智能化倉儲系統在國網湖南計量中心的應用研究

楊　帥　陳向群　胡軍華　肖湘晨　李　揚　呂　游　牛玉廣

(國網湖南省電力公司計量中心1，湖南 長沙　410007；華北電力大學新能源電力系統國家重點實驗室2，北京　102206)

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智能化倉儲系統在國網湖南計量中心的應用研究

楊帥1陳向群1胡軍華1肖湘晨1李揚2呂游2牛玉廣2

(國網湖南省電力公司計量中心1，湖南 長沙410007；華北電力大學新能源電力系統國家重點實驗室2，北京102206)

隨著電力計量器具的大規模應用，建設智能化倉儲系統已經成為電力行業計量資產管理與運營的發展趨勢。對智能化倉儲系統的設計方案、設備配置和技術特點進行了分析，詳細介紹了倉儲系統各區域的劃分、工作流程和關鍵設備；并結合該系統在國網湖南省計量中心的應用情況，分析了系統的工作效率和優勢。該系統為其他電力計量資產的倉儲系統建設和管理提供了依據，具有一定的理論和實踐意義。

物流智能倉儲立體倉庫RFID機器人信息化集成化自動控制

0　引言

省級計量中心是電網公司提出的“三集五大”體系中的重要組成部分，其核心是建設智能化倉儲系統，實現計量設備存儲、檢定和配送的智能化和信息化，提升計量業務的管理水平[1-3]。隨著電力計量器具的大規模應用，為滿足電網公司對計量設備自動化檢定、智能化倉儲、物流化配送和全生命周期管理的需求，建設智能化倉儲系統已成為電力行業計量資產管理與運營的發展趨勢[4-7]。目前，全國多個電力公司都在開展智能化倉儲系統的建設工作。本文分析了智能倉儲系統的設計方案、設備配置和技術特點，并研究了該系統在國網湖南省計量中心的應用情況，為其他單位開展類似項目的建設提供借鑒。

1　系統設計方案

智能化倉儲系統是由立體貨架、有軌巷道堆垛機、出入庫托盤輸送機系統、射頻識別系統、通信系統、自動控制系統、計算機監控系統、計算機管理系統以及其他(如電纜、配電柜、托盤、調節平臺、鋼結構平臺等)輔助設備組成的復雜自動化系統。該系統采用先進的控制、總線、通信和信息技術，通過設備間的協調運作，完成了計量資產的存儲、檢定和出入庫的全生命周期的信息化管理[8-9]。

電力公司計量中心存儲和管理的計量器具主要包括單相電能表、三相電能表、低壓電流互感器和用電信息采集終端。為實現設備的存儲、倉庫中周轉、檢定以及出入庫的集約化管理，計量中心的智能化倉儲系統設計有存儲區和功能區。

1.1存儲區規劃

智能化倉儲系統的存儲區分為托盤庫和周轉箱庫。托盤庫用于存儲未經拆包的新品表計；周轉箱庫用于存儲拆包后的表計，表計的檢定出/入庫和配送出庫也都是由周轉箱庫完成的。根據庫容的要求和運行用戶的需求，托盤庫可以設計多排貨架和巷道，并配置相應的堆垛機。貨位單元尺寸和貨位數量決定了倉庫的庫存容量。

1.2功能區規劃

智能化倉儲系統的功能區主要可分為以下幾個部分：①出入庫區，包括托盤庫前作業區和周轉箱庫前作業區，在該區域進行計量資產的新品入庫和配送出庫操作；②拆包裝箱區，包括拆垛區、計量器具拆包裝箱區和人工拆包裝箱操作區，在該區域將表計從紙箱中轉移到周轉箱中，即從托盤庫轉移到周轉箱庫中存儲，以便表計的檢定和配送出庫；③檢定接駁區，在該區域實現表計的接駁和檢定。智能化倉儲系統的立體倉庫功能區域如圖1所示。

圖1　立體倉庫功能區域圖

1.2.1出入庫區

出入庫區位于倉儲系統立體倉庫的第一層，分布情況如圖2所示。

圖2　出入庫區分布圖

托盤庫前作業區的主要功能是將新到的計量資產經信息識別綁定后存儲到托盤庫中。新到的計量器具采用紙箱包裝，利用機器人將紙箱碼放在托盤上；再通過穿梭車和堆垛機運送到分配的貨位存儲。輸送系統可實現多種計量器具的入庫功能，當貨物尺寸不符合機器人碼垛要求或機器人出現故障時，可進行人工碼垛入托盤庫。信息自動識別系統應用射頻識別(radiofrequencyidentification，RFID)技術[10]對入庫紙箱表計進行數據采集和識別。校驗異常的紙箱由異常口剔除進行人工處理，對信息正確的新品倉儲系統進行到貨接收處理，輸送到機器人碼垛位置。

周轉箱庫前作業區的主要功能是實現計量資產的配送出庫。計量器具采用周轉箱或紙箱形式配送，可實現周轉箱垛配送出庫、空周轉箱出入庫的自動輸送，并與巷道堆垛機進行自動接駁。

1.2.2拆包裝箱區

拆包裝箱區位于立體倉庫的第二層，分布如圖3所示。

圖3　拆包裝箱區分布圖

拆垛區將托盤垛拆成單一的托盤，以便下一步對托盤中的紙箱進行拆箱操作。拆箱所產生的空紙箱運送到廢紙箱回收區進行暫存，等待人工集中處理。

在表計拆箱并裝入周轉箱后，表計及周轉箱條碼信息自動識別系統會將計量器具和周轉箱信息自動識別和綁定，在入周轉箱庫后更新儲位信息。

1.2.3檢定接駁區

檢定接駁區設置不同表計的檢定流水線，采用穿梭車實現倉儲系統與自動檢定流水線的對接，以及倉儲系統與人工檢定區校表臺接駁工位的對接。倉儲系統與自動化檢定線、人工檢定區采用周轉箱垛的形式進行接駁。

1.3工作流程

智能倉儲系統有4個主要的工作流程：新品入托盤庫流程、轉入周轉箱庫流程、檢定出/入庫流程和配送出庫流程。智能倉儲中的信息系統在各個流程中都保證了對表計信息的全面記錄，實現計量器具的全生命周期管理。

1.3.1新品入托盤庫流程

計量器具入托盤庫的工作流程在功能區內完成，由上層的生產調度平臺下達入庫任務，倉儲系統執行新品入庫流程，如圖4所示。

①倉儲系統下達空托盤組出庫任務，空托盤組經堆垛機、穿梭車運輸和拆盤后分發到機器人碼垛位，供新品入庫碼盤使用。

②新表計到貨時采集表計信息并校驗，校驗異常的紙箱由異常口剔除并進行人工處理，信息正確的新品被輸送到機器人碼垛位置進行碼盤。

③碼盤結束后，將表計紙箱條碼與托盤條碼信息進行綁定，倉儲系統將托盤輸送到指定貨位進行存儲，任務完成后將信息上報給生產調度平臺。

圖4　新品入庫流程圖

1.3.2轉入周轉箱庫流程

表計生產檢定前，需要將紙箱包裝改為周轉箱承載，即計量器具從托盤庫轉到周轉箱庫存儲，流程如圖5所示。

圖5　轉入周轉箱庫流程圖

轉入周轉箱庫流程具體如下。

①倉儲系統接收上層生產調度平臺的轉庫指令，將需要進行轉庫的托盤輸送到拆垛站臺，拆垛產生的空托盤輸送回存儲區進行存儲。

②單一表計紙箱輸送至自動開箱機處，經拆蓋后輸送至裝箱工位并轉入到周轉箱中，空紙箱經回收進入整理箱，由人工打包處理。

③當周轉箱裝滿后進行表計信息及周轉箱信息的采集綁定與校驗，如校驗異常則進入人工處理工位，校驗正確則進行自動疊箱操作；當周轉箱疊成滿垛時，倉儲系統自動生成入庫任務，分配入庫貨位，由堆垛機送入到周轉箱庫指定貨位。

1.3.3檢定出/入庫流程

檢定系統分自動化檢定流水線與人工檢定臺兩大工作區域，流程如圖6所示。

圖6　檢定出/入庫流程圖

檢定出/入庫流程具體如下。

①倉儲系統接收生產調度系統下達的檢定指令后，指定貨位的周轉箱組經搬運后由穿梭車輸送至檢定出庫輸送線，通過掃描周轉箱條碼進行信息校驗。校驗合格的表箱垛輸送至自動化檢定流水線位置，完成庫區存儲設備的檢定出庫流程；不合格的周轉箱垛回庫，等待人工檢查整理；

②表計檢定完成后，按規則進行組箱組垛工作，自動分配貨位生成入庫任務，并更新庫存信息，將執行信息反饋給上層生產調度管理系統。

1.3.4配送出庫流程

倉儲系統接到上層生產調度平臺下達的配送計劃出庫指令后，自動生成出庫任務。堆垛機將指定貨位的周轉箱取出，對掃描讀取的周轉箱及表計信息進行數據校驗，數據校驗合格的周轉箱，通過伸縮輸送機直接裝車，倉儲系統將出庫信息上傳至生產調度管理系統。對于數據校驗不合格的周轉箱，將其輸送到出庫異常站臺，等待人工處理。

2　系統主要設備

在智能化倉儲系統中，硬件設施是承載所有工作流程、實現倉儲功能的載體，因此，對系統主要設備的選擇，很大程度上影響了倉儲系統的運行效率和經濟效益。系統的主要設備必須要在保證安全運行的基礎上，滿足倉儲系統的正常運營，實現計量資產的集約化管理。智能倉儲系統的關鍵設備主要包括貨架、物料輸送設備和數據采集設備。

2.1貨架

智能化倉儲系統的貨架包括周轉箱庫貨架和托盤庫貨架，周轉箱庫貨架為輕型牛腿式貨架。托盤庫貨架為組合橫梁式貨架。兩類貨架均采用獨立的鋼結構系統，按照防6～7裂度地震設計，保證足夠的強度和穩定性。立柱材料采用冷軋鋼卷,具有優質的生產加工精度和良好的防銹和防腐功能。

2.2物料輸送設備

主要的物料輸送設備有周轉箱庫堆垛機、托盤庫堆垛機、自動開箱機、拆/碼垛機器人、自動裝箱機器人、穿梭車、輸送機和拆/疊盤機。

2.3數據采集設備

數據采集系統包括RFID、條碼群讀設備，可實現對表計及周轉箱或紙箱的數據采集功能，是倉儲系統信息化管理的重要組成部分。

3　系統應用

3.1系統設計

采用上述方案，設計國網湖南省計量中心智能化倉儲系統。通過對湖南省電力計量器具的統計，2012～2014年，單相電能表、三相電能表及互感器平均檢定量分別為190萬只、18萬只、12萬只。考慮到湖南電力公司運行計量資產數量及自然增長，智能化倉儲系統的檢測能力需要設計為年檢定單相電能表380萬只、三相電能表40萬只、低壓電流互感器35萬只、檢測采集終端10萬只。

為此，倉儲系統托盤庫共設計4排貨架、2條巷道，配置2臺堆垛機，貨位單元尺寸為(1 200×1 200×

1 350)mm，貨位數量共4排×38列×7層=1 064貨位，庫存數量(以單相表統計)為1 064 貨位×42 箱×12 只= 536 256 只。周轉箱庫設計8排貨架、4條巷道，配置4臺堆垛機，貨位單元尺寸為(720×450×576)mm，貨位數量共8排×75列×15層= 9 000 貨位，庫存數量(以單相表統計)為9 000貨位×5箱×12只= 540 000 只。

3.2系統效率分析

通過對系統效率的分析，驗證了設備能否滿足倉儲系統的需求，以此來衡量智能化倉儲系統能否正常運營。系統的效率分析如表1所示，這里假定系統每天工作7h，且設備按85%運行效率計算，這樣保證了系統在意外情況出現時仍然能夠順利運行，完成倉儲任務。

通過表1可以看出，按配送需求及關鍵設備能力分析，關鍵設備工作所需時間少于每天7h；若按設備85%運行效率進行分析，自動裝箱機器人的能力稍顯不足，不過考慮自動裝箱適用大批量表計，對于小批量或抽檢表計宜采用人工裝箱，這樣可分流一部分表計采用人工轉箱。因此，所有關鍵物流設備的能力均能充分滿足出入庫及檢定生產的需求。

表1　系統關鍵設備效率分析

4　系統技術特點

智能化倉儲系統實現了計量資產的全程自動化管理。從紙箱包裝的新表計到貨入庫，到拆包入周轉箱庫和出入庫檢定和表計的配送出庫，配置的堆垛機、拆碼垛機器人、自動開箱機和穿梭車等機械設備實現了庫房內所有作業流程的全自動化作業。在各個作業流程中，均有人工異常處理位，在表計的抽檢中也設有人工檢定區。倉儲系統的控制方式有手動控制、自動控制和緊急停止及故障報警，在高自動化作業的同時，保證了系統運行的可靠性和靈活性。

計量中心的智能化倉儲系統采用了RFID技術，實現了表計及周轉箱或紙箱數據采集功能。在檢定區及輸送線上設置條碼群讀裝置，實現了對每具計量器具的準確定位和記錄，完成了計量資產的全生命周期的管理。

5　結束語

智能化倉儲系統，實現了計量資產存儲立體化、裝置識別條碼化、表計存取自動化和智能化，達到了計量資產信息化和集約化的現代化資產存儲和管理水平，

提高了計量資產的運營效率，減輕了工作人員的勞動強度，具有較高的經濟效益和社會效益。本文分析了智能化倉儲系統的設計方案，并研究了系統在國網湖南省計量中心的應用情況，對系統優勢、功能、作業流程和技術特點等方面作了詳細的分析和研究，為目前電力計量資產的倉儲管理提供了理論和實踐的依據。

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ResearchontheApplicationofIntelligentWarehousingSysteminHunanMetrologyCenterofStateGrid

Alongwiththemetrologicalapparatusesofelectricpowerhavebeenapplyingextensively,constructingintelligentwarehousingsystemhasbecomeadevelopingtrendofmetrologicalassetsmanagementandoperationsinelectricpowerindustry.Thedesignscheme,theequipmentconfiguration,andtechnicalfeaturesoftheintelligentwarehousingsystemareanalyzed.Thedivisionofeacharea,theworkflowandkeyapparatusofthewarehousingsystemareintroducedindetail.CombiningtheapplicationsituationofintelligentwarehousingsysteminHunanMetrologyCenterofStateGrid,theefficiencyandadvantagesareanalyzed.Thisresearchprovidesabasisofconstructionandmanagementforothersimilarwarehousingsystems;itpossessescertaintheoreticalandpracticalsignificance.

LogisticsIntelligentstorageStereoscopicwarehouseRFIDRobotInformatizationIntegrationAutomaticcontrol

楊帥(1983—)，男，2011年畢業于長沙理工大學電力系統及其自動化專業，獲碩士學位，高級工程師；主要從事電能計量、計量生產調度、用電信息采集等方向的研究。

TH73;TP23

ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201609008

修改稿收到日期：2016-01-06。