基于WSN的倉儲設備監控系統研究

吳英豪 王蕾

[摘 要]倉儲作業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的安全性。因此，倉儲自動化程度越高，就越需要對作業設備運行狀態進行實時監測、記錄、報警和處理。現代倉儲系統一般都需要配備作業設備監控系統，對關鍵作業設備進行實時監測和安全處理，其目的在于保障倉儲作業安全、保障倉儲作業能快速進行下去、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。

[關鍵詞]WSN；倉儲設備；監控系統

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.20.040

1 倉儲設備監控管理中面臨的問題

1.1 大部分企業的倉儲作業設備監控還處于人工檢測階段

這種方式決定了作業設備故障診斷多是在機器運行出現故障后或拆開檢查后才知道機器的某部分發生故障。這樣為確保機器的正常運行不得不規定定期維修檢查制度。

1.2 對倉儲設備進行定期檢修是很多企業的做法

雖然對設備進行定期檢修能夠避免設備產生大規模的損壞而導致無法進行正常的倉儲作業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。由此可能產生新的隱患。

1.3 部分企業采用有線網絡或閉路電視來對倉儲設備進行監控

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生危害等。這也增加了設備監測系統的危險性和不可控性。此外，這種方式也不能保證監測數據的實時性、完整性。必然會對設備運行狀態的評估產生影響，進而對決策帶來潛在的風險。

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

2 倉儲作業設備監控的意義和目的

開展倉儲作業設備安全監控的研究，全面提高倉儲監控的科學技術水平，對有效減少事故隱患，預防和控制重大事故的發生，減少重大經濟損失和保障物流環節能有效暢通具有重大現實意義。

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

（2）對倉儲機械設備進行監測監控還可以對設備運行狀態進行跟蹤和記錄，了解倉儲系統各個設備運行的歷史參數，對設備的未來趨勢有個大致預判，便于倉儲作業人員根據狀態進行維修、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。

（3）為設備生產提供商提供設備運行數據，便于提供商根據數據進行改造升級、優化設備性能；也可以根據設備運行狀態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，進行設備監控的目的就是確保倉儲系統的安全、高效地運行，預防和消除事故隱患，避免事故發生；在設備發生故障的時候能及時發現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

WSN是Wireless Sensor Network的簡寫，是指這樣的一種技術：它將傳感器技術、計算機技術以及通信技術集成在一起，來實現信息的采集、信息的傳輸、信息的處理三種功能的統一，它與計算機技術和通信技術一起構成了信息技術的三大支柱。

無線傳感器網絡是由大量傳感器節點通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網絡系統，它能夠實現數據采集的量化處理、融合和傳輸。其綜合了微電子技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等先進技術，能夠協同地實時監測、感知和采集網絡覆蓋區域中各種環境或監測對象的信息，并對其進行處理，再將處理后的信息通過無線方式發送，并以自組織多跳的網絡方式傳送給觀察者。

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

圖1 典型的無線傳感器網絡結構

無線傳感器網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，感知和采集監測環境和監測對象的信息，涉及網絡結構、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、中間件和應用系統，如圖2所示。

圖2 無線傳感器網絡體系結構

通信系統實現組網和數據傳輸，包括各種網絡通信協議（物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層），以及低功耗的無線通信電路設計，保證物理數據的傳輸；中間件對分布的傳感器節點進行管理和協調，提供低通信開銷、動態可擴展的核心服務，包括節點部署/定位、拓撲控制、時間同步、安全機制和系統管理等服務，為上層應用提供支持；應用系統為最終用戶提供數據采集、分類和跟蹤服務，并提供網絡服務接口，主要包括數據管理、數據融合。

4 基于WSN的倉儲設備監控系統的架構

基于WSN的倉儲設備監控系統采用三層結構模式。三層中第一層是業務邏輯層，主要包括倉庫基站，有一些RFID標簽、超級節點以及檢測設備狀態的溫濕度、壓力等監控節點等組成；第二層是數據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，主要包括中心數據庫平臺。

基于WSN的倉儲設備監控系統采用多層次混合架構，分別運用B/S以及C/S的優點來實現三層的架構模式。

根據倉儲作業的實際需求，在不同的需要監測的倉儲設備上提前部署好對應的WSN節點、RFID標簽以及RFID閱讀器。

4.1 數據采集設備

盡管數據采集設備有很多，但本系統主要使用無線傳感器網絡節點、RFID標簽以及超級節點這三種設備。RFID標簽可以標志倉儲設備的信息，比如，設備種類、ID號、生產日期等；無線傳感網絡節點可以對倉儲設備的狀態信息，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境信息，比如，溫濕度、含氧量等；超級節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。

4.2 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的倉儲設備監控系統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絡的中心節點。主要用來讀取無線傳感網絡節點采集的設備狀態信息和周圍環境信息以及RFID標志的設備識別信息。達到對倉儲管理的身份認證、特定設備監控、應用管理和作為環境監測中心的作用（根據監測設備的要求，相應的RFID部署，無線傳感器網絡節點和不同設備的RFID閱讀器。

4.3 數據平臺

基于WSN的倉儲設備監控系統其核心部分是中心數據庫平臺，它主要包括三部分的數據庫：日常信息、部門信息和知識庫。日常信息數據庫包括與設備管理信息相關的數據。信息數據庫包括負責人員設備監控系統部門，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的倉儲設備監控系統的無線傳感網絡節點結合超級節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的倉儲設備監測系統一旦判定設備運行狀態或環境發生異常或者設備需要維修，則智能基站可以給用戶發出警報信息，并將異常信息寫入電子標簽，實現對倉儲設備的全程實時監控。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。

5 倉儲監控系統的優勢

5.1 信源廣泛

基于WSN的倉儲設備監控系統不僅能監測設備信息、設備運行信息、設備狀態信息以及設備周圍環境信息，還能監測到貨物信息。因此，相較于傳統的倉儲信息采集，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，對倉儲管理就更有針對性、有效性。

5.2 信息處理技術比較簡單

盡管基于WSN的倉儲設備監控系統信息源廣泛、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的中心數據庫平臺里的知識庫加以學習和總結，進而形成流程化。

5.3 提高倉儲效率，降低倉儲成本

基于WSN的倉儲設備監控系統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；又加之可以監測設備周圍的環境，則可以選擇設備運行路線，提高倉儲作業的效率。

6 結 論

倉儲設備是進行倉儲活動的基礎，也是保障各項倉儲工作得以順利進行的基礎之一，倉儲設施與設備是物流系統中貫穿于物流的全過程、深入到各作業細節的復雜的技術支撐要素，是物流的物質基礎，也是物流運作效率的關鍵因素。倉儲設施設備的布局、技術水平、選擇與配置，直接影響著物流功能的實現及系統效益。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。隨著無線傳感技術和各項信息技術的發展，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絡的特點、優勢等設計出了一種針對倉儲作業設備監控管理的系統，希望能解決現階段倉儲設備管理中存在的問題，有效地提高倉儲作業的效率和管理水平，并對有關研究提供借鑒和思考。

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