１ 前言
揀選系統(tǒng)是現(xiàn)代化物流配送的核心，物流配送中心現(xiàn)代化程度的高低取決于揀選技術和揀選工作方式。常見的揀選信息傳送方式有傳票揀選、揀選單揀選、電子標簽輔助揀選、ＲＦ輔助揀選、ＩＣ卡揀選和自動揀選等。對于品種繁多、占用空間不大的小貨品，采用電子揀選輔助設備可以實現(xiàn)無差錯的手工揀選操作。電子標簽輔助揀選是當前倡導的自動化物流系統(tǒng)無紙化作業(yè)的基礎技術，其原理是在每一個貨位安裝電子標簽，計算機通過總線網(wǎng)絡將訂單信息傳輸?shù)诫娮訕撕灒瑨浫藛T根據(jù)電子標簽顯示的貨品數(shù)量進行揀選，揀完貨后按確認鈕即完成工作。本文介紹了一種ＣＡＮ總線在電子揀選系統(tǒng)網(wǎng)絡技術中的應用，使大范圍地安設布置電子標簽、大規(guī)模地增加貨品揀選種類、提高信息傳輸速率、降低電子揀選系統(tǒng)的成本變?yōu)楝F(xiàn)實。
２ 背景技術
２．１電子標簽
一種電子揀選輔助設備，可以顯示貨物庫位、貨物品種、揀選數(shù)量，按鍵可以對完成情況進行確認。它通過總線網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，是電子揀選系統(tǒng)的主要組成部分。
２．２ ＣＡＮ總線
ＣＡＮ全稱為“Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ”，即控制器局域網(wǎng)，是一種有效支持分布式控制或實時控制的全數(shù)字化、多主方式串行通訊網(wǎng)絡，也是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。ＣＡＮ總線數(shù)據(jù)通信具有很高的可靠性、實時性和靈活性，越來越廣泛地應用于各種工業(yè)現(xiàn)場。其基本設計規(guī)范要求具有極高的總線利用率，較遠的傳輸距離（可達１０Ｋｍ），高速的傳輸速率（可達１Ｍｂｉｔｓ），高抗電磁干擾性，可靠的錯誤處理和檢錯機制。ＣＡＮ總線可以根據(jù)報文的ＩＤ決定接收或屏蔽該報文，發(fā)送的信息遭到破壞后還可自動重發(fā)，節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能。
３ 系統(tǒng)設計
３．１總體要求
在自動化物流電子揀選系統(tǒng)中，遠距離集群式電子標簽的分散控制問題一直存在許多技術難點。當分散的距離越來越遠時，通訊的延遲、環(huán)境的干擾等，造成了信息傳輸時實時性和可靠性的降低。另外，伴隨電子標簽數(shù)量和相互之間分散距離的變化，其供電方式和技術成本也隨之變化。因此，采用什么樣的通訊方式和信息傳輸模式就成為至關重要的問題。本文介紹的基于ＣＡＮ總線技術的電子揀選輔助系統(tǒng)，可以限度地滿足大規(guī)模、遠距離、高速率和低成本的實際應用要求。
３．２供電設計
在電子標簽遠距離分散控制的諸多技術難點中，其供電方式是主要問題之一。一種方案是所有電子標簽均采用交流供電，這樣能夠滿足長距離、低能耗的技術要求，然而每個電子標簽都需要單獨的ＡＣ－ＤＣ轉換電路。使用ＡＣ－ＤＣ電源模塊，電路簡單，占用體積不大，但是電源模塊的價格會占到電子標簽整個成本的近一半，這對于大規(guī)模地使用電子標簽來說是一個障礙；采用變壓器的傳統(tǒng)方式，增加的成本可以接受，但是電源轉換電路相對復雜，變壓器占用空間過大。交流供電方式會增加工頻干擾，而且對電子標簽外殼的絕緣性能、安全性能提出更加嚴格的要求，尤其在電氣防爆技術等級要求較高的場所，交流供電方式會受到限制。
另外一種方案是所有電子標簽均采用直流集中供電，這樣能夠避免工頻電源帶來的干擾，電源轉換電路成本低廉，對電子標簽的外殼要求不高，適合在電氣防爆技術等級要求較高的場所使用。然而，直流供電方式受工作電流限制，掛接電子標簽的個數(shù)相對較少，而且因線路壓降的問題，也無法滿足長距離供電的技術要求。
本文介紹的方案采用直流分散供電方式。在電子標簽分布密集的區(qū)域使用２４Ｖ直流電源集中供電，電源功率由其負載的電子標簽數(shù)量決定。如果相鄰區(qū)域之間跨度較遠，則另外使用一個電源。２４Ｖ直流電源的數(shù)量與電子標簽的分布密切相關，電子標簽分布密集，供電電源相對較少；電子標簽分布稀疏，則供電電源相對較多。這樣，就可以根據(jù)實際需求靈活布置供電電源，既能滿足供電要求，又盡可能地降低了供電成本。電子標簽的元件需要５Ｖ直流供電，因此每個電子標簽還需要單獨的ＤＣ－ＤＣ轉換電路。使用ＤＣ－ＤＣ隔離電源模塊，轉換效率在８０％以上，抗干擾性能較強，但價格偏高；使用線性降壓電路成本最低，但轉換效率低于３０％；使用開關電源轉換電路成本也很低，轉換效率可以達到６０％，但不具備隔離性能。具體采用哪種ＤＣ－ＤＣ轉換方式，要從現(xiàn)場環(huán)境和對成本的要求綜合考慮?？偩€驅動元件可以擁有各自獨立的供電電源，但是卻一定要共地。否則不共地的兩個總線驅動元件之間存在著地電位差。那么，驅動元件接收器輸入端的共模電壓就會達到很大幅度（十幾伏甚至數(shù)十伏），并可能伴有強干擾信號，致使接收器共模輸入超出正常范圍，并在信號線上產(chǎn)生干擾電流，輕則影響正常通信，重則損壞驅動元件接口。
３．３結構組成
基于ＣＡＮ總線技術的電子揀選輔助系統(tǒng)，主要由三類設備（內(nèi)置ＣＡＮ卡的管理類計算機、ＣＡＮ－４８５總線控制器、電子標簽類顯示報警設備）和三層網(wǎng)絡（管理以太網(wǎng)、ＣＡＮ總線網(wǎng)絡、４８５總線網(wǎng)絡）組成。計算機通過以太網(wǎng)接口可以與其它管理系統(tǒng)連接，其內(nèi)置ＣＡＮ卡通過ＣＡＮ總線與ＣＡＮ－４８５總線控制器連接；由于電子標簽類設備數(shù)量龐大，基于成本角度考慮，其間采用４８５總線結構，ＣＡＮ－４８５總線控制器作為主機采用查詢方式巡檢電子標簽類分機，協(xié)調(diào)４８５總線的分時共用。電子標簽類顯示報警設備主要包括電子標簽、區(qū)域完成確認標簽、區(qū)域指示燈控制器、區(qū)域任務顯示屏等。
３．４工作流程
管理計算機通過網(wǎng)絡將訂單信息傳輸?shù)诫娮訕撕?，電子標簽所屬的區(qū)域指示燈和需要撿貨操作的任務標簽點亮閃爍，提示撿貨人員該處有業(yè)務。撿貨人員根據(jù)電子標簽顯示的貨品數(shù)量進行揀選，揀完貨后按電子標簽確認鍵。當一個區(qū)域的所有任務標簽完成撿貨確認后，區(qū)域完成確認標簽點亮閃爍，按區(qū)域標簽的確認鍵結束本區(qū)域的撿貨操作。
３．５容量計算
現(xiàn)在市場上通用的計算機內(nèi)置ＣＡＮ卡，每塊具有２路獨立的ＣＡＮ接口。受ＣＡＮ總線收發(fā)器件驅動能力的限制，每路ＣＡＮ總線上最多可以掛接１１０個ＣＡＮ節(jié)點。由于系統(tǒng)設計中使用的４８５總線器件的驅動能力可以掛接２５６個節(jié)點，因此管理計算機內(nèi)置１塊ＣＡＮ卡時，最多掛接２×１０９×２５５＝５５５９０個電子標簽類設備，能夠滿足絕大多數(shù)物流中心揀選的需要。
４ 結語
隨著用戶需求向小批量多品種方向的發(fā)展，物流中心配送貨品的種類和數(shù)量將急劇增加。揀選流程是最耗費人力和時間的作業(yè)，成為物流配送中心的核心工序，并直接影響配送中心的作業(yè)效率和經(jīng)營效益。然而，當前國內(nèi)物流中心的揀選系統(tǒng)，絕大部分仍然沿用傳統(tǒng)的人工對照貨單的方式。這種分揀方式，既要求分揀人員必須十分熟悉分揀的貨品及其庫位分布，更需要分揀人員花費大量的時間和精力用于貨品核對和庫位尋找。本文介紹的這種基于ＣＡＮ總線技術的電子揀選輔助系統(tǒng)，已經(jīng)成為高效的物流環(huán)節(jié)中必不可少的標準配置。其自主的技術、優(yōu)越的性能和低廉的成本，為在現(xiàn)代化物流配送中大規(guī)模地應用打下了堅實的基礎。
揀選系統(tǒng)是現(xiàn)代化物流配送的核心，物流配送中心現(xiàn)代化程度的高低取決于揀選技術和揀選工作方式。常見的揀選信息傳送方式有傳票揀選、揀選單揀選、電子標簽輔助揀選、ＲＦ輔助揀選、ＩＣ卡揀選和自動揀選等。對于品種繁多、占用空間不大的小貨品，采用電子揀選輔助設備可以實現(xiàn)無差錯的手工揀選操作。電子標簽輔助揀選是當前倡導的自動化物流系統(tǒng)無紙化作業(yè)的基礎技術，其原理是在每一個貨位安裝電子標簽，計算機通過總線網(wǎng)絡將訂單信息傳輸?shù)诫娮訕撕灒瑨浫藛T根據(jù)電子標簽顯示的貨品數(shù)量進行揀選，揀完貨后按確認鈕即完成工作。本文介紹了一種ＣＡＮ總線在電子揀選系統(tǒng)網(wǎng)絡技術中的應用，使大范圍地安設布置電子標簽、大規(guī)模地增加貨品揀選種類、提高信息傳輸速率、降低電子揀選系統(tǒng)的成本變?yōu)楝F(xiàn)實。
２ 背景技術
２．１電子標簽
一種電子揀選輔助設備，可以顯示貨物庫位、貨物品種、揀選數(shù)量，按鍵可以對完成情況進行確認。它通過總線網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，是電子揀選系統(tǒng)的主要組成部分。
２．２ ＣＡＮ總線
ＣＡＮ全稱為“Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ”，即控制器局域網(wǎng)，是一種有效支持分布式控制或實時控制的全數(shù)字化、多主方式串行通訊網(wǎng)絡，也是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。ＣＡＮ總線數(shù)據(jù)通信具有很高的可靠性、實時性和靈活性，越來越廣泛地應用于各種工業(yè)現(xiàn)場。其基本設計規(guī)范要求具有極高的總線利用率，較遠的傳輸距離（可達１０Ｋｍ），高速的傳輸速率（可達１Ｍｂｉｔｓ），高抗電磁干擾性，可靠的錯誤處理和檢錯機制。ＣＡＮ總線可以根據(jù)報文的ＩＤ決定接收或屏蔽該報文，發(fā)送的信息遭到破壞后還可自動重發(fā)，節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能。
３ 系統(tǒng)設計
３．１總體要求
在自動化物流電子揀選系統(tǒng)中，遠距離集群式電子標簽的分散控制問題一直存在許多技術難點。當分散的距離越來越遠時，通訊的延遲、環(huán)境的干擾等，造成了信息傳輸時實時性和可靠性的降低。另外，伴隨電子標簽數(shù)量和相互之間分散距離的變化，其供電方式和技術成本也隨之變化。因此，采用什么樣的通訊方式和信息傳輸模式就成為至關重要的問題。本文介紹的基于ＣＡＮ總線技術的電子揀選輔助系統(tǒng)，可以限度地滿足大規(guī)模、遠距離、高速率和低成本的實際應用要求。
３．２供電設計
在電子標簽遠距離分散控制的諸多技術難點中，其供電方式是主要問題之一。一種方案是所有電子標簽均采用交流供電，這樣能夠滿足長距離、低能耗的技術要求，然而每個電子標簽都需要單獨的ＡＣ－ＤＣ轉換電路。使用ＡＣ－ＤＣ電源模塊，電路簡單，占用體積不大，但是電源模塊的價格會占到電子標簽整個成本的近一半，這對于大規(guī)模地使用電子標簽來說是一個障礙；采用變壓器的傳統(tǒng)方式，增加的成本可以接受，但是電源轉換電路相對復雜，變壓器占用空間過大。交流供電方式會增加工頻干擾，而且對電子標簽外殼的絕緣性能、安全性能提出更加嚴格的要求，尤其在電氣防爆技術等級要求較高的場所，交流供電方式會受到限制。
另外一種方案是所有電子標簽均采用直流集中供電，這樣能夠避免工頻電源帶來的干擾，電源轉換電路成本低廉，對電子標簽的外殼要求不高，適合在電氣防爆技術等級要求較高的場所使用。然而，直流供電方式受工作電流限制，掛接電子標簽的個數(shù)相對較少，而且因線路壓降的問題，也無法滿足長距離供電的技術要求。
本文介紹的方案采用直流分散供電方式。在電子標簽分布密集的區(qū)域使用２４Ｖ直流電源集中供電，電源功率由其負載的電子標簽數(shù)量決定。如果相鄰區(qū)域之間跨度較遠，則另外使用一個電源。２４Ｖ直流電源的數(shù)量與電子標簽的分布密切相關，電子標簽分布密集，供電電源相對較少；電子標簽分布稀疏，則供電電源相對較多。這樣，就可以根據(jù)實際需求靈活布置供電電源，既能滿足供電要求，又盡可能地降低了供電成本。電子標簽的元件需要５Ｖ直流供電，因此每個電子標簽還需要單獨的ＤＣ－ＤＣ轉換電路。使用ＤＣ－ＤＣ隔離電源模塊，轉換效率在８０％以上，抗干擾性能較強，但價格偏高；使用線性降壓電路成本最低，但轉換效率低于３０％；使用開關電源轉換電路成本也很低，轉換效率可以達到６０％，但不具備隔離性能。具體采用哪種ＤＣ－ＤＣ轉換方式，要從現(xiàn)場環(huán)境和對成本的要求綜合考慮?？偩€驅動元件可以擁有各自獨立的供電電源，但是卻一定要共地。否則不共地的兩個總線驅動元件之間存在著地電位差。那么，驅動元件接收器輸入端的共模電壓就會達到很大幅度（十幾伏甚至數(shù)十伏），并可能伴有強干擾信號，致使接收器共模輸入超出正常范圍，并在信號線上產(chǎn)生干擾電流，輕則影響正常通信，重則損壞驅動元件接口。
３．３結構組成
基于ＣＡＮ總線技術的電子揀選輔助系統(tǒng)，主要由三類設備（內(nèi)置ＣＡＮ卡的管理類計算機、ＣＡＮ－４８５總線控制器、電子標簽類顯示報警設備）和三層網(wǎng)絡（管理以太網(wǎng)、ＣＡＮ總線網(wǎng)絡、４８５總線網(wǎng)絡）組成。計算機通過以太網(wǎng)接口可以與其它管理系統(tǒng)連接，其內(nèi)置ＣＡＮ卡通過ＣＡＮ總線與ＣＡＮ－４８５總線控制器連接；由于電子標簽類設備數(shù)量龐大，基于成本角度考慮，其間采用４８５總線結構，ＣＡＮ－４８５總線控制器作為主機采用查詢方式巡檢電子標簽類分機，協(xié)調(diào)４８５總線的分時共用。電子標簽類顯示報警設備主要包括電子標簽、區(qū)域完成確認標簽、區(qū)域指示燈控制器、區(qū)域任務顯示屏等。
３．４工作流程
管理計算機通過網(wǎng)絡將訂單信息傳輸?shù)诫娮訕撕?，電子標簽所屬的區(qū)域指示燈和需要撿貨操作的任務標簽點亮閃爍，提示撿貨人員該處有業(yè)務。撿貨人員根據(jù)電子標簽顯示的貨品數(shù)量進行揀選，揀完貨后按電子標簽確認鍵。當一個區(qū)域的所有任務標簽完成撿貨確認后，區(qū)域完成確認標簽點亮閃爍，按區(qū)域標簽的確認鍵結束本區(qū)域的撿貨操作。
３．５容量計算
現(xiàn)在市場上通用的計算機內(nèi)置ＣＡＮ卡，每塊具有２路獨立的ＣＡＮ接口。受ＣＡＮ總線收發(fā)器件驅動能力的限制，每路ＣＡＮ總線上最多可以掛接１１０個ＣＡＮ節(jié)點。由于系統(tǒng)設計中使用的４８５總線器件的驅動能力可以掛接２５６個節(jié)點，因此管理計算機內(nèi)置１塊ＣＡＮ卡時，最多掛接２×１０９×２５５＝５５５９０個電子標簽類設備，能夠滿足絕大多數(shù)物流中心揀選的需要。
４ 結語
隨著用戶需求向小批量多品種方向的發(fā)展，物流中心配送貨品的種類和數(shù)量將急劇增加。揀選流程是最耗費人力和時間的作業(yè)，成為物流配送中心的核心工序，并直接影響配送中心的作業(yè)效率和經(jīng)營效益。然而，當前國內(nèi)物流中心的揀選系統(tǒng)，絕大部分仍然沿用傳統(tǒng)的人工對照貨單的方式。這種分揀方式，既要求分揀人員必須十分熟悉分揀的貨品及其庫位分布，更需要分揀人員花費大量的時間和精力用于貨品核對和庫位尋找。本文介紹的這種基于ＣＡＮ總線技術的電子揀選輔助系統(tǒng)，已經(jīng)成為高效的物流環(huán)節(jié)中必不可少的標準配置。其自主的技術、優(yōu)越的性能和低廉的成本，為在現(xiàn)代化物流配送中大規(guī)模地應用打下了堅實的基礎。