基于OPC架構(gòu)電力自動(dòng)化立體倉庫數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用

卞生華 杜躍雷 劉鑫

摘?要：本文結(jié)合電力立體自動(dòng)化倉庫數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用為例，介紹了基于OPC架構(gòu)電力自動(dòng)化立體倉庫上架、下架、盤點(diǎn)、硬件設(shè)備報(bào)警等指令下達(dá)、報(bào)警數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和具體實(shí)現(xiàn)方法、數(shù)據(jù)采集方式、訪問接口，使用OPC接口與現(xiàn)場PLC進(jìn)行通信數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用J2EE編程語言進(jìn)行采集數(shù)據(jù)集成應(yīng)用，為電力立體自動(dòng)化倉庫運(yùn)營管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為提高倉庫工作效率提供自動(dòng)化、信息化手段。

關(guān)鍵詞：立體自動(dòng)化倉庫;OPC協(xié)議;數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP274.2??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1?概述

為了解決電力立體自動(dòng)化倉庫設(shè)備協(xié)議多樣性給數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)集中應(yīng)用帶來的難題，在電力立體自動(dòng)化倉庫現(xiàn)場，通常會(huì)有PLC、堆垛機(jī)、RGV、輸送線、各類檢測(cè)傳感器、倉庫巡檢機(jī)器人、智能裁線車、AGV叉車等倉儲(chǔ)設(shè)備，給數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用帶來了諸多不便。OPC（OLE?for?process?control）是為了解決庫內(nèi)不同設(shè)備生產(chǎn)廠商和倉庫控制系統(tǒng)（WCS）、倉庫自動(dòng)管理系統(tǒng)（AWMS）、設(shè)備故障采集系統(tǒng)、智能設(shè)備應(yīng)用系統(tǒng)等應(yīng)用程序之間的標(biāo)準(zhǔn)化接口。本文主要研究OPC架構(gòu)及協(xié)議在電力立體自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)中的應(yīng)用，電力立體自動(dòng)化倉庫上位機(jī)上運(yùn)行倉庫控制系統(tǒng)，OPC服務(wù)器設(shè)在PLC或上位機(jī)上，采集電力立體自動(dòng)化倉庫不同廠商軟硬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)研究了WCS和OPC服務(wù)器之間兩種通信方式：同步、異步，OPC訪問接口和訪問方式，電力立體自動(dòng)化倉庫設(shè)備數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用。

2?OPC架構(gòu)及技術(shù)

OPC是專門為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和應(yīng)用程序之間提供的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，主要用于解決庫內(nèi)不同生產(chǎn)廠商設(shè)備、庫內(nèi)管理系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互問題[1]。OPC采用客戶/服務(wù)器模式，庫內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)廠家按照OPC協(xié)議要求開發(fā)訪問接口，OPC服務(wù)器通過定義地址標(biāo)簽對(duì)應(yīng)訪問設(shè)備接口，解決了庫內(nèi)相關(guān)軟件、設(shè)備廠商的開發(fā)接口不一致的問題，提高了電力立體倉庫系統(tǒng)的集成開發(fā)效率和開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化，以及系統(tǒng)的開放性和可互操作性。OPC實(shí)際提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的不同設(shè)備廠商、不同應(yīng)用程序開發(fā)商之間數(shù)據(jù)訪問機(jī)制，各系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)的方式從庫內(nèi)不同廠商設(shè)備控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，按照標(biāo)準(zhǔn)的接口提供相關(guān)應(yīng)用程序使用。

OPC服務(wù)器通常支持兩種類型的訪問接口，它們分別為C#/J2EE和C++的編程語言提供不同訪問機(jī)制，這兩種接口是OPC自動(dòng)化接口和OPC服務(wù)器自定義接口。OPC自動(dòng)化接口是基于腳本編程語言而定義的標(biāo)準(zhǔn)接口，使用J2EE、C#等編程語言開發(fā)OPC服務(wù)器的客戶應(yīng)用程序。自定義接口是專門為C#、J2EE等高級(jí)編程語言而制定的標(biāo)準(zhǔn)接口。OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范是對(duì)設(shè)備控制數(shù)據(jù)、指令下達(dá)數(shù)據(jù)、設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)等的接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使其在應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)互訪時(shí)，具有開放性和一致性，確保庫內(nèi)各種應(yīng)用軟件能夠順利集成在一起[2]。OPC接口結(jié)構(gòu)如圖1所示：

典型電力立體自動(dòng)化倉庫數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)包括倉庫數(shù)據(jù)運(yùn)營中心、通信網(wǎng)絡(luò)、庫內(nèi)應(yīng)用程序等三級(jí)物理結(jié)構(gòu)，如圖2所示，基于電力立體自動(dòng)化倉庫基礎(chǔ)自動(dòng)化向信息化建設(shè)發(fā)展的原則，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品和建立一套先進(jìn)的技術(shù)，符合電力行業(yè)立體自動(dòng)化倉庫數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用系統(tǒng)。

3?數(shù)據(jù)訪問方式

OPC服務(wù)器緩沖區(qū)數(shù)據(jù)和庫內(nèi)設(shè)備控制數(shù)據(jù)：通過OPC服務(wù)器程序以設(shè)定的速率不斷地同庫內(nèi)各類設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。OPC服務(wù)器內(nèi)有一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，存有最新的數(shù)據(jù)。[3]庫內(nèi)應(yīng)用程序既可以從服務(wù)器緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，又可以直接從庫內(nèi)物理設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，但從庫內(nèi)物理設(shè)備直接讀取數(shù)據(jù)速度會(huì)慢一些。

為簡化電力立體化自動(dòng)倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)，集成不同供應(yīng)商的設(shè)備，以及上層AWMS（自動(dòng)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)）、WMS（全省倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)）、ERP等，本系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場設(shè)備工具/設(shè)備類型管理，即FDT/DTM（Field?Device?Tool/Device?Type?Manager）和OPC?UA技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的跨協(xié)議和跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享，采用XML作為數(shù)據(jù)傳輸格式，電力立體化自動(dòng)倉儲(chǔ)整個(gè)信息管理系統(tǒng)的核心部分是OPC?UA服務(wù)器/客戶端，它是所有設(shè)備數(shù)據(jù)和信息的來源，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程指揮、設(shè)備監(jiān)控、故障報(bào)警等協(xié)同化工程服務(wù)的基礎(chǔ)[4]。

電力立體自動(dòng)化倉儲(chǔ)的設(shè)備，如堆垛機(jī)、RGV、AGV、輸送線、安全門等都有專有的DIM（Device?Information?Model），通過DIM可以在FDT（Device?Type?Manager）元素和OPC?UA信息模型間建立一種映射關(guān)系，并進(jìn)行定義。

4?數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集層是自動(dòng)立體倉庫現(xiàn)場和上層管理、監(jiān)控系統(tǒng)的連接通道，電力立體自動(dòng)化倉庫安裝有OPC服務(wù)端軟件的計(jì)算機(jī)，對(duì)應(yīng)不同的倉庫設(shè)備，數(shù)據(jù)采集通過OPC服務(wù)器從這些設(shè)備上獲取數(shù)據(jù)信息。OPC服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集物理位置上的關(guān)系，提供了本地和遠(yuǎn)程兩種連接方式[5]。

數(shù)據(jù)采集與處理，主要針對(duì)電力立體自動(dòng)化倉庫內(nèi)的各種模擬和數(shù)字量進(jìn)行檢測(cè)、采樣和預(yù)處理，包括輸送線、堆垛機(jī)、入口測(cè)高和測(cè)寬傳感器、重量傳感器、巡檢機(jī)器人、燈光揀選、智能裁線機(jī)等設(shè)備，并以一定的數(shù)據(jù)格式輸出。為用戶提供翔實(shí)電力立體倉庫設(shè)備的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)用戶指揮倉庫設(shè)備、分析倉庫設(shè)備的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)了解倉庫設(shè)備的情況。

監(jiān)測(cè)與報(bào)警，通過庫內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)獲取立體倉庫設(shè)備故障、報(bào)警數(shù)據(jù)，并將設(shè)備故障、報(bào)警數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控界面上，對(duì)庫內(nèi)設(shè)備異常情況實(shí)時(shí)報(bào)警和語音提示。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將AWMS任務(wù)指令下達(dá)數(shù)據(jù)、庫內(nèi)物理設(shè)備故障與報(bào)警數(shù)據(jù)以及倉庫物理設(shè)備的運(yùn)行信息存儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫，通過AWMS查詢這些相關(guān)歷史數(shù)據(jù)。

任務(wù)下達(dá)及設(shè)備控制，在數(shù)據(jù)采集、任務(wù)指令下達(dá)、監(jiān)測(cè)與報(bào)警的基礎(chǔ)上，根據(jù)本地或遠(yuǎn)程發(fā)送的對(duì)倉庫物理設(shè)備的控制命令，直接對(duì)倉庫物理設(shè)備進(jìn)行控制，同時(shí)將倉庫設(shè)備運(yùn)行信息的改變存儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

本文結(jié)合OPC、WEB等技術(shù)建立B/S模式電力立體自動(dòng)化倉庫設(shè)備數(shù)據(jù)采集及管理應(yīng)用系統(tǒng)，庫內(nèi)物理設(shè)備數(shù)據(jù)采集需要獲取電力立體自動(dòng)化倉庫設(shè)備層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生控制指令和任務(wù)下達(dá)指令，遠(yuǎn)程的控制命令和任務(wù)下達(dá)指令通過網(wǎng)絡(luò)回傳給庫內(nèi)物理設(shè)備，控制庫內(nèi)物理設(shè)備的執(zhí)行。通過OPC技術(shù)建立了標(biāo)準(zhǔn)的通信數(shù)據(jù)接口規(guī)范，使WCS可以高效、穩(wěn)定地對(duì)倉庫物理設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)存取操作，各系統(tǒng)應(yīng)用軟件之間也可以靈活地進(jìn)行信息交互，大大提高了控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)之間互操作性和適應(yīng)性，B/S模式電力立體自動(dòng)化倉庫設(shè)備數(shù)據(jù)控制及應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示[6]。

該軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了一個(gè)適用于各類電力自動(dòng)化立體倉庫的集成平臺(tái)，承接WCS和PLC之間的數(shù)據(jù)銜接，實(shí)現(xiàn)WCS模塊出入庫、盤點(diǎn)、理貨等任務(wù)的接收和下達(dá)，并把任務(wù)下達(dá)庫內(nèi)PLC系統(tǒng)，以及PLC報(bào)警數(shù)據(jù)接收和展示，使其成為自動(dòng)化立體數(shù)據(jù)傳遞的樞紐，具體功能如下：

結(jié)語

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，結(jié)合電力立體自動(dòng)化倉庫特點(diǎn)，對(duì)于庫內(nèi)物理設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)采用同步方式進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，任務(wù)指令下達(dá)、庫內(nèi)物理設(shè)備控制數(shù)據(jù)采用異步方式讀取PLC數(shù)據(jù)。庫內(nèi)物理設(shè)備與PLC連接，PLC的OPC類型和標(biāo)簽通過配置文件方式讀取。如果庫內(nèi)增加新的物理設(shè)備，只需要庫內(nèi)物理設(shè)備與PLC的連接，同時(shí)更改OPC讀取模塊配置文件，可以實(shí)現(xiàn)新設(shè)備的數(shù)據(jù)接入和訪問。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳晗，成衛(wèi)青.OPC技術(shù)在智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2021，31（07）.

[2]李勤，黨選舉.基于COM的OPC技術(shù)研究及其接口實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2003（02）：2834.

[3]夏建全主編.工業(yè)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：北京交通大學(xué)出版社，2006，09.

[4]毛新軍編著.面向主體的軟件開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005，06.

[5]沈斌，齊黨進(jìn)，樊留群，等.基于面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的制造企業(yè)協(xié)同化工程支持技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011，17（4）：876880.

[6]禹鑫燚，殷慧武，施甜峰，等.基于OPC?UA的工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2020，47（S2）.

作者簡介：卞生華（1981—?），男，沈陽人，本科，遼寧電力能源發(fā)展集團(tuán)有限公司技術(shù)總監(jiān)，研究方向?yàn)轫?xiàng)目管理及計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用;杜躍雷（1982—?），男，沈陽人，遼寧電力能源發(fā)展集團(tuán)有限公司項(xiàng)目經(jīng)理，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件架構(gòu);劉鑫（1988—?），男，沈陽人，遼寧電力能源發(fā)展集團(tuán)有限公司技術(shù)顧問，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理。