CN109062297A - 一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统及方法，包括在各个空间区域设置一个或多个智能控制器、一个或多个智能传感器、一个或多个移动或固定的智能执行器，智能控制器、智能传感器和智能执行器通过485总线或WIFI连接，形成无中心扁平化的网络；所述方法建立分布于设定区域范围内的多个不同类型的仓位的无中心自组织控制网络，以总能耗最小、总运行效率最高和总费用最少为目标，实现仓库管理控制系统的优化运行。与现有技术相比，本发明实现仓库管理系统的自组网、控制设备的即插即用、基于无中心算法的全局优化控制。

Description

一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统及方法

技术领域

本发明属于仓库管理技术领域，具体涉及一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统及方法。

背景技术

当前，仓库管理的运行控制方式通常采用集中式的控制方式，即在每个仓库设置中央监控室，设有一台或多台中央监控电脑，采集系统的运行数据，计算优化运行参数，控制仓库管理设备的运行。

集中式控制方法存在一些不足之处，即需要分别在中央监控电脑和信息点处对每个被可控设备、采集数据用的读取器等信息点进行物理地址、逻辑参数等信息的设置，并且中央监控电脑的信息设置必须与信息点的本地设置一致，否则无法实现信息点与中央监控电脑直接的信息交互。由于这些繁杂的配置工作只能靠人工手动完成，因此导致仓库管理系统组网过程工作量大、人工和时间成本高、容易出错等问题，而且以后升级改造时，还需要靠人工再次进行配置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统及方法，获得最优参数，实现仓库管理控制系统的优化运行。

本发明采用以下技术方案：

一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，包括设置于各个空间区域的智能控制器、智能传感器和智能执行器，智能控制器、智能传感器和智能执行器通过无线路由器或485总线连接，建立分布于设定区域范围内的多个不同类型仓位的无中心扁平化自组织控制网络；智能控制器与被控设备连接，作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于实现被控设备的本地控制器与仓库管理控制网络间的通信以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务；智能传感器作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于将所测物理量的数值以通信方式传递给仓库管理控制网络以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务；智能执行器包括阀门开度执行器和电机驱动执行器，阀门开度执行器用于响应阀门开度指令，并发出阀门状态信息，参与控制参数的调节和运行工况的切换。

具体的，被控设备连接有智能读取器，智能读取器作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于将被控设备的状态以通信方式传递给仓库管理控制网络、以通信方式接收仓库管理控制网络的动作指令并调节设备动作以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务。

具体的，仓库管理控制系统还包括人机交互装置，人机交互装置用于实现整个无中心协同控制系统的状态查看与运行参数设置，包括个人电脑、智能手机/平板电脑和RFID条码扫码器。

具体的，被控设备包括通风设备、加热减湿设备、搬运设备的一种或多种。

具体的，智能传感器包括二氧化碳智能传感器、温湿度智能传感器、水浸传智能感器、RFID读取器，其中，二氧化碳智能传感器响应二氧化碳浓度请求指令，参与计算通风机负荷，控制通风机组的启停；温湿度智能传感器响应温湿度请求指令，参与计算加热减湿负荷，控制加热减湿设备的启停；水浸智能传感器响应浸水请求指令，根据浸水程度发出报警。

一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制方法，利用所述基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，以总能耗、总运行效率和总费用为优化目标，采用并行计算方法，获得包括通风机组、加热减湿机组的运行台数；通风机组、加热减湿机组的运行时间和功率；浸水报警时间以及拣取货物的路线的最优参数，实现仓库管理控制系统的优化运行，最优运行参数在每个优化控制时间周期内计算一次。

具体的，具体步骤如下：

S1、系统启动后，每个智能节点通过自动寻址，自动分配以太网地址，自动组成控制系统的信息网络；

S2、步骤S1组网完成后，根据各个智能节点的默认初始化参数，按照内置的启动顺序启动相应的被控设备，并调节设备出力，满足初始设定参数的要求；

S3、每个控制时间周期判断当前时间是否处于通风/加热/减湿时段，如果处于该时段，则执行预设的通风/加热/减湿运行策略，否则执行非通风/加热/减湿运行策略；

S4、每个优化控制时间周期发起优化控制计算，各个智能节点通过并行化计算的方法，求解优化问题，确定最优运行参数，并传递给相应设备，调节设备出力，达到最优运行参数的要求；

S5、重复以上步骤实现基于无中心、扁平化架构的仓库管理控制系统的无中心协同控制与优化运行。

进一步的，步骤S3中，控制时间周期为15分钟。

进一步的，步骤S4中，优化控制时间周期为每小时的整点时刻。

进一步的，最优通风机组、加热减湿机组的运行台数确定如下：

根据现场二氧化碳浓度、温湿度发生变化，通风机组和加热减湿机组计算当前二氧化碳浓度、温湿度并发生给相应的智能控制器，相应的智能控制器收到信息后触发调节任务；

最优通风机组、加热减湿机组的运行时间和功率确定如下：

智能控制器触发调节任务后计算出最优运行时间功率；

最优浸水报警时间确定如下：

智能传感器测量出当前的潮湿水浸值并发送给智能控制器，相应的智能控制器收到信息后触发调节任务确定最优浸水报警时间；

最优拣取货物路线确定如下：

智能控制器收到取货指令后各节点发起计算确定货物所在位置坐标，智能控制器运行智能优化算法确定路径最短或者时间最短作为最优路线。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，在仓库中设置智能控制器、智能传感器和智能执行器，形成无中心、扁平化的网络，可实现仓库管理控制系统的自组网、控制设备的即插即用、基于并行计算的全局优化控制功能，可以实现免人工配置，大大减少人工配置工作量，节约成本，方便升级改造。

进一步的，通过智能读取器将被控设备的状态以通信方式传递给仓库管理控制网络、以通信方式接收仓库管理控制网络的动作指令并调节设备动作以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务，使用便捷。

进一步的，通过人机交互装置实现系统的状态查看与运行参数设置功能，使用便捷。

进一步的，通过智能传感器作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于将所测物理量的数值以通信方式传递给仓库管理控制网络以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务。

本发明还公开一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制方法，将无中心自组网技术应用与仓库管理的控制中，通过建立无中心自组织控制网络，以总能耗最小、总运行效率最高和总费用最少为优化目标，采用并行计算方法，获得最优参数，实现仓库管理控制系统的优化运行。

进一步的，控制系统在仓库中设置智能控制器、智能传感器和智能执行器，形成无中心、扁平化的网络，可实现仓库管理控制系统的自组网、控制设备的即插即用、基于并行计算的全局优化控制功能，可以实现免人工配置，大大减少人工配置工作量，节约成本，方便升级改造；可以通过人机交互装置实现系统的状态查看与运行参数设置功能，使用便捷；将无中心自组网技术应用与仓库管理的控制中，通过建立无中心自组织控制网络，实现仓库的优化运行控制。

进一步的，依据国家标准控制时间周期设为15分钟，优化控制时间周期为每小时的整点时刻便于记录。

综上所述，本发明实现仓库管理控制系统的自组网、控制设备的即插即用、基于无中心算法的全局优化控制；本发明控制方法以总能耗最小、总运行效率最高和总费用最少为优化目标，采用并行计算方法，获得最优参数，实现仓库管理控制系统的优化运行。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的控制系统架构示意图；

图2为人与系统自由交互模式示意图；

图3为本发明的环境监控系统控制逻辑流程示意图；

图4为本发明的确定仓位及货物信息并规划拣选短路径的示意图；

图5为本发明实施例示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明提供了一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，在各个空间区域设置一个或多个智能控制器、一个或多个智能传感器、一个或多个移动或固定的智能执行器，智能控制器、智能传感器和智能执行器通过485总线或WIFI连接，建立分布于设定区域范围内的多个不同类型仓位的无中心扁平化自组织控制网络，以总能耗最小、总运行效率最高和总费用最少为目标，实现仓库管理控制系统的优化运行。与现有技术相比，本发明实现仓库管理系统的自组网、控制设备的即插即用、基于无中心算法的全局优化控制。

智能控制器与被控设备连接，作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于实现被控设备的本地控制器与仓库管理控制网络间的通信以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务；

被控设备包括通风设备、加热减湿设备、搬运设备的一种或多种。

智能传感器作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于将所测物理量的数值以通信方式传递给仓库管理控制网络以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务；

智能传感器包括二氧化碳智能传感器、温湿度智能传感器、水浸传智能感器、RFID读取器，其中，二氧化碳智能传感器响应二氧化碳浓度请求指令，参与计算通风机负荷，控制通风机组的启停；温湿度智能传感器响应温湿度请求指令，参与计算加热减湿负荷，控制加热减湿设备的启停；水浸智能传感器响应浸水请求指令，根据浸水程度发出报警。

智能执行器包括阀门开度执行器和电机驱动执行器，阀门开度执行器用于响应阀门开度指令，并发出阀门状态信息，参与控制参数的调节和运行工况的切换，电机驱动执行器用于响应取货指令，参与方向和速度参数的调节。

智能读取器作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于将被控设备的状态以通信方式传递给仓库管理控制网络、以通信方式接收仓库管理控制网络的动作指令并调节设备动作以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务。

请参阅图2，无中心协同控制系统还包括用于实现整个无中心协同控制系统的状态查看与运行参数设置的人机交互装置，人机交互装置包括个人电脑、智能手机/平板电脑、RFID条码扫码器。

请参阅图3，本发明一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制方法，在各个空间区域的一个或多个智能控制器、一个或多个智能传感器和一个或多个移动或固定的智能执行器，智能控制器、智能传感器和智能执行器通过无线路由器连接，形成无中心扁平化的网络，以总能耗最小、总运行效率最高和总费用最少为优化目标，采用并行计算方法，获得最优参数，实现仓库管理控制系统的优化运行，最优运行参数在每个优化控制时间周期内计算一次。

通过求解优化问题给出下述一种或多种最优运行参数：

最优的通风机组、加热减湿机组的运行台数为：根据现场二氧化碳浓度、温湿度发生变化，通风机组和加热减湿机组计算当前二氧化碳浓度、温湿度并发生给相应的智能控制器，相应的智能控制器收到信息后触发调节任务；

通风机组运行台数优化计算：每个智能节点将本级二氧化碳浓度值与下级智能节点传上来的最大浓度值按照下式计算：

其中，为本地最大浓度值，C_i为本级二氧化碳浓度值，为下级最大浓度值，(i,j)为本级智能节点i和下级智能节点j；

计算更新本地最大浓度值并传递给上级智能节点；

最优的通风机组、加热减湿机组的运行时间和功率为：智能控制器触发调节任务后计算出最优运行时间功率，可以将优化问题简化为：

min∑α_iP_i(g_i,H₀)

s.t.∑α_ig_i＝G₀

其中，α_i∈{0,1}，P为功率，H为扬程，g为设定值，G₀为风量；

最优的浸水报警时间为：现场地面潮湿水浸情况发生变化，智能传感器测量出当前的潮湿水浸值并发生给智能控制器，相应的智能控制器收到信息后触发调节任务确定最优浸水报警时间；

最优的拣取货物的路线为智能控制器收到取货指令后各节点发起计算找出货物所在位置坐标，各智能控制器运行群智能优化算法I^2(Insect Intelligent algorithm)找出最优路线，最优路线满足条件为路径最短或者时间最短。

具体如下：

系统启动后，各个智能节点通过自动寻址，自动分配以太网地址，自动组成控制系统的信息网络；

组网完成后，根据各个智能节点的默认初始化参数，按照内置的启动顺序启动相应的被控设备，并调节设备出力，满足初始设定参数的要求；

每个控制时间周期，例如每满15分钟，判断当前时间是否处于通风/加热/减湿时段，如果处于该时段，则执行预设的通风/加热/减湿运行策略，否则执行非通风/加热/减湿运行策略；

每个优化控制时间周期，例如每小时的整点时刻，发起优化控制计算，各个智能节点通过并行化计算的方法，求解优化问题，确定最优的，并把这些最优运行参数传递给相应设备，调节设备出力，达到最优运行参数的要求；

如此循环下去，实现基于无中心、扁平化架构的仓库管理控制系统的无中心协同控制与优化运行。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图5，为仓位1到仓位N的多个仓位之间以及仓库内部的系统连接关系。设备控制器包括通风设备智能节点、减湿设备智能节点、搬运设备智能节点，其中，通风设备智能节点通过485总线与通风机组的本地控制器相连，读取通风机组的运行参数，并将控制系统计算出的最优二氧化碳浓度设定值传递给机组；减湿设备智能节点通过485总线与加热机组的本地控制器相连，读取加热机组的运行参数，并将控制系统计算出的最优湿度设定值传递给机组；搬运设备智能节点通过WIFI与搬运设备进行通信，通过控制系统计算出最优路径传递给搬运设备。

请参阅图4，移动的智能执行器到达入口处，通过与节点A11通讯发起寻货指令，节点A11通过与它相连的节点进行通信直到找到货物所在区域的节点A13；货物所在区域节点A13反馈信息，根据网络拓扑可以得到A11到A13的所有拓扑路径；通过计算所有路径的长度得出一条最短网络拓扑路径，如图4中粗实线所示，根据网络拓扑转换成实际路线作为拣选货物的路径，如图4中细实线为拣货路径所示。智能执行器按照规划线路来到A13节点所在区域，读取货物标签与出库单对比找到相符的货物则将它送至发货月台同时更新该节点区域的货物信息。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，其特征在于，包括设置于各个空间区域的智能控制器、智能传感器和智能执行器，智能控制器、智能传感器和智能执行器通过无线路由器或485总线连接，建立分布于设定区域范围内的多个不同类型仓位的无中心扁平化自组织控制网络；智能控制器与被控设备连接，作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于实现被控设备的本地控制器与仓库管理控制网络间的通信以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务；智能传感器作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于将所测物理量的数值以通信方式传递给仓库管理控制网络以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务；智能执行器包括阀门开度执行器和电机驱动执行器，阀门开度执行器用于响应阀门开度指令，并发出阀门状态信息，参与控制参数的调节和运行工况的切换。

2.根据权利要求1所述的一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，其特征在于，被控设备连接有智能读取器，智能读取器作为无中心架构的计算节点和通信节点，用于将被控设备的状态以通信方式传递给仓库管理控制网络、以通信方式接收仓库管理控制网络的动作指令并调节设备动作以及通过并行化计算与其他节点协同完成优化控制计算任务。

3.根据权利要求1所述的一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，其特征在于，仓库管理控制系统还包括人机交互装置，人机交互装置用于实现整个无中心协同控制系统的状态查看与运行参数设置，包括个人电脑、智能手机/平板电脑和RFID条码扫码器。

4.根据权利要求1所述的一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，其特征在于，被控设备包括通风设备、加热减湿设备、搬运设备的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，其特征在于，智能传感器包括二氧化碳智能传感器、温湿度智能传感器、水浸传智能感器、RFID读取器，其中，二氧化碳智能传感器响应二氧化碳浓度请求指令，参与计算通风机负荷，控制通风机组的启停；温湿度智能传感器响应温湿度请求指令，参与计算加热减湿负荷，控制加热减湿设备的启停；水浸智能传感器响应浸水请求指令，根据浸水程度发出报警。

6.一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制方法，其特征在于，利用权利要求1至5中任一项所述基于无中心扁平化架构的仓库管理控制系统，以总能耗、总运行效率和总费用为优化目标，采用并行计算方法，获得包括通风机组、加热减湿机组的运行台数；通风机组、加热减湿机组的运行时间和功率；浸水报警时间以及拣取货物的路线的最优参数，实现仓库管理控制系统的优化运行，最优运行参数在每个优化控制时间周期内计算一次。

7.根据权利要求6所述的一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、系统启动后，每个智能节点通过自动寻址，自动分配以太网地址，自动组成控制系统的信息网络；

S2、步骤S1组网完成后，根据各个智能节点的默认初始化参数，按照内置的启动顺序启动相应的被控设备，并调节设备出力，满足初始设定参数的要求；

S3、每个控制时间周期判断当前时间是否处于通风/加热/减湿时段，如果处于该时段，则执行预设的通风/加热/减湿运行策略，否则执行非通风/加热/减湿运行策略；

S4、每个优化控制时间周期发起优化控制计算，各个智能节点通过并行化计算的方法，求解优化问题，确定最优运行参数，并传递给相应设备，调节设备出力，达到最优运行参数的要求；

S5、重复以上步骤实现基于无中心、扁平化架构的仓库管理控制系统的无中心协同控制与优化运行。

8.根据权利要求7所述的一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制方法，其特征在于，步骤S3中，控制时间周期为15分钟。

9.根据权利要求7所述的一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制方法，其特征在于，步骤S4中，优化控制时间周期为每小时的整点时刻。

10.根据权利要求6或7所述的一种基于无中心扁平化架构的仓库管理控制方法，其特征在于，最优通风机组、加热减湿机组的运行台数确定如下：

根据现场二氧化碳浓度、温湿度发生变化，通风机组和加热减湿机组计算当前二氧化碳浓度、温湿度并发生给相应的智能控制器，相应的智能控制器收到信息后触发调节任务；

最优通风机组、加热减湿机组的运行时间和功率确定如下：

智能控制器触发调节任务后计算出最优运行时间功率；

最优浸水报警时间确定如下：

智能传感器测量出当前的潮湿水浸值并发送给智能控制器，相应的智能控制器收到信息后触发调节任务确定最优浸水报警时间；

最优拣取货物路线确定如下：

智能控制器收到取货指令后各节点发起计算确定货物所在位置坐标，智能控制器运行智能优化算法确定路径最短或者时间最短作为最优路线。