压缩过程，解析得到托盘上需要出厂扫描的整垛件烟条码信息，系统校