Παρακολούθηση Rack σε Πραγματικό Χρόνο για Ασφαλέστερη Λειτουργία AS/RS

Ερευνητικό υπόβαθρο

Με την ραγδαία ανάπτυξη του ηλεκτρονικού εμπορίου και της σύγχρονης εφοδιαστικής αποθήκευσης, Αυτοματοποιημένο Σύστημα Αποθήκευσης και ΑνάκτησηςΤα συστήματα ραφιών και τα συστήματα ραφιών μεγάλης κλίμακας χρησιμοποιούνται ευρέως. Ως η κύρια φέρουσα κατασκευή σε μια αποθήκη, η ασφάλεια των ραφιών επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια λειτουργίας, τη σταθερότητα του εξοπλισμού και την αποδοτικότητα της αποθήκης.

Η παραμόρφωση, η κλίση ή η κατάρρευση του ράφι μπορεί να προκαλέσει ζημιά στο φορτίο και σοβαρά ατυχήματα ασφαλείας. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτοί οι κίνδυνοι σχετίζονται με την υπερβολική κατακόρυφη θέση του ράφι ή την απόκλιση της οριζοντίωσης που δεν έχει εντοπιστεί και αντιμετωπιστεί έγκαιρα.

Η παραδοσιακή επιθεώρηση ραφιών βασίζεται κυρίως σε χειροκίνητους περιοδικούς ελέγχους. Η χειροκίνητη επιθεώρηση έχει αρκετούς περιορισμούς, όπως μεγάλους κύκλους επιθεώρησης, υψηλά ποσοστά σφαλμάτων, κινδύνους χαμένης ανίχνευσης, υψηλό κόστος εργασίας και καθυστερημένη αναφορά μη φυσιολογικών φαινομένων.

Επομένως, είναι σημαντικό να δημιουργηθεί ένα έξυπνο σύστημα που μπορεί να παρακολουθεί αυτόματα, συνεχώς και με ακρίβεια την κατακόρυφοτητα και την οριζοντίωση των ραφιών, να ενεργοποιεί συναγερμούς όταν εμφανίζονται ανωμαλίες και να ειδοποιεί το αρμόδιο προσωπικό σε πραγματικό χρόνο μέσω email και SMS.

Στόχοι Έρευνας

Συνολικός Σχεδιασμός Συστήματος

Το σύστημα υιοθετεί μια αρχιτεκτονική τριών επιπέδων: επίπεδο αντίληψης, επίπεδο δικτύου και επίπεδο εφαρμογής.

Επίπεδο αντίληψης: αποτελείται από κόμβους αισθητήρων εγκατεστημένους σε βασικές στήλες και δοκούς rack. Κάθε κόμβος περιλαμβάνει μια MEMS IMU, μια MCU χαμηλής ισχύος και μια μονάδα ασύρματης επικοινωνίας. Αυτοί οι κόμβοι συλλέγουν δεδομένα κλίσης rack και εκτελούν τοπική προεπεξεργασία.

Επίπεδο δικτύου: περιλαμβάνει μια επιτόπια πύλη και σύνδεση διακομιστή cloud. Η πύλη συλλέγει δεδομένα από κόμβους αισθητήρων, εκτελεί μετατροπή πρωτοκόλλου και μεταφορτώνει δεδομένα στο cloud μέσω 4G ή Ethernet. Υποστηρίζει επίσης τοπική λογική συναγερμού, επομένως οι συναγερμοί μπορούν να ενεργοποιηθούν ακόμη και όταν διακοπεί το δίκτυο.

Επίπεδο εφαρμογής: αναπτύσσεται στον διακομιστή cloud. Είναι υπεύθυνο για την αποθήκευση δεδομένων, τη διαχείριση κατωφλίων, τη λήψη αποφάσεων σχετικά με συναγερμούς και την αποστολή ειδοποιήσεων. Οι χρήστες μπορούν να παρακολουθούν την κατάσταση του rack, να αναζητούν ιστορικά δεδομένα και να διαμορφώνουν παραμέτρους μέσω μιας διεπαφής ιστού ή μιας εφαρμογής για κινητά.

Βασικές Ενότητες Συστήματος

Ο κόμβος αισθητήρα χειρίζεται την καταγραφή γωνίας κλίσης και το τοπικό φιλτράρισμα μέσω των MPU6050 και STM32L4.

Η επιτόπια πύλη χειρίζεται τη συγκέντρωση δεδομένων, τη μετατροπή πρωτοκόλλου και τους τοπικούς συναγερμούς μέσω του Raspberry Pi 4B και του LoRaWAN.

Ο διακομιστής cloud υποστηρίζει την αποθήκευση δεδομένων, τη λήψη αποφάσεων για συναγερμούς και τη διαχείριση χρηστών μέσω Linux, MySQL και Python.

Η ενότητα ειδοποιήσεων μέσω email χρησιμοποιεί SMTP με κρυπτογράφηση TLS. Η ενότητα ειδοποιήσεων SMS χρησιμοποιεί ένα API SMS τρίτου κατασκευαστή. Η διεπαφή χρήστη παρέχει παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο και ιστορικό ερώτημα μέσω ενός web και ενός frontend Vue3.

Απόκτηση και Μετάδοση Δεδομένων

Οι κόμβοι αισθητήρων συλλέγουν ακατέργαστα δεδομένα IMU στα 10 Hz. Μετά το φιλτράρισμα Kalman, τα επεξεργασμένα δεδομένα γωνίας κλίσης μεταφορτώνονται στην πύλη στα 1 Hz.

Το πλαίσιο δεδομένων περιλαμβάνει το αναγνωριστικό κόμβου, τη χρονική σήμανση, την τιμή κατακόρυφης λειτουργίας, την τιμή επιπέδου, το επίπεδο μπαταρίας και το άθροισμα ελέγχου CRC16. Η επικοινωνία LoRa χρησιμοποιεί τοπολογία αστεριού, όπου κάθε κόμβος αισθητήρα επικοινωνεί απευθείας με την πύλη.

Μετά τη συγκέντρωση δεδομένων, η πύλη στέλνει δεδομένα στον διακομιστή cloud μέσω του MQTT. Ο διακομιστής cloud αποθηκεύει τα δεδομένα και ενεργοποιεί την κρίση συναγερμού σε πραγματικό χρόνο.

Μηχανισμός ειδοποίησης συναγερμού

Το σύστημα υποστηρίζει τρία επίπεδα συναγερμού.

Προειδοποιητικοί συναγερμοί: Χρησιμοποιήστε την κίτρινη κατάσταση και ενεργοποιήστε την ώθηση εφαρμογής και την ειδοποίηση μέσω email. Προειδοποιήσεις σε επίπεδο συναγερμού: Χρησιμοποιήστε την πορτοκαλί κατάσταση και ενεργοποιήστε την ειδοποίηση μέσω email και SMS. Σοβαροί συναγερμοί: Χρησιμοποιήστε την κόκκινη κατάσταση και ενεργοποιήστε τις ειδοποιήσεις μέσω email, SMS και φωνητικών κλήσεων.

Όταν ενεργοποιηθεί ένας συναγερμός, το σύστημα αποστέλλει αυτόματα βασικές πληροφορίες όπως τον αριθμό του ραφιού, την τοποθεσία της αποθήκης, τη γωνία κλίσης, το επίπεδο συναγερμού και τη χρονική σήμανση.

Για τη βελτίωση της αξιοπιστίας, το σύστημα υποστηρίζει επίσης μηχανισμούς επανάληψης, επαναλαμβανόμενη καταστολή συναγερμού και κλιμάκωση συναγερμού. Για παράδειγμα, εάν ένας πορτοκαλί συναγερμός δεν επιβεβαιωθεί εντός 15 λεπτών, μπορεί να αναβαθμιστεί σε κόκκινο συναγερμό.

Σχεδιασμός Λογισμικού

Το υλικολογισμικό του κόμβου αισθητήρα έχει αναπτυχθεί με βάση το FreeRTOS και περιλαμβάνει εργασίες συλλογής δεδομένων, επεξεργασίας δεδομένων, επικοινωνίας, τοπικού συναγερμού και διαχείρισης ενέργειας.

Ο διακομιστής cloud υιοθετεί μια αρχιτεκτονική μικρουπηρεσιών, η οποία περιλαμβάνει υπηρεσία πρόσληψης δεδομένων, υπηρεσία μηχανισμού συναγερμού, υπηρεσία ειδοποιήσεων και υπηρεσία API.

Τα δεδομένα χρονοσειρών αποθηκεύονται στο InfluxDB, ενώ οι πληροφορίες χρήστη, οι πληροφορίες εξοπλισμού, οι παράμετροι διαμόρφωσης και τα αρχεία ειδοποιήσεων αποθηκεύονται στο MySQL.

Η διεπαφή διαχείρισης ιστού παρέχει παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο, διαχείριση συναγερμών, διαχείριση συσκευών, ιστορικό ερωτημάτων και διαμόρφωση ειδοποιήσεων. Η εφαρμογή για κινητά υποστηρίζει βασικές λειτουργίες παρακολούθησης και συναγερμού σε iOS και Android.

Συμπέρασμα Έρευνας

Αυτό το σύστημα παρέχει μια αυτόματη λύση ανίχνευσης και ειδοποίησης συναγερμού για την κατακόρυφοτητα και την οριζοντιότητα του ραφιού.

Χρησιμοποιώντας τη σύντηξη αισθητήρων MEMS IMU και το φιλτράρισμα Kalman, το σύστημα επιτυγχάνει ανίχνευση κλίσης rack υψηλής ακρίβειας. Η αρχιτεκτονική τριών επιπέδων και η ασύρματη επικοινωνία LoRa υποστηρίζουν αξιόπιστη λήψη και μετάδοση δεδομένων. Μία μόνο πύλη μπορεί να υποστηρίξει έως και 64 κόμβους παρακολούθησης.

Το σύστημα δημιουργεί επίσης έναν μηχανισμό συναγερμού πολλαπλών επιπέδων, υποστηρίζει αυτόματες ειδοποιήσεις μέσω email και SMS και παρέχει παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο μέσω διαδικτυακών και κινητών διεπαφών.

Σε πρακτικές δοκιμές λειτουργίας αποθήκης, το σύστημα επέδειξε σταθερή και αξιόπιστη απόδοση. Παρέχει μια αποτελεσματική τεχνική λύση για τη βελτίωση της ασφάλειας των ραφιών, τη μείωση των κινδύνων χειροκίνητης επιθεώρησης και την υποστήριξη της μακροπρόθεσμης σταθερής λειτουργίας της αποθήκης. Αυτοματοποιημένα Συστήματα Αποθήκης.

Συχνές ερωτήσεις