基于物聯(lián)網(wǎng)的電力物資智慧倉儲系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

葉芊芊

浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用工程學(xué)院，浙江杭州 310053

0 引言

電力物資倉儲管理是指在生產(chǎn)期間，對需要使用、儲備及采購的電力物資予以計劃性管理的行為，是電網(wǎng)建設(shè)、運行的重要保障，對于電力企業(yè)的運行與發(fā)展具有重要的作用[1]。電力物資倉儲具有儲存量大、物質(zhì)儲備不確定性、存儲調(diào)動比較繁忙等特點。目前，國內(nèi)大多數(shù)的電力企業(yè)倉儲物流基礎(chǔ)設(shè)施簡陋，倉儲管理智能化水平不高，經(jīng)濟的快速發(fā)展帶來物流倉儲規(guī)模的逐年擴大，貨物進出變動復(fù)雜，傳統(tǒng)的倉儲管理模式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電力企業(yè)的發(fā)展需求。隨著“工業(yè)4.0”、“智能制造”時代的來臨，將AGV機器人、激光導(dǎo)航、二維碼等先進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于倉儲管理系統(tǒng)，研究電力物資智慧倉儲管理系統(tǒng)的構(gòu)建，大幅提升倉儲管理效率，降低管理成本，已經(jīng)是大勢所趨。

本文介紹了一種基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的電力物資智慧倉儲方案。根據(jù)電力物資周轉(zhuǎn)庫業(yè)務(wù)需求，依靠AGV、揀貨機器人等自動化設(shè)備，構(gòu)建一體化信息平臺，實現(xiàn)“自動出庫入庫”、“物資無人搬運”、“工具自動分揀”、“精準(zhǔn)倉儲定位”、“信息全程溯源”等功能，減輕人工作業(yè)量、降低作業(yè)風(fēng)險、提高作業(yè)效率，建立起真正的信息化、自動化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化的智能倉庫，全面提升電力物資供應(yīng)服務(wù)水平和管理水平。

1 系統(tǒng)總體方案

1.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

本系統(tǒng)分為3大部分：自動化設(shè)備模塊、信息化控制模塊以及可視化展示模塊。AGV、各類搬運、揀選機器人實現(xiàn)物資的入庫、出庫，室內(nèi)物資的搬運、分揀等功能；WMS實現(xiàn)出入庫管理、庫內(nèi)管理、報表管理、權(quán)限管理等庫內(nèi)作業(yè)信息化管控；WCS實時下發(fā)智能設(shè)備控制指令，實現(xiàn)智能設(shè)備高效有序運轉(zhuǎn)；電子顯示屏展示倉庫日常作業(yè)情況，庫存實時動態(tài)展示，作業(yè)視頻監(jiān)控，企業(yè)宣傳內(nèi)容展示等；業(yè)務(wù)看板展示各區(qū)域作業(yè)狀態(tài)展示，各區(qū)域庫存庫容動態(tài)展示，業(yè)務(wù)辦理進度等內(nèi)容；APP終端供工作人員與供應(yīng)商使用，可進行日常作業(yè)，填報作業(yè)數(shù)據(jù)，查看物資狀態(tài)等。系統(tǒng)功能模塊需求圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)

系統(tǒng)采用了C/S架構(gòu)的Web端平臺和B/S架構(gòu)的Android移動終端平臺相結(jié)合的模式[2]。整個系統(tǒng)基于IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備包括：AGV、PDA、搬運分揀機器人、PLC等，分配不同的IP地址，組成局域網(wǎng)，通過TCP/IP協(xié)議進行通訊。其中，RFID、二維碼、機器視覺屬傳感層自動識別體系，WCS對倉庫內(nèi)AGV、機器人、PDA等智能設(shè)備進行調(diào)度與控制?？蛻舳税ɑ赑C的IE客戶端以及基于手機的移動客戶端，服務(wù)器包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、WMS服務(wù)器、視頻服務(wù)器以及監(jiān)控服務(wù)器，實現(xiàn)運行倉庫管理軟件、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控程序等各種服務(wù)和程序。智慧倉儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 智慧倉儲硬件關(guān)鍵技術(shù)

2.1 RFID（無線射頻識別）技術(shù)

RFID是物聯(lián)網(wǎng)非常重要的一種識別技術(shù)，以識別距離遠、速度快、抗污染能力和耐久性強、容量大等條碼無法比擬的優(yōu)勢，可以在電力智能倉庫管理中出庫、入庫、移庫、盤點、庫存控制等業(yè)務(wù)流程上實現(xiàn)更高效、更精確的管理。具體可用于人員識別（工作人員）、裝備與設(shè)備（包括整體設(shè)備與設(shè)備分段、倉儲貨區(qū)、貨位等）以及物料識別（各物流規(guī)格的貨物與物料）。

RFID組件模塊包括電子標(biāo)簽、天線、RFID讀寫器、中間件與人機交互界面。其中，RFID標(biāo)簽貼在物資托盤或者集裝箱上，標(biāo)簽包含貨物編碼、批號等相關(guān)信息，作為物資在倉庫內(nèi)流轉(zhuǎn)的唯一標(biāo)識，實現(xiàn)電力倉庫內(nèi)所有物資精準(zhǔn)管控。RFID讀寫器分為移動式讀寫器與固定式讀寫器，移動讀寫器安裝在AGV叉車前端，用于讀取RFID標(biāo)簽信息；固定式讀寫器安裝在倉庫的出入口位置，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的實際情況實時進行射頻規(guī)劃，可以在出入口安裝上下左右多個天線，確保RFID電子標(biāo)簽不被漏讀。標(biāo)簽信息由RFID讀寫器讀取后，將其傳輸?shù)焦芾砥脚_，管理平臺利用云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)接收讀取的數(shù)據(jù)，顯示庫存的實時數(shù)據(jù)、物資更新情況，企業(yè)工作人員可在PC終端與手機終端對庫存情況進行實時監(jiān)控[3]。

2.2 AGV機器人

AGV即“自動引導(dǎo)運輸車”，是指能夠沿規(guī)定路線行駛，具備搬運功能、安全保護及各種移載功能的自動導(dǎo)航機器人。作為該電力物資智慧倉儲系統(tǒng)的核心設(shè)備，AGV是集計算機、自動控制、信息通訊、機械設(shè)計與電子技術(shù)各種技術(shù)為一體的高新技術(shù)裝備[4]。

機器人主要由驅(qū)動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，其核心部件包含車載控制器、伺服驅(qū)動器、貨叉控制器、編碼器、導(dǎo)航激光等。運行時采用市場上最先進的第三代激光導(dǎo)航技術(shù)，同時，位置計算與防撞保護功能的引入提高了AGV小車的行駛穩(wěn)定性與運效率。

2.3 二維碼、激光導(dǎo)航技術(shù)

本系統(tǒng)拋棄了傳統(tǒng)的電磁導(dǎo)航技術(shù)，采用了市場上先進的二代二維碼導(dǎo)航以及三代激光導(dǎo)航技術(shù)。其中，AGV叉車采用激光導(dǎo)航的自動導(dǎo)引系統(tǒng)，其他智能機器人設(shè)備采用二維碼導(dǎo)航的自動導(dǎo)引系統(tǒng)。

二維碼導(dǎo)引方式是指在地面上鋪設(shè)離散的二維碼標(biāo)簽，智能設(shè)備的車載攝像頭掃描解析二維碼獲取實時坐標(biāo)。該方式使用相對靈活，鋪設(shè)和改變路徑也比較方便。AGV叉車采用激光導(dǎo)航技術(shù)，包括兩部分：AGV激光掃描器和AGV反射板。叉車AGV 的上部裝有激光掃描器，以固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)360°，經(jīng)脈沖激光器發(fā)射激光到反射板，經(jīng)反射板反射回來的激光的方向，激光掃描器就能探測到反射板并得到激光光線的角度等信息[5]。當(dāng)接收到物料搬運指令后，控制器根據(jù)所存儲的運行地圖和AGV小車當(dāng)前位置及行駛方向進行計算、規(guī)劃分析，選擇合適的行駛路線，自動控制AGV小車的行駛和轉(zhuǎn)向。

3 智慧倉儲管理軟件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 倉儲管理系統(tǒng)總體構(gòu)架

倉儲管理系統(tǒng)包括后臺應(yīng)用與移動應(yīng)用兩部分，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖4所示。其中，后臺應(yīng)用主要包括WMS、WCS、接口服務(wù)以及移動應(yīng)用服務(wù)，部署于信息管理區(qū)；移動應(yīng)用部署于信息外網(wǎng)，通過MIP平臺進行單點登錄，包括作業(yè)APP和預(yù)約APP兩部分。

WMS為倉儲管理模塊，是倉儲管理系統(tǒng)的主要功能模塊，負責(zé)對倉庫日常業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)策略管理以及各類指標(biāo)報表的管理[6]；WCS為倉儲控制模塊，主要負責(zé)對倉儲自動化設(shè)備的管理，包括接收WMS指令控制設(shè)備，完成作業(yè)任務(wù)，設(shè)備狀態(tài)與位置等信息上傳至WMS；接口服務(wù)主要用于倉庫信息系統(tǒng)與EPR、物聯(lián)網(wǎng)云平臺等外部系統(tǒng)的信息交互；移動應(yīng)用服務(wù)主要用于后臺與移動應(yīng)用的數(shù)據(jù)交互。

作業(yè)APP由倉庫工作人員使用，主要用于完成倉庫的日常作業(yè)以及倉庫統(tǒng)計信息的查詢；預(yù)約APP由供應(yīng)商和需求單位使用，主要用于物資入庫與出庫的在線預(yù)約。使用作業(yè)APP和預(yù)約APP的移動終端需安裝專用SIM與含身份認證證書的TF加密卡，通過電力專線APN經(jīng)安全接入平臺身份認證后，與后應(yīng)用進行數(shù)據(jù)交互。

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流實現(xiàn)

依靠倉儲管理系統(tǒng)（WMS）和自動化設(shè)備管理系統(tǒng)（WCS）解決資源調(diào)度、倉儲管理、自動化作業(yè)設(shè)備管理、物資運輸管理、移動業(yè)務(wù)管理等問題，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與技術(shù)、數(shù)據(jù)的整合。

倉儲管理控制系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)、倉儲自動控制系統(tǒng)、顯示看板系統(tǒng)、RFID操作系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。倉儲管理控制系統(tǒng)具備多層架構(gòu)，與組件技術(shù)將界面控制、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)映射分離，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的松耦合，以靈活、快速地響應(yīng)業(yè)務(wù)變化對系統(tǒng)的需求。數(shù)據(jù)流架構(gòu)被劃分為源頭層、數(shù)據(jù)拉取層、計算層、數(shù)據(jù)倉庫以及對外服務(wù)層，通過各層次系統(tǒng)組件間服務(wù)的承載關(guān)系實現(xiàn)系統(tǒng)功能[7]。數(shù)據(jù)流架構(gòu)如圖5所示。

3.3 出入庫流程設(shè)計與實現(xiàn)

入庫與出庫的流程類似，以入庫流程為例，流程圖如圖6所示。

電力物資貨物入庫時，操作人員在WMS系統(tǒng)中創(chuàng)建入庫單，WMS系統(tǒng)為物資分配存儲庫位，同時下發(fā)指令給WCS系統(tǒng)。WCS系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)備（AGV機器人）執(zhí)行搬運任務(wù)，同時將入庫樓層和貨位分配信息推送至PDA，便于上架人員將貨物上架至對應(yīng)貨位。當(dāng)機器人將貨架搬運至入庫緩存區(qū)后，操作人員使用PDA掃描貨位編碼，根據(jù)PDA提示將指定貨物放至該貨位，并依次掃描需要上架物資或手工在PDA上錄入上架數(shù)量，并確認此貨位上架完成，PDA將數(shù)據(jù)回傳至WMS，WMS通知WCS，WCS調(diào)度空閑機器人將當(dāng)前已上架完成的物資運送回原位置，機器人回傳信息至WCS，WCS上傳作業(yè)完成信息，WMS系統(tǒng)實時更新庫存數(shù)據(jù)。同時，當(dāng)前機器人駛離緩存區(qū)后，WCS系統(tǒng)調(diào)度下一臺頂舉機器人行駛至緩存區(qū)，操作人員使用PDA掃描貨位編碼號，重復(fù)以上流程直至所有物資完成上架。出庫流程類似，不做贅述。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)應(yīng)用RFID、AGV、移動應(yīng)用等物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，結(jié)合自動化搬運設(shè)備、運輸設(shè)備和存儲設(shè)備等先進自動化設(shè)備，實現(xiàn)了內(nèi)部作業(yè)高效、物資管理精準(zhǔn)、應(yīng)急響應(yīng)迅速的智慧電力物資倉儲管理系統(tǒng)。該方案已在某實際電力物資倉儲系統(tǒng)中安裝實施。運行效果表明，該系統(tǒng)的應(yīng)用提升了庫存周轉(zhuǎn)率，提高了倉庫的人員作業(yè)效率，降低了作業(yè)成本。該智慧倉儲系統(tǒng)解決方案具有極強的可行性與實用性，可以在同類系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。