工厂物料小车定位管理系统

　1 方案概述

　　随着物联网时代的到来，制造行业的市场竞争从单台先进设备、单种工艺技术等的竞争到综合生产信息处理能力的竞争，也已不是单纯的竞争样式、方式的改变，而是竞争形态的改变，企业内部的信息处理能力已成为衡量企业竞争能力高低的首要标志

　　广州乐儿普信息科技有限公司，本系统利用先进的物联网信息科技，通过把生产现场的物料小车安装标识卡实现与后台系统连接集成，系统可智能感知各物料小车位置信息、行走路线等状态，当物料小车状态出现异常时，系统可将报警提示信息通过邮件、手机短信、APP信息等方式发送给相关人员。系统简化繁杂的流程作业和大量的统计时间和填写报表的时间，实现组织信息交流的扁平化，实现信息实时共享，提高企业的反应速度和效率。

　2 系统原理

　　2.1 工作原理

　　该方案主要是利用RFID技术，通过低频定位器、标识卡及基站等终端设备，通过无线通信技术将信息传输到采集服务器，并实现上层的各种应用，系统终端主要包括低频定位器、基站、标识卡、采集系统。

　　 低频定位器：主动式发送器，当标识卡进入低频信号范围以后，能够接收到定位器连续发送的125KHZ低频信号，信号包括其自身编号，能够用于进行不同定位器的区分与识别，识别范围为2~8m。

　　 标识卡：给需要进行监控的物品或工具安装，具有唯一编号，可主动接受125KHz低频信号，并通过2.4G上传相关信息，能够实现身份认证、定位跟踪和监控等功能。

　　 基站：主要是作为信息传输设备，实现医院监控区域信号全覆盖，可接收卡发送的信息，并将信息上传到采集服务器。

　　 采集系统：对基站上传的数据进行处理，实现上层的各种应用。

　2.2 RFID技术介绍

　　射频识别技术RFID(Radio Frequency Identification Technology)是成熟于20世纪末，21世纪初的一种非接触式的最新自动识别技术，目前正在全世界的各种行业中得以推广应用。

　　它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。

　　RFID是一项易于操控，简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，其所具备的独特优越性是其它识别技术无法企及的。

　　 识别工作无须人工干预;

　　 它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模式，且无需接触或精确瞄准;

　　 可自由工作在各种恶劣环境下;

　　 可进行高度的数据集成;

　　 由于该技术很难被仿冒、侵入，使RFID具备了极高的安全防护能力。

　　本系统一般包括以下几个部份：

　　 标识卡：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象;

　　 基站：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式;

　　 天线：在标签和读取器间传递射频信号。

　　 定位器：发出低频信号，标识卡识别低频信号实现精确定位

　　标识卡中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，标识卡附着在待识别物体的表面。基站可无接触地读取并识别标识卡中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。通常基站与电脑相连，所读取的标识卡信息被传送到电脑上进行下一步处理。(除以上基本硬件配置外，还应包括相应的应用软件)。

3 系统功能

　3.1 系统概述

　　本系统是把电子标签安装在需要进行监控的物体上，如物料小车等，对小车的位置和信息进行管理，并在发生小车停放位置错误、行走路线异常、配送目的地错误、停留时间过长等异常情况时，系统会主动弹出报警提示，提醒相关人员跟进。位置信息主要通过标识卡感应固定在通道(如门，走廊口)或生产线上的定位器，并将数据传回到基站再以无线或有线方式传输到内部LAN网络后至服务器，最终实现实时管理信息。

　　3.1.1 软件系统结构

软件系统结构图

　　3.1.2 系统主界面

　　系统主界面包含有地图界面、菜单栏以及功能栏，地图界面会根据客户现场实际情况绘制。

系统主界面图

　　3.1.3 功能简述

　　 进出记录：实时查看每部小车在哪个门口哪个时间经过，以及经过时的状态(即进入/出去),也可实时查看每个门口经过小车的情况，最后形成统计报表，让相关管理人员查看分析。

　　 定位跟踪：利用有源RFID射频识别技术实现物品的定位、跟踪监控功能，并在系统界面中动态显示出来。

　　 轨迹查询：对历史轨迹、历史数据报表等可查询打印。

　　 信息查询：可实现小车经过特定区域时，系统自动显示小车身份信息以及所运送物料的信息。

　　 报警管理：显示路线错误报警、目的地错误报警、停留时间超时报警、设备故障报警等。

3.2 应用功能

　　3.2.1 进出记录

　　在实时进出页面，可显示各小车的实时进出记录，如当前位置是哪里，状态是进入还是离开，并可分时段生成进出统计报表。

小车实时进出效果图

　　3.2.2 实时定位跟踪

　　通过对需要监控的料车、治具安装标识卡，使用物品具有唯一的身份标识，系统能够根据标识卡的射频信息，实时显示人员的位置及状态，并且根据需要可在地图上进行标注。同时可对指定标识卡进行实时跟踪，地图上会动态显示被跟踪物品的移动路线。

　　定位效果图如下所示：

定位效果图

　　3.2.3 轨迹记录和回放

　　系统可实时记录每个料车和治具的行动轨迹，提供查询历史位置记录数据。同时，可回放任意标识卡的轨迹数据，按时间段在地图上进行回放(可选择有轨迹或无轨迹、设置播放速度等)。

小车轨迹图

　　3.2.4 报警管理

　　系统可以对小车进行实时定位和异常报警，并将报警信息通过电子邮件和短信发送给指定人员，以进行确认。

　　一般的报警有以下分类：

　　 路线错误报警

　　系统可设定各车间物料配送线路，当物料配送错误料车没有按设定路线行走，系统能自动识别并及时报警提示，相关人员可及时进行确认，避免投错物料影响生产。

　　 停留超时报警

　　系统可设定停留时间，当小车在配送物料的过程中，在某个位置停留时间超出设定的时间，系统会主动发出报警提示，防止小车无故在某个目的地停留超长时间，妨碍他人使用小车。

　　 设备故障报警

　　主要是标识卡、基站等设备的故障进行报警，如信号消失、信号中断、设备电池电量不足等，提醒相关人员进行检查。

　　 配送目的地错误报警

　　系统设定小车发货的目的地，当小车把物料等物品错误的发往另外的地方，系统给予相关人员发出报警提示，让相关人员及时处理，有效防止发生错误造成不必要的损失。

　3.3 拓展功能

　　3.3.1 视频联动管理

　　视频联动功能是通过将基站与视频监控设备绑定，当发生报警后，系统会及时调用视频监控设备朝向事件发生场所，记录报警地点视频信息，反之亦然，即当监控设备发现监控区域内有可疑情况发生时，系统会及时调用智能管理系统，对监控区域内人员进行定位分析记录等功能。

　　系统可直接利用工厂内现有视频设备，无需额外采购新视频设备实现视频联动功能，减少建设成本。

　　3.3.2 LED智能显示

　　可在各个关键通道安装LED显示屏，并与系统连接，当小车通过该通道时，显示屏显示该小车的信息，包括小车的身份信息，以及所运送物料的名称、数量等信息。

　4 总体方案设计

　　4.1 系统总体布点设计

　　系统通过在工厂内的生产车间、楼层、仓库、通道等地方，按照客户要求布置定位器，实现人员定位，布设基站实现信号覆盖，对所需监控的料车及治具配发相应的电子标签，从而实现智能监控和管理。

　　 布点情况说明：

　　 定位器：主动式发送器，当标识卡进入低频信号范围以后，能够接收到定位器连续发送的125KHZ低频信号，分为四路天线和两路天线两种，每路天线信号包括其自身编号，能够用于进行不同定位器号的区分与识别，可以结合工厂现有建筑环境定位到生产车间、生产线，实际环境下信号范围为2-8m。

　　 室外基站：用于覆盖工厂内非建筑所有空旷环境信号接收。

　　 室内基站：用于完全覆盖所有建筑物内部信号的接收。

4.2 系统总体架构

系统总体架构示意图

　　系统总体结构主要包括：前端数据采集系统、数据传输系统、数据处理服务系统以及Web上层应用系统四大部分。

　　前端数据采集系统为RFID无线传输系统，主要由无线射频标识卡、低频定位器、RFID基站、现场总线/局域网组成。其主要作用是以无线方式采集标识卡发送的目标位置数据和其他数据。

　　数据传输系统主要由数据采集计算机、数据服务器和上传专线组成，主要作用是将采集的数据上传到数据中心进行存储处理。

　　数据处理服务系统主要包括GIS系统、应用服务器、系统管理工作站等。该系统设在监控中心，其主要作用是对数据进行分析处理，并为上层应用系统提供各种数据服务。

　　Web上层应用系统主要是将采集系统采集的数据通过软件平台，实现各种业务功能显示，给工厂管理方以直观的效果显示，并实现各种数据报表统计管理。

　5 产品配置

　　5.1 基站

　　 产品图片

　　 产品概述

　　BWBS型基站是一款长距离有源RFID读写设备，具有识别距离远、灵敏度高、识别速度快、抗干扰能力强等特点，通过螺钉直接固定，安装牢固，可用于室内外。广泛用于：区域中的人员、资产的定位和跟踪，门禁管理等领域。

　　BWBS型基站通过以太网或WIFI与监控中心进行双向数据通信，将标识卡的所有信息实时上传到监控中心，为系统提供高精度、实时的数据。

　　 主要技术指标

　　室外基站：

　　 位移速度：180km/h

　　 并发识别数：500个以上

　　 漏读率：10-4

　　 识别角度：支持全向和定向(水平45°，垂直45°)

　　 极化方式：垂直极化

　　 增益：全向天线3dBi，定向天线14dBi

　　接收16级可调，发射16级可调

　　 工作频率：2.4～2.483GHz

　　 功耗标准：射频工作功耗为毫瓦级

　　 安全性：加密算法与匹配机制，防止链路侦测和破解

　　 外壳材质：ABS 工程塑料

　　 环境适应能力：防水防冲击设计，满足工业环境要求，防护等级达到IP65。

　　 接口标准：RJ45，RS485，无线WIFI

　　 电源标准：DC12V～48V

　　 外形尺寸：185×132×75(mm)

　　 重量：1.7kg

　　 工作温度：-20℃～60℃

　　 存储温度：-40℃～60℃

　　 安装方式：侧装，配套专用安装背板，喉箍捆绑或螺钉固定

　　 详细说明

　　 工作模式

　　BWBS型基站是一款长距离有源RFID读写设备，实时接收BWTF系列标识卡信息。通过以太网或WIFI与监控中心进行双向数据通信，将标识卡的所有信息实时上传到监控中心，为系统提供高精度、实时的数据。

　　 频段选择

　　选用2.4G频段，属于全球开放的ISM微波频段，无须申请和付费。

　　 识别距离

　　设计采用高性能射频解决方案，实现远距离射频识别。识别距离如下：

　　全向天线120米(与BWTF系列标识卡，空气中无遮挡)，

　　定向天线300米(与BWTF系列标识卡，空气中无遮挡);

　　当用户对识别距离有不同要求或应用环境较复杂时，可选择不同信号强度的标识卡和基站接收天线，并可通过软件调节基站的接收灵敏度来达到所需的识别距离。

　　 位移速度

　　采用高速射频识别技术，识别速度快。在标识卡最大位移速度为180km/h的情况下，仍能够可靠识别。

　　 并发识别数

　　采用高速处理器，结合多种的射频防冲突机制，能够同时识别500张以上的标识卡，并发识别数大。漏读率小于10-4。

　　 通信安全

　　采用特殊的通信协议和地址匹配机制，并配以完善的加密算法，可以确保基站和标识卡之间的数据通信安全，防止链路侦测和数据破解。

　　 质量保证

　　生产过程严格依照ISO9000质量标准进行流程控制，确保产品性能与质量。

　　 接口标准

　　基站提供RJ45，RS485标准接口。

　　 供电方式灵活

　　支持DC12V～48V、POE供电、太阳能等多种供电方式。

　　 典型应用

　　该基站应用领域广泛，主要包括：区域中的人员、资产的定位和跟踪，门禁管理等领域。

　5.2 电子标签

　　 产品概述

　　标识卡是一种有源主动式标识卡，工作频点在2.4GHz，定时发射自身标识信息。具有识别距离远，功耗低，免维护，性能稳定可靠等特点。标签内部含有优良的防冲突机制，适合于多标签的应用场合。

　　标识卡具备物品姿态检测功能，物品被移动或撞击后姿态发生改变可以发出报警信息;还具备拆卸报警功能，当标识卡被拆卸时可以发出报警信息。可广泛应用于室内资产管理等领域。

　　 结构特征

　　外壳采用超声波焊接技术，不能拆卸，外形小巧、结构紧凑、坚固耐用、重量轻，易于携带、安装和使用。

　　 外壳材质

　　 外壳：阻燃ABS工程塑料。

　　 技术参数

　　 射频指标(2.4GHz)

　　工作频率：2.4GHz，125KHz;

　　传输速率：250kbps;

　　发射功率：≤3dBm，可调;

　　接收灵敏度：-101dBm，可调;

　　 识别距离：

　　与BWBS系列信号收发器识别距离如下：

　　 全向天线120米(空气中无遮挡)，

　　 定向天线300米(空气中无遮挡);

　　与BWPR系列手持读写器识别距离如下：

　　 内置天线50米(空气中无遮挡)，

　　 全向天线120米(空气中无遮挡)，

　　 定向天线300米(空气中无遮挡);

　　与BWLF系列低频定位器识别距离：2～8米;

　　 工作条件

　　电子标签可在下列条件下正常工作：

　　工作温度：-20℃～60℃;

　　平均相对湿度：≤95%(+25℃);

　　大气压力：80kPa～106 kPa;

　　 电池寿命：

　　可换电池标识卡：1年

　5.3 定位器

　　 产品图片

　　 产品介绍

　　BWLF型定位器(以下简称低频定位器)为主动式发送器，按照一定频率连续发送125KHZ低频信号，信号包括其自身编号，用于进行不同定位器的区分与识别。

　　若具有低频接收功能的标识卡不在低频定位器的信号范围内，标识卡处于待机状态。当标识卡进入到低频定位器信号范围内时，可自动接收到低频信号，并进行解析。

　　 主要技术指标

　　 工作温度：-20℃～60℃。

　　 存储温度：-40℃～60℃

　　 工作频率：125KHz。

　　 工作电压：AC220V。

　　 外壳材质：ABS 工程塑料

　　 环境适应性：防水防冲击设计，防护等级达到IP31。

　　 安装方式：埋地安装、顶装或侧装，螺钉固定，避免贴近大面积金属。

　　 详细说明

　　 工作模式

　　低频定位器，低频信号范围近似球形，以低频定位器发送天线为圆心，信号理论半径为2~8m。

　　低频定位器具有多路发射功能，每隔设定的时间发射一次射频数据，射频数据包括低频定位器编号信息。

　　 识别距离

　　在除金属阻挡外的各种阻挡，以及无阻挡情况下为2m---8m;用于接收低频信号的标识卡不同，识别距离也有所差别。

　　 安装要求

　　低频定位器可以安装在墙面上，或吊顶上。低频发送天线可引出安装在需要信号覆盖的位置(目前，天线延长线可延长至5m，且基本不影响天线的信号半径)。天线可采用螺钉固定或者粘贴等方式固定。

　　 使用注意事项

　　定位器天线不能贴在金属上，至少距离金属2cm。

　　使用时，将低频定位器安装在墙壁或天花板上，低频发送天线通过延长线从低频定位器外壳引出，固定在需要低频信号覆盖的范围。如要监测门口，将天线固定在门的侧边中央位置，当人员佩戴可接收低频信号的标识卡经过该门时，标识卡即可接收到该定位器号，并通过2.4G上传该号。由此，可精确判断出该标识卡佩戴者出现在了这个门口附近。

　　以此类推，也可通过两个定位器发送天线覆盖两个门，或门内门外，对标识卡佩戴者进行进出门判断。

　5.4 产品特点

系统优势：

　　 能可靠识别快速移动的目标

　　 采用AES加密技术对传输数据进行加密，保证数据传输的可靠和安全

　　 定位射频卡体积小巧，便于携带、安装、隐藏

　　 定位射频卡发射功率极低，对人体安全

　　 基站体积小，便于安装和维护

　　 信号穿透力和绕射能力强，集成度高、兼容性好、通信简单快捷

　　 射频卡可适应-35℃～+60℃的各种环境，可反复拆装使用