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    企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得倉庫成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要且不可缺少的環(huán)節(jié)。立體倉庫具有最小的占地面積和最佳的空間利用率，不僅能夠快速、高效、合理地存儲各種產(chǎn)成品，而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、進(jìn)行科學(xué)儲備與生產(chǎn)經(jīng)營決策的方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用。

立體倉庫系統(tǒng)由于應(yīng)用場合不同，具體的形式和配置可能差異很大。我國的自動化倉庫大部分是與某個先進(jìn)的生產(chǎn)流水線緊密相連，主要由單元式貨架、堆垛起重機(jī)、自動導(dǎo)引小車、出入庫輸送機(jī)、狀態(tài)檢測器、控制計(jì)算機(jī)等部分組成，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)，以及先進(jìn)的管理思想，來實(shí)現(xiàn)倉庫管理自動化和入出庫作業(yè)的自動化。本文以某奶制品公司自動化立體倉庫為基礎(chǔ)，探討系統(tǒng)的實(shí)施過程中監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)。

1  倉庫設(shè)備簡介

    該公司自動化立體倉庫平面布局如圖1所示。

    該倉庫采用單元式貨架，即貨架沿倉庫的寬度方向分為若干排，每2排貨架為1組，其間有1條巷道，供堆垛機(jī)作業(yè)，在貨架的兩端設(shè)立入庫臺和出庫臺。入庫端的碼盤輸送機(jī)用來碼垛貨品，分配小車負(fù)責(zé)把碼好的載貨托盤輸送到入庫巷道輸送機(jī)上。堆垛機(jī)是可以三維運(yùn)動的單立柱巷道式堆垛機(jī)，用途是將位于入庫巷道輸送機(jī)的載貨托盤存入貨格，或取出貨格內(nèi)的載貨托盤運(yùn)送至出庫端輸送機(jī)。叉車負(fù)責(zé)接走載貨托盤出庫裝車。

圖1  倉庫平面布局示意圖

2  立體倉庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    該立體倉庫系統(tǒng)采用三級計(jì)算機(jī)分布式控制，如圖2所示，即上位管理級、中位監(jiān)控級和下位控制級。管理級對倉庫中物品、貨位和賬目進(jìn)行在線管理，優(yōu)化倉庫存儲效率；監(jiān)控級對通訊、流程進(jìn)行控制，并進(jìn)行實(shí)時圖像顯示；控制級是由可編程序控制器PLC組成的控制系統(tǒng)，控制設(shè)備執(zhí)行各種操作，使倉庫作業(yè)實(shí)現(xiàn)高度自動化。

圖2  立體倉庫系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

    從組成上它可以劃分為四個子系統(tǒng)：倉儲管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、監(jiān)控調(diào)度子系統(tǒng)、控制執(zhí)行子系統(tǒng)。

    倉儲管理子系統(tǒng)主要包括入庫管理、庫存管理、出庫管理、質(zhì)量控制、批次追蹤、查詢統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理等功能模塊，可與上級ERP網(wǎng)絡(luò)相連，成為它的一個子網(wǎng)，與ERP管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)庫存管理的數(shù)據(jù)共享。

    數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是整個倉儲管理過程中產(chǎn)品信息的第一直接來源，一般包括入庫信息采集、出庫發(fā)貨確認(rèn)、庫存盤點(diǎn)三個部分。它通過RF射頻識別技術(shù)和條形碼技術(shù)高速采集大量數(shù)據(jù)，最大限度減少手工錄入，確保庫存量的準(zhǔn)確性。

    監(jiān)控調(diào)度子系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)倉儲作業(yè)自動化、智能化的核心系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)管理調(diào)度倉儲物流信息系統(tǒng)的作業(yè)隊(duì)列，按運(yùn)行時間最短、作業(yè)間的合理配合等原則對作業(yè)的先后順序進(jìn)行優(yōu)化組合排隊(duì)，并把作業(yè)隊(duì)列解析為自動化倉儲設(shè)備的指令隊(duì)列，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況指揮協(xié)調(diào)設(shè)備的運(yùn)行；同時以動態(tài)仿真人機(jī)交互界面監(jiān)控自動化倉儲設(shè)備的運(yùn)行狀況。

    控制執(zhí)行子系統(tǒng)以PLC為中心，接收來自上位機(jī)的任務(wù)信息，采集各物流設(shè)備傳感系統(tǒng)的信息，通過PLC的控制軟件，控制PLC的輸出，達(dá)到控制物流設(shè)備各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)物流作業(yè)的正確執(zhí)行；并向上位機(jī)發(fā)送堆垛機(jī)等設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)信息，以實(shí)現(xiàn)對物流設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控功能。

3  監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)配置及功能實(shí)現(xiàn)

3.1  系統(tǒng)配置

    自動化立體倉庫監(jiān)控調(diào)度軟件系統(tǒng)，主要完成以下幾項(xiàng)工作：與上位企業(yè)網(wǎng)管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，共享倉庫基本數(shù)據(jù)；與下位執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行通信，控制設(shè)備的運(yùn)行；對系統(tǒng)中的各種運(yùn)作設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視；根據(jù)倉庫中設(shè)備的具體布置情況及當(dāng)前狀態(tài)對各個出入庫任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。故該立體倉庫網(wǎng)絡(luò)平臺包括兩大部分：基于快速以太網(wǎng)技術(shù)的信息管理局域網(wǎng)絡(luò)和基于現(xiàn)場總線Profibus技術(shù)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。

圖3  立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置圖

    在本方案中，管理子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和出入庫終端組成的一個星型局域網(wǎng)，立體倉庫的所有管理信息通過該網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)各站點(diǎn)間傳遞。控制子系統(tǒng)采用西門子公司生產(chǎn)的帶Profibus-DP接口的CPU315-2 DP處理器作為主站，直接掛接主Profibus-DP總線，連接堆垛機(jī)PLC、觸摸屏、分布式I/O從站等設(shè)備；配以CP342-5通信模塊，連接由三個分配小車組成的子Profibus-DP總線網(wǎng)；配以CP343-1通訊模塊，將各個子系統(tǒng)的PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)連接到上位管理、監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在監(jiān)控計(jì)算機(jī)的插槽中插入以太網(wǎng)卡，配以S7-OPC Server接口軟件包，就可以對各個控制子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和編制監(jiān)控畫面等。

3.2  通信接口實(shí)現(xiàn)

    自動化立體倉庫中，管理機(jī)與監(jiān)控機(jī)、監(jiān)控機(jī)與現(xiàn)場設(shè)備之間，任務(wù)指令的下達(dá)以及狀態(tài)信息的反饋，都需要通信。上下位系統(tǒng)通訊接口如圖4所示。上位監(jiān)控調(diào)度程序作為OPC接口中的客戶端，通過訪問OPC服務(wù)端程序，實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備的操控。

圖4  上下位系統(tǒng)以OPC方式通訊

    OPC（OLE for Process Control）是微軟公司的對象鏈接和嵌入技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用，它提供了一種使系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)的方式從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并傳送給各客戶應(yīng)用程序的機(jī)制。OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器主要由服務(wù)器對象、組對象和項(xiàng)對象組成，OPC服務(wù)器對象維護(hù)有關(guān)服務(wù)器的信息并作為OPC組對象的包容器，可動態(tài)地創(chuàng)建或釋放組對象；而OPC組對象除了維護(hù)有關(guān)其自身的信息，還提供了包容OPC項(xiàng)的機(jī)制，邏輯上管理OPC項(xiàng)；OPC項(xiàng)則表示了與數(shù)據(jù)源的連接。OPC服務(wù)器總是按照一定的刷新頻率通過相應(yīng)驅(qū)動程序訪問各個硬件設(shè)備，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)存儲區(qū)，成為內(nèi)存數(shù)據(jù)。上位系統(tǒng)作為OPC Client，只要讀取到OPC項(xiàng)就可以讀取到設(shè)備信息；如果OPC Client對OPC項(xiàng)進(jìn)行修改，收到OPC項(xiàng)的變化，就向控制系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)命令對設(shè)備進(jìn)行操作。OPC客戶和OPC服務(wù)器以同步或異步方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，解決了上下位系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動作問題，使管理命令能正確地轉(zhuǎn)換成控制指令，并且把倉庫的入出庫操作的完成情況及時地反饋到管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)閉環(huán)。

3.3  監(jiān)控調(diào)度軟件設(shè)計(jì)

圖5  任務(wù)調(diào)度主程序流程圖

    來自管理系統(tǒng)的入出庫等作業(yè)，必須經(jīng)過任務(wù)調(diào)度程序解析成為各倉儲設(shè)備能夠執(zhí)行的指令隊(duì)列，再根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況以及任務(wù)優(yōu)先級原則指揮協(xié)調(diào)各設(shè)備的執(zhí)行。任務(wù)調(diào)度主程序流程圖如圖5所示。由于該倉庫為生產(chǎn)線服務(wù)，故入庫任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行，根據(jù)生成任務(wù)的先后順序，每條入/出庫作業(yè)具有唯一任務(wù)號，通過任務(wù)號進(jìn)行分配小車與堆垛機(jī)間的任務(wù)傳遞，當(dāng)同一任務(wù)號的各設(shè)備都完成任務(wù)時，整條入/出庫作業(yè)才算完成。各設(shè)備的指令有4種執(zhí)行狀態(tài)：未執(zhí)行表示還不具備可以執(zhí)行的條件；待執(zhí)行表示設(shè)備空閑后可以立即執(zhí)行的指令；正執(zhí)行表示正在執(zhí)行的指令；已完成表示指令執(zhí)行完畢。幾種狀態(tài)順序轉(zhuǎn)換控制設(shè)備完成任務(wù)。

    系統(tǒng)使用全程監(jiān)控，實(shí)時調(diào)度的方式，實(shí)現(xiàn)了物流系統(tǒng)中的管理層與控制層的無縫連接。管理層從任務(wù)的開始不再給控制層下達(dá)固定的任務(wù)，而是根據(jù)任務(wù)的執(zhí)行情況以及控制層實(shí)時上報(bào)的設(shè)備狀態(tài)，來適時修改任務(wù)目的地址，這樣使得管理層可以在最大程度上避免任務(wù)的錯誤出現(xiàn)，從而極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和高效性。并且由于建立了標(biāo)準(zhǔn)的信息服務(wù)器，使得通訊速率大大提高，解決了實(shí)時控制的通訊量太大的問題。

4  結(jié)語

    監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)是自動化立體倉庫的信息樞紐，在整個自動化管理控制系統(tǒng)中起著承上啟下的橋梁作用。本文對某立體倉庫監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的硬件配置與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，并給出了一種利用OPC技術(shù)將控制系統(tǒng)與企業(yè)信息系統(tǒng)進(jìn)行融合的方法，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。