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基于物聯網技術的散貨碼頭倉儲管理系統設計

2022-01-13 13:45| 發布者: www.artist-contribution.com| 查看:

摘要: 在物聯網技術在港口物流中逐步應用的背景下, 文章通過分析當前倉儲管理現狀和管理內容, 提出了符合物聯網技術倉儲管理系統的設計方案, 并進行了物聯網底層硬件電路設計, 為物聯網技術在散貨碼頭倉儲管理系統中應用提供了思路。 ...

0 引言

自第四代港口概念提出到發展至今, 現代港口逐步向港口聯盟、資源整合和供應鏈中心方向發展, 并且具備了港口物流統一集成信息平臺相關技術。而要成功實施第四代港口的轉型, 進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透明化供應鏈, 以物聯網技術為支撐的信息化和智能化道路是實現途徑之一。[1]散貨不同于集裝箱裝卸與管理, 后者在信息識別、智能閘口管理、貨運調度、統一物流信息平臺等方面初步具備了物聯網技術體系的雛形, 而由于散貨物流的特點, 其在物聯網技術的各個層次方面發展滯后。本文以物聯網技術在散貨碼頭倉儲管理中的應用為研究對象, 對其進行了設計與實施。

1 倉儲管理系統現狀

散貨倉儲系統中包括兩部分, 一是堆場散貨儲存, 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管理基本實現了無紙化, 由堆場管理人員將堆場存貨數據、出貨數據、清理操作、灑水作業、堆溫檢測和可燃氣體濃度檢測等信息輸入到信息平臺, 供管理人員做數據分析、查詢、圖形化管理等工作, 然后發布物流信息、堆場安全管理信息和數據查詢更新, 這種模式距物聯網技術要求的智能化水平和物流效率標準有較大距離。在筒倉存儲中, 由于筒倉的封閉特性及貨物存放時間長而引起的溫度升高和貨物變質等問題都需要人工進行檢測, 可燃氣體濃度過高等危險信息也需要定期監測。同樣由于智能化程度低, 和當下物流體系在信息數據傳輸和貨物實時監控的物聯網技術要求相距甚遠。

2 基于物聯網技術的倉儲管理系統方案設計

該系統分為堆場管理和筒倉管理兩大模塊, 可以實現堆場作業可視化管理、地基沉降觀測、堆體溫度監測、可燃氣體濃度監測、空氣濕度監測等功能。各模塊及實現功能如圖1所示, 其功能具體情況如下。
(1) 堆場作業可視化管理。利用TPS (全站儀定位系統) 實時顯示堆場作業和貨堆狀態, 不在僅僅顯示圖形而是進行數字百分比量化。
(2) 地基沉降觀測。由于堆場大都靠近海河沿岸, 地質松散, 易沉降, 造成了堆場水泥地面等基礎設施下沉損壞, 不具備設計排水條件。在堆場設置地基監測設備, 控制室可根據獲取的實時數據設定相關地基的最大載荷, 自動提醒堆場計劃的堆垛高度, 保證地基的載荷在一定的范圍內, 防止地基沉降。
(3) 堆體溫度監測 (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部溫度。
(4) 可燃氣體濃度監測。利用可燃氣體探測儀監測一氧化碳、甲烷和氫氣的濃度, 并具備煙度檢測功能。
(5) 堆體溫度監測 (筒倉) 。利用紅外溫度探測儀和溫感線圈監測筒倉表溫和內部溫度。
(6) 空氣濕度監測。利用空氣濕度傳感器監測筒倉內濕度。
以上監測數據通過無線通信的方式與倉儲管理系統進行數據交換, 倉儲管理系統基于以上數據采集和數據處理分析, 由系統控制自動化作業設備進行灑水、空氣惰化、調濕作業, 或發出人為清掃任務。
圖1 倉儲管理系統方案圖1 倉儲管理系統方案  下載原圖
 

3 硬件電路設計

3.1 堆場管理系統設計

(1) 堆場作業可視化設計。TPS不僅具有測量功能、數據計算、變形動態監測, 還具有實時掃描和三維重建功能。利用TPS對料堆進行掃描和三維重建便可以在倉儲管理系統中植入TPS上位機軟件進行堆場可視化作業監控。圖像視頻數據線可以通過HDMI接口與電腦連接, 其三維重建百分比量化數據連接關系可以通過圖2進行數據傳輸, 但由于電腦串口信號衰減問題而采用如圖3所示的電路進行數據傳輸。
圖3 利用Zig Bee協議實現的無線網絡數據傳輸電路圖3 利用Zig Bee協議實現的無線網絡數據傳輸電路  下載原圖
 
圖2 三維重建行數字百分比量化數據傳輸TPS與PC連接關系圖2 三維重建行數字百分比量化數據傳輸TPS與PC連接關系  下載原圖
 
(2) 地基沉降觀測電路設計。地基沉降觀測的方法很多, 大多是借助儀器設備和基準點進行監測, 如靜載試樁、復合地基載荷、標尺目測、不動桿沉降觀測等, 這里采用固定式沉降儀, 由于其輸出信號類型和全站儀輸出類型相同, 所以其傳輸線路設計方法類似。[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, 易于自動控制。采用TN9紅外溫度傳感器作為溫度檢測點, 在堆場周圍布4點, 分布在堆場四周, 同時在電路設計過程中加入現場數據顯示, 和溫度值監測設定如圖4所示。由于利用Zig Bee協議進行無線傳輸數據電路都同文中設計過程一致, 這里就沒有給出無線傳輸電路圖。利用接觸溫度傳感器DS18B20監測料堆內部溫度, 監測點的多少可以根據具體物料的性質和要求。
圖4 堆體溫度監測電路圖4 堆體溫度監測電路  下載原圖
 

3.2 筒倉管理系統設計

筒倉管理系統硬件電路結構如圖5所示, 在具體電路設計中, 其溫測電路和文中上述設計電路一致, 這里給出可燃氣體濃度檢測和濕度監測電路, 采用MQ-2氣體傳感器監測傳感器。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。其輸出信號為0-5V模擬量。采用SHT10溫濕度傳感器監測筒倉內部空氣濕度, 電路如圖6所示。
圖5 筒倉管理電路設計框圖圖5 筒倉管理電路設計框圖  下載原圖
 
圖6 可燃氣體與濕度監測電路圖6 可燃氣體與濕度監測電路  下載原圖
 

4 結束語

上述電路是物聯網技術在港口倉儲管理中的應用, 可以實現通過多種信號的自動監測和處理反饋到物聯網港口信息平臺上, 這樣不僅可以提高倉儲管理系統的自動化程度, 也為物聯網在港口技術中的應用拓展了思路, 豐富了物流信息, 達到了物聯網實時監控技術指標。本文設計的系統不僅為港務公司提供了倉儲管理數據, 也為下游物流環節提供了倉儲信息。