CN103105838A - 智能化物流电子选取系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能化物流电子选取系统及实现方法，现场设备信息通过CAN总线集中到本地控制器，本地控制器跟本地上位机互通信息，同时本地控制器通过TCP/IP通用协议将信息统一送入逻辑管理模块，逻辑管理模块进行任务分配，逻辑管理模块对数据信息进行优化调度计划，管理各个本地控制器带的现场设备子系统，同时将调度计划通过网络上传到主服务器上。采用了可扩展的多地址现场总线CAN协议，支持即插即用，可任意配置终端设备。通过相关总线系统协议与总线拓扑结构的研究；解决了以往配送系统不够灵活的问题。该系统可以在系统运行时随时增加或减少终端数量，且地址配置灵活。

Description

智能化物流电子选取系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种物料配送系统，特别涉及一种智能化物流电子选取系统及实现方法。

背景技术

伴随着科学技术的迅猛发展、全球化一体化市场的形成以及客户需求的多样化和个性化，企业所面临的市场竞争变得越来越激烈。与此同时，传统的资源领域和人力领域的利润增值潜力越来越小，物流领域日益成为继资源和人力之后的第三大“利润源泉”。因此，企业开始着力挖掘物流领域的增值潜力以培育和更新企业的竞争优势。以采购、生产、运输、装卸、包装、仓储的合理化和系统化，加工配送的一体化和信息管理的网络化为主要特征的现代物流，不仅成为企业竞争力的主要因素，而且还成为一个国家综合实力最重要的标志之一。

发明内容

本发明是针对现在物流配送系统不够灵活的问题，提出了一种智能化物流电子选取系统及实现方法，采用了可扩展的多地址现场总线CAN协议，支持即插即用，可任意配置终端设备。通过相关总线系统协议与总线拓扑结构的研究；解决了以往配送系统不够灵活的问题。以往的物料配送系统若需要增加节点数量活改变拓扑结构时，需要专业人员对系统进行重新配置。该系统可以在系统运行时随时增加或减少终端数量，且地址配置灵活。

本发明的技术方案为：一种智能化物流电子选取系统，现场设备信息通过CAN总线集中到本地控制器，本地控制器跟本地上位机互通信息，同时本地控制器通过TCP/IP通用协议将信息统一送入逻辑管理模块，逻辑管理模块进行任务分配，逻辑管理模块对数据信息进行优化调度计划，管理各个本地控制器带的现场设备子系统，同时将调度计划通过网络上传到主服务器上。

所述智能化物流电子选取系统实现方法，具体包括如下步骤：

1）本地控制器通过CAN总线集中采集本地现场设备运行状态信息，同时本地控制器将信息转换后送入本地上位机；

2）数个本地控制器通过TCP/IP通用协议将转换后的现场设备运行状态信息统一送入逻辑管理模块，逻辑管理模块包括推理部件和控制部件，推理部件根据实时信息数据,根据专家系统的控制预判,推导出下一步的最优化路径或者传输控制方案；控制部件包括执行器、调度器和一致性协调器，调度器依据推理部件的控制方案和数据库的信息，选择一个动作供系统下一步执行，执行器应用知识库中的知识和数据库的信息，执行调度器选定的动作，一致性协调器将调度器和执行器的相关结果进行对比和修正，以保证结果的前后一致性；

3）逻辑管理模块将执行器选定的动作送回对应的控制器，控制器执行来自于逻辑管理模块的控制动作；

4）逻辑管理模块将实时数据和控制方案通过网络上传到主服务器上。

本发明的有益效果在于：本发明智能化物流电子选取系统及实现方法，采用了可扩展的多地址现场总线CAN协议，支持即插即用，可任意配置终端设备。系统将决策支持技术、现场总线（CAN总线）技术、网络传输技术进行创新式集成，用信息化手段对传统的物料配送的模式、流程进行颠覆性的改造,研究直接影物流配送作业的最优化路径规划,运输协调,故障诊断,即时失误即时协调等因素的优化调度配送问题。应用于信息集成度高、生产强度大且生产过程需要物料配送以及动态拣选的的高密度柔性生产制造企业，如成品装配线、设备生产企业等。可广泛应用于物流运输业,调度等领域.尤其适用于生产过程调度、存储系统、网络优化车辆调度、作业排序，关键路径问题等。

附图说明

图1为本发明智能化物流电子选取系统结构示意图；

图2为本发明智能化物流电子选取系统中CAN总线通信协议拓扑结构示意图；

图3为本发明智能化物流电子选取系统中逻辑管理模块内核结构图。

具体实施方式

如图1和2所示智能化物流电子选取系统结构示意图和CAN总线通信协议拓扑结构示意图，现场设备10运行状态信息通过CAN总线集中到本地控制器11，本地控制器11跟本地上位机12互通信息，本地控制器11通过TCP/IP通用协议将信息统一送入逻辑管理模块14，逻辑管理模块14进行任务分配，逻辑管理模块14根据数据信息建立神经网络系统模拟真实环境下的各种情况,进行优化调度计划，管理各个本地控制器11带的现场设备子系统，同时将调度计划通过网络15上传到主服务器16上。

通过相关总线系统CAN协议与总线拓扑结构的研究；可以在系统运行时随时增加或减少终端数量，且地址配置灵活。采用现场节点与控制器的应答机制，改进协议短帧结构，减少传输时间，降低受干扰的概率。运用差分电路信号传输模式，实现智能检测分析功能以及多点调节终端电阻，解决动态扩展节点时产生的信号反射问题。

基于有限资源以及特定时间约束条件下的最优物料配送方案专家支持系统和神经网络优化的算法改进模型。本系统的专家支持系统增加了逻辑管理模块14，防止推理机作为控制器直接作用于任务分配。如图3所示逻辑管理模块内核结构图，整个系统是以成品和零部件达到目的地时间和成品生产运输物流成本的最小化，运输路径的最优化的多对多调度系统的多目标优化模型；为求解该模型,从染色体编码、遗传算子和最优解选择策略等方面对传统多目标遗传算法进行了改进。同时,为了适应不同成品制造车间，上下产业链的供应连贯平衡的生产作业需求,分别给出了上述模型和算法在固定预定的成品到达目的地方式和柔性针对突发事件及时产生新的运作方式下的表达方式及实现过程。以试验算例和实际投入应用表明,本文所述多目标优化方法弥补了现有研究的不足,能快速生成零部件装配，成品物流的综合效益最大的物流集成制造调度方案。

逻辑管理模块中推理机是专家系统中实现基于知识推理的部件，是基于知识的推理在计算机中的实现，主要包括推理部件和控制部件，是知识系统中不可缺少的重要组成部分。控制部件主要由执行器、调度器和一致性协调器等组成。调度器依据控制策略（用知识和算法描述）和数据库从议程中选择一个动作供系统下一步执行。执行器应用知识库中的知识和数据库的信息，执行调度器选定的动作。一致性协调器的主要作用是当得到新数据或新假设时，对已得到的相关结果进行似然修正，以保证结果的前后一致性。

推理部件:传统的形式化推理技术是以经典逻辑为基础的。谓词逻辑中由一组已知事实，根据公理系统推出某些结构的演绎过程，称为演绎推理方式。集合实时从流水生产线上所得到的大量信息数据,形成数据库（如图3所示）。大量的数据作为专家系统的输入，根据知识库中的理论知识模拟出系统的数学模型，存放于专家系统的推理机中。利用推理机中的数学算法以及逻辑算法，根据数据库的输入值结合智能神经网络算法推导出系统的下一步分配的流程方式。利用PC机也可以处理专家系统的控制预判问题,模拟出的系统的多个路径或者方案中，预判系统中可能出现的情况，结合所有的可能性，从而来推导出下一步的最优化路径或者传输方案。

推理内容:

(1)演绎推理：根据公理系统把一个问题中包含在已知事实中的事实作为结论推导出来。 　　

(2)非单调推理：常识推理大量地依赖于默认信息，这种默认信息是指：当且仅当没有事实证明S不成立时，S总是成立的。这种基于默认信息的推理称为默认推理。默认推理是一种非单调推理。除了默认推理，还有约束推理。约束推理可以表示为“当且仅当没有事实证明S在更大范围内成立时，S只在指定的范围内成立”。 　　

(3)定性推理：定性推理主要起源于现实世界中物理系统的研究。人们发现，为了搞清一个物理系统的行为，往往不需要使用严格的定量方法，而且在许多问题环境下难以使用严格的定量方法。定性方法从人类的直观思维出发，它不依赖于定量数值的描述。

PIC18F4580单片机作为控制器11完成成品装配器件的控制过程，采用单片机技术，设计出低成本，高可靠性的简易成品装配零件监控系统，并实现了车间系统的软硬件设计。本芯片可寻址空间可达2MB，内置RAM空间可达4KB，8×8的硬件乘法器，运算速度提高到64MHZ。大大提高了单片机与计算机在通信与网络的功能。

采用基于工业以太网标准TCP／IP和CAN现场总线结合的分布成网络系统构架，完成自动控制系统设计。    1）物流业以太网重点在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，其各种制造工作站之间甚至是多个制造站形成的小集成系统的相互协调合作提供一种交互机制，并和上层信息网络无缝集成。物流链上下游通信：对于运输过程中的成品各个产品进行实时跟随并回馈自身信息和跟踪信息给总控制中心；

2）本产品将庞大的集成制造物流系统由以太网和CAN总线很好的结合在一起，实现无缝集成。可以使工业以太网和现场总线各显其能，形成优势互补，提高系统整体性能。

3）合理调度优化网络控制系统，对于在物流系统中的成品或是各个零部件，由于其将控制信息以分时复用的方式共享有限的网络资源，系统中不可避免地会产生网络诱导时延、数据包丢失、单／多包传输等问题．近年来，在假设网络条件已知的情况下，通过设计控制策略来弥补这些问题所带来的影响，在优化系统的性能方面取得一定成果．但网络控制系统的性能不仅与控制策略的设计有关，同时还受到网络信息调度的影响，所以有必要设计高效合理的调度算法，来优化网络控制系统的整体性能．     整个智能物联网系统引进了专家决策控制策略和神经网络智能算法实现系统自身即可自治组网与协同感知，实现智能化故障诊断、实时监控等。

     为了实现系统的高强度,柔性的要求,利用神经网络的多种算法结合分析各种不同的配送装配方式.针对固定配送装配方式的特点,将交叉操作算子引入粒子群优化算法,同时采用人机交互策略生成初始种群,以加强算法的全局搜索能力和求解效率；针对柔性集成成品制造的特点,提出了基于人机交互的邻域搜索启发式算法,主要包括初始解生成、搜索空间、搜索方向确定及迭代规则等,该算法能从原受扰方案出发,快速获得满意界。

面向不确定环境下的各种未知情况,结合神经网络中的模拟退火算法进行故障分析，对于容易发生的意外情况进行预判，与一般的生产物流系统不同，本产品涉及到了多个环节,是需要满足准时准确等精度的要求物流作业系统。    整个系统采用了物联网系统软件，采用基于CAN总线通信的控制系统PIC18F4580芯片，将智能网络应用于实践，整个网路进行多种协议可以通信，强大的兼容性，形成“局域成网，区域互联”的局面。

高效多任务可扩展控制器系统平台，可以根据客户需要开发不同功能的程序。对于上下位机的通信与控制整个系统的正常运行，利用PIC18F4580单片机完成成品装配器件的控制过程，采用单片机技术，设计出低成本，高可靠性的简易成品装配零件监控系统，并实现了车间系统的软硬件设计。

Claims (2)

1.一种智能化物流电子选取系统，其特征在于，现场设备信息通过CAN总线集中到本地控制器，本地控制器跟本地上位机互通信息，同时本地控制器通过TCP/IP通用协议将信息统一送入逻辑管理模块，逻辑管理模块进行任务分配，逻辑管理模块对数据信息进行优化调度计划，管理各个本地控制器带的现场设备子系统，同时将调度计划通过网络上传到主服务器上。

2.根据权利要求1所述智能化物流电子选取系统实现方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）本地控制器通过CAN总线集中采集本地现场设备运行状态信息，同时本地控制器将信息转换后送入本地上位机；

2）数个本地控制器通过TCP/IP通用协议将转换后的现场设备运行状态信息统一送入逻辑管理模块，逻辑管理模块包括推理部件和控制部件，推理部件根据实时信息数据,根据专家系统的控制预判,推导出下一步的最优化路径或者传输控制方案；控制部件包括执行器、调度器和一致性协调器，调度器依据推理部件的控制方案和数据库信息，选择一个动作供系统下一步执行，执行器应用知识库中的知识和数据库的信息，执行调度器选定的动作，一致性协调器将调度器和执行器的相关结果进行对比和修正，以保证结果的前后一致性；

3）逻辑管理模块将执行器选定的动作送回对应的控制器，控制器执行来自于逻辑管理模块的控制动作；

4）逻辑管理模块将实时数据和控制方案通过网络上传到主服务器上。

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