基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的散貨碼頭倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李勝永，徐 勇

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通工程系，江蘇 南通 226010）

0 引言

自第四代港口概念提出到發(fā)展至今，現(xiàn)代港口逐步向港口聯(lián)盟、資源整合和供應(yīng)鏈中心方向發(fā)展，并且具備了港口物流統(tǒng)一集成信息平臺(tái)相關(guān)技術(shù)。而要成功實(shí)施第四代港口的轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步降低港口物流成本，就需要借助信息化管理建立港口航運(yùn)透明化供應(yīng)鏈，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的信息化和智能化道路是實(shí)現(xiàn)途徑之一。[1]散貨不同于集裝箱裝卸與管理，后者在信息識(shí)別、智能閘口管理、貨運(yùn)調(diào)度、統(tǒng)一物流信息平臺(tái)等方面初步具備了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的雛形，而由于散貨物流的特點(diǎn)，其在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各個(gè)層次方面發(fā)展滯后。本文以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在散貨碼頭倉儲(chǔ)管理中的應(yīng)用為研究對象，對其進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)施。

1 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

散貨倉儲(chǔ)系統(tǒng)中包括兩部分，一是堆場散貨儲(chǔ)存，如煤炭和礦石等；二是筒倉，如不適合露天存放的糧食、水泥等。目前大部分堆場倉儲(chǔ)管理基本實(shí)現(xiàn)了無紙化，由堆場管理人員將堆場存貨數(shù)據(jù)、出貨數(shù)據(jù)、清理操作、灑水作業(yè)、堆溫檢測和可燃?xì)怏w濃度檢測等信息輸入到信息平臺(tái)，供管理人員做數(shù)據(jù)分析、查詢、圖形化管理等工作，然后發(fā)布物流信息、堆場安全管理信息和數(shù)據(jù)查詢更新，這種模式距物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求的智能化水平和物流效率標(biāo)準(zhǔn)有較大距離。在筒倉存儲(chǔ)中，由于筒倉的封閉特性及貨物存放時(shí)間長而引起的溫度升高和貨物變質(zhì)等問題都需要人工進(jìn)行檢測，可燃?xì)怏w濃度過高等危險(xiǎn)信息也需要定期監(jiān)測。同樣由于智能化程度低，和當(dāng)下物流體系在信息數(shù)據(jù)傳輸和貨物實(shí)時(shí)監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求相距甚遠(yuǎn)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)分為堆場管理和筒倉管理兩大模塊，可以實(shí)現(xiàn)堆場作業(yè)可視化管理、地基沉降觀測、堆體溫度監(jiān)測、可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測、空氣濕度監(jiān)測等功能。各模塊及實(shí)現(xiàn)功能如圖1所示，其功能具體情況如下。

（1）堆場作業(yè)可視化管理。利用TPS（全站儀定位系統(tǒng)）實(shí)時(shí)顯示堆場作業(yè)和貨堆狀態(tài)，不在僅僅顯示圖形而是進(jìn)行數(shù)字百分比量化。

（2）地基沉降觀測。由于堆場大都靠近海河沿岸，地質(zhì)松散，易沉降，造成了堆場水泥地面等基礎(chǔ)設(shè)施下沉損壞，不具備設(shè)計(jì)排水條件。在堆場設(shè)置地基監(jiān)測設(shè)備，控制室可根據(jù)獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)設(shè)定相關(guān)地基的最大載荷，自動(dòng)提醒堆場計(jì)劃的堆垛高度，保證地基的載荷在一定的范圍內(nèi)，防止地基沉降。

（3）堆體溫度監(jiān)測（堆場）。利用紅外溫度探測儀檢測堆場料堆表溫度，利用溫感線圈檢測料堆內(nèi)部溫度。

（4）可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測。利用可燃?xì)怏w探測儀監(jiān)測一氧化碳、甲烷和氫氣的濃度，并具備煙度檢測功能。

（5）堆體溫度監(jiān)測（筒倉）。利用紅外溫度探測儀和溫感線圈監(jiān)測筒倉表溫和內(nèi)部溫度。

（6）空氣濕度監(jiān)測。利用空氣濕度傳感器監(jiān)測筒倉內(nèi)濕度。

以上監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線通信的方式與倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)基于以上數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分析，由系統(tǒng)控制自動(dòng)化作業(yè)設(shè)備進(jìn)行灑水、空氣惰化、調(diào)濕作業(yè)，或發(fā)出人為清掃任務(wù)。

圖1 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)方案

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 堆場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）堆場作業(yè)可視化設(shè)計(jì)。TPS不僅具有測量功能、數(shù)據(jù)計(jì)算、變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測，還具有實(shí)時(shí)掃描和三維重建功能。利用TPS對料堆進(jìn)行掃描和三維重建便可以在倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)中植入TPS上位機(jī)軟件進(jìn)行堆場可視化作業(yè)監(jiān)控。圖像視頻數(shù)據(jù)線可以通過HDMI接口與電腦連接，其三維重建百分比量化數(shù)據(jù)連接關(guān)系可以通過圖2進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但由于電腦串口信號(hào)衰減問題而采用如圖3所示的電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 三維重建行數(shù)字百分比量化數(shù)據(jù)傳輸TPS與PC連接關(guān)系

圖3 利用ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸電路

（2）地基沉降觀測電路設(shè)計(jì)。地基沉降觀測的方法很多，大多是借助儀器設(shè)備和基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，如靜載試樁、復(fù)合地基載荷、標(biāo)尺目測、不動(dòng)桿沉降觀測等，這里采用固定式沉降儀，由于其輸出信號(hào)類型和全站儀輸出類型相同，所以其傳輸線路設(shè)計(jì)方法類似。[2]

（3）堆體溫度檢測。利用紅外溫度探測儀檢測堆場料堆表溫度。紅外測溫采用非接觸方式工作，易于自動(dòng)控制。采用TN9紅外溫度傳感器作為溫度檢測點(diǎn)，在堆場周圍布4點(diǎn)，分布在堆場四周，同時(shí)在電路設(shè)計(jì)過程中加入現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示，和溫度值監(jiān)測設(shè)定如圖4所示。由于利用ZigBee協(xié)議進(jìn)行無線傳輸數(shù)據(jù)電路都同文中設(shè)計(jì)過程一致，這里就沒有給出無線傳輸電路圖。利用接觸溫度傳感器DS18B20監(jiān)測料堆內(nèi)部溫度，監(jiān)測點(diǎn)的多少可以根據(jù)具體物料的性質(zhì)和要求。

圖4 堆體溫度監(jiān)測電路

3.2 筒倉管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

筒倉管理系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，在具體電路設(shè)計(jì)中，其溫測電路和文中上述設(shè)計(jì)電路一致，這里給出可燃?xì)怏w濃度檢測和濕度監(jiān)測電路，采用MQ-2氣體傳感器監(jiān)測傳感器。MQ-2氣體傳感器對甲烷、氫氣、天然氣和其它可燃蒸汽的檢測比較理想。其輸出信號(hào)為0-5V模擬量。采用SHT10溫濕度傳感器監(jiān)測筒倉內(nèi)部空氣濕度，電路如圖6所示。

圖5 筒倉管理電路設(shè)計(jì)框圖

圖6 可燃?xì)怏w與濕度監(jiān)測電路

4 結(jié)束語

上述電路是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在港口倉儲(chǔ)管理中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)通過多種信號(hào)的自動(dòng)監(jiān)測和處理反饋到物聯(lián)網(wǎng)港口信息平臺(tái)上，這樣不僅可以提高倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，也為物聯(lián)網(wǎng)在港口技術(shù)中的應(yīng)用拓展了思路，豐富了物流信息，達(dá)到了物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不僅為港務(wù)公司提供了倉儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)，也為下游物流環(huán)節(jié)提供了倉儲(chǔ)信息。

[1]尹曉霞.秦皇島物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究[D].秦皇島:燕山大學(xué),2012.

[2]葉國良.地基基礎(chǔ)沉降觀測方法綜述[J].中國港灣建設(shè),2003(3):18-19.