5G网络下基于OPC UA over TSN的智能仓储系统技术方案

本发明专利技术涉及了一种5G网络下基于OPC UA over TSN的智能仓储系统，该系统针对仓储系统中各类厂商生产的设备互联、不同类型数据信息实时有效互通的问题，建立智能仓储模型。首先，利用OPC UA技术将仓储内多设备连接在一起，实现不同设备间语义互操作；其次，通过融合时间敏感网络技术提高整个系统的实时性，降低数据传输时延，满足海量实时数据交互的管理平台实时调取仓储货物信息需求；最后，在仓储内建设5G微基站，实现仓库内设备的无线连接，避免了布线复杂、受限问题，提高仓储内货物运输效率、准确率以及系统的灵活性。仓储系统在上述三种技术的融合下，系统的安全性、有效性、互通性等通信性能得以优化，降低仓储成本，使仓储过程更加灵活、高效、智能。

【技术实现步骤摘要】
5G网络下基于OPCUAoverTSN的智能仓储系统
本专利技术涉及一种5G网络下基于OPCUA统一架构将实时以太网技术与其进行融合，用于仓储环境中不同设备、不同类型的机器单元之间无线通信，构成智能仓储系统。
技术介绍
物流产业作为新兴产业近年来发展迅猛，已经成为国家经济发展的一个重要经济增长点。随着货物流通量的增大，货物的仓储也成为至关重要的一部分。面对如此庞大数量货物的仓储问题，仅是依靠人力来完成是不现实的，需要用机器代替人工实现更为高效、便捷的智能仓储。面对以往人工作业效率低、安全性差等问题，使得仓储服务质量差、利用率低、甚至造成货物的堆积、生鲜类物品的变质、腐烂等问题，导致无法带来良好的经济效益，难以适应市场需求。后来，逐渐用机器代替人工，虽解放了人力，但是由于设备间协议不同，无法实现真正的互通互联，使得智能仓储中设备的管理较为复杂、信息传输的实时性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对仓储条件下面对多类型机器设备间语义互操作性差，信息传输实时性差，机器设备放置易受仓储环境影响的问题，提出的一种5G网络下基于OPCUAoverTSN的智能仓储系统，系统通过OPCUA让更多不同的设备连接在一起，不同厂商设计的软件彼此兼容，以实现仓储中使用的分拣机、码垛机器人、AGV小车之间的横向连接以及从底层设备至管理平台的纵向连接；系统通过融合TSN技术用以解决系统使用OPCUA所带来的庞大的数据种类这一问题，把不同数据类型进行区分，使不同类别流量在同一网络上得以共存，避免冲突，实现对于智能仓储中涉及的周期性与非周期性数据的传输；此外，TSN技术通过其本身的时间同步机制，定义了一个实时通道，在保证了设备通讯的确定性的同时也缩短了传输时延，提高系统实时性，使得仓库内各类型传感器能够实时将采集的信息传至控制中心以及管理平台，让操作人员及时了解物品库存情况便于对货物的实时盘点和管理；针对仓储过程中需要运用到大量的机器设备的问题，以及对于仓储环境中设备间采取有线连接布线繁杂易受到仓储空间、设备摆设的影响，维护困难的问题，通过运用5G网络无线连接来降低机器设备间的布线和维护成本，突破空间的局限，利用其高可靠性，提高仓储运输实时数据的准确性，降低故障率。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种5G网络下基于OPCUAoverTSN的智能仓储系统，其特征是由底层设备、智能网关、5G微基站、控制中心、管理平台组成。所述底层设备由电源模块、传感器模块、执行模块、无线通信模块以及PLC控制器组成；所述传感器模块由视觉传感器、测距传感器、触觉传感器、位姿传感器组成；所述执行模块由入库机、出库机、分拣机、AGV小车、码垛机器人组成，底层设备中通过电源模块给控制器供电，传感器模块通过RS-485串口连接至PLC控制器，执行模块中入库机、分拣机、出库机通过RS-485串口通讯方式或网口通讯方式连接至PLC控制器，PLC控制器通过连接的GPM10模块实现无线通讯，以无线形式将数据流传输至智能网关，此外AGV运输车、码垛机器人均通过内置的802.11无线接口以无线方式接入智能网关。所述智能网关支持OPCUAoverTSN通信协议，智能网关通过网口连接OPCUA服务器。所述控制中心由OPCUA服务器、5G无线通信模块、显示器组成；智能网关通过RS-485串口通信连接OPCUA服务器，OPCUA服务器通过DP接口连接的显示器，同时，OPCUA服务器以串口方式连接5G无线通信模块，控制中心对底层设备传递的数据信息进行处理，并上传至管理平台，同时通过显示器在本地实时显示。所述管理平台由上位机、5G无线通信模块、显示屏组成，在上位机中配置好OPCUA的客户端，上位机以UART串行通信方式连接显示屏和5G无线通信模块。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术5G网络下基于OPCUAoverTSN的智能仓储系统，不同于以往仓储系统只是进行单一的自动化搬运、存储功能，本专利技术涉及的智能仓储系统能实现实时的货物动态盘点，对货物的品质进行定期的检查，及时掌握仓库库存，降低因仓储空间等环境因素对仓储便捷性的影响，加快货物流通进程，大大降低仓储成本。智能仓储系统中通过OPCUA技术使得仓储内基于不同协议的数据帧实现传输，提升了整个系统的互操作性；同时，通过OPCUA技术统一信息模型，使工作人员访问不同类型数据更加便捷、高效；此外，通过OPCUA技术中标准冗余模型以及安全模型，使不同厂商生产的软件应用彼此兼容，提高系统互通性，同时也提供了安全的数据交互，保证了传输信息的安全性；通过TSN技术保障了整个系统的实时性；通过5G无线网络其超大带宽、低时延和高可靠性的特性，灵活部署仓储内机器设备，大大降低了仓库的成本，提高仓储内的工作效率，节约资源；将OPCUA与TSN以及5G相结合，实现“多设备+实时+高效”的自动化、智能化的仓储系统。附图说明图1为本专利技术5G网络下基于OPCUAoverTSN的智能仓储系统原理框图。具体实施方式如图1所示5G网络下基于OPCUAoverTSN的智能仓储系统原理框图，该系统是由底层设备、智能网关、5G微基站、控制中心、管理平台组成；根据系统需求将各底层设备安装在仓库内，底层设备由电源模块、传感器模块、、执行模块、无线通信模块组成，所述传感器模块由视觉传感器、测距传感器、触觉传感器、位姿传感器组成；所述执行模块由入库机、出库机、分拣机、AGV小车、码垛机器人组成。本专利技术所涉及的底层设备将各采集信息的传感器模块，以及驱动单元和各执行单元等通过OPCUA技术作为节点接入网络，将底层设备采集的信息和各机器单元通过其统一数据模型传至智能网关实现数据共享，信息交互，再通过智能网关对数据进行重新打包传至上一级，实现智能仓储系统多设备兼容。系统各设备单元之间的连接，具体实现步骤如下：步骤一：底层设备执行模块中的入库机、分拣机、出库机，传感器模块中视觉传感器、测距传感器、触觉传感器、位姿传感器将采集到的货物信息，如：货物的生产地、运送目的地、品质、种类、质量等，以及在运输过程中设备的位置信息以及位姿状态等信息传输至PLC控制器。步骤二：货物经分拣机分拣后，由AGV运输车将货物运送至临时“目的地”，再由码垛机器人将临时“目的地”的货物进行整理放置在仓储中相应的货架位置处，将这一过程中AGV运输小车与码垛机器人采集的信息与步骤一中PLC设备的信息均传至智能网关，至此完成智能仓储系统中信息的采集任务。其中PLC设备连接无线收发模块，将不同类型PLC设备、AGV运输小车、码垛机器人都以无线形式与智能网关之间进行信息传输。步骤三：步骤二传至智能网关的数据，通过运用TSN技术，对不同数据流进行流量整形，把不同数据类型进行区分，消除系统内部数据拥挤状况，有效避免了数据冲突，提高了带宽占用率，使不同类型的大量数据，根据其周期性、非周期性、实时性要求等，由TSN内部调度表，从而实现对数据帧的传输时间进行控制。步骤四：数据由智能网关传至OPCUA服务器，OPCUA服本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种5G网络下基于OPC UA over TSN的智能仓储系统，其特征是由底层设备、智能网关、5G微基站、控制中心、管理平台组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种5G网络下基于OPCUAoverTSN的智能仓储系统，其特征是由底层设备、智能网关、5G微基站、控制中心、管理平台组成。


2.根据权利要求1所述的一种5G网络下基于OPCUAoverTSN的智能仓储系统，其特征在于，所述底层设备由电源模块、传感器模块、执行模块、无线通信模块以及PLC控制器组成；所述传感器模块由视觉传感器、测距传感器、触觉传感器、位姿传感器组成；所述执行模块由入库机、出库机、分拣机、AGV小车、码垛机器人组成，底层设备中通过电源模块给控制器供电，传感器模块通过RS-485串口连接至PLC控制器，执行模块中入库机、分拣机、出库机通过RS-485串口通讯方式或网口通讯方式连接至PLC控制器，PLC控制器通过连接的GPM10模块实现无线通讯，以无线形式将数据流传输至智能网关，此外AGV运输车、码垛机器人均通过内置的802.11无线接口以无线方式接入智能网关。


3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：江灵雅，黄友锐，韩涛，宋昊明，荣雪，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34