背景及需求

應(yīng)用背景

對于生產(chǎn)型企業(yè)來說，生產(chǎn)材料進購量、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、評估企業(yè)效益并科學(xué)地對生產(chǎn)過程進行管理，需要快速、精確地測量生產(chǎn)材料的存儲量和消耗量。庫存的準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)，同時還能為企業(yè)提升經(jīng)濟效益，從而避免無形中流失巨大的資金成本。

業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

企業(yè)生產(chǎn)中用于生產(chǎn)的原材料堆料庫儲量控制需要恰到好處（比如發(fā)礦山砂石料、金屬生產(chǎn)企業(yè)用的礦石原材料等），儲備太少影響企業(yè)正常生產(chǎn)，儲備太多阻礙資金周轉(zhuǎn)，影響企業(yè)效益。

目前傳統(tǒng)的堆料體積測量以人工測量的方式為主，當前的方式也面臨很多問題：

盤庫效率低：人工測量工作量大、時間長。另外，部分場景環(huán)境惡劣，比如水泥熟料庫的高溫，煤堆庫、礦石庫的粉塵等，對工作人員會造成一定程度的損傷。

測量精度低：人工測量中大型堆料庫的方式主要是人工操作機器將物料堆整理，形成規(guī)則的立體形狀，再結(jié)合人工測量的堆料參數(shù)，最后估算出煤堆的近似體積，所得的結(jié)果往往誤差很大。整個過程需要幾個工作人員花費1到2天甚至更多的時間才能完成測量。測量結(jié)果精度還很依賴工作人員的操作是否到位，人工干擾因素過多，最后測量的物料堆體積不夠精準。

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)，整個過程中存在數(shù)據(jù)丟失和錄入錯誤的風險，數(shù)據(jù)存檔困難，不易進行在線數(shù)字化管理。

需求分析

運用科技手段對堆料體積進行測量，建立數(shù)字化堆料體積測量盤庫系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的耗時耗力的人工測量方法，隨時了解生產(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)達到材料購買量與消耗量的平衡。

堆料體積測量盤庫系統(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，堆料體積測量系統(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，實現(xiàn)材料庫存量的實時性、準確性和數(shù)字化盤點。

方案總體設(shè)計

總體架構(gòu)

方案拓撲

圖1 方案拓撲圖

方案說明

方案前端設(shè)備主要由介可視全景掃描系統(tǒng)和體積成像主機組成，在粉塵相對較大的環(huán)境下，采用毫米波成像雷達，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)通過掃描獲得堆料數(shù)據(jù)，體積成像主機接收數(shù)據(jù)后計算獲得堆料體積，同時配合平臺實現(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，實現(xiàn)材料庫存量的實時性、準確性和數(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，獲取目標的距離和方位角度信息，并通過云臺旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)探測距離內(nèi)目標點云數(shù)據(jù)，以全景掃描系統(tǒng)為原點建立三維坐標系，采集堆料表面點位坐標，坐標數(shù)據(jù)按網(wǎng)格模型重組，每個網(wǎng)格作為最小計算的體積微元，累加求和得到整個堆料的體積。經(jīng)過邊緣智能終端數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)目標輪廓掃描，微積分計算，最終實現(xiàn)堆料目標體積的精確測量。后端平臺可以對數(shù)據(jù)進行展示以及高度超閾值報警推送等功能。

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)，最終達到空間范圍內(nèi)的靜態(tài)目標掃描成像，用戶可根據(jù)全景掃描系統(tǒng)呈現(xiàn)出來的效果進行盤庫、目標識別、體積測量等相關(guān)功能。全景掃描系統(tǒng)安裝在庫房頂部，在料堆上方吊裝；現(xiàn)場庫房較大，也可以安裝多個全景掃描系統(tǒng)，最終數(shù)據(jù)匯總到平臺進行整合拼接工作。

安裝示意圖如下圖所示：

圖3 檢測分布示意圖

長形堆棚

堆棚為長拱形結(jié)構(gòu)，庫房長寬高尺寸為200m*100m*，最高位置40m，內(nèi)部為塊狀煤或粉狀煤，堆料高度一般8m左右，人工無法盤庫，也無比較有效的盤庫手段，并且現(xiàn)場環(huán)境惡劣，作業(yè)時候灰塵嚴重。

圖4 堆棚點位俯視圖

圖5 堆棚點位側(cè)視圖

堆棚使用8臺介可視全景掃描系統(tǒng)進行成像拼接，以覆蓋全部區(qū)域，分兩排安裝；

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需要增加交換機或改為光纖；

吊裝，盡量保證雷達水平架設(shè)。

安裝注意事項

尺寸

全景掃描系統(tǒng)安裝在筒倉、罐體或者料棚庫房頂部，進行物料輪廓掃描，標配DN250法蘭，具體尺寸如下圖所示。

圖6 尺寸圖

雷達架設(shè)方案

目前配備兩種安裝支架：橫桿支架、標準法蘭。

橫桿支架：通過3個抱箍把支架固定在橫桿上，一般應(yīng)用在料棚；

標準法蘭：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7 尺寸圖

備有延長支架，支架長度1m，當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，達到更好的測試效果。

圖8 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9 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)、體積成像主機組成。

表2 全景掃描系統(tǒng)特點

全景掃描系統(tǒng)

常溫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，接收機，電機等基本組成，通過發(fā)射電磁波，電磁波經(jīng)過目標物體進行反射，雷達接收到目標反射信號進行數(shù)據(jù)處理，獲取目標距全景掃描系統(tǒng)達之間的距離和方位信息，通過電機旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)360°掃描，生成高密度點云數(shù)據(jù)實現(xiàn)目標成像，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 50 米， 快速形成點云數(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°快速掃描進行目標監(jiān)視；

設(shè)備性能：

表3 全景掃描系統(tǒng)

體積成像主機

圖10 體積成像主機

產(chǎn)品簡介

體積成像主機是一款高性能的堆料體積測量主機，負責讀取全景掃描系統(tǒng)探測的點云數(shù)據(jù)并利用高性能算法進行數(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、糧倉等場景進行體積測量、輪廓掃描等功能，以實現(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臺全景掃描系統(tǒng)接入，并支持各個位置標定

l 支持多個全景掃描系統(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 支持兩路報警輸出

產(chǎn)品性能：

表4 體積成像主機

方案優(yōu)勢

高效精準

人工盤庫準確率取決于工人的經(jīng)驗判斷，不同工人，甚至同一工人在不同時期估算的體積都有較大誤差，而雷達盤庫采用科學(xué)的網(wǎng)格模型計算堆場體積，結(jié)果的準確性和一致性遠高于人工盤庫。

安全環(huán)保

很多堆料庫內(nèi)的物料多為煤堆、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)進行體積自動測量，可以減少人工在惡劣環(huán)境下的作業(yè)時間，保障工作人員安全。

場景適用性強

針對堆料檢測的普通場景、粉塵較大場景、高溫場景等復(fù)雜需求應(yīng)用場景，提供毫米波、激光、耐高溫毫米波等相對應(yīng)的產(chǎn)品應(yīng)用方案，場景適用性強，應(yīng)用廣泛。

方案業(yè)務(wù)完整

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