基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)研究

吳英豪 王蕾

[摘 要]倉儲作業(yè)設備尤其是傳送和揀選設備的工作狀況正常與否直接影響著整個倉儲作業(yè)的安全性。因此，倉儲自動化程度越高，就越需要對作業(yè)設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測、記錄、報警和處理。現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)一般都需要配備作業(yè)設備監(jiān)控系統(tǒng)，對關(guān)鍵作業(yè)設備進行實時監(jiān)測和安全處理，其目的在于保障倉儲作業(yè)安全、保障倉儲作業(yè)能快速進行下去、提高管理決策水平、使倉儲管理工作更加便捷、降低不必要的成本和減少可能的損失。

[關(guān)鍵詞]WSN；倉儲設備；監(jiān)控系統(tǒng)

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1 倉儲設備監(jiān)控管理中面臨的問題

11 大部分企業(yè)的倉儲作業(yè)設備監(jiān)控還處于人工檢測階段

這種方式?jīng)Q定了作業(yè)設備故障診斷多是在機器運行出現(xiàn)故障后或拆開檢查后才知道機器的某部分發(fā)生故障。這樣為確保機器的正常運行不得不規(guī)定定期維修檢查制度。

12 對倉儲設備進行定期檢修是很多企業(yè)的做法

雖然對設備進行定期檢修能夠避免設備產(chǎn)生大規(guī)模的損壞而導致無法進行正常的倉儲作業(yè)管理活動這樣的狀況，但是，這種做法導致了機械設備的過度維修。這不僅使設備維修缺乏針對性、有效性，還造成了很大程度的人力資源浪費。此外，還容易引起維修人員的疏忽和麻痹大意。由此可能產(chǎn)生新的隱患。

13 部分企業(yè)采用有線網(wǎng)絡或閉路電視來對倉儲設備進行監(jiān)控

比起人工檢測和事故后維修設備以及定期檢測，這種設備檢測方式顯然要先進一些，但是，受制于有線網(wǎng)絡本身的特點：大量布線、電源之間的干擾、對設備及人員可能產(chǎn)生危害等。這也增加了設備監(jiān)測系統(tǒng)的危險性和不可控性。此外，這種方式也不能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性、完整性。必然會對設備運行狀態(tài)的評估產(chǎn)生影響，進而對決策帶來潛在的風險。

針對以上倉儲作業(yè)設備監(jiān)控中存在的問題，本文設計了基于WSN的檢測系統(tǒng)，以期為企業(yè)的倉儲管理降低人工費用、維修費用，提高作業(yè)效率、協(xié)作效率，增強企業(yè)的競爭力。

2 倉儲作業(yè)設備監(jiān)控的意義和目的

開展倉儲作業(yè)設備安全監(jiān)控的研究，全面提高倉儲監(jiān)控的科學技術(shù)水平，對有效減少事故隱患，預防和控制重大事故的發(fā)生，減少重大經(jīng)濟損失和保障物流環(huán)節(jié)能有效暢通具有重大現(xiàn)實意義。

（1）實時、準確的對倉儲作業(yè)設備的運行參數(shù)、運行狀態(tài)、運行狀況作出全面監(jiān)測和了解，以便及時發(fā)現(xiàn)故障時能及時排除，預防和消除因作業(yè)設備帶來的事故隱患，保證倉儲作業(yè)能夠安全、高效、順利的進行。

（2）對倉儲機械設備進行監(jiān)測監(jiān)控還可以對設備運行狀態(tài)進行跟蹤和記錄，了解倉儲系統(tǒng)各個設備運行的歷史參數(shù)，對設備的未來趨勢有個大致預判，便于倉儲作業(yè)人員根據(jù)狀態(tài)進行維修、更換、報廢，降低倉儲運行成本；還可以比對了解設備提供商的設備運行質(zhì)量、性能及性價比，對倉儲設備采購做出更加合理的決策提供事實依據(jù)。

（3）為設備生產(chǎn)提供商提供設備運行數(shù)據(jù)，便于提供商根據(jù)數(shù)據(jù)進行改造升級、優(yōu)化設備性能；也可以根據(jù)設備運行狀態(tài)以及說明書建立合理的設備維修制度，以便在合理的條件下挖掘設備的運行潛力等。

總的來說，進行設備監(jiān)控的目的就是確保倉儲系統(tǒng)的安全、高效地運行，預防和消除事故隱患，避免事故發(fā)生；在設備發(fā)生故障的時候能及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的應對措施，把潛在隱患降至最低，把潛在損失降到最小。

3 WSN應用體系架構(gòu)

WSN是Wireless Sensor Network的簡寫，是指這樣的一種技術(shù)：它將傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)以及通信技術(shù)集成在一起，來實現(xiàn)信息的采集、信息的傳輸、信息的處理三種功能的統(tǒng)一，它與計算機技術(shù)和通信技術(shù)一起構(gòu)成了信息技術(shù)的三大支柱。

無線傳感器網(wǎng)絡是由大量傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集的量化處理、融合和傳輸。其綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進技術(shù)，能夠協(xié)同地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進行處理，再將處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組織多跳的網(wǎng)絡方式傳送給觀察者。

典型的無線傳感器網(wǎng)絡通常包括一個或多個匯聚節(jié)點（Sink），網(wǎng)關(guān)和大量的傳感器節(jié)點，如圖1所示。其中，傳感器節(jié)點具有一定的感知、計算和通信能力，通過自組織或人工組網(wǎng)的方式形成多跳無線網(wǎng)絡，節(jié)點間協(xié)作地收集數(shù)據(jù)，經(jīng)過多跳的方式傳送給匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點一般承擔網(wǎng)關(guān)的功能，通過以太網(wǎng)、WiFi和移動網(wǎng)絡與外界進行數(shù)據(jù)交換。

圖1 典型的無線傳感器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡作為一種以感知客觀物理世界為目標的新型信息處理系統(tǒng)，感知和采集監(jiān)測環(huán)境和監(jiān)測對象的信息，涉及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、管理和服務框架、信息傳輸路由機制的建立、面向應用的分布式信息處理模式等問題。由于其涉及多學科的交叉，功能上可以將其劃分為通信系統(tǒng)、中間件和應用系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 無線傳感器網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

通信系統(tǒng)實現(xiàn)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，包括各種網(wǎng)絡通信協(xié)議（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層），以及低功耗的無線通信電路設計，保證物理數(shù)據(jù)的傳輸；中間件對分布的傳感器節(jié)點進行管理和協(xié)調(diào)，提供低通信開銷、動態(tài)可擴展的核心服務，包括節(jié)點部署/定位、拓撲控制、時間同步、安全機制和系統(tǒng)管理等服務，為上層應用提供支持；應用系統(tǒng)為最終用戶提供數(shù)據(jù)采集、分類和跟蹤服務，并提供網(wǎng)絡服務接口，主要包括數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)融合。

4 基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)

基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)模式。三層中第一層是業(yè)務邏輯層，主要包括倉庫基站，有一些RFID標簽、超級節(jié)點以及檢測設備狀態(tài)的溫濕度、壓力等監(jiān)控節(jié)點等組成；第二層是數(shù)據(jù)通信層主要是信息采集設備，包括RFID閱讀器、智能機站和本地上位機；第三層是用戶界面層，主要包括中心數(shù)據(jù)庫平臺。

基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)采用多層次混合架構(gòu)，分別運用B/S以及C/S的優(yōu)點來實現(xiàn)三層的架構(gòu)模式。

根據(jù)倉儲作業(yè)的實際需求，在不同的需要監(jiān)測的倉儲設備上提前部署好對應的WSN節(jié)點、RFID標簽以及RFID閱讀器。

41 數(shù)據(jù)采集設備

盡管數(shù)據(jù)采集設備有很多，但本系統(tǒng)主要使用無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點、RFID標簽以及超級節(jié)點這三種設備。RFID標簽可以標志倉儲設備的信息，比如，設備種類、ID號、生產(chǎn)日期等；無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點可以對倉儲設備的狀態(tài)信息，比如，速度、位置、電流等實時采集和傳遞，還可以采集倉儲設備的周圍環(huán)境信息，比如，溫濕度、含氧量等；超級節(jié)點則集合了它們的功能，既可存儲記錄設備信息也可存儲記錄來自傳感器傳遞來的信息。

42 車載/倉庫基站

一般來說，車載/倉庫基站設備也具有多樣性，在基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)中我們采用普通的車載/倉庫電子標簽閱讀器、智能基站和普通的無線傳感網(wǎng)絡基站這三種。它們各有各的功能和明確的分工，以便于倉儲信息管理。普通的電子標簽閱讀器僅用于對倉儲作業(yè)設備信息的采集；智能基站既是電子標簽閱讀器又是無線傳感網(wǎng)絡的中心節(jié)點。主要用來讀取無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點采集的設備狀態(tài)信息和周圍環(huán)境信息以及RFID標志的設備識別信息。達到對倉儲管理的身份認證、特定設備監(jiān)控、應用管理和作為環(huán)境監(jiān)測中心的作用（根據(jù)監(jiān)測設備的要求，相應的RFID部署，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點和不同設備的RFID閱讀器。

43 數(shù)據(jù)平臺

基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)其核心部分是中心數(shù)據(jù)庫平臺，它主要包括三部分的數(shù)據(jù)庫：日常信息、部門信息和知識庫。日常信息數(shù)據(jù)庫包括與設備管理信息相關(guān)的數(shù)據(jù)。信息數(shù)據(jù)庫包括負責人員設備監(jiān)控系統(tǒng)部門，設備和其他標識信息。知識庫中包含的設備類型，特征和維護要求。

基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點結(jié)合超級節(jié)點采集到的標簽信息，可以具有確定設備位置、對異常事件進行判斷等功能。基于WSN的倉儲設備監(jiān)測系統(tǒng)一旦判定設備運行狀態(tài)或環(huán)境發(fā)生異常或者設備需要維修，則智能基站可以給用戶發(fā)出警報信息，并將異常信息寫入電子標簽，實現(xiàn)對倉儲設備的全程實時監(jiān)控。設備管理人員可以使用普通的RFID讀取了解設備信息和環(huán)境信息，及時修理或更換設備。通過每天，每周，設備資源利用率的統(tǒng)計分析每月占用時間，可為倉儲設備管理人員提供決策依據(jù)。

5 倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

51 信源廣泛

基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)不僅能監(jiān)測設備信息、設備運行信息、設備狀態(tài)信息以及設備周圍環(huán)境信息，還能監(jiān)測到貨物信息。因此，相較于傳統(tǒng)的倉儲信息采集，其信息源要廣泛得多，這樣就能更準確地把握倉儲運行狀態(tài)，對倉儲管理就更有針對性、有效性。

52 信息處理技術(shù)比較簡單

盡管基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)信息源廣泛、采集上來的信息較多，甚至可以說是海量信息，但是信息相處處理起來則比較簡單。這是因為日常業(yè)務活動都被模塊化了，而一些不太常見的異常狀況則可以有系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫平臺里的知識庫加以學習和總結(jié)，進而形成流程化。

53 提高倉儲效率，降低倉儲成本

基于WSN的倉儲設備監(jiān)控系統(tǒng)毫無疑問提高倉儲的物流效率，降低了倉儲的運行成本。對倉儲機械設備的智能化監(jiān)測可以有效地配置設備，降低設備的空置率、空閑率，加上對異常狀況的及時處理，可以降低由此而帶來的潛在損失；又加之可以監(jiān)測設備周圍的環(huán)境，則可以選擇設備運行路線，提高倉儲作業(yè)的效率。

6 結(jié) 論

倉儲設備是進行倉儲活動的基礎(chǔ)，也是保障各項倉儲工作得以順利進行的基礎(chǔ)之一，倉儲設施與設備是物流系統(tǒng)中貫穿于物流的全過程、深入到各作業(yè)細節(jié)的復雜的技術(shù)支撐要素，是物流的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是物流運作效率的關(guān)鍵因素。倉儲設施設備的布局、技術(shù)水平、選擇與配置，直接影響著物流功能的實現(xiàn)及系統(tǒng)效益。因而倉儲設備在倉儲管理中一直被視為一個重要的組成部分之一。隨著無線傳感技術(shù)和各項信息技術(shù)的發(fā)展，倉儲設備的管理也理應相應提升，以滿足日益增長的倉儲各項活動的需求。本文通過對無線傳感網(wǎng)絡的特點、優(yōu)勢等設計出了一種針對倉儲作業(yè)設備監(jiān)控管理的系統(tǒng)，希望能解決現(xiàn)階段倉儲設備管理中存在的問題，有效地提高倉儲作業(yè)的效率和管理水平，并對有關(guān)研究提供借鑒和思考。

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