新型智能化倉(cāng)儲(chǔ)管控系統(tǒng)

文/武赫 李蕊 程詩(shī)堯 李淞

國(guó)家電力公司開(kāi)展建設(shè)“三集五大”體系，其核心是建設(shè)計(jì)量設(shè)備的自動(dòng)化檢定系統(tǒng)及智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，對(duì)電能計(jì)量檢定管理模式進(jìn)行改革,構(gòu)建國(guó)家電網(wǎng)公司電能計(jì)量中心智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、自動(dòng)化計(jì)量裝置檢測(cè)系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化配送管理系統(tǒng)，打造計(jì)量檢定存儲(chǔ)配送一體化管理體系等。目前，全國(guó)多個(gè)省市的各級(jí)計(jì)量中心都在建設(shè)智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。此外，工業(yè)化發(fā)展到第四階段，從工業(yè)1.0機(jī)械化、工業(yè)2.0電氣化、工業(yè)3.0自動(dòng)化，到現(xiàn)在的工業(yè)4.0是基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代技術(shù)的智能化。工業(yè)4.0是由德國(guó)最先提出，目的是建設(shè)智能工廠，使其具有更高生產(chǎn)效率，更好適應(yīng)性，更節(jié)約資源，以提高整體工業(yè)的智能化水平。中國(guó)以制造智能化為主要發(fā)展方向，提出《中國(guó)制造2025》計(jì)劃，為提高整個(gè)國(guó)家工業(yè)智能化水平。管控系統(tǒng)是智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心和監(jiān)控調(diào)度核心，通過(guò)采用新興技術(shù)提升倉(cāng)儲(chǔ)管理智能化水平，實(shí)現(xiàn)計(jì)量業(yè)務(wù)的精益化管理。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

計(jì)量中心的智能化倉(cāng)儲(chǔ)管控系統(tǒng)由多個(gè)硬件設(shè)備及控制系統(tǒng)和多個(gè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。管控系統(tǒng)分為三層，最上層是信息管理層 (任務(wù)、數(shù)據(jù)、接口管理)、中間層是監(jiān)控調(diào)度層（集中監(jiān)控、作業(yè)調(diào)度、設(shè)備通信）、最下層是設(shè)備控制層（多種任務(wù)執(zhí)行設(shè)備控制）。中央控制室和現(xiàn)場(chǎng)分別布置硬件設(shè)備。在中央控制室，部署服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。服務(wù)器作為管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心與服務(wù)中心，軟件系統(tǒng)通過(guò)Web Service實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，硬件連接通過(guò)交換機(jī)采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)部署一體機(jī)、條碼掃描設(shè)備、RFID設(shè)備、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)、堆垛機(jī)控制系統(tǒng)、輸送線控制系統(tǒng)等。信息管理層與監(jiān)控調(diào)度層通過(guò)交換機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，監(jiān)控調(diào)度層接收任務(wù)并反饋任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)給信息管理層，監(jiān)控調(diào)度層與設(shè)備控制層通過(guò)PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，監(jiān)控調(diào)度層將任務(wù)分解成設(shè)備指令下達(dá)給設(shè)備控制層，倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的所有自動(dòng)化設(shè)備組成現(xiàn)場(chǎng)ROFINET總線，控制設(shè)備的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速有效的運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1。

軟件系統(tǒng)包括倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(Warehouse Management System,WMS)和監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)(Warehouse Control System,WCS)，WMS實(shí)現(xiàn)整個(gè)智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的系統(tǒng)配置、信息管理、任務(wù)管理、接口管理功能，從生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)獲取計(jì)量器具信息、新表入庫(kù)計(jì)劃、自動(dòng)檢定計(jì)劃、配送計(jì)劃等信息，為生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)提供實(shí)時(shí)庫(kù)存、庫(kù)位信息、計(jì)劃執(zhí)行狀態(tài)等信息，支持多種倉(cāng)庫(kù)業(yè)務(wù)的倉(cāng)庫(kù)管理，全面支持條形碼技術(shù)、視覺(jué)識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具管理，對(duì)貨位信息進(jìn)行全面管理，對(duì)任務(wù)信息實(shí)行動(dòng)態(tài)管理與調(diào)度，對(duì)任務(wù)狀態(tài)實(shí)時(shí)處理，提供各類信息綜合查詢，各類綜合報(bào)表統(tǒng)計(jì)、打印，提供詳細(xì)操作記錄日志。WCS處于信息管理與設(shè)備控制中間層，具有集成倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)控制設(shè)備接口，執(zhí)行管理下達(dá)任務(wù)，并分解下達(dá)給各執(zhí)行設(shè)備，管理運(yùn)輸路徑、路段，平衡路徑任務(wù)數(shù)量，優(yōu)化作業(yè)，實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、物料運(yùn)輸狀態(tài)及位置，實(shí)時(shí)記錄設(shè)備各種故障信息（包括通訊故障、執(zhí)行設(shè)備故障等），實(shí)時(shí)顯示報(bào)警信息，提供詳細(xì)的系統(tǒng)操作記錄、設(shè)備運(yùn)行日志。管控系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)信息管理、業(yè)務(wù)管理及設(shè)備控制功能，并實(shí)現(xiàn)與上級(jí)生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)接口管理。

二、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的升級(jí)設(shè)計(jì)

計(jì)量中心智能化倉(cāng)儲(chǔ)管控系統(tǒng)是一個(gè)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的復(fù)雜統(tǒng)一的系統(tǒng)，將新技術(shù)和方法運(yùn)用到系統(tǒng)的構(gòu)建中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效運(yùn)行，并具有可擴(kuò)展性。

1.基于工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)處理

工業(yè)大數(shù)據(jù)是設(shè)備數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和需求數(shù)據(jù)的集合，不僅僅是來(lái)源廣、種類多、呈指數(shù)增長(zhǎng)的海量數(shù)據(jù)，也包括信息知識(shí)，在傳統(tǒng)工業(yè)研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)性低獨(dú)立性強(qiáng)，采集、集成、分析困難在工業(yè)制造行業(yè)引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建成制造物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Manufacturing Things，Io MT)，通過(guò)對(duì)傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集成和分析處理，可以實(shí)現(xiàn)信息管理層、生產(chǎn)車(chē)間層和設(shè)備層連接，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制和決策，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全面管控。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)量小、數(shù)據(jù)復(fù)雜度低，其分析過(guò)程適合統(tǒng)計(jì)回歸和數(shù)學(xué)建模，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)選取、剔除或減弱干擾；而工業(yè)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)間關(guān)系復(fù)雜，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備已不能通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)選取來(lái)實(shí)現(xiàn)，ETL(意為抽取、轉(zhuǎn)換、加載) 就產(chǎn)生了。ETL技術(shù)是用工業(yè)大數(shù)據(jù)構(gòu)建成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的核心技術(shù)之一，是將大量關(guān)聯(lián)性低、結(jié)構(gòu)不同的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)提取、轉(zhuǎn)換后再加載到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的過(guò)程。

智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)就是對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、處理，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)既包括上層生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)下達(dá)的新表入庫(kù)計(jì)劃、檢定出庫(kù)計(jì)劃、檢定回庫(kù)計(jì)劃、配送出庫(kù)計(jì)劃、計(jì)量器具信息，還包括各種自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、條碼識(shí)別、視覺(jué)識(shí)別信息，因此將數(shù)據(jù)分為兩類：與上層生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)交互的數(shù)據(jù)，與底層設(shè)備交互的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)類型不同，結(jié)構(gòu)不同、對(duì)時(shí)間響應(yīng)度高、數(shù)據(jù)間關(guān)系復(fù)雜。這些數(shù)據(jù)構(gòu)成工業(yè)大數(shù)據(jù)的一個(gè)子集，工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)貫穿了數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示整個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程，在智能化倉(cāng)儲(chǔ)管控系統(tǒng)中基于工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：采用全量ETL過(guò)程，主要分為數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、清洗、裝載。對(duì)與上層營(yíng)銷系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)采用Web Service，數(shù)據(jù)庫(kù)中間表的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，清理冗余數(shù)據(jù)。對(duì)與底層設(shè)備交互數(shù)據(jù)采用OPC UA，Socket 通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取。OPC UA(OLE for Process Control Unified Architecture，過(guò)程控制統(tǒng)一對(duì)象模型)是一個(gè)開(kāi)放的跨平臺(tái)架構(gòu)，由全世界30多家知名制造企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，目前已成為工業(yè)4.0 中的通信標(biāo)準(zhǔn)，成為工業(yè)通信的數(shù)據(jù)交互規(guī)范。其開(kāi)放性與完整性被廣泛認(rèn)可。GB/T 33863.1-2017《OPC統(tǒng)一架構(gòu)》正式發(fā)布，并于 2018 年2月1日正式實(shí)施。OPC UA協(xié)議不受限于操作系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，并且還擁有很高的安全保護(hù)機(jī)制，可以確保信息通信安全可靠。OPC UA還能支持各類設(shè)備復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通信，通過(guò)將設(shè)備的各種數(shù)據(jù)以及結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)封裝為對(duì)象來(lái)對(duì)設(shè)備信息模型進(jìn)行描述，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的通信。同時(shí)，底層設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以通過(guò)OPC UA服務(wù)器傳輸給OPC UA客戶端，設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控可以通過(guò)OPC UA服務(wù)器提供歷史數(shù)據(jù)查詢來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)底層設(shè)備統(tǒng)一建模，在OPC UA服務(wù)器中封裝這些數(shù)據(jù)信息，然后通過(guò)OPC UA的訂閱/發(fā)布方式傳輸?shù)秸{(diào)度應(yīng)用服務(wù)層中創(chuàng)建的OPC UA客戶端，如圖3。

圖3 基于OPC UA架構(gòu)的通信流程

圖4 數(shù)據(jù)處理

OPC 基金會(huì)公布了OPC UA Part14-關(guān)于OPC UA 的發(fā)布/訂閱模式（簡(jiǎn)稱為Pub/Sub），這是一個(gè)里程碑事件。發(fā)布/訂閱模式是指在數(shù)據(jù)傳輸中，每個(gè)消息都有內(nèi)容，這個(gè)內(nèi)容就是一個(gè)主題（Topic），網(wǎng)絡(luò)中的客戶可以發(fā)布某一消息，一旦發(fā)布了某一個(gè)主題的消息，所有訂閱者都會(huì)及時(shí)收到該主題的消息。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、總線和設(shè)備數(shù)量眾多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且分級(jí)管理，互相通訊非常困難。每個(gè)設(shè)備之間采用一種協(xié)議，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這樣組成的系統(tǒng)稱為緊耦合架構(gòu)，多應(yīng)用程序不適用緊耦合的架構(gòu)。智能工業(yè)控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)松耦合的架構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)的傳感器數(shù)據(jù)不再是某個(gè)特定應(yīng)用程序獨(dú)占，不再是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，要在不同應(yīng)用程序共享現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)。使用Pub/Sub 機(jī)制網(wǎng)絡(luò)，非常適合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的扁平化，是一種解耦（decouple）系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸，發(fā)送者不需要知道有多少接收者，他們是否就緒，就可以發(fā)布信息。接受者只接受訂閱的消息，進(jìn)行相應(yīng)處理，縮短信息交換的時(shí)間，提高處理效率。智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中需要WCS下達(dá)指令的設(shè)備稱為關(guān)鍵設(shè)備，如堆垛機(jī)，條碼掃描器，視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，處于運(yùn)輸終點(diǎn)位置或起點(diǎn)位置的輸送機(jī)，這些都是關(guān)鍵設(shè)備。而輸送線系統(tǒng)中處于中間運(yùn)輸過(guò)程的輸送機(jī)不屬于關(guān)鍵設(shè)備。假設(shè)一個(gè)智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)有N臺(tái)設(shè)備，與每臺(tái)設(shè)備通信時(shí)間為S，其中需要與調(diào)度系統(tǒng)交互的關(guān)鍵設(shè)備為M臺(tái)（M＜=N），傳統(tǒng)查詢模式總的通信時(shí)間為S＊N，發(fā)布/訂閱模式總的通信時(shí)間為S＊M，那么發(fā)布/訂閱模式總的通信時(shí)間比查詢模式總的通信時(shí)間縮短(1-M/N)%。清洗后的數(shù)據(jù)以相應(yīng)的表結(jié)構(gòu)裝載到Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)表中。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中，操作過(guò)程以日志方式記錄到HBase中。

數(shù)據(jù)處理及顯示：采用關(guān)聯(lián)分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)與上層生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)交互的數(shù)據(jù)可以查詢、統(tǒng)計(jì)，對(duì)與底層設(shè)備交互的數(shù)據(jù)可以生成在線二維仿真界面，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)，報(bào)警信息，物料運(yùn)輸位置及任務(wù)完成情況等。數(shù)據(jù)處理，如圖4。

2.基于泛在計(jì)算設(shè)備的智能化組箱

泛在計(jì)算又稱環(huán)境智能等，是指運(yùn)用新的交互設(shè)備獲取數(shù)據(jù)和信息，用戶可以不受干擾主動(dòng)地、動(dòng)態(tài)地接受信息服務(wù)?；诜涸谟?jì)算交互設(shè)備，如無(wú)線射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）的設(shè)備、視覺(jué)識(shí)別設(shè)備、各種網(wǎng)絡(luò)（無(wú)線或有線）設(shè)備等。無(wú)線制造是指對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采用RFID、視覺(jué)識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)采集，這些數(shù)據(jù)成為對(duì)生產(chǎn)過(guò)程分析和決策的依據(jù)。泛在計(jì)算主要作用：①數(shù)據(jù)采集的范圍擴(kuò)大，每一位操作工，每一臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備，每一種生產(chǎn)物料及每一種產(chǎn)品之間因?yàn)榉涸谟?jì)算設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了信息交互；②同時(shí)泛在計(jì)算設(shè)備的使用，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程時(shí)間響應(yīng)度更快、對(duì)生產(chǎn)管理更具可視性、智能性，因?yàn)閷?duì)研發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行更加精確采集、從而實(shí)現(xiàn)整合、集成、分析和共享；③提高現(xiàn)場(chǎng)物料、機(jī)器、設(shè)備和產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)的處理和控制，能夠更好實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)緊密銜接，更便于控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，減少人工干預(yù)。

計(jì)量中心智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)與自動(dòng)化檢定線無(wú)縫對(duì)接，自動(dòng)化檢定線與傳統(tǒng)手工檢定線最大區(qū)別在于由機(jī)器手代替人工掛表到檢定臺(tái)，檢定臺(tái)對(duì)檢定計(jì)量器具的放置方向有要求，必須按照統(tǒng)一的順序擺放，在智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中新表入庫(kù)時(shí)不僅需要采集新表數(shù)據(jù)，還需要檢查新表在箱中的擺放方向，確保計(jì)量器具在入庫(kù)時(shí)信息和位置準(zhǔn)確，為自動(dòng)化檢定線提供正確計(jì)量器具，減少自動(dòng)化檢定線異常處理時(shí)間，從而提高自動(dòng)化檢定線的工作效率。設(shè)計(jì)基于泛在計(jì)算設(shè)備的智能化組箱系統(tǒng)，由固定條碼掃描器、RFID、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)組成，如圖5。

圖5 智能組箱系統(tǒng)

無(wú)線通信識(shí)別是識(shí)別技術(shù)的一個(gè)里程碑，其特點(diǎn)在于識(shí)別的非接觸性、自動(dòng)性、智能性。RFID技術(shù)是發(fā)展最快、最完善、應(yīng)用最廣的一種類型，其信息存儲(chǔ)量大，可同時(shí)自動(dòng)識(shí)別多個(gè)目標(biāo)，人工識(shí)別的識(shí)別效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于RFID識(shí)別，RFID識(shí)別結(jié)果客觀、正確率高，且不受環(huán)境條件變化的影響，可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間不間斷的識(shí)別作業(yè)。RFID系統(tǒng)主要包括標(biāo)簽讀寫(xiě)器，天線等部分。RFID具有以下特點(diǎn)：①適應(yīng)性強(qiáng)，能適合各種環(huán)境與條件；②組織系統(tǒng)性強(qiáng)，可以識(shí)別與管理復(fù)雜目標(biāo)；③技術(shù)性強(qiáng)，裝備其標(biāo)簽的物體能達(dá)到一定的智能化程序，還可以與上級(jí)信息管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。RFID電子標(biāo)簽與傳統(tǒng)的紙質(zhì)標(biāo)簽相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①儲(chǔ)存數(shù)據(jù)量大；②使用時(shí)間長(zhǎng)；③存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以修改；④存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以加密；⑤遠(yuǎn)距離可以讀??；⑥不受環(huán)境干擾，防潮，防磁，不受非金屬屏蔽。電能表、互感器等電力計(jì)量器具在社會(huì)生產(chǎn)和國(guó)民生活中具有非常重要的作用，因此在每一個(gè)電力計(jì)量器具上裝載一個(gè)RFID電子標(biāo)簽，記錄該計(jì)量器具的相關(guān)信息，作為該計(jì)量器具的唯一身份標(biāo)識(shí)?，F(xiàn)階段計(jì)量中心用于裝表的箱分為紙箱和塑料周轉(zhuǎn)箱兩種，考慮到成本，這兩種方式的箱條碼都采用條形碼方式，用固定條碼掃描器采集箱條碼信息，計(jì)量器具使用電子標(biāo)簽，用RFID系統(tǒng)采集信息。傳統(tǒng)的條碼識(shí)別技術(shù)和RFID識(shí)別技術(shù)不能足以辨識(shí)計(jì)量器具位置狀態(tài)信息，在自動(dòng)組箱系統(tǒng)中集成先進(jìn)的機(jī)器視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)圖像獲取、圖像識(shí)別、圖像處理，完成計(jì)量器具位置狀態(tài)信息采集、校驗(yàn)，使組箱系統(tǒng)更具實(shí)用性和穩(wěn)定性，提高了智能化水平?！皺C(jī)器視覺(jué)”，就是采用機(jī)器對(duì)空間影像進(jìn)行處理和判別，通過(guò)攝像頭攝取圖像后將圖像傳送至處理單元，對(duì)圖像像素分布和亮度、顏色等信息進(jìn)行數(shù)字化處理，進(jìn)而判別物體尺寸、形狀、顏色等信息，并將判別的結(jié)果上報(bào)給上位機(jī)處理系統(tǒng)。視覺(jué)識(shí)別主要由機(jī)器視覺(jué)及系統(tǒng)軟件組成。首先，視覺(jué)系統(tǒng)軟件進(jìn)行初始化，即存儲(chǔ)由攝像頭攝取的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具圖像，將需要的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具圖像都攝取存儲(chǔ)到系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中。實(shí)際工作時(shí)，計(jì)量器具輸送到位觸發(fā)傳感器，傳感器向視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)軟件發(fā)出請(qǐng)求，視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)軟件控制攝像頭攝取計(jì)量器具圖像，圖像上傳給視覺(jué)系統(tǒng)軟件，視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)軟件將其與圖像數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具圖像比對(duì)，并將結(jié)果上傳給上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理。如果入庫(kù)檢定的計(jì)量器具類型增加，只要增加視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具圖像即可，視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。

三、具體應(yīng)用

北京電力科學(xué)研究院計(jì)量中心智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)始建于2015年5月，與智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)配套的自動(dòng)檢定系統(tǒng)檢定需求為：年檢定單相表150萬(wàn)只，每個(gè)紙制周轉(zhuǎn)箱可存儲(chǔ)單相表15只，三相表22萬(wàn)只，每個(gè)紙制周轉(zhuǎn)箱可存儲(chǔ)三相表5只，低壓電流互感器24萬(wàn)只，每個(gè)紙制周轉(zhuǎn)箱可存儲(chǔ)低壓互感器6只，采集終端5萬(wàn)只，每個(gè)紙制周轉(zhuǎn)箱可存儲(chǔ)采集終端5只。考慮節(jié)假日、公休假、各種集體活動(dòng)、設(shè)備故障維修等情況，全年工作日按照250天算，工作日按照7小時(shí)工作時(shí)間算，日檢定箱數(shù)為776箱。對(duì)應(yīng)的新表入庫(kù)、檢定出庫(kù)、檢定入庫(kù)、配送出庫(kù)流程，則智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)周轉(zhuǎn)箱立體庫(kù)日出入庫(kù)流量為776＊4=3104箱。隨著計(jì)量中心工作量的增加，到2019年檢定需求為：年檢定單相表280萬(wàn)只，三相表32萬(wàn)只，低壓電流互感器34萬(wàn)只，采集終端10萬(wàn)只。智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)周轉(zhuǎn)箱庫(kù)日出入庫(kù)流量增加為1273＊4=5092箱。因?yàn)楣ぷ髁吭黾?，需要達(dá)到更高的運(yùn)行效率，智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)于2019年3月對(duì)周轉(zhuǎn)箱立體庫(kù)進(jìn)行了一次改造，原有系統(tǒng)一樓庫(kù)前輸送線系統(tǒng)為一層，出入庫(kù)分時(shí)進(jìn)行，改造后庫(kù)前與堆垛機(jī)對(duì)接位置分上下層輸送線，底層輸送線只執(zhí)行物料入庫(kù)運(yùn)送，上面一層輸送線只執(zhí)行物料出庫(kù)運(yùn)送，互不干擾，伸縮皮帶輸送機(jī)對(duì)應(yīng)的兩條輸送線，可以分別進(jìn)行出入庫(kù)，互不干擾，也可以同時(shí)執(zhí)行出庫(kù)或者同時(shí)執(zhí)行入庫(kù)。執(zhí)行出入庫(kù)的兩條輸送線通道上原有2臺(tái)RFID設(shè)備，改造后又增加2臺(tái)RFID設(shè)備，提高出入庫(kù)效率。管控系統(tǒng)也進(jìn)行了升級(jí)，運(yùn)用基于工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用OPC UA的訂閱/發(fā)布模式實(shí)現(xiàn)設(shè)備與調(diào)度系統(tǒng)交互，基于泛在計(jì)算設(shè)備的智能化組箱系統(tǒng)，采用固定條碼掃描器、RFID、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化組箱。改造后的智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)增加了輸送系統(tǒng)，智能化組箱系統(tǒng)，原有529臺(tái)設(shè)備，106臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備，新增77臺(tái)設(shè)備，新增12臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備通信時(shí)間為0.1ms，應(yīng)用OPC UA的發(fā)布/訂閱模式實(shí)現(xiàn)設(shè)備與調(diào)度系統(tǒng)交互時(shí)間比原來(lái)采用查詢方式時(shí)間縮短了77.69%，其計(jì)算如表1。智能化組箱系統(tǒng)確保入庫(kù)檢定計(jì)量器具的信息及方向正確，減少了自動(dòng)檢定線的錯(cuò)誤處理時(shí)間，保證自動(dòng)檢表線高效穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)用新技術(shù)提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和擴(kuò)展性，目前整個(gè)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，滿足北京計(jì)量中心工作需要。

表1 通信時(shí)間對(duì)比

四、結(jié)束語(yǔ)

智能化倉(cāng)儲(chǔ)管控系統(tǒng)應(yīng)用基于工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)處理，采用OPC UA訂閱/發(fā)布模式實(shí)現(xiàn)設(shè)備與調(diào)度系統(tǒng)交互，采用固定條碼掃描器、RFID、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化組箱，提高了管控系統(tǒng)的智能化水平。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)和新方法實(shí)現(xiàn)管控系統(tǒng)升級(jí)，使其更加智能化，如將OPC UA訂閱/發(fā)布模式與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time Sensitive Networking，TSN）結(jié)合，進(jìn)一步縮短設(shè)備通信時(shí)間，提高設(shè)備運(yùn)行效率；將3D建模技術(shù)應(yīng)用到管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示中，用3D界面顯示設(shè)備狀態(tài)，監(jiān)控整個(gè)智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行，使其更加直觀和易操作。