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(gòu)量、生產(chǎn)消耗量、出庫(kù)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(cè)量生產(chǎn)材料的存儲(chǔ)量和消耗量。庫(kù)存的準(zhǔn)確測(cè)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

企業(yè)生產(chǎn)中用于生產(chǎn)的原材料堆料庫(kù)儲(chǔ)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(chǔ)備太少影響企業(yè)正常生產(chǎn)，儲(chǔ)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(cè)量以人工測(cè)量的方式為主，當(dāng)前的方式也面臨很多問題：

盤庫(kù)效率低：人工測(cè)量工作量大、時(shí)間長(zhǎng)。另外，部分場(chǎng)景環(huán)境惡劣，比如水泥熟料庫(kù)的高溫，煤堆庫(kù)、礦石庫(kù)的粉塵等，對(duì)工作人員會(huì)造成一定程度的損傷。

測(cè)量精度低：人工測(cè)量中大型堆料庫(kù)的方式主要是人工操作機(jī)器將物料堆整理，形成規(guī)則的立體形狀，再結(jié)合人工測(cè)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(gè)過程需要幾個(gè)工作人員花費(fèi)1到2天甚至更多的時(shí)間才能完成測(cè)量。測(cè)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(cè)量的物料堆體積不夠精準(zhǔn)。

管理困難：人工測(cè)量數(shù)據(jù)只能通過手工記錄再導(dǎo)入到企業(yè)的庫(kù)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)堆料體積進(jìn)行測(cè)量，建立數(shù)字化堆料體積測(cè)量盤庫(kù)系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的耗時(shí)耗力的人工測(cè)量方法，隨時(shí)了解生產(chǎn)材料的庫(kù)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(gòu)買量與消耗量的平衡。

堆料體積測(cè)量盤庫(kù)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(cè)生產(chǎn)消耗，最終達(dá)到優(yōu)化庫(kù)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(cè)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(kù)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)通過掃描獲得堆料數(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(kù)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(cè)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(cè)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(kù)、目標(biāo)識(shí)別、體積測(cè)量等相關(guān)功能。全景掃描系統(tǒng)安裝在庫(kù)房頂部，在料堆上方吊裝；現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)房較大，也可以安裝多個(gè)全景掃描系統(tǒng)，最終數(shù)據(jù)匯總到平臺(tái)進(jìn)行整合拼接工作。

安裝示意圖如下圖所示：

圖3 檢測(cè)分布示意圖

長(zhǎng)形堆棚

堆棚為長(zhǎng)拱形結(jié)構(gòu)，庫(kù)房長(zhǎng)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(kù)，也無比較有效的盤庫(kù)手段，并且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，作業(yè)時(shí)候灰塵嚴(yán)重。

圖4 堆棚點(diǎn)位俯視圖

圖5 堆棚點(diǎn)位側(cè)視圖

堆棚使用8臺(tái)介可視全景掃描系統(tǒng)進(jìn)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(kù)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(cāng)、罐體或者料棚庫(kù)房頂部，進(jìn)行物料輪廓掃描，標(biāo)配DN250法蘭，具體尺寸如下圖所示。

圖6 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(cāng)、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(zhǎng)支架，支架長(zhǎng)度1m，當(dāng)筒倉(cāng)頂部有承重梁或者金屬架遮擋的情況下，可以安裝延長(zhǎng)支架下探，達(dá)到更好的測(cè)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。現(xiàn)場(chǎng)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(jī)組成。

表2 全景掃描系統(tǒng)特點(diǎn)

全景掃描系統(tǒng)

常溫毫米波全景掃描系統(tǒng)產(chǎn)品簡(jiǎn)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(cè)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(cāng)等場(chǎng)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(cè)性能更穩(wěn)定；

l 探測(cè)距離半徑 50 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10 體積成像主機(jī)

產(chǎn)品簡(jiǎn)介

體積成像主機(jī)是一款高性能的堆料體積測(cè)量主機(jī)，負(fù)責(zé)讀取全景掃描系統(tǒng)探測(cè)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(cāng)等場(chǎng)景進(jìn)行體積測(cè)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(shì)

高效精準(zhǔn)

人工盤庫(kù)準(zhǔn)確率取決于工人的經(jīng)驗(yàn)判斷，不同工人，甚至同一工人在不同時(shí)期估算的體積都有較大誤差，而雷達(dá)盤庫(kù)采用科學(xué)的網(wǎng)格模型計(jì)算堆場(chǎng)體積，結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性遠(yuǎn)高于人工盤庫(kù)。

安全環(huán)保

很多堆料庫(kù)內(nèi)的物料多為煤堆、礦石、砂石料等，普遍粉塵較大；熟料庫(kù)中溫度較高，測(cè)量起來比較困難，工人工作環(huán)境惡劣，在測(cè)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(cè)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(chǎng)景適用性強(qiáng)

針對(duì)堆料檢測(cè)的普通場(chǎng)景、粉塵較大場(chǎng)景、高溫場(chǎng)景等復(fù)雜需求應(yīng)用場(chǎng)景，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(chǎng)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)堆料體積的完整業(yè)務(wù)流程，提供前端感知探測(cè)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。