背景及需求

應用背景

對于生產型企業來說，生產材料進購量、生產消耗量、出庫量的盤存管理是優化管理和降低生產成本的重要環節。為了便于企業核算生產成本、評估企業效益并科學地對生產過程進行管理，需要快速、精確地測量生產材料的存儲量和消耗量。庫存的準確測量不僅能為核算生產消耗和生產成本提供重要的依據，也有助于企業管理資產，同時還能為企業提升經濟效益，從而避免無形中流失巨大的資金成本。

業務現狀

企業生產中用于生產的原材料堆料庫儲量控制需要恰到好處（比如發礦山砂石料、金屬生產企業用的礦石原材料等），儲備太少影響企業正常生產，儲備太多阻礙資金周轉，影響企業效益。

目前傳統的堆料體積測量以人工測量的方式為主，當前的方式也面臨很多問題：

盤庫效率低：人工測量工作量大、時間長。另外，部分場景環境惡劣，比如水泥熟料庫的高溫，煤堆庫、礦石庫的粉塵等，對工作人員會造成一定程度的損傷。

測量精度低：人工測量中大型堆料庫的方式主要是人工操作機器將物料堆整理，形成規則的立體形狀，再結合人工測量的堆料參數，最后估算出煤堆的近似體積，所得的結果往往誤差很大。整個過程需要幾個工作人員花費1到2天甚至更多的時間才能完成測量。測量結果精度還很依賴工作人員的操作是否到位，人工干擾因素過多，最后測量的物料堆體積不夠精準。

管理困難：人工測量數據只能通過手工記錄再導入到企業的庫存管理系統，整個過程中存在數據丟失和錄入錯誤的風險，數據存檔困難，不易進行在線數字化管理。

需求分析

運用科技手段對堆料體積進行測量，建立數字化堆料體積測量盤庫系統，代替傳統的耗時耗力的人工測量方法，隨時了解生產材料的庫存信息，最大限度的消除漏、跑、丟現象，幫助企業達到材料購買量與消耗量的平衡。

堆料體積測量盤庫系統能夠友好的支持管理生產過程、模擬料堆外形、輔助預測生產消耗，最終達到優化庫存量、減少成本支出、減少冗余生產流程的目的。作為數字化生產的重要組成部分，堆料體積測量系統可與企業管理系統相融合，從而大幅度提企業的生產效率和管理水平，實現材料庫存量的實時性、準確性和數字化盤點。

方案總體設計

總體架構

方案拓撲

圖1 方案拓撲圖

方案說明

方案前端設備主要由介可視全景掃描系統和體積成像主機組成，在粉塵相對較大的環境下，采用毫米波成像雷達，不受雨水、灰塵、光照等環境影響因素影響，成像效果較好。全景掃描系統通過掃描獲得堆料數據，體積成像主機接收數據后計算獲得堆料體積，同時配合平臺實現體積數據的展示和管理，提升企業的生產效率和管理水平，實現材料庫存量的實時性、準確性和數字化。

系統工作流程

全景掃描系統通過發射和接收電磁波，獲取目標的距離和方位角度信息，并通過云臺旋轉，實現探測距離內目標點云數據，以全景掃描系統為原點建立三維坐標系，采集堆料表面點位坐標，坐標數據按網格模型重組，每個網格作為最小計算的體積微元，累加求和得到整個堆料的體積。經過邊緣智能終端數據處理，實現目標輪廓掃描，微積分計算，最終實現堆料目標體積的精確測量。后端平臺可以對數據進行展示以及高度超閾值報警推送等功能。

圖2 系統工作流程圖

設備安裝部署

介可視全景掃描系統通過二維軸向360°旋轉，最終達到空間范圍內的靜態目標掃描成像，用戶可根據全景掃描系統呈現出來的效果進行盤庫、目標識別、體積測量等相關功能。全景掃描系統安裝在庫房頂部，在料堆上方吊裝；現場庫房較大，也可以安裝多個全景掃描系統，最終數據匯總到平臺進行整合拼接工作。

安裝示意圖如下圖所示：

圖3 檢測分布示意圖

長形堆棚

堆棚為長拱形結構，庫房長寬高尺寸為200m*100m*，最高位置40m，內部為塊狀煤或粉狀煤，堆料高度一般8m左右，人工無法盤庫，也無比較有效的盤庫手段，并且現場環境惡劣，作業時候灰塵嚴重。

圖4 堆棚點位俯視圖

圖5 堆棚點位側視圖

堆棚使用8臺介可視全景掃描系統進行成像拼接，以覆蓋全部區域，分兩排安裝；

安裝位置需預留24V直流電源線與千兆以太網線；

配電箱在庫房靠近地面位置，配電箱處預留220V電源線；

網線盡量不要超過100m，若超過100m需要增加交換機或改為光纖；

吊裝，盡量保證雷達水平架設。

安裝注意事項

尺寸

全景掃描系統安裝在筒倉、罐體或者料棚庫房頂部，進行物料輪廓掃描，標配DN250法蘭，具體尺寸如下圖所示。

圖6 尺寸圖

雷達架設方案

目前配備兩種安裝支架：橫桿支架、標準法蘭。

橫桿支架：通過3個抱箍把支架固定在橫桿上，一般應用在料棚；

標準法蘭：可直接適配DN250法蘭孔，一般應用在筒倉、罐體；

通過支架架設方式如下圖所示：架設示意圖

圖7 尺寸圖

備有延長支架，支架長度1m，當筒倉頂部有承重梁或者金屬架遮擋的情況下，可以安裝延長支架下探，達到更好的測試效果。

圖8 尺寸圖

接線

全景掃描系統線束定義如下圖所示。現場直接把24V電源線與網線連接即可，帶有配電箱，配電箱內部帶有適配器，可以把220V交流電源轉換為24V直流電源，再接入。

配電箱可以放在方便安裝的位置，建議配電箱與全景掃描系統之間連線小于100米。

圖9 線束定義

設備清單

設備清單如下：

表1 設備清單

核心設備介紹

方案的前端設備主要由全景掃描系統、體積成像主機組成。

表2 全景掃描系統特點

全景掃描系統

常溫毫米波全景掃描系統產品簡介

全景掃描系統是由發射機，接收機，電機等基本組成，通過發射電磁波，電磁波經過目標物體進行反射，雷達接收到目標反射信號進行數據處理，獲取目標距全景掃描系統達之間的距離和方位信息，通過電機旋轉，實現360°掃描，生成高密度點云數據實現目標成像，輸出制定區域內堆料體積信息。采用80GHz FMCW技術，具有較高的分辨率和可靠的環境適應性和高精度探測能力，不受粉塵，光線，雨水等影響，可應用水泥，煤炭，發電，鋼鐵，采礦，糧倉等場景。

功能和性能

設備功能

l 采用 80GHz- FMCW 技術，分辨率更高，檢測性能更穩定；

l 探測距離半徑 50 米， 快速形成點云數據輸出；

l 支持 RS485、網口通信；

l 全天候工作，不受天氣、光線、溫度、粉塵等環境影響；

l 360°快速掃描進行目標監視；

設備性能：

表3 全景掃描系統

體積成像主機

圖10 體積成像主機

產品簡介

體積成像主機是一款高性能的堆料體積測量主機，負責讀取全景掃描系統探測的點云數據并利用高性能算法進行數據處理，輸出堆料的體積和三維建模效果圖。主要用于水泥、煤炭、發電、糧倉等場景進行體積測量、輪廓掃描等功能，以實現工業智能化、數字化建設，為智能生產提供技術支撐。

產品功能和性能

產品功能

l 支持8臺全景掃描系統接入，并支持各個位置標定

l 支持多個全景掃描系統畫整體感興趣區域，并支持展示感興趣區域的三維建      模效果圖和計算堆料的體積

l 支持整體堆料高度預警設置

l 支持兩路報警輸出

產品性能：

表4 體積成像主機

方案優勢

高效精準

人工盤庫準確率取決于工人的經驗判斷，不同工人，甚至同一工人在不同時期估算的體積都有較大誤差，而雷達盤庫采用科學的網格模型計算堆場體積，結果的準確性和一致性遠高于人工盤庫。

安全環保

很多堆料庫內的物料多為煤堆、礦石、砂石料等，普遍粉塵較大；熟料庫中溫度較高，測量起來比較困難，工人工作環境惡劣，在測量時易引起身體不適甚至誘發職業病。而通過全景掃描系統進行體積自動測量，可以減少人工在惡劣環境下的作業時間，保障工作人員安全。

場景適用性強

針對堆料檢測的普通場景、粉塵較大場景、高溫場景等復雜需求應用場景，提供毫米波、激光、耐高溫毫米波等相對應的產品應用方案，場景適用性強，應用廣泛。

方案業務完整

本方案針對堆料體積的完整業務流程，提供前端感知探測設備、成像主機設備、后端管理平臺等一整套全面的產品應用方案。