電池立體庫(kù)管理軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張利偉　董彥敏　高朝陽(yáng)　黃國(guó)明　李楊

摘 要：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代企業(yè)及物流技術(shù)的核心，其高空間利用率和強(qiáng)儲(chǔ)存能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)物流管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電器部分和機(jī)械部分。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的控制管理軟件為其核心部分，負(fù)責(zé)出/入庫(kù)貨物的管理、庫(kù)中貨物的臺(tái)帳管理、立體倉(cāng)庫(kù)中庫(kù)位的管理等。該文針對(duì)電池立體倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電池立體倉(cāng)庫(kù) 計(jì)算機(jī)軟件 控制管理

中圖分類號(hào)：TM911.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）04（c）-0016-02

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)立體化和自動(dòng)化管理的重要手段，是現(xiàn)代化倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展方向，它適用于現(xiàn)代企業(yè)原料和成品的倉(cāng)儲(chǔ)管理。近年來(lái)，隨著我國(guó)新能源行業(yè)高速發(fā)展，單純的原料及電池儲(chǔ)存管理已經(jīng)不能滿足企業(yè)發(fā)展需要。電池企業(yè)要求倉(cāng)庫(kù)管理自動(dòng)化和信息化，以適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。電池立體倉(cāng)庫(kù)有三大部分：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電器部分和機(jī)械部分。其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的監(jiān)控及管理軟件為核心部分，是立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的控制指揮中心，負(fù)責(zé)電池出/入庫(kù)管理、電池臺(tái)賬管理，電池庫(kù)位管理，堆垛機(jī)升降臺(tái)位置檢測(cè)與控制、穿梭車控制。此外，還對(duì)檢測(cè)到的控制信號(hào)進(jìn)行判定，提高系統(tǒng)的可靠性能。在電池立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐中經(jīng)過(guò)反復(fù)改進(jìn)，最終形成一套實(shí)用的、高可靠性的立體倉(cāng)庫(kù)管理控制軟件系統(tǒng)。以下介紹該軟件系統(tǒng)的特點(diǎn)及主要功能。

1 系統(tǒng)主要功能

電池立體倉(cāng)庫(kù)完全在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制和管理下，通過(guò)分選平臺(tái)、堆垛機(jī)和穿梭車完成電池托盤的自動(dòng)出/入庫(kù)工作。電池入庫(kù)時(shí)組別信息與托盤、庫(kù)位綁定，出庫(kù)時(shí)進(jìn)行解綁，同時(shí)自動(dòng)更新電池臺(tái)賬。此作業(yè)方式在提高電池儲(chǔ)存工作效率和管理水平的同時(shí)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。主要功能業(yè)務(wù)解釋如下。

1.1 用戶信息管理

用戶信息管理主要包含：用戶管理、權(quán)限管理及密碼修改。主要是對(duì)不同權(quán)限人員的使用職責(zé)進(jìn)行區(qū)分，避免出現(xiàn)誤操作，導(dǎo)致控制系統(tǒng)故障。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理包含：電池管理、屬性管理、貨架管理和托盤管理。主要對(duì)電池型號(hào)、條碼、數(shù)量、組別信息、入庫(kù)日期進(jìn)行管理；此外，還對(duì)貨架號(hào)和托盤數(shù)量及條碼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理，為庫(kù)存賬實(shí)相符提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.3 倉(cāng)庫(kù)作業(yè)管理

倉(cāng)庫(kù)作業(yè)管理是電池立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，主要包括入庫(kù)作業(yè)、出庫(kù)作業(yè)及盤點(diǎn)作業(yè)。主要類型有：（1）生產(chǎn)入庫(kù)：入庫(kù)電池?cái)?shù)量、條碼與托盤綁定，托盤條碼經(jīng)過(guò)掃碼后自動(dòng)進(jìn)入立體庫(kù)貨位，并在監(jiān)控界面顯示。（2）異常品入庫(kù)：生產(chǎn)異常電池經(jīng)過(guò)判定自動(dòng)進(jìn)入異常品區(qū)域及貨位；（3）歸還入庫(kù)：借出實(shí)驗(yàn)電池或其它用途，經(jīng)過(guò)判定后自動(dòng)進(jìn)入試驗(yàn)品區(qū)域及貨位。（4）發(fā)貨自動(dòng)出庫(kù)：根據(jù)出庫(kù)電池型號(hào)及性能要求，以先進(jìn)先出的原則自動(dòng)出庫(kù)；（5）抽檢及其它出庫(kù)：根據(jù)出貨類別進(jìn)行指定自動(dòng)出庫(kù)。為提高堆垛機(jī)和穿梭車運(yùn)行效率，在指令編輯時(shí)可同時(shí)編輯100條以內(nèi)的作業(yè)指令，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)；此外，設(shè)計(jì)了入庫(kù)、出庫(kù)同時(shí)進(jìn)行的復(fù)合操作，一個(gè)入庫(kù)和出庫(kù)為一組，提高堆垛機(jī)的運(yùn)行效率，堆垛機(jī)一次能接收4組入/出庫(kù)信息，并且連續(xù)完成入/出庫(kù)操作。

1.4 數(shù)據(jù)查詢管理

電池立體倉(cāng)庫(kù)的所有電池建立明細(xì)賬，不但對(duì)現(xiàn)存電池建擋，而且對(duì)進(jìn)、出庫(kù)的歷史信息進(jìn)行詳細(xì)記載。明細(xì)賬中記錄著貨物的所有信息，比如：型號(hào)、條碼、狀態(tài)、組別、出/入庫(kù)日期和時(shí)間、出/入庫(kù)經(jīng)手人等。立體倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)存貨物情況、歷史資料、貨位詳情都能隨時(shí)了解。報(bào)表主要包括：出/入庫(kù)情況的班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、季報(bào)和年報(bào)表，不同型號(hào)電池的分類報(bào)表等。

1.5 任務(wù)管理

在出/入庫(kù)過(guò)程中，有可能突然停電或發(fā)生其他故障，導(dǎo)致出/入庫(kù)操作沒(méi)完成，或者完成了出/入庫(kù)操作，還沒(méi)來(lái)得及記賬，導(dǎo)致庫(kù)中電池?cái)?shù)量與賬目不一致。因此，系統(tǒng)中設(shè)置了在途狀態(tài)數(shù)據(jù)臨時(shí)文件，記錄出/入庫(kù)操作的狀態(tài)直至整個(gè)操作完成后才自動(dòng)刪除在途數(shù)據(jù)。一旦出現(xiàn)故障，調(diào)用突發(fā)故障處理功能，根據(jù)在途數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，保證實(shí)物與賬目的一致。

1.6 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)有操作日志管理和數(shù)據(jù)備份管理。日志管理設(shè)有各種的查詢功能，包括：任一時(shí)間或日期段的出/入庫(kù)情況、歷史數(shù)據(jù)、每個(gè)操作員的實(shí)際工作情況、在途數(shù)據(jù)、堆垛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和出/入庫(kù)的匯總信息等。為避免服務(wù)器硬件或系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，專門設(shè)計(jì)對(duì)熱備份處理程序。

1.7 接口管理

軟件系統(tǒng)包括三部分：WMS系統(tǒng)、WMCS系統(tǒng)、分選平臺(tái)PLC部分、堆垛機(jī)PLC部分、穿梭車PLC部分。工控機(jī)中WMS及WMCS部分完成整個(gè)系統(tǒng)的控制與管理；堆垛機(jī)是沿軌道行走裝置，根據(jù)工控機(jī)系統(tǒng)指令完成出/入庫(kù)工作，同時(shí)，把檢測(cè)到的信息和工作狀態(tài)發(fā)送給工控機(jī)；穿梭車和分選平臺(tái)完成各庫(kù)口托盤的出入，通過(guò)紅外裝置完成通信工作；監(jiān)控通信功能完成工控機(jī)與PLC之間的數(shù)據(jù)通信。

2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 工控機(jī)與PLC的通信協(xié)議

（1）通信相關(guān)參數(shù)波特率：1 200～3 600 BIT/S可選擇；奇偶校驗(yàn)：偶校驗(yàn)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度：11位；忙信號(hào)：無(wú)；接口：RS232。

（2）堆垛機(jī)接收任務(wù)報(bào)文長(zhǎng)度10個(gè)字節(jié)，其中任務(wù)號(hào)用1個(gè)字節(jié)，對(duì)應(yīng)的位表示任務(wù)號(hào)，無(wú)任務(wù)時(shí)字節(jié)值為“00”；目的地址和源地址分別用4個(gè)字節(jié)表示；1個(gè)字節(jié)表示數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。堆垛機(jī)發(fā)送信息報(bào)文：報(bào)文長(zhǎng)4個(gè)字節(jié)。第a1個(gè)字節(jié)表示任務(wù)完成情況，對(duì)應(yīng)的位值為“1”時(shí)，代表該任務(wù)完成，否則，任務(wù)未完成。第2個(gè)字節(jié)表示堆垛機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)和堆垛機(jī)叉所在的位置。第3個(gè)字節(jié)表示故障狀態(tài)，包括：空出、滿入、硬件故障、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、要求數(shù)據(jù)重發(fā)等。第4個(gè)字節(jié)表示堆垛機(jī)是否在通信區(qū)及批量任務(wù)是否完成等信息。

2.2 開(kāi)發(fā)工具

軟件系統(tǒng)涉及立體庫(kù)中電池的管理、庫(kù)位狀態(tài)、升降臺(tái)位置檢測(cè)及控制、堆垛機(jī)控制及監(jiān)測(cè)、穿梭車控制及檢測(cè)，是數(shù)據(jù)庫(kù)和控制的混合體。因此，堆垛機(jī)控制采用PLC，可靠性高；數(shù)據(jù)庫(kù)用SERVER，方便庫(kù)位和庫(kù)存貨物管理和查詢，方便庫(kù)位和庫(kù)存貨物管理和查詢；宿主語(yǔ)言采用了VB[1]，容易調(diào)試和方便對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)存取；涉及到通信和控制部分，用VC編碼實(shí)現(xiàn)[2]，克服了VB對(duì)位操作麻煩及不能在控制板地址存取數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)。整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)連成一個(gè)局域網(wǎng)，每臺(tái)工控機(jī)控制一個(gè)堆垛機(jī)，堆垛機(jī)活動(dòng)在允許范圍。庫(kù)存貨物及庫(kù)位信息記錄在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)查詢工作站隨時(shí)可了解。

2.3 算法描述

出/入庫(kù)包括根據(jù)入庫(kù)日期先進(jìn)先出規(guī)則出庫(kù)、指定貨物號(hào)出庫(kù)。入庫(kù)有單獨(dú)入庫(kù)和入庫(kù)、出庫(kù)混合操作。庫(kù)位優(yōu)化是在指定貨物品種后，庫(kù)房?jī)?nèi)部貨物位置變化的一系列操作，其結(jié)果把要出庫(kù)的貨物移動(dòng)到出口附近。所有出/人庫(kù)操作都是在堆垛機(jī)收到工控機(jī)指令后完成的，庫(kù)內(nèi)、庫(kù)外的貨物交接通過(guò)升降臺(tái)完成。狀態(tài)監(jiān)測(cè)和一切有關(guān)控制由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成。

3 系統(tǒng)容錯(cuò)措施

系統(tǒng)采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)防錯(cuò)，各層之間既可互相通訊也可獨(dú)立工作；WMCS/WMS設(shè)計(jì)分為四層，即：服務(wù)層、管理層、監(jiān)控層和執(zhí)行層。

（1）服務(wù)層由系統(tǒng)服務(wù)器提供數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，通過(guò)局域網(wǎng)與管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互與處理，并實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息集成與資源共享。

（2）管理層完成系統(tǒng)的高級(jí)管理工作，負(fù)責(zé)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的貨位管理、入出庫(kù)管理、查詢報(bào)表、庫(kù)存分析、系統(tǒng)維護(hù)、故障分析等工作，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器和監(jiān)控系統(tǒng)的信息交互與作業(yè)指令下達(dá)。

（3）監(jiān)控層負(fù)責(zé)接收和轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)的入出庫(kù)指令，完成作業(yè)指令的分解、排隊(duì)和下達(dá)，控制物流設(shè)備的各部執(zhí)行機(jī)構(gòu)；接收和處理控制系統(tǒng)的各種信息的實(shí)時(shí)采集和動(dòng)畫跟蹤。是聯(lián)系管理和控制系統(tǒng)的心臟。監(jiān)控層與執(zhí)行層之間通過(guò)OPC（用VC開(kāi)發(fā)的）進(jìn)行連接。

（4）執(zhí)行層通過(guò)各環(huán)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行、跟蹤并依次完成作業(yè)指令規(guī)定的任務(wù)。

每層的系統(tǒng)在正式運(yùn)行前都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，并對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行日志的記錄，以便在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)進(jìn)行分析和處理。

4 結(jié)論

（1）系統(tǒng)投入使用半年來(lái)，性能穩(wěn)定，效果良好。軟件經(jīng)過(guò)一次升級(jí)后，功能更趨完善，操作更方便，可靠、實(shí)用。

（2）立體倉(cāng)庫(kù)中可靠檢測(cè)裝置的安裝和軟件中巧妙的容錯(cuò)措施相結(jié)合，成功地解決了令人頭疼的 “空出”問(wèn)題。

（3）電池立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)“按組管理模式”，極大提高電池分選效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋偉.Visual Basic6.0高級(jí)編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[2] 韓傳釗.VisualC++6使用手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.