物联网技术及其在智慧仓储管理中的实践

娄季峰，王炳芳，张 迪，王 川

（1.国网新源建设有限公司，北京市 100053；2.浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江省仙居县 317300)

0 引言

在技术与互联网快速发展的过程中，物联网借助计算机网络的发展，应用射频识别技术、全球定位系统、激光扫描器与红外感应器等信息设备与技术，将已经约定的协议作为根据，在物品与互联网之间建立起信息交换的桥梁。这样就构建成定位、跟踪、调控、监控与识别的网络系统[1]。国家电网有限公司为深入落实2019年政府工作报告相关部署，全面启动了“泛在电力物联网”建设，就是围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统[2][3]。

目前，国网新源控股有限公司快速发展，业务规模的不断扩大，物资的种类及数量、出入库的频率都在与日俱增，而国网新源控股有限公司仓储管理仍借助于传统的人工管理方法和手段，采用智慧仓储的应用迫在眉睫。就是利用RFID射频识别、WiFi技术及先进管理方法，实现入库、出库、盘库、移库管理的信息自动抓取、自动识别、自动预警及智能管理功能，以降低仓储成本、提高仓储效率，提升仓储智慧管理能力[4][5]。本文以仙居抽水蓄能公司为例，研究设计出了一套全方位感知、安全同步传输、可视化重现的高效智慧仓储管理系统，通过改善传统仓库的管理模式，改变人工、纸张文件记录为基础的管理方式、追踪进出库的物资，提升仓库管理的效率，实现能源流、业务流、数据流“三流合一”，将泛在电力物联网建设工作落实在日常物资管理工作中。

1 物联网关键技术介绍

智慧仓储系统关键技术包括建立物资基础信息库技术、激光二维码技术、RFID技术、GPS定位跟踪技术、出入库识别门技术及屏幕显示技术等。

1.1 建立物资基础信息库技术

由各仓库自行填报，将新入库物资和所有在库物资基础信息整理汇总，批量导入或录入到智能仓储系统平台，系统自动生成唯一物资编码。

1.2 激光二维码技术

激光二维码技术可实现防腐蚀、防脱落，能够直接打印在多种材质（包括金属制品）上，无须任何介质，利用二维码技术，将系统中物资基础台账（基础信息表）生成二维码标签，并打印到物资的合适位置。各级物资管理人员使用App扫描，可实时查看物资详细信息，并对该物资在智能仓储系统上进行相应操作。但由于二维码出入库管理方式仅能针对单个物资进行扫描出入库管理，效率上大打折扣，因此激光二维码技术的应用存在一定的局限性[6][7]。

1.3 RFID技术

RFID是射频识别的英文缩写，利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别，主要由电子标签、读写器和天线三部分组成。对物资进行RFID电子标签的嵌入或张贴，并将物资的基础信息台账批量写入RFID电子标签，再通过射频信号感应识别，读取并解析物资的详细信息，实现物资批量库存管理。对于流转频率高且不易损毁的物资实行RFID电子标签方式进行管理能够实现高速有效的物资仓储管理[8][9]。

1.4 GPS定位跟踪技术

加装GPS定位装置，能够实现对重点管控物资的快速定位跟踪，并在智能仓储系统中实时查询到该管控物资的标记位置与状态。水电物资管理中，对重点管控物资（如主机设备等），通过GPS定位跟踪技术实现物资的定位导航。

1.5 出入库识别门技术

非接触式出入库门即在仓库大门加装多个RFID识别读写装置及天线，实现能够同时快速识别多个物资的芯片信息（1～200个），并能够自动生成打印出入库等各类单据，操作快捷方便。

1.6 屏幕显示技术

为智能仓储系统接入显示屏幕，在仓库适宜位置，通过数据传递展示仓库库存动态，建立综合展示平台，将存储物资领用、库存、维修、报废等情况及仓储管理当中的其他情况在大屏上实时、统一、动态展示[10]。

2 智慧仓储系统总体描述

2.1 系统功能总体介绍

智能盘库系统主要包括RFID电子标签、智能货架、智能运输机器人、智能盘库机器人、智能物品管理机器人、智能盘库系统管理平台软件等设备。并实现以下功能：

（1）自动定位：盘库系统可以实现对所有库存物品的自动定位，定位精度达到厘米级，可以引导仓库管理人员到库存物品附近。

（2）自动盘库：盘库系统可以按照规划好的路径，自动完成库房内存储物资的盘点，当物品被误放到错误位置时，会自动发出报警信号，并形成盘库报表。

（3）自动搬运：盘库系统可以自动将物品运送到指定的位置，包括从仓库门口运送到规划好的存储位置，以及从存储位置运送到仓库门口。

（4）自动检测和报警功能，当未经授权的物品或人员进出时，系统可以自动报警。

（5）其他功能：盘库系统中的机器人可以自动进行充电，并具备摄像和实时通信功能。

2.2 系统数据层介绍

盘库系统架构分为数据采集层、业务层、应用层。

（1）数据采集层：在每个资产设备部署RFID标签。

1）智能盘库机器人按照既定的路径规划，完成整个货架的数据清点、巡更；同时支持出入库时，自动将物品运送到指定的位置，减轻工作负担。

2）智能货架依托于全覆盖的天线，自动采集所有资产的RFID标签信息。

3）为了便于定位每个物品的位置，对普通货架做简单改造，支持声光定位提醒，便于工作人员到指定位置提取相关物品。

4）工作台完成RFID标签的初始化、资产的借用、归还等操作。

（2）业务层。

1）考虑到系统处于局域网内，为了便于智能盘库机器人协同工作，将前段采集设备自建局域网，智能盘库机器人支持采用WiFi传输的方式进行数据交互。

2）将采集到的机器人的视频数据、RFID采集数据、RFID标签信号强度数据等进行数据融合，准确定位每个资产的具体位置。

（3）应用层。

依托于采集到的每个物资的具体精确位置，进行大数据平台应用。全流程无人参与，重点对自动盘库后的数据进行分析，确认是否需要补库、在库情况是否异常等。

3 智慧仓储系统软件架构

3.1 软件功能

仓储管理作为整个系统的核心部分，除了提供基本仓储管理功能外，基于大数据平台建立库存预警、库存策略优化、库存分类分析等统计分析模型，为库存管理、生产运维提供辅助决策，其整体功能架构如图1所示。

3.2 入库登记

入库登记完成对资产唯一标识的初始化工作：

（1）制定编码规则，通过条码打印机，将资产按照仓库、货架等信息，形成规则，事先做好对应的条码。

（2）通过RFID工作站读取标签表面的条码或者二维码信息；自动生成资产的EPC码，写到RFID标签EPC区；完成卡号的初始化工作。

（3）将对资产进行唯一标识的EPC信息、TID信息、二维码/条码信息、资产名称、资产规格、仓库号、生产厂家、使用时机、管理分工、接装验收人、使用维护人、是否是易耗品等信息上报平台，写到对应数据库表中。

3.3 借用管理

（1）提交借用申请。

（2）工作站。

图1 仓储功能架构Figure 1 Storage function structure

1）刷工作卡或人脸识别，读取身份信息，并与操作人员的基本信息包括姓名、部门、职工编码、联系电话等进行数据库关联，确认操作人员身份。

2）选择要借用的资产，并自动进行语音和货架上的安装指示灯提醒。可选择调配机器人协助搬运。

3）从货架上拿取相应的资产。机器人自动到指定货架位置。

4）机器人将资产拿到指定的工作台边。

5）在工作站电脑上显示刷卡记录，核对申请借用清单与实际借用是否符合，弹出取出的资产列表、未取出的列表、取错的报警列表；由借用人员点击确认，完成借用。

3.4 资产归还

（1）刷工作卡或人脸识别，读取身份信息，确认操作人员身份。

把归还资产放到工作站读写器扫描区或者手持机App盘点；点击“归还”按钮，系统自动盘点归还设备，显示归还列表。

（2）确认归还资产。声光提醒归还的货位，可选择调配机器人协助搬运。

（3）机器人将归还的资产搬运到指定货架。

4 智慧仓储系统硬件架构

4.1 RFID智能货架

通过将小件物品都部署上超高频标签RFID标签，智能货架部署RFID读写器、天线、分支器等，确保全面感知整个货架，可实时获取每个小物品的位置。

在每层的顶部固定平板天线，每层部署8口天线分支器，将所有的天线进行级联，完成对整个架子的全覆盖管理。可进行实时盘库。

对开放式管理架进行区域划分，同时每个区域部分部署标识指示灯。通过一个显示器以及指示灯实时显示当前资产的位置情况，并进行语言播报。仙居公司智能仓储系统货架如图2所示。

4.2 智能盘库机器人/智能搬运机器人

采用2.4G远距离识别技术和125K低频唤醒技术，在机器人上安装读写器、低频激活器，机器人经过贴有125K+2.4G双频标签的区域时，标签将被激活读取，因为机器人具备导航定位功能，从而完成对资产的定位以及清点。

可设置低频激励器的工作范围：1～3.5m，到该区域内的标签激活并上报数据。此外，平时标签处于休眠状态，以节省电源，增加标签使用寿命。

盘库机器人按照指定的路径完成自动清点，同时免去了对货架的改造，采用双频方案可控制区域覆盖，一次经过可完成全部物资盘点，盘库机器人展示图如图3所示。

中心调度服务器获取一张全局网络拓扑图，对所有机器人进行实时管理，智能仓储系统机器人功能设计概述：

（1）WiFi无线网络连接所有机器人与中心调度服务器。

（2）每台机器人拥有独立的IP地址，具备二维码识别以及红外寻迹功能。它们沿着寻迹线路系统，按照地面上规划的红外寻迹线进行，遇到二维码后扫描二维码位置信息并传给调度服务器，由中心调度服务器下发指令（拐弯、暂停、继续前进等）给智能盘库机器人，控制智能盘库机器人的下一步行进路径。

图2 仙居公司智能仓储系统货架展示Figure 2 Display of smart storage system shelf in Xianju company

图3 智能盘库机器人Figure 3 Intelligent library robot

（3）地面上的寻迹线路系统由二维码点和红外寻迹线组成，构成与中心调度服务器相同的全局网络拓扑图，中心调度服务器上可运行迪杰斯特拉算法，维护网络拓扑，控制无线智能机器人的行进方向。

（4）中心调度服务器应具有重新设计网络拓扑与货物摆放的应用接口。

（5）在整个行进过程中，依托于机器人上的读写器和天线完成资产的自动盘库、巡检。

4.3 智能物品管理机器人

设置不同的货架区，每个货架区由指定一台智能管理机器人管理，这样可以提高机器人工作效率。所有智能机器人共享一个网络拓扑图，为了避免相撞需要中心调度服务器设计改进算法。

4.4 手持终端

用于资产清点确认。盘点时，管理员手持RFID手持终端，库存信息盘点上传，系统会自动进行信息核实，无入库内的工具以浅红色背景标识、缺失的工具以浅绿色背景标识、正确的工具以白色背景标识，管理员能够现场直观掌握工具信息。盘点结果上传至计算机进行数据整理统计保存结果。

4.5 智能通道门

当未授权的资产进出仓库时，智能通道门会自动报警，如图4所示。

图4 智能通道门Figure 4 Smart access door

5 结束语

智慧仓储建设是在仓储标准化、信息化建设基础上开展的管理提升，是仓储管理发展的必经之路，是泛在电力物联网发展的内在要求。智慧仓储系统操作简单、功能实用，系统使用者的要求降到最低，只要具备计算机操作基础，就能够使用本系统进行仓储管理工作。智慧仓储系统具有强大的事件集中收集分析和处理能力，可适用于多种电子标签的电子芯片读写器，能够同时自动读取大量物资信息，并及时生成出入库单据、进行有效信息过滤和分析。智慧仓储系统动态读取RFID标签信息，利用图表等展示形式显示读取状态，对异动数据进行提示告警，同时能实现对物资生命周期管理的智能化和可视化，仓库管理从而实现方便快捷且真实可信的无纸化办公。

伴随着信息技术的不断升级和变革，智慧仓储系统应运而生，其应用为智能型水电站的建设打下了坚实基础。目前，智慧仓储系统的应用在水电物资管理行业属于起步阶段，很多功能仍需要不断完善。但随着越来越多信息技术的不断进步及企业对智慧仓储系统认可度的不断提升，智慧仓储系统必将得到更加广泛的认可和应用，为企业创造更多的管理效益