背景及需求

應(yīng)用背景

對(duì)于生產(chǎn)型企業(yè)來說，生產(chǎn)材料進(jìn)購量、生產(chǎn)消耗量、出庫量的盤存管理是優(yōu)化管理和降低生產(chǎn)成本的重要環(huán)節(jié)。為了便于企業(yè)核算生產(chǎn)成本、評(píng)估企業(yè)效益并科學(xué)地對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行管理，需要快速、精確地測量生產(chǎn)材料的存儲(chǔ)量和消耗量。庫存的準(zhǔn)確測量不僅能為核算生產(chǎn)消耗和生產(chǎn)成本提供重要的依據(jù)，也有助于企業(yè)管理資產(chǎn)，同時(shí)還能為企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益，從而避免無形中流失巨大的資金成本。

業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

目前傳統(tǒng)的筒倉體積測量以人工打尺和重錘料位計(jì)測量的方式為主，當(dāng)前的方式也面臨很多問題：

效率低：人工測量工作量大、時(shí)間長。另外，部分場景環(huán)境惡劣，比如水泥熟料筒倉的高溫，煤粉、礦石筒倉的粉塵等，對(duì)工作人員會(huì)造成一定程度的損傷。

故障率高：重錘料位計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若使用不當(dāng)或出現(xiàn)機(jī)械故障，特別在高粉塵環(huán)境長時(shí)間使用后可能會(huì)積累灰塵，影響測量精度和設(shè)備的正常運(yùn)行。

測量不準(zhǔn)確: 人工測量和重錘料位計(jì)只能測量筒倉中固定的點(diǎn)料位進(jìn)行體積計(jì)算，誤差大。

管理困難：人工測量數(shù)據(jù)只能通過手工記錄再導(dǎo)入到企業(yè)的庫存管理系統(tǒng)，整個(gè)過程中存在數(shù)據(jù)丟失和錄入錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)據(jù)存檔困難，不易進(jìn)行在線數(shù)字化管理。

需求分析

運(yùn)用科技手段對(duì)筒倉內(nèi)物料體積進(jìn)行測量，建立數(shù)字化體積測量盤庫系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的耗時(shí)耗力的人工測量方法，隨時(shí)了解生產(chǎn)材料的庫存信息，最大限度的消除漏、跑、丟現(xiàn)象，幫助企業(yè)達(dá)到材料購買量與消耗量的平衡。

體積測量盤庫系統(tǒng)能夠友好的支持管理生產(chǎn)過程、模擬料堆外形、輔助預(yù)測生產(chǎn)消耗，最終達(dá)到優(yōu)化庫存量、減少成本支出、減少冗余生產(chǎn)流程的目的。作為數(shù)字化生產(chǎn)的重要組成部分，體積測量系統(tǒng)可與企業(yè)管理系統(tǒng)相融合，從而大幅度提企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平，實(shí)現(xiàn)材料庫存量的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和數(shù)字化盤點(diǎn)。

方案總體設(shè)計(jì)

總體架構(gòu)

方案拓?fù)?/span>

圖1 方案拓?fù)鋱D

方案說明

方案前端設(shè)備主要由介可視全景掃描系統(tǒng)和體積成像主機(jī)組成，在粉塵相對(duì)較大的環(huán)境下，采用毫米波成像雷達(dá)，不受雨水、灰塵、光照等環(huán)境影響因素影響，成像效果較好。全景掃描系統(tǒng)通過掃描獲得數(shù)據(jù)，體積成像主機(jī)接收數(shù)據(jù)后計(jì)算獲得堆料體積，同時(shí)配合平臺(tái)實(shí)現(xiàn)體積數(shù)據(jù)的展示和管理，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平，實(shí)現(xiàn)材料庫存量的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和數(shù)字化。

系統(tǒng)工作流程

全景掃描系統(tǒng)通過發(fā)射和接收電磁波，獲取目標(biāo)的距離和方位角度信息，并通過云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)探測距離內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以全景掃描系統(tǒng)為原點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系，采集堆料表面點(diǎn)位坐標(biāo)，坐標(biāo)數(shù)據(jù)按網(wǎng)格模型重組，每個(gè)網(wǎng)格作為最小計(jì)算的體積微元，累加求和得到整個(gè)堆料的體積。經(jīng)過邊緣智能終端數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)輪廓掃描，微積分計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)堆料目標(biāo)體積的精確測量。后端平臺(tái)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示以及高度超閾值報(bào)警推送等功能。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

設(shè)備安裝部署

介可視全景掃描系統(tǒng)通過二維軸向360°旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到空間范圍內(nèi)的靜態(tài)目標(biāo)掃描成像，用戶可根據(jù)全景掃描系統(tǒng)呈現(xiàn)出來的效果進(jìn)行盤庫、目標(biāo)識(shí)別、體積測量等相關(guān)功能。全景掃描系統(tǒng)安裝在筒倉頂部吊裝。 

安裝示意圖如下圖所示：

圖3 檢測分布示意圖

圓柱筒倉

筒倉為圓柱形結(jié)構(gòu)，頂部中間為下料口，作業(yè)時(shí)候灰塵嚴(yán)重。

每個(gè)筒倉使用1臺(tái)介可視全景掃描系統(tǒng)；

安裝位置需預(yù)留24V直流電源線與千兆以太網(wǎng)線；

配電箱在庫房靠近地面位置，配電箱處預(yù)留220V電源線；

網(wǎng)線盡量不要超過100m，若超過100m需要增加交換機(jī)或改為光纖；

吊裝，盡量保證雷達(dá)水平架設(shè)。

安裝注意事項(xiàng)

尺寸

全景掃描系統(tǒng)安裝在筒倉頂部，并避開下料口位置，進(jìn)行物料輪廓掃描，標(biāo)配DN250法蘭，具體尺寸如

現(xiàn)場安裝示意圖

圖4 尺寸圖

雷達(dá)架設(shè)方案

目前配備兩種安裝支架：橫桿支架、標(biāo)準(zhǔn)法蘭。

橫桿支架：通過3個(gè)抱箍把支架固定在橫桿上，一般應(yīng)用在料棚；

標(biāo)準(zhǔn)法蘭：可直接適配DN250法蘭孔，一般應(yīng)用在筒倉、罐體；

通過支架架設(shè)方式如下圖所示：架設(shè)示意圖

圖5 尺寸圖

備有延長支架，支架長度1m，當(dāng)筒倉頂部有承重梁或者金屬架遮擋的情況下，可以安裝延長支架下探，達(dá)到更好的測試效果。

圖6 尺寸圖

接線

全景掃描系統(tǒng)線束定義如下圖所示?，F(xiàn)場直接把24V電源線與網(wǎng)線連接即可，帶有配電箱，配電箱內(nèi)部帶有適配器，可以把220V交流電源轉(zhuǎn)換為24V直流電源，再接入。

配電箱可以放在方便安裝的位置，建議配電箱與全景掃描系統(tǒng)之間連線小于100米。

圖7 線束定義

設(shè)備清單

設(shè)備清單如下：

表1 設(shè)備清單

核心設(shè)備介紹

方案的前端設(shè)備主要由全景掃描系統(tǒng)、體積成像主機(jī)組成。

表2 全景掃描系統(tǒng)特點(diǎn)

全景掃描系統(tǒng)

快掃毫米波全景掃描系統(tǒng)產(chǎn)品簡介

全景掃描系統(tǒng)是由發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，電機(jī)等基本組成，通過發(fā)射電磁波，電磁波經(jīng)過目標(biāo)物體進(jìn)行反射，雷達(dá)接收到目標(biāo)反射信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取目標(biāo)距全景掃描系統(tǒng)達(dá)之間的距離和方位信息，通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)360°掃描，生成高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成像，輸出制定區(qū)域內(nèi)堆料體積信息。采用80GHz FMCW技術(shù)，具有較高的分辨率和可靠的環(huán)境適應(yīng)性和高精度探測能力，不受粉塵，光線，雨水等影響，可應(yīng)用水泥，煤炭，發(fā)電，鋼鐵，采礦，糧倉等場景。

功能和性能

設(shè)備功能

l 采用 80GHz- FMCW 技術(shù)，分辨率更高，檢測性能更穩(wěn)定；

l 探測距離半徑 30 米， 快速形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸出；

l 支持 RS485、網(wǎng)口通信；

l 全天候工作，不受天氣、光線、溫度、粉塵等環(huán)境影響；

l 360°快速掃描進(jìn)行目標(biāo)監(jiān)視；

設(shè)備性能：

表3 全景掃描系統(tǒng)

體積成像主機(jī)

圖8 體積成像主機(jī)

產(chǎn)品簡介

體積成像主機(jī)是一款高性能的堆料體積測量主機(jī)，負(fù)責(zé)讀取全景掃描系統(tǒng)探測的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并利用高性能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出堆料的體積和三維建模效果圖。主要用于水泥、煤炭、發(fā)電、糧倉等場景進(jìn)行體積測量、輪廓掃描等功能，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化、數(shù)字化建設(shè)，為智能生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

產(chǎn)品功能和性能

產(chǎn)品功能

l 支持8臺(tái)全景掃描系統(tǒng)接入，并支持各個(gè)位置標(biāo)定

l 支持多個(gè)全景掃描系統(tǒng)畫整體感興趣區(qū)域，并支持展示感興趣區(qū)域的三維建模效果圖和計(jì)算堆料的體積

l 支持整體堆料高度預(yù)警設(shè)置

l 支持兩路報(bào)警輸出

產(chǎn)品性能：

表4 體積成像主機(jī)

方案優(yōu)勢

高效精準(zhǔn)

傳統(tǒng)測量筒倉料位的方法，只能夠測量點(diǎn)料位，不能夠了解料倉的全部料面情況，而雷達(dá)盤庫采用科學(xué)的網(wǎng)格模型計(jì)算堆場體積，結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測量方法。

安全環(huán)保

很多筒倉內(nèi)的物料多為煤粉、礦石、砂石料等，普遍粉塵較大；熟料庫中溫度較高，測量起來比較困難，工人工作環(huán)境惡劣，在測量時(shí)易引起身體不適甚至誘發(fā)職業(yè)病。而通過全景掃描系統(tǒng)進(jìn)行體積自動(dòng)測量，可以減少人工在惡劣環(huán)境下的作業(yè)時(shí)間，保障工作人員安全。

場景適用性強(qiáng)

針對(duì)高粉塵環(huán)境，提供毫米波、激光、耐高溫毫米波等相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品應(yīng)用方案，場景適用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。

方案業(yè)務(wù)完整

本方案針對(duì)筒倉體積的完整業(yè)務(wù)流程，提供前端感知探測設(shè)備、成像主機(jī)設(shè)備、后端管理平臺(tái)等一整套全面的產(chǎn)品應(yīng)用方案。