基于OPC的穿樓層立體庫(kù)上位機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

田雅芳

摘 要：穿樓層立體庫(kù)可以充分利用建筑高度在最小占地面積上實(shí)現(xiàn)最大的存儲(chǔ)空間，有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化自動(dòng)庫(kù)房的集中建設(shè)。如何實(shí)現(xiàn)穿樓層立體庫(kù)設(shè)備的上位機(jī)控制系統(tǒng)并確?？刂葡到y(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，成為產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。結(jié)合OPC服務(wù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)技術(shù)以及C#編程語(yǔ)言在DCOM自動(dòng)化編程方面的優(yōu)勢(shì)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)了穿樓層立體庫(kù)的上位機(jī)控制系統(tǒng)。自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的上位機(jī)控制系統(tǒng)在立體庫(kù)研發(fā)調(diào)試過(guò)程中可靈活進(jìn)行功能調(diào)試，同時(shí)可有效集成庫(kù)存管理系統(tǒng)，在實(shí)際生產(chǎn)使用中有著重要價(jià)值。

關(guān)鍵詞：OPC；DCOM；穿樓層立體庫(kù)；上位機(jī)控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）05-0-03

0 引 言

隨著智能存儲(chǔ)技術(shù)的日趨成熟和迅猛發(fā)展，自動(dòng)化庫(kù)房在企業(yè)現(xiàn)代化車間、智能配送中心、設(shè)備管理中心等部門(mén)逐步建立并取代傳統(tǒng)的庫(kù)房和貨架。穿樓層立體庫(kù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)客戶現(xiàn)場(chǎng)建筑場(chǎng)地的實(shí)際情況，充分利用建筑高度，實(shí)現(xiàn)在最小占地面積上產(chǎn)生最大的存儲(chǔ)空間。根據(jù)實(shí)際使用需求，在穿樓層立體庫(kù)的每個(gè)建筑樓層設(shè)置控制平臺(tái)，對(duì)不同的部門(mén)開(kāi)放操作權(quán)限，以便部門(mén)管理人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行物品的存取操作?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)庫(kù)內(nèi)空間使用情況以及物品的實(shí)際高度來(lái)計(jì)算存儲(chǔ)單元的存放位置，操作員無(wú)需記憶識(shí)別物品在庫(kù)內(nèi)的存放位置即可通過(guò)配套庫(kù)存管理系統(tǒng)進(jìn)行物品的出入庫(kù)操作。在企業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程中，穿樓層立體庫(kù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)于集中建設(shè)現(xiàn)代化庫(kù)房、減少物料搬運(yùn)時(shí)間、提高庫(kù)房使用效率具有重要意義。

本文以某公司車間穿樓層立體庫(kù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)為案例，探討穿樓層立體庫(kù)中上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和思路，為廣大同仁提供參考。

1 硬件組態(tài)及遠(yuǎn)程訪問(wèn)配置

穿樓層立體庫(kù)的下位控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S1200PLC。S1200PLC作為西門(mén)子在SIMATIC系列產(chǎn)品中最新一代的可編程控制器，具備S7系列PLC卓越的性能和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，且CPU具有一個(gè)集成的以太網(wǎng)接口，該接口支持基于以太網(wǎng)的OPC通訊。此外，由于上位軟件不能直接訪問(wèn)該系列PLC，因此需要通訊軟件SIMATIC.NET提供的OPC服務(wù)功能來(lái)解決上位軟件與PLC的通訊問(wèn)題。S1200PLC的通訊技術(shù)、OPC服務(wù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)技術(shù)以及操作系統(tǒng)的正確配置是立體庫(kù)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1.1 硬件組態(tài)

使用SIMATIC.NET軟件在上位系統(tǒng)創(chuàng)建OPC服務(wù)，操作步驟如下：

（1）配置控制臺(tái)Configuration Console的設(shè)置，將S7 ONLINE指向PC internal（local），為PC站點(diǎn)的下載做準(zhǔn)備；

（2）使用TIA Portal軟件在項(xiàng)目中創(chuàng)建一個(gè)PC站點(diǎn)，并將OPC服務(wù)器和以太網(wǎng)通訊模塊IE General插入PC站點(diǎn)插槽內(nèi)；

（3）建立PC站點(diǎn)與S1200PLC的以太網(wǎng)接口的S7連接，使之互為通訊伙伴。連接建立后，系統(tǒng)默認(rèn)連接的名稱為“S7_Connection_1”，該連接名在后續(xù)上位系統(tǒng)創(chuàng)建通訊變量時(shí)需要使用；

（4）配置PC站點(diǎn)中以太網(wǎng)通訊模塊與S1200PLC的以太網(wǎng)設(shè)置；

（5）組態(tài)PC站點(diǎn)；

（6）下載PC站點(diǎn)硬件組態(tài)及網(wǎng)絡(luò)連接；

（7）使用OPC Scout軟件測(cè)試是否能夠正確連接OPC Server。

1.2 OPC服務(wù)遠(yuǎn)程訪問(wèn)配置

OPC技術(shù)依賴于微軟的COM和DCOM在自動(dòng)化硬件和軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在使用和訪問(wèn)OPC服務(wù)之前需要對(duì)PC終端的DCOM環(huán)境進(jìn)行正確配置。若要建立有效可靠的DCOM通訊，首先應(yīng)移除Windows安全，建立相互能識(shí)別的用戶賬戶，配置系統(tǒng)寬泛的DCOM設(shè)置與Server特殊的DCOM設(shè)置后再恢復(fù)Windows安全。

2 上位機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)某公司車間現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，穿樓層立體庫(kù)跨越三層建筑樓層，每個(gè)樓層分別面向一個(gè)使用部門(mén)并為其開(kāi)放具備獨(dú)立操作權(quán)限的控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了該公司車間庫(kù)房的集中建設(shè)。

該穿樓層立體庫(kù)硬件使用西門(mén)子S7系列的S1200PLC作為中心控制器，上位機(jī)控制系統(tǒng)采用C#語(yǔ)言自主開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)控制系統(tǒng)與PLC的數(shù)據(jù)傳遞選用OPC通訊技術(shù)。穿樓層立體庫(kù)的運(yùn)行控制由分別位于三個(gè)樓層的子控制平臺(tái)、OPC服務(wù)器以及作為中心控制器的PLC系統(tǒng)組成，由此構(gòu)成立體庫(kù)的控制系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)功能

穿樓層立體庫(kù)的上位機(jī)控制系統(tǒng)由一樓主控制臺(tái)、二/三樓子控制臺(tái)組成，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和設(shè)備控制。

2.1.1 設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

主要監(jiān)控設(shè)備故障信息及故障代碼、設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備空間參數(shù)和托盤(pán)參數(shù)。設(shè)備上電時(shí)，上位機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)讀取PLC存儲(chǔ)區(qū)域中的變量值判斷設(shè)備是否有故障信息，存取平臺(tái)當(dāng)前狀態(tài)并提取機(jī)構(gòu)的當(dāng)前位置。上位機(jī)控制系統(tǒng)將以上信息以圖形化界面的方式展現(xiàn)給設(shè)備管理人員。同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中托盤(pán)單元的數(shù)據(jù)信息和立體庫(kù)的空間參數(shù)信息，并以不同的顏色區(qū)分空間當(dāng)前的存放狀態(tài)。設(shè)備管理人員通過(guò)圖形化界面可充分了解設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、立體庫(kù)存儲(chǔ)空間利用情況。

2.1.2 設(shè)備控制

控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控制主要指動(dòng)作指令的下達(dá)，包括對(duì)立體庫(kù)自動(dòng)門(mén)及提取機(jī)構(gòu)的控制。上位機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控制主要分為手動(dòng)調(diào)試與自動(dòng)運(yùn)行指令。

手動(dòng)調(diào)試：一樓主控制臺(tái)具備設(shè)備手動(dòng)調(diào)試功能，包括開(kāi)關(guān)門(mén)、提取機(jī)構(gòu)的升降、托盤(pán)抓取機(jī)構(gòu)的前移和后移以及提取機(jī)構(gòu)的指定位置運(yùn)行。這些功能只有維修人員才能使用，因此設(shè)備的維修和調(diào)試在一樓主控制臺(tái)完成，設(shè)備維修時(shí)子控制臺(tái)的操作界面鎖定，操作員不能進(jìn)行出入庫(kù)操作。

自動(dòng)運(yùn)行指令：即指定對(duì)幾號(hào)托盤(pán)的取出或存入。該指令的完成可以在控制界面由操作人員手動(dòng)輸入目標(biāo)托盤(pán)號(hào)并點(diǎn)擊“托盤(pán)入”、“托盤(pán)出”控制按鈕完成操作。也可在系統(tǒng)集成中完成托盤(pán)的自動(dòng)存取。主控制臺(tái)和其余兩個(gè)子控制臺(tái)均具備自動(dòng)操作功能。

2.2 上位機(jī)控制系統(tǒng)與庫(kù)存管理的集成

由于上位機(jī)控制平臺(tái)為自主研發(fā)設(shè)計(jì)，可與自主研發(fā)的庫(kù)存管理系統(tǒng)相結(jié)合，完成與廠級(jí)信息系統(tǒng)的集成。庫(kù)存管理系統(tǒng)可以接收來(lái)自廠級(jí)信息系統(tǒng)的出入庫(kù)指令。管理員也可以在庫(kù)存管理系統(tǒng)中編制物品的出入庫(kù)單據(jù)。庫(kù)存管理系統(tǒng)通過(guò)解析指令中的目標(biāo)貨位信息、出入庫(kù)動(dòng)作信息得到相應(yīng)的設(shè)備號(hào)、托盤(pán)號(hào)、行號(hào)、列號(hào)、格號(hào)，以及托盤(pán)出/入的指令信息。上位機(jī)控制系統(tǒng)向下位控制系統(tǒng)PLC下發(fā)指令，如出/入托盤(pán)、目標(biāo)托盤(pán)號(hào)以及貨位指示機(jī)構(gòu)需要指示的位置狀態(tài)如行號(hào)、列號(hào)、格號(hào)。下位控制系統(tǒng)PLC聯(lián)合設(shè)備運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成托盤(pán)的出入、存取平臺(tái)的貨位指示，由此完成物品的出入庫(kù)操作?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

不同于普通立體庫(kù)，由于多個(gè)操作平臺(tái)的設(shè)置，各操作平臺(tái)共享一個(gè)立體庫(kù)空間，共同擁有一套立體庫(kù)電氣控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)需要更加嚴(yán)密謹(jǐn)慎?？刂葡到y(tǒng)流程圖如圖2所示。關(guān)鍵技術(shù)闡述如下：

（1）系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置。穿樓層立體庫(kù)設(shè)有多個(gè)操作平臺(tái)，各平臺(tái)面向獨(dú)立的使用部門(mén)，各使用部門(mén)管理立體庫(kù)內(nèi)存放的托盤(pán)單元以及主控制臺(tái)和子控制臺(tái)不同的功能設(shè)置?？刂葡到y(tǒng)針對(duì)兩個(gè)平臺(tái)設(shè)置了系統(tǒng)管理員、管理員和操作員三級(jí)權(quán)限，同時(shí)針對(duì)使用部門(mén)、人員角色、部門(mén)設(shè)置了人員托盤(pán)權(quán)限判斷，即操作人員在某個(gè)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)備操作以及托盤(pán)出入庫(kù)操作時(shí)需要具備相應(yīng)的權(quán)限才能繼續(xù)操作。

（2）平臺(tái)互鎖及任務(wù)隊(duì)列。各操作平臺(tái)共享一個(gè)立體庫(kù)空間，因此在其中一個(gè)操作平臺(tái)進(jìn)行設(shè)備操作時(shí)，其余操作平臺(tái)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)鎖定界面，以免設(shè)備誤操作情況的發(fā)生。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)設(shè)置指令緩沖區(qū)，操作員可根據(jù)實(shí)際使用情況將待操作指令存入任務(wù)隊(duì)列，系統(tǒng)將在設(shè)備空閑時(shí)依次執(zhí)行任務(wù)隊(duì)列中的動(dòng)作指令，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作的自動(dòng)化，節(jié)省操作員的出入庫(kù)等待時(shí)間。

（3）指令解析。普通立體庫(kù)只需要判斷設(shè)備狀態(tài)以及指令類型即可下達(dá)任務(wù)指令。由于多個(gè)子控制平臺(tái)的設(shè)置，系統(tǒng)進(jìn)行指令解析時(shí)除人員權(quán)限外，還需要根據(jù)操作平臺(tái)類型、發(fā)出指令的操作平臺(tái)編號(hào)、操作平臺(tái)當(dāng)前狀態(tài)、設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及指令類型等進(jìn)行指令驗(yàn)證及解析，以防托盤(pán)存入操作時(shí)動(dòng)作機(jī)構(gòu)到錯(cuò)誤的操作臺(tái)取回托盤(pán)，或者托盤(pán)取出操作時(shí)動(dòng)作機(jī)構(gòu)不能夠正確將托盤(pán)送達(dá)目標(biāo)操作臺(tái)，抑或操作平臺(tái)狀態(tài)判斷錯(cuò)誤導(dǎo)致托盤(pán)取出操作時(shí)與平臺(tái)上已有的托盤(pán)發(fā)生碰撞等。

（4）數(shù)據(jù)一致性維護(hù)。多個(gè)操作平臺(tái)的存在對(duì)立體庫(kù)的托盤(pán)數(shù)據(jù)維護(hù)提出新的要求。各控制系統(tǒng)讀寫(xiě)訪問(wèn)位于服務(wù)器上的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)，以保證數(shù)據(jù)的一致性。此外，控制系統(tǒng)在進(jìn)行托盤(pán)出入庫(kù)操作時(shí)需進(jìn)行托盤(pán)參數(shù)的校驗(yàn)：各操作平臺(tái)上存在的托盤(pán)數(shù)和立體庫(kù)內(nèi)存放的托盤(pán)數(shù)總和應(yīng)等于立體庫(kù)托盤(pán)總數(shù)?？刂葡到y(tǒng)需要通過(guò)位于操作平臺(tái)上的傳感器及PLC存儲(chǔ)區(qū)里維護(hù)的平臺(tái)狀態(tài)綜合判斷操作平臺(tái)上存放托盤(pán)的狀態(tài)。托盤(pán)參數(shù)數(shù)據(jù)的一致性有效維護(hù)保證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文穿樓層立體庫(kù)的上位機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成功應(yīng)用于該公司的庫(kù)房建設(shè)，并成功完成與企業(yè)信息系統(tǒng)的信息化集成，系統(tǒng)已投入實(shí)際生產(chǎn)中。自投入生產(chǎn)使用，至今沒(méi)有出現(xiàn)托盤(pán)數(shù)據(jù)丟失、托盤(pán)走錯(cuò)平臺(tái)或指令執(zhí)行錯(cuò)誤等控制系統(tǒng)方面問(wèn)題。

穿樓層立體庫(kù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以及設(shè)備上位機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，提出了一種全新的立體庫(kù)實(shí)現(xiàn)思路。在寸土寸金的當(dāng)今社會(huì)，可以充分利用建筑高度，在最小占地面積上實(shí)現(xiàn)最大的存儲(chǔ)空間，有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化自動(dòng)庫(kù)房的集中建設(shè)。此外，自主研發(fā)設(shè)計(jì)的上位機(jī)控制系統(tǒng)可充分集成企業(yè)的信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的在線監(jiān)控、智能物流信息管理、物流設(shè)備集成，并參與到企業(yè)的信息化建設(shè)中去。

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