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浅谈自动化立体仓库无线网络方案的挑战与落地

2023-07-11  来自: 上海鋆锦信息科技有限公司 浏览次数:356

自动化立体仓库(Automated Storage and Retrieval System,简称AS/RS)是由立体货架、智能搬运设备、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。运用集成化物流理念,采用控制、总线、通讯和信息技术,通过以上设备的协调动作进行出入库作业。

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 图1 自动化立体仓库(来自网络)

通讯系统作为AS/RS其中一个子系统,实现了搬运设备、扫码装置、物料信息等前端数据与后台调度及WMS系统之间的数据通讯,经历了RS232点对点通信、红外通信、以太网通讯技术的迭代。由于搬运设备都是离散式的,比如堆垛机、穿梭车、堆高式叉车等,通讯往往采用无线来实现。

本文作者结合电池行业实施的具体案例,探讨自动化立体仓库在无线布网时面对的挑战和方案落地。

一、网络要求及挑战

自动化立体仓库布置无线网络,相较于传统仓库来说,主要挑战来自于复杂的现场环境:

立体货架排布紧凑,对无线网络的物理遮挡严重。

自动化立体仓库的货架通常排布紧凑,形成多条窄而长的金属巷道;货架高度较高,与室内仓库天花板高度之间距离小;货架材质通常为金属,对无线信号遮挡严重。因此,按传统覆盖半径均匀覆盖AP的思路,在立库环境中会遇到严重的信号遮挡问题。

同时,有些复杂的立体仓库还设计有U型通道,供叉车做路径规划;对于有穿梭车需求的货架,通常还需要考虑分层问题。以上都增加了信号覆盖的复杂性。

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图2 四向穿梭车分层货架(来自网络)

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图3 U型轨道(来自网络)

货物本身,对无线信号的遮挡甚至屏蔽问题。

自动化立体仓库设计之初,通常是空货架状态,随着仓库投入使用,货物上架后,特别是接近满仓时,信号遮挡的问题愈发严重。同时,货物材质对信号遮挡也有不同的影响,特别是金属货物,满仓后可能直接屏蔽信号。这也是为什么一些自动化仓库项目在运行后网络效果急剧下降的原因之一。 自动仓储

图4 满仓场景(来自网络)

施工过程里ap取点的位置限制,巷道中间无法部署

通过以上两点,我们知道均匀覆盖无线的原则基本不适用于立体化仓库环境。通常采用按巷道覆盖的思路,采用单个或多个无线设备覆盖一整条巷道的方式,并综合考虑覆盖高度、是否分层、是否有U型等弯曲巷道的实际情况,做到通道覆盖

结合具体施工要求,如何选择ap点位,对产品的适用性、方案设计方的经验和协调能力提出了更大的挑战。

低延时、高带宽、高可靠性的网络要求

因调度系统和前端搬运设备如堆垛机、穿梭车、堆高式叉车之间的通讯依赖于无线网络,车辆的状态、位置等信息上报,调度中心的指令、交通管制等下发,都要求网络实时、可靠。这和开放式的智慧仓库网络要求是一致的。

成本控制的要求

自动化立体仓库按巷道覆盖网络的设计思路,决定了无线设备数量与巷道数量正相关。在一些占地面积不大、但货架较密的立体仓库项目中,按巷道覆盖方案的无线ap数量较传统均匀覆盖方案的ap数量大为增加。如何平衡覆盖效果和成本控制,对方案设计方提出了较大的挑战。

二、无线方案探讨

上文已分析得出,按巷道覆盖Wi-Fi信号,比均匀覆盖更适用于自动化立体仓库环境。那么,在具体的项目方案设计中,对无线设备及天馈系统的选择有何要求?结合项目实施经验,我们有以下几点思路:

采用多射频设备降本

目前市场主流的工业无线Wi-Fi设备为单射频设计,内部采用高通2.4G、5.8G全频段无线芯片方案,实现现场单个频段的无线覆盖。双射频及多射频无线设备的设计思路,是将2个或多个无线芯片集成在一个设备中,实现双射频及多射频同时工作的目的。

以ISTRON IWS 3122C设备为例,具体应用场景有:双射频同时做无线覆盖;一个射频做覆盖、一个射频做回传;搭配双射频客户端使用,实现2条无线路径的备份和切换等。

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图5 双射频无线应用场景

立体仓库环境中采用多射频设备,可实现单台设备同时覆盖多条巷道的效果,在确保无线信号覆盖效果的前提下,大大减少了方案总体设备成本、同时也降低了施工成本。

采用支持MIMO技术的无线设备

Wi-Fi标准中MIMO代表多输入多输出,是一种无线通信技术。它利用多个天线来发送和接收信号,从而提高了传输速率和信号稳定性。在IEEE 802.11ac(Wi-Fi5)及802.11ax(Wi-Fi6)无线技术中,MU-MIMO在传统MIMO技术基础上进一步发展,可同时向多个设备发送独立的数据流,从而提高WiFi网络的容量和吞吐量,并降低网络延迟。

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图6 MIMO和MU-MIMO技术

MIMO技术在立体仓库场景下可做多种灵活应用:

(1)单射频下的多个天线接口使同时覆盖多个巷道成为可能,降低了设备数量和成本;

(2)多个天线接口配合不同种类、角度的天线,同时覆盖单个巷道,大大减少了无线信号被遮挡的可能性;

(3)在超高巷道、U型巷道、分层巷道的场景下,多个天线接口也为现场提供了方案设备的灵活性。

谨慎选择高发射功率无线设备

项目实施实际中,我们看到一些用户及品牌,偏向于选择高发射功率的设备做无线覆盖。这在立体仓库场景中,应对窄而长的巷道确实有优势,特别是当巷道超过100米且中间不允许加布AP时,大发射功率设备解决了长距离覆盖的难题。

然后这会带来一些隐患,需谨慎选择:

增加了同一空间内其他无线系统的同频干扰,影响其他系统稳定性;

若AP是大功率设备、客户端是标准发射功率(100mW)设备,会存在下行覆盖良好而上行信号弱的问题;

不符合无委会关于无线Wi-Fi设备的使用规定;

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图7 发射功率和接收灵敏度

采用定向、全向搭配的天线方案

因立体仓库环境复杂性,应做实地勘测后,搭配不同方向、不同角度、不同增益大小的定向或全向天线,分区域实现覆盖效果。堆垛机、穿梭车、堆高式叉车等终端设备都是移动式设备,推荐采用不低于5dBi的全向天线。

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图8 定向/全向天线方案

要求及预算高的项目可采用漏波电缆方案

沿着轨道铺设漏波电缆的方案,可以保证客户端与AP之间的无线不受货架及存储货物的影响,确保无线传输的稳定性,在技术上是较理想的方案。用户和方案方可根据要求和预算做选择。

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图9 漏波电缆方案(来自网络)

三、项目实施案例

以下结合长虹三杰自动化立体仓库项目的实施,探讨无线方案的实际落地。

长虹三杰新能源有限公司是长虹能源控股子公司,圆柱形动力锂离子电池生产商,专注于高倍率18650及21700锂离子电池和电池组的研发、生产和销售。现有泰州某自动化仓库需布建智能叉车网络。现场总面积约80×25米,分为8条AGV运行通道和2处AGV转弯区域,要求无线信号对全区域无死角覆盖,并具备较低的延时以供设备可靠稳定运行。

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 图10 长虹三杰项目现场

根据巷道覆盖思路,结合现场实测和测试效果,最终确定设备为6台双射频无线AP,天线采用巷道内定向、开阔区域全向相结合的方式做信号覆盖,并通过交换机做数据汇聚。AGV上选用1台客户端配合全向天线。整体实施效果良好,信号稳定。

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图11 长虹三杰项目网络布局

四、思考 

自动化立体仓库布建无线网络因其环境特殊性,应采用按巷道覆盖的布网思路,有效提高网络覆盖的信号稳定性、降低项目运维成本。同时,方案设计方应积极进行售前实勘,采用合适的工业级、双射频无线设备,选取合适的布点位置,搭配合适角度、增益的天线,做好前期网络规划。项目实施过程中,应积极与用户、施工方、智能搬运设备厂家协调配合,做好网络调试、陪产工作。

立体仓库网络布建,相较于一般的仓库来说挑战更大,方案设计方只有把产品方案、售前售后服务都落实到位,才能确保项目顺利落地。

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图12 鋆锦网络服务流程

 

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