企業(yè)現代化生產(chǎn)規模的不斷擴大，使得倉庫成為生產(chǎn)物流系統中的一個(gè)重要且不可缺少的環(huán)節。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(yíng)決策的方面發(fā)揮著(zhù)獨特的作用。

立體倉庫系統由于應用場(chǎng)合不同，具體的形式和配置可能差異很大。我國的自動(dòng)化倉庫大部分是與某個(gè)先進(jìn)的生產(chǎn)流水線(xiàn)緊密相連，主要由單元式貨架、堆垛起重機、自動(dòng)導引小車(chē)、出入庫輸送機、狀態(tài)檢測器、控制計算機等部分組成，采用先進(jìn)的計算機技術(shù)和控制技術(shù)，以及先進(jìn)的管理思想，來(lái)實(shí)現倉庫管理自動(dòng)化和入出庫作業(yè)的自動(dòng)化。本文以某奶制品公司自動(dòng)化立體倉庫為基礎，探討系統的實(shí)施過(guò)程中監控調度系統的開(kāi)發(fā)。

1  倉庫設備簡(jiǎn)介

    該公司自動(dòng)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，供堆垛機作業(yè)，在貨架的兩端設立入庫臺和出庫臺。入庫端的碼盤(pán)輸送機用來(lái)碼垛貨品，分配小車(chē)負責把碼好的載貨托盤(pán)輸送到入庫巷道輸送機上。堆垛機是可以三維運動(dòng)的單立柱巷道式堆垛機，用途是將位于入庫巷道輸送機的載貨托盤(pán)存入貨格，或取出貨格內的載貨托盤(pán)運送至出庫端輸送機。叉車(chē)負責接走載貨托盤(pán)出庫裝車(chē)。

圖1  倉庫平面布局示意圖

2  立體倉庫系統結構

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

圖2  立體倉庫系統組成結構

    從組成上它可以劃分為四個(gè)子系統：倉儲管理子系統、數據采集子系統、監控調度子系統、控制執行子系統。

    倉儲管理子系統主要包括入庫管理、庫存管理、出庫管理、質(zhì)量控制、批次追蹤、查詢(xún)統計、系統管理等功能模塊，可與上級ERP網(wǎng)絡(luò )相連，成為它的一個(gè)子網(wǎng)，與ERP管理系統實(shí)現庫存管理的數據共享。

    數據采集子系統是整個(gè)倉儲管理過(guò)程中產(chǎn)品信息的第一直接來(lái)源，一般包括入庫信息采集、出庫發(fā)貨確認、庫存盤(pán)點(diǎn)三個(gè)部分。它通過(guò)RF射頻識別技術(shù)和條形碼技術(shù)高速采集大量數據，最大限度減少手工錄入，確保庫存量的準確性。

    監控調度子系統是實(shí)現倉儲作業(yè)自動(dòng)化、智能化的核心系統，它負責管理調度倉儲物流信息系統的作業(yè)隊列，按運行時(shí)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，并把作業(yè)隊列解析為自動(dòng)化倉儲設備的指令隊列，根據設備的運行狀況指揮協(xié)調設備的運行；同時(shí)以動(dòng)態(tài)仿真人機交互界面監控自動(dòng)化倉儲設備的運行狀況。

    控制執行子系統以PLC為中心，接收來(lái)自上位機的任務(wù)信息，采集各物流設備傳感系統的信息，通過(guò)PLC的控制軟件，控制PLC的輸出，達到控制物流設備各機構的運動(dòng)，實(shí)現物流作業(yè)的正確執行；并向上位機發(fā)送堆垛機等設備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，以實(shí)現對物流設備的實(shí)時(shí)監控功能。

3  監控調度系統配置及功能實(shí)現

3.1  系統配置

    自動(dòng)化立體倉庫監控調度軟件系統，主要完成以下幾項工作：與上位企業(yè)網(wǎng)管理系統進(jìn)行通信，共享倉庫基本數據；與下位執行設備進(jìn)行通信，控制設備的運行；對系統中的各種運作設備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監視；根據倉庫中設備的具體布置情況及當前狀態(tài)對各個(gè)出入庫任務(wù)進(jìn)行調度。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 )和基于現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus技術(shù)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )，如圖3所示。

圖3  立體倉庫監控系統硬件配置圖

    在本方案中，管理子系統計算機網(wǎng)絡(luò )是由數據庫與網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、管理計算機、監控計算機和出入庫終端組成的一個(gè)星型局域網(wǎng)，立體倉庫的所有管理信息通過(guò)該網(wǎng)絡(luò )在系統各站點(diǎn)間傳遞?？刂谱酉到y采用西門(mén)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(xiàn)，連接堆垛機PLC、觸摸屏、分布式I/O從站等設備；配以CP342-5通信模塊，連接由三個(gè)分配小車(chē)組成的子Profibus-DP總線(xiàn)網(wǎng)；配以CP343-1通訊模塊，將各個(gè)子系統的PLC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接到上位管理、監控計算機系統。在監控計算機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(gè)控制子系統進(jìn)行數據采集和編制監控畫(huà)面等。

3.2  通信接口實(shí)現

    自動(dòng)化立體倉庫中，管理機與監控機、監控機與現場(chǎng)設備之間，任務(wù)指令的下達以及狀態(tài)信息的反饋，都需要通信。上下位系統通訊接口如圖4所示。上位監控調度程序作為OPC接口中的客戶(hù)端，通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)OPC服務(wù)端程序，實(shí)現對硬件設備的操控。

圖4  上下位系統以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(guò)程控制方面的應用，它提供了一種使系統以標準的方式從數據源獲取數據，并傳送給各客戶(hù)應用程序的機制。OPC數據存取服務(wù)器主要由服務(wù)器對象、組對象和項對象組成，OPC服務(wù)器對象維護有關(guān)服務(wù)器的信息并作為OPC組對象的包容器，可動(dòng)態(tài)地創(chuàng )建或釋放組對象；而OPC組對象除了維護有關(guān)其自身的信息，還提供了包容OPC項的機制，邏輯上管理OPC項；OPC項則表示了與數據源的連接。OPC服務(wù)器總是按照一定的刷新頻率通過(guò)相應驅動(dòng)程序訪(fǎng)問(wèn)各個(gè)硬件設備，將現場(chǎng)數據送入數據存儲區，成為內存數據。上位系統作為OPC Client，只要讀取到OPC項就可以讀取到設備信息；如果OPC Client對OPC項進(jìn)行修改，收到OPC項的變化，就向控制系統發(fā)送相應命令對設備進(jìn)行操作。OPC客戶(hù)和OPC服務(wù)器以同步或異步方式進(jìn)行數據交互，解決了上下位系統的協(xié)調動(dòng)作問(wèn)題，使管理命令能正確地轉換成控制指令，并且把倉庫的入出庫操作的完成情況及時(shí)地反饋到管理系統中，實(shí)現了系統閉環(huán)。

3.3  監控調度軟件設計

圖5  任務(wù)調度主程序流程圖

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

    系統使用全程監控，實(shí)時(shí)調度的方式，實(shí)現了物流系統中的管理層與控制層的無(wú)縫連接。管理層從任務(wù)的開(kāi)始不再給控制層下達固定的任務(wù)，而是根據任務(wù)的執行情況以及控制層實(shí)時(shí)上報的設備狀態(tài)，來(lái)適時(shí)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，從而極大地提高了系統的可靠性和高效性。并且由于建立了標準的信息服務(wù)器，使得通訊速率大大提高，解決了實(shí)時(shí)控制的通訊量太大的問(wèn)題。

4  結語(yǔ)

    監控調度系統是自動(dòng)化立體倉庫的信息樞紐，在整個(gè)自動(dòng)化管理控制系統中起著(zhù)承上啟下的橋梁作用。本文對某立體倉庫監控調度系統的硬件配置與軟件設計進(jìn)行分析研究，并給出了一種利用OPC技術(shù)將控制系統與企業(yè)信息系統進(jìn)行融合的方法，在實(shí)際應用中取得了良好的效果。