货物状态令牌与邻接协商的物流滚筒自治控制系统及方法

本技术涉及物流输送设备、智能电动滚筒、工业通信控制、边缘自治控制以及传感识别，尤其涉及一种用于电商仓储、快递分拣、机场行李、制造业产线、托盘输送和箱式物流输送场景的物流滚筒自治控制系统及方法。

背景技术：

1、在电商仓储、快递分拣、机场行李输送、制造业产线、冷链仓储和托盘输送等场景中，滚筒输送线被广泛用于周转箱、纸箱、包裹、行李、工装板或托盘的输送、缓存、分流和分拣。现有输送线通常由电动滚筒、外置驱动器、plc、分布式i/o模块、光电传感器、扫码器、rfid读写器、称重或尺寸检测装置等设备组合实现。

2、现有电动滚筒或滚筒驱动器通常可以通过开关量i/o、rs485、can/canopen、io-link或工业以太网等方式接入控制系统。部分分布式i/o或io-link主站也能够将现场光电传感器、电动滚筒、气动执行件、变频器或扫码装置连接至上位plc，实现集中控制或分布式控制。

3、但是，现有方案仍存在以下不足。第一，电动滚筒驱动、识别传感器、通信模块和诊断模块往往相互独立安装，接线多、调试环节多，现场维护需要分别处理驱动参数、识别参数、通信参数和plc程序，系统集成难度较高。

4、第二，现有识别传感器采集到的货物身份、位置、尺寸、姿态或状态信息通常先上传至plc、wms或上位机，再由上位系统计算后向滚筒驱动器下发控制指令。该方式的数据链路较长，在滚筒节点数量多、节拍要求高或多分流口并行运行的输送线中，容易出现响应延迟、节拍不一致和中央控制负载过重的问题。

5、第三，现有零压力积放或区段控制多以“前方是否占用”为核心条件，通常只根据到位信号和区段占用信号进行启停控制，缺少对货物身份、目标分流口、预计到达时间、识别可信度、路径可用性和异常状态的综合判断。当前一区段准备放行货物时，后一区段往往只提供简单占用信息，无法形成基于货物任务和路径状态的协商式放行决策。

6、第四，不同项目现场采用的通信方式差异较大，可能包括开关量i/o、rs485/modbus、can/canopen、io-link、profinet、ethercat或ethernet/ip等。传统滚筒控制器通常针对某一通信接口单独设计数据格式，缺少协议无关的统一对象模型，导致同一控制语义在不同协议下需要重复开发、重复调试，设备替换和旧线改造成本较高。

7、第五，现有滚筒控制方案对识别失败、识别结果冲突、货物偏移、传感器污染、连续拥堵、滚筒堵转、电流异常、转速偏差、温度异常、通信中断等情况，多依赖上位系统统一处理，缺少在滚筒电驱节点本地进行分级判断、策略降级和安全处置的自治能力。

8、因此，亟需一种将货物识别结果、滚筒运行状态、相邻区段状态和多协议通信语义进行统一建模的物流滚筒自治控制系统，使每个滚筒节点不仅能够被plc或上位系统控制，还能够根据货物状态令牌和邻接协商结果在本地完成放行、缓存、调速、分流、复核和异常降级处理。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供货物状态令牌与邻接协商的物流滚筒自治控制系统及方法，旨在解决现有的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了货物状态令牌与邻接协商的物流滚筒自治控制系统，包括：

3、电动滚筒，用于驱动输送区段内的滚筒或输送带运动；

4、驱动功率模块，与所述电动滚筒电连接，用于输出电机驱动电流并采集电机运行状态；

5、识别传感模块，用于获取被输送物的身份信息、位置坐标、尺寸信息、姿态信息、重量信息、方向信息或到位状态；

6、边缘控制模块，分别与所述驱动功率模块和所述识别传感模块连接，用于接收所述识别传感模块输出的识别结果和所述驱动功率模块输出的运行状态，在本地生成货物状态令牌，并基于所述货物状态令牌、当前区段状态、相邻区段状态、滚筒运行状态和上位系统任务规则生成滚筒控制指令；

7、通信接口模块，与所述边缘控制模块连接，用于与外部系统或相邻滚筒节点通信；

8、供电与保护模块，用于向各功能模块供电并提供电路保护；

9、所述边缘控制模块包括令牌生成单元，所述令牌生成单元根据所述识别结果、当前区段编号、目标分流口、时间戳和异常状态生成所述货物状态令牌，所述货物状态令牌至少包括货物标识、当前区段编号、目标区段或目标分流口、识别可信度、预计到达时间、后一区段许可状态和异常标志；

10、所述边缘控制模块还包括邻接协商单元，用于在释放当前被输送物前向后一区段节点发送包含所述货物状态令牌的放行请求，并根据后一区段节点返回的响应结果控制所述电动滚筒执行相应动作。

11、进一步地，所述边缘控制模块还包括识别可信度融合单元，所述识别可信度融合单元对来自不同识别源的识别信息进行一致性校验和可信度评估；

12、当二维码识别结果、rfid标签信息、视觉尺寸信息、光电到位信息和距离测量信息之间相互一致时，提高所述货物状态令牌中的识别可信度；

13、当部分识别源读取失败或识别结果与预设规格不一致时，生成带有较低可信度的临时令牌，并控制所述电动滚筒进入低速复核状态；

14、当多个识别源结果冲突、超时或反复不一致时，降低所述识别可信度并触发暂存、旁路分流或报警停机。

15、进一步地，所述邻接协商单元向后一区段节点发送的放行请求包括货物状态令牌、目标方向、目标分流口、预计到达时间、建议速度、当前滚筒状态和异常标志；

16、所述后一区段节点根据自身区段占用状态、预计释放时间、驱动可用状态、故障状态和路径判断结果生成响应结果，所述响应结果包括允许放行、延迟放行、降速放行、拒绝放行或改道放行中的一种；

17、当所述响应结果为允许放行时，所述当前区段节点控制所述电动滚筒启动或加速；

18、当所述响应结果为延迟放行时，所述当前区段节点控制货物暂存等待并在设定时间后重新协商；

19、当所述响应结果为降速放行时，所述当前区段节点控制所述电动滚筒按协商速度运行；

20、当所述响应结果为拒绝放行时，所述当前区段节点停止输送并报警提示；

21、当所述响应结果为改道放行时，所述当前区段节点根据备用路径或旁路分流规则执行分流动作。

22、进一步地，所述边缘控制模块内部设置有协议无关虚拟对象模型，所述协议无关虚拟对象模型至少包括滚筒驱动对象、识别传感对象、货物令牌对象、区段状态对象、故障诊断对象、邻接协商对象和参数配置对象；

23、所述边缘控制模块通过协议映射单元将所述协议无关虚拟对象模型的统一对象语义映射至不同的底层通信协议：

24、在开关量i/o模式下，将统一对象语义映射为启动、停止、方向、占用、故障、允许放行的离散信号；

25、在rs485/modbus模式下，将统一对象语义映射为寄存器地址、线圈地址或保持寄存器；

26、在can/canopen模式下，将统一对象语义映射为对象字典、pdo或sdo数据；

27、在io-link模式下，将统一对象语义映射为过程数据、参数数据和诊断数据；

28、在工业以太网模式下，将统一对象语义映射为周期报文、状态报文或参数报文。

29、进一步地，所述边缘控制模块还包括异常等级判定单元，所述异常等级判定单元根据识别异常、输送异常、驱动异常和通信异常的类型、持续时间、严重程度和影响范围对异常进行分级，并执行对应的自治降级策略：

30、一级异常包括短时识别不稳定、轻微姿态偏移、短时通信丢包或单次传感器数据缺失，执行降速复核并更新所述货物状态令牌中的异常标志；

31、二级异常包括目标路径不确定、后一区段长时间占用、识别可信度低或多源识别结果不一致，执行暂存等待、请求复核或旁路分流；

32、三级异常包括滚筒电流异常、转速偏差、疑似堵转、连续拥堵或货物卡滞，执行反转退料、报警停机或限制后续放行；

33、四级异常包括通信中断、传感器失效、严重驱动故障、过温、过流或供电异常，进入本地安全模式或切断驱动。

34、进一步地，所述识别传感模块包括二维码或条码读码器、rfid读写器、光电传感器、视觉相机、颜色传感器、距离传感器、三维尺寸检测传感器或称重传感器中的一种或多种组合；

35、所述识别传感模块、所述边缘控制模块、所述驱动功率模块、所述通信接口模块和所述供电与保护模块集成于同一区段控制盒或滚筒电驱节点内，形成模块化安装结构。

36、进一步地，所述通信接口模块支持开关量i/o、rs485/modbus、can/canopen、io-link、profinet、ethercat或ethernet/ip中的至少两种通信方式；

37、所述边缘控制模块通过所述通信接口模块与plc、wms、上位机、io-link主站、相邻滚筒节点或工业总线网络通信；

38、当被输送物离开当前区段时，所述货物状态令牌由当前区段节点传递至后一区段节点，使货物状态令牌随被输送物同步流转。

39、货物状态令牌与邻接协商的物流滚筒自治控制方法，包括以下步骤：

40、s1：识别传感模块检测被输送物到达，获取被输送物的身份信息、位置坐标、尺寸信息、姿态信息、重量信息、方向信息或到位状态；

41、s2：边缘控制模块对来自不同识别源的识别信息进行校验、融合和可信度评估，生成识别可信度；

42、s3：所述边缘控制模块根据识别结果、当前区段编号、目标分流口、时间戳、识别可信度和异常状态生成货物状态令牌；

43、s4：当前区段节点基于所述货物状态令牌向后一区段节点发送放行请求；

44、s5：所述后一区段节点根据自身区段占用状态、预计释放时间、故障状态和路径判断结果返回响应结果；

45、s6：所述当前区段节点根据所述响应结果控制电动滚筒执行启动、停止、加速、减速、暂存、反转或分流动作；

46、s7：在货物流转过程中更新所述货物状态令牌，并在被输送物离开当前区段时将所述货物状态令牌传递至下一区段节点；s8：当出现识别异常、输送异常、驱动异常或通信异常时，执行异常分级自治降级处理并上报处理结果。

47、进一步地，步骤s2中所述可信度评估具体包括：当二维码识别结果、rfid标签信息、视觉尺寸信息、光电到位信息和距离测量信息之间相互一致时，生成高识别可信度并允许进入正常输送状态；

48、当二维码读取失败但rfid识别成功，或者视觉尺寸与预设规格一致时，生成中等识别可信度并控制滚筒进入低速复核状态；

49、当光电检测到货物存在但无有效身份信息时，生成匿名临时令牌并暂存等待上位机复核或后续补识别；

50、当多个识别源结果冲突、超时或反复不一致时，降低识别可信度并触发暂存、旁路分流或报警停机。

51、进一步地，步骤s4和步骤s5中所述放行请求包括货物状态令牌、目标方向、目标分流口、预计到达时间、建议速度、当前滚筒状态和异常标志；所述响应结果包括允许放行、延迟放行、降速放行、拒绝放行或改道放行中的一种；

52、步骤s8中所述异常分级自治降级处理包括：

53、一级异常执行降速复核，更新货物状态令牌中的异常标志；

54、二级异常执行暂存等待、请求复核或旁路分流；

55、三级异常执行反转退料、报警停机或限制后续放行；

56、四级异常执行本地安全模式或切断驱动；异常处理完成后，将异常等级、处理策略、处理结果和更新时间写入所述货物状态令牌，并通过通信接口模块上传至plc、wms或上位机。

57、本发明的有益效果体现在：

58、本技术通过边缘控制模块在滚筒电驱节点本地完成货物识别、令牌生成、决策判断和驱动控制，无需每次动作都依赖上位系统逐点实时调度，将识别到滚筒动作的响应时间从传统的数百毫秒缩短至毫秒级，显著提高了输送线的实时性和节拍一致性。

59、本技术通过货物状态令牌将货物标识、当前区段、目标分流口、识别可信度、预计到达时间和异常标志统一表达，使滚筒节点能够围绕“货物对象”而非单一传感器信号进行控制，实现了货物级精确跟踪和差异化控制，减少了因信息不足导致的误放行、误分流和路径冲突。

60、本技术通过识别可信度融合机制，对二维码、rfid、光电、视觉、距离或称重等多源识别结果进行一致性校验和可信度评分，并根据可信度等级自动执行正常输送、低速复核、暂存等待或报警停机，有效避免了因单一传感器异常造成的误动作，提高了物流输送线在复杂现场条件下的可靠性。

61、传统区段控制中当前区段仅能获取后一区段的简单占用信号，无法形成基于货物任务和路径状态的协商式放行决策。本技术通过相邻区段协商放行机制，使当前区段节点和后一区段节点能够围绕货物状态令牌、路径可用性、预计到达时间、重量等级和故障状态进行协商，后一区段可返回允许、延迟、降速、拒绝或改道五种差异化响应，实现了区别于普通零压力积放的智能化自治放行控制，同时大幅降低了中央plc的实时控制负载。

62、本技术通过协议无关虚拟对象模型将滚筒驱动对象、识别传感对象、货物令牌对象、区段状态对象、故障诊断对象、邻接协商对象和参数配置对象统一封装，再根据当前启用协议映射为对应数据格式，使同一控制逻辑能够在不同通信环境下保持一致性，大幅降低了设备替换和旧线改造成本。

63、现有方案对识别失败、传感器污染、连续拥堵、滚筒堵转、电流异常、通信中断等异常多依赖上位系统统一处理，缺少本地分级判断和策略降级能力。本技术通过异常分级自治降级机制，使节点能够对识别异常、输送异常、驱动异常和通信异常进行本地等级判定，并自动执行降速复核、暂存等待、反转退料、旁路分流、报警停机或切断驱动等差异化策略，提高了系统在异常场景下的自主应对能力，同时通过完整的异常日志记录便于维护人员追溯和诊断。

64、本技术将识别传感模块、边缘控制模块、驱动功率模块、通信接口模块和供电保护模块集成于同一区段控制盒或滚筒电驱节点内，减少了现场接线数量、安装空间和调试环节，维护人员无需分别处理驱动参数、识别参数、通信参数和plc程序，显著降低了系统集成难度和后期维护成本。

65、本技术既可作为单个电动滚筒驱动节点独立使用，也可由多个节点组成自治输送区段，适用于电商仓储周转箱输送、快递分拣、机场行李输送、制造业产线工装板输送、冷链仓储托盘输送以及箱式物流输送等多种应用场景，具有广泛的产业应用前景。