智能仓库能源管理方法及系统与流程

1.本发明属于能源控制技术领域，具体地说，涉及一种智能仓储能源管理方法及系统。


背景技术：

2.仓库是产品生产、流通过程中因订单前置或市场预测前置而使产品、物品暂时存放场所。它是集中反映工厂物资活动状况，是连接生产、供应、销售的中转站，对促进生产的提高效率起着重要的辅助作用。目前仓库在能源管理这一块存在较大空档。
3.对于仓库而言，大量的照明用电为产品增加了一笔不小的仓储成本，因此合理的用电安排必不可缺。目前仓储因窗户开设不合理等因素，导致即使在白天自然采光也较差，主要依靠电能照明才能达到工作照明要求，这样必然导致电力消耗过多。现今物流仓库入货发货基本在夜间进行，夜间的用电量是远远超过日间的，而在夜间作业的时候，仓库内需要大量的照明光，仓库外的通道里也必须一直保持明亮，才能保证仓库作业顺利进行，因此电力消耗是相当巨大的。
4.此外，仓库中由于货物集中堆放，由于电路老化、工人操作不规范等原因，容易发生火灾，造成财产损失甚至人员伤亡，对仓库能源消耗监控以及火灾的预警也及其重要。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中仓库缺乏科学的能源管理，导致能耗高、火灾风险高的技术问题，提出了一种智能仓库能源管理方法，可以解决上述问题。
6.为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
7.一种智能仓库能源管理方法，包括：补光控制步骤、火灾监控预警控制步骤以及照明控制步骤的一种或者多种组合；
8.所述补光控制步骤用于根据当前阳光入射光信息，控制调整反光装置的反光角度为仓库补光；
9.所述火灾监控预警控制步骤用于执行火灾判断控制；
10.所述照明控制步骤用于根据仓库内的光照亮度和/或人员存在状态控制照明设备工作。
11.进一步的，所述补光控制步骤包括：
12.确定反光接收面，满足反光接收面与采光窗位于同一平面上；
13.获取当前阳光的入射光信息，其中，入射光信息至少包括太阳高度角；
14.根据太阳高度角和反光接收面，确定反光面；
15.调整反光装置的反光平面，使得反光平面与水平面的夹角和反光面与水平面的夹角一致。
16.进一步的，太阳高度角的获取方法包括：
17.获取赤纬角δ；
18.根据赤纬角δ计算太阳高度角h：
19.h＝90
°
δ-φ；
20.其中，φ为太阳直射角的维度；
21.调整反光装置的反光平面步骤中，包括：
22.根据太阳高度角计算反光面与水平面的夹角β；
23.调整反光装置的反光平面绕平行于反光接收面的第二转轴转动，使得反光装置的反光平面与水平面的夹角为β。
24.进一步的，入射光信息还包括太阳方位角；
25.根据所述太阳方位角调整反光装置的反光平面，满足所述反光平面在水平方向的投影与入射光在水平方向的投影相互垂直。
26.进一步的，火灾监控预警控制步骤包括：
27.对目标进行红外辐射探测；
28.将探测信号进行光电转换，并生成红外图像输出；
29.将红外图像中的值与基准值比较，当大于基准值时，则生成火灾预警信号输出，并开始计时；
30.若设定时间内没有外部输入信号取消火灾预警信号，则执行自动断电动作。
31.进一步的，还包括对红外图像进行边缘检测的步骤，如果红外图像中大于基准值区域的值呈连续分布，且区域内像素数量大于设定值，则生成火灾预警信号输出。
32.进一步的，火灾监控预警控制步骤还包括：检测电路中的电流，当电流大于基准电流值时，则生成火灾预警信号输出。
33.进一步的，所述火灾监控预警控制步骤中所采用的硬件设备由应急电源供电。
34.进一步的，所述照明控制步骤包括照明设备的亮度调节和照明设备的开启数量调节；
35.照明设备的亮度调节包括：
36.检测补光的照度；
37.根据补光的照度调节当前开启的照明设备的亮度；
38.照明设备的开启数量调节包括：
39.将仓库内划分为若干个区域，每个区域内包括若干个照明设备；
40.检测各区域内的活动体，当该区域的活动体数量大于设定数量时，将该区域的照明设备全部开启；
41.当该区域的活动体数量不大于设定数量且大于0时，将该区域的部分照明设备开启；
42.当该区域的活动体数量为0时，关闭该区域的所有照明设备或者部分照明设备。
43.本发明同时提出了一种智能仓库能源管理系统，包括：
44.补光控制系统，其用于根据当前阳光入射光信息，控制调整反光装置的反光角度为仓库补光；
45.火灾监控预警系统执行火灾判断控制；
46.照明控制系统用于根据仓库内的光照亮度和/或人员存在状态控制照明设备工作。
47.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的智能仓库能源管理方法，可以在白天有太阳光照时为仓库补光照明，减少电能照明设备的开启，实现节能效果。通过火灾监控预警，可以对可能发生的火灾进行监控判断，并且能够在发生火灾时确定火灾位置，减少财产损失以及人员伤亡。通过仓库内的光照亮度和/或人员存在状态调节控制照明设备工作，可以在节能的同时，不影响工人的正常工作照明。
48.结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
49.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
50.图1是本发明所提出的智能仓库能源管理方法的一种实施例示意图；
51.图2是实施例一中智能仓储补光控制系统的流程图；
52.图3是实施例一中智能仓储补光控制系统的结构示意图；
53.图4是实施例一中智能仓储补光控制系统的局部结构示意图；
54.图5是实施例一中的智能仓储补光控制方法在竖直平面的反射光路图；
55.图6是实施例一中的智能仓储补光控制方法在水平面的反射光路图；
56.图7是实施例一中的火灾监控预警控制步骤流程图；
57.图8是实施例一中的照明控制步骤流程图。
具体实施方式
58.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
59.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
60.实施例一
61.本实施例提出了一种智能仓库能源管理方法，如图1所示，包括：补光控制步骤、火灾监控预警控制步骤以及照明控制步骤的一种或者多种组合；
62.补光控制步骤用于根据当前阳光入射光信息，控制调整反光装置的反光角度为仓库补光；
63.火灾监控预警控制步骤用于执行火灾判断控制；
64.照明控制步骤用于根据仓库内的光照亮度和/或人员存在状态控制照明设备工作。
65.本实施例智能仓库能源管理方法，可以在白天有太阳光照时为仓库补光照明，减少电能照明设备的开启，实现节能效果。通过火灾监控预警，可以对可能发生的火灾进行监
控判断，并且能够在发生火灾时确定火灾位置，减少财产损失以及人员伤亡。通过仓库内的光照亮度和/或人员存在状态调节控制照明设备工作，可以在节能的同时，不影响工人的正常工作照明。
66.太阳光入射到地球表面，由于地球自转和公转原因，太阳的高度角和方位角时刻在变化，因此阳光的入射角度也在变化。对于仓储而言，其一旦设立，采光窗的位置和大小相应确定，无法轻易改变。当阳光的入射角度发生变化时，容易出现很多时刻由于光照角度原因无法有足够的太阳光射入仓储内，因此自然采光不足时需要开启电力照明装置，以满足正常的工作照明需要，导致浪费电能。
67.基于此，本方案所提出的能够反射太阳光的智能仓储补光控制方法，其能够将太阳光反射至仓储的采光窗，进而射入到仓储内为其补光，可以减少电能照明装置的开启。
68.该智能仓储补光控制方法包括：
69.确定反光接收面，满足反光接收面与采光窗位于同一平面上，且所述采光窗的上端沿不高于所述反光接收面的上端沿，所述采光窗的下端沿不低于所述反光接收面的下端沿；以保证采光窗在高度方向上均有反射光射入。
70.获取当前阳光的入射光信息，其中，入射光信息至少包括太阳高度角；在天文学术语中，用太阳高度角表示太阳的入射角，也即太阳高度角为入射光线与水平面的夹角。
71.根据太阳高度角和反光接收面，确定反光面；
72.调整反光装置的反光平面，使得反光平面与水平面的夹角和反光面与水平面的夹角一致。
73.如图5所示，无论阳光入射角度怎么变化，由于采光窗的位置不变，因此，反光接收面20的位置不变，且可以根据采光窗的位置确定反光接收面20位置，相应反光路径可以确定，通过获取阳光的入射光信息，根据光学反射原理，反光面即可确定，反光面即为反光装置11的反光平面，进而可通过控制装置13将反光装置11的反光平面调整至计算获取的反光面上，以适应当前的阳光入射角度，达到为仓储补光的发明目的。
74.本方法所采用的智能仓储补光系统如图2、图3所示，包括反光装置11、动力装置12以及控制装置13，其中，反光装置11用于将太阳光反射至反光接收面20上；动力装置12用于带动反光装置11绕轴转动；控制装置13用于生成控制信号控制动力装置输出动作。
75.为了适应时刻变化的光线入射角度，本方案中通过设置控制装置13发送控制信号至动力装置12，动力装置12用于带动反光装置11转动，进而可以跟随光线的变化，调整反光装置11，使其可以始终能够将太阳光反射至反光接收面20，采光窗应在反光接收面20上，进而可以始终能够将光线通过采光窗反射至仓储内，为仓储进行补光，避免了仅凭接受直射受限的问题。可以充分利用太阳光为仓储内照明，有利于节约电能。
76.如图5所示，无论阳光入射角度怎么变化，由于采光窗的位置不变，因此，反光接收面20的位置不变，且可以根据采光窗的位置确定反光接收面20位置，相应反光路径可以确定，通过获取阳光的入射光信息，根据光学反射原理，反光面即可确定，反光面即为反光装置11的反光平面，进而可通过控制装置13将反光装置11的反光平面调整至计算获取的反光面上，以适应当前的阳光入射角度，达到为仓储补光的发明目的。
77.作为一个优选的实施例，如图3、图4所示，反光装置11包括支架111和反光板112，支架111通过第一转轴114设置在反光接收面20的外侧，第一转轴114在竖直方向上沿平行
于反光接收面20设置。其中，反光接收面20的外侧是指反光接收面远离采光窗的一侧面。
78.反光板112通过第二转轴113连接在支架111上，第二转轴113沿平行于反光接收面20的方向设置，反光板113的上表面具有反光膜(图中未示出)；动力装置12包括用于带动反光板112绕第二转轴113转动的第二动力装置121。第二动力装置121和反光板112一起设置在支架111上。如图5所示，为本实施例的光路示意图，入射光l1经反光板112反射，反射光l2朝向反光接收面20射出。
79.控制装置13控制第二动力装置121绕第二转轴113转动的控制方法包括：
80.如图5所示，获取当前太阳高度角h；当前太阳高度角h也即入射光l1与水平面l0的夹角。
81.找出入射光l1与反射光l2的平分线l3，根据光反射原理，平分线l3即为反光板112的法线，因此，可以根据法线确定反光板112的目标位置。
82.计算反光板112的目标位置与水平面l0的夹角β：
83.由于采光窗的高度位置已经确定，因此反射光l2与水平面的夹角α可以确定，入射光l1与反射光l2的夹角＝180
°-
α-h；
84.l1与l3的夹角为
85.l3与反光板112的夹角为90
°
，当已经计算出l1与反射光l2的夹角、太阳高度角h后，反光板112与水平面的夹角经过换算后，
86.由于反光板112的初始位置或者当前位置已确定，控制装置计算反光板112运动至目标位置需要转动的角度，控制装置13通过调整反光板112绕第二转轴113转动，使得反光平面与水平面的夹角和反光面与水平面的夹角β一致。
87.本实施例中太阳高度角h的计算方法为：
88.获取当前赤纬角δ；
89.赤纬角δ是地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角。可以根据公式：计算得到。其中，m为从春分日起的天数。
90.根据当前赤纬角δ计算当前太阳高度角h：
91.h＝90
°
δ-φ；
92.其中，φ为太阳直射角的纬度。
93.太阳的方位还与辐射强度有关，由于地球自转原因，太阳相对于地球是自东方慢慢升高，在升到最高后向西方慢慢降落。当太阳直射时，辐射强度最大。因此，本方案的动力装置12还包括用于带动支架111绕第一转轴114转动的第一动力装置122。第一转轴114在竖直方向上沿平行于反光接收面20设置。通过获取太阳的方位角，如图6所示，计算带动支架111绕第一转轴114转动的角度，进而反光板112跟随支架111绕第一转轴114转动，使得反光板112朝向太阳，此时入射光线在反光板112的法线方向上的分量最大，可以更多的能量汇聚到反光板112上。
94.太阳的方位角是入射光在水平面上与正南方向的夹角。如图5所示，获取太阳的方位角γ，根据γ控制第一动力装置122绕第一转轴114转动，使得反光平面在水平方向的投
影与入射光在水平方向的投影相互垂直。此时，反光板112朝向太阳，可以获得最大的辐照度，相应反射到反光接收面20的能量最多，进而反射的光照强度更强。
95.太阳方位角γ的计算方法为：
[0096][0097]
控制装置13通过调整反光板112绕第二转轴113转动，使得反光平面与水平面的夹角和反光面与水平面的夹角θ一致。
[0098]
反光面与水平面的夹角θ＝90
°-
γ。此时，反光板112朝向太阳。
[0099]
一般仓储的采光窗高度较高，若设置一个反光装置11则反光接收面的面积较小，无法充分利用采光窗。本实施例中优选反光装置11具有多个，且多个反光装置11沿竖直方向布设，相邻两反光装置11之间具有间隙。该多个反光装置11可以分别从不同高度面上相采光窗反射光照，增加反光横截面的面积，提高反射光亮度。
[0100]
如图3所示，支架111的支撑臂111a在水平面上沿垂直于第二转轴113的方向向外延伸(也即向远离反光接收面20的方向延伸)，多个支架的支撑臂111a长度从上至下依次增加，多个反光装置11的反光板112与反光接收面之间的距离从上至下依次增加，且多个反光板112在竖直平面的投影互不重叠，以防止多个反光板112之间出现挡光的现象，通过多个支架的支撑臂111a长度从上至下依次增加，可以有效防止位于上方的反光板112遮挡位于下方的反光板112。
[0101]
反光板112包括基板和设置在基板上的反光膜。反光板112优选采用工程塑料，工程塑料是可作工程材料和代替金属制造机器零部件等的塑料。工程塑料具有优良的综合性能，刚性大，蠕变小，机械强度高，耐热性好，电绝缘性好，可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用。
[0102]
反光膜贴在基板的上表面。通过将反光板112搭建在仓库外部，具有外部抗风雪与阳光直射能力强，稳定性高等性能。
[0103]
第一动力装置122和第二动力装置121分别可以采用步进电机实现，第一动力装置122的动力输出轴与第一转轴114、第二动力装置121的动力输出轴与第一转轴114可以采用齿轮啮合的连接方式，控制装置13控制步进电机的转动步数实现反光装置12或者支架11的转动。
[0104]
本控制方法中，还包括检测反光强度并发送至控制装置13，控制装置13根据反光强度调节室内照明设备的亮度，达到节能的同时满足工作照明的需求。
[0105]
机房及易燃货物堆放区域为火灾的高危区域，也为火灾监控的重点区域，本实施例中通过红外热成像的方式实时对所监控区域的环境进行温度感知。温度是火灾形成的一个必要因素，通过对温度监控，若到达火灾危险预设值，系统将进行报警显示。
[0106]
热成像仪形成的画面、易起火设备的实时温度值以及发生火灾后火灾源点部位都会通过显示器显示，可以帮助工作人员快速锁定位置，进行安全排查。
[0107]
如图7所示，优选在本实施例中火灾监控预警控制步骤包括：
[0108]
对目标进行红外辐射探测；
[0109]
将探测信号进行光电转换，并生成红外图像输出；
[0110]
将红外图像中的值与基准值比较，当大于基准值时，则生成火灾预警信号输出。
[0111]
为了防止异常数据干扰判断，发生误报警，还包括对红外图像进行边缘检测的步骤。如果要发生火灾，高温物体首先有一定的形状体积，且根据温度分布的特性，其应该是连续的，不会出现跳变，反应到图片上则是表征高温的像素应当有一定的数量，且在空间是应当是连续的，可能是线状、点状或者块状等，如果红外图像中大于基准值区域的值呈连续分布，且区域内像素数量大于设定值，则生成火灾预警信号输出。
[0112]
如果因为电路老化、负载过大等原因造成电路短路，会产生瞬间大电流，激发电火花，电火花容易引燃周围物体，存在极大的安全隐患，而由于电火花为瞬间产生，不容易被红外图像捕捉。一旦引燃物体，形成持续的火苗，则说明火灾已经发生，再组织人员扑救会很被动。为了防止出现漏报的情况，提高本方法的检测预警精准度，本实施例优选火灾监控预警控制步骤还包括：检测电路中的电流，当电流大于基准电流值时，则生成火灾预警信号输出，并开始计时；若设定时间内没有外部输入信号取消火灾预警信号，则执行自动断电动作。工作人员接收到预警信号进行处理排查后，会通过外设的开关、按键等输入设备，取消预警信号，系统接收到取消信号，表示危险已经排除，停止发出火灾预警信号。否则，若设定时间内未接收到预警信号，认为无人处理，则执行自动断电动作，防止因电引发更严重的灾害。
[0113]
本方案的优势在于能够在火灾发生前就能够预测感知，并及时进行预警提示。杜绝产生真正的火势。同时，结合图像处理的方式，避免了误报情况。
[0114]
由于电路故障等原因造成短路时，照明电源被断开，本实施例的火灾监控预警控制步骤中所采用的硬件设备由应急电源供电。可以持续进行检测预警。防止出现检测在时间上的盲区。
[0115]
本实施例中优选还包括能耗异常报警，由于设备异常而导致的仓库停运所带来的后果是十分严重的，而人力无法提前预测故障的发生，可通过单台设备运行数据积累设备运行规律曲线，一旦发现设备运行不正常及时发出报警信息，并在积累大量设备运行数据前提下，对设备的运行状态及设备使用寿命等进行分析，为设备的计划检修提供依据，大大减少了故障的发生，对能耗进行监测，出现能耗过高等异常情况时立即报警，提醒工作人员排查故障并采取相应的措施，阻止能源持续浪费的现象发生。同时，该故障设备同样存在引发火灾的风险。本方案可阻断一切可能形成火灾的危险因素，并且具有较高的准确性和可靠性，那么能减少很多的财产损失及人员伤亡。
[0116]
为了获得良好的光照环境，节约能源，仓库自然采光需求要达到仓库白天的工作照明要求，以保证工作人员日常工作视野亮度要求。一般仓库都增加窗户数量或增大窗户面积来增加采光，其采光程度与窗户的设计有重要关系。但是仓库一旦搭建好，其外形结构基本定型，采光容易受到太阳照射角度影响，因此，本实施例在前述内容中详细说明了补光控制方法，可以不受入射角度的限制将太阳光反射到仓库内，那么又出现了另外的问题，补光进来之后，因为户外太阳辐照强度受自然因素影响较大，如何控制仓库内的照明设备工作，将照明设备全部开启将失去补光的意义，同时也没有节约能耗，全部关闭的话，在当外部太阳辐照弱时，又会无法满足工人的作业需要。
[0117]
此外，物流仓库入货发货基本在夜间进行，夜间的用电量是远远超过日间的，而在夜间作业的时候，仓库内没有补光，需要将所有的照明设备开启以满足工作需求，能耗量也相当巨大。有些区域可能无人操作，目前一般通过手动关闭不需要照明区域的照明设备，还
有一些情况是工人需要穿梭于各个区域之间作业，频繁手动控制也不现实，需要全部开启，导致能耗浪费。基于此，本实施例中通过设计照明控制步骤包括照明设备的亮度调节和照明设备的开启数量调节，可以同时解决上述所有问题。
[0118]
其中，如图8所示，照明设备的亮度调节包括：
[0119]
检测补光的照度；
[0120]
根据补光的照度调节当前开启的照明设备的亮度。
[0121]
具体地说，通过在反射接收面上或者采光窗上设置照度计，根据补光的光照度，调节照明设备的亮度，实现无级调节，也即，当补光的照度高时，照明设备的亮度调低，当补光设备的照度低时，将照明设备的亮度相应调高，也即补光和照明设备提供的灯光始终满足工人操作需要，同时达到人体生理最舒适亮度不浪费电能。
[0122]
为了解决自动根据人员的存在状态调节照明设备的开启问题，本实施例中照明设备的开启数量调节步骤包括：
[0123]
将仓库内划分为若干个区域，每个区域内包括若干个照明设备；
[0124]
检测各区域内的活动体，当该区域的活动体数量大于设定数量时，将该区域的照明设备全部开启；
[0125]
当该区域的活动体数量不大于设定数量且大于0时，将该区域的部分照明设备开启；
[0126]
当该区域的活动体数量为0时，关闭该区域的所有照明设备或者关闭该区域的部分照明设备。
[0127]
物流仓库内部晚上作业，就算无人作业区域也要保证有照明灯光，所以当没人时是关闭大部分照明设备，使照明亮度满足基本监控所需亮度即可。如果对于无需照明的场所，关闭所有照明设备也可，根据实际需要选择。
[0128]
检测活动体，也就是为了检测人体，活动体的检测可通过红外检测、超声波检测等方式，现今仓库内部都装有监控摄像头，还可以利用现有的监控摄像头检测活动体。监控摄像头检测时，利用机器视觉进行人物识别，利用视觉观察，检测到工作人员一旦离开工作区，该作业区的照明灯就会自动熄灭；检测到工作人员到达工作区，照明灯自动开启，保证工作人员良好作业。同时还可以根据工作人员的数量控制照明设备开启的数量，人越多，视线容易遮挡，开启的照明设备越多。
[0129]
实施例二
[0130]
本实施例提出了一种智能仓库能源管理系统，包括：
[0131]
补光控制系统，其用于根据当前阳光入射光信息，控制调整反光装置的反光角度为仓库补光；
[0132]
火灾监控预警系统执行火灾判断控制；
[0133]
照明控制系统用于根据仓库内的光照亮度和/或人员存在状态控制照明设备工作。
[0134]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。