基于OPC架構(gòu)的電力自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)管理及控制研究

摘 ?要：文章所要研究的電力自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)核心問(wèn)題即是多設(shè)備多系統(tǒng)多數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)交互問(wèn)題，硬件設(shè)備基于OPC方式進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，系統(tǒng)采用RESTful接口服務(wù)方式與WCS、電力智慧供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)決策中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享，縮減傳統(tǒng)SOAP服務(wù)方式復(fù)雜的XML格式化命令和較多的數(shù)據(jù)傳輸選項(xiàng)。最后通過(guò)A-WMS部分設(shè)計(jì)展示功能，驗(yàn)證電力自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備之間高效、靈活的數(shù)據(jù)采集及讀寫(xiě)任務(wù)，較好地實(shí)現(xiàn)了立庫(kù)各類(lèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息管理與控制。

關(guān)鍵詞：電力自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)；OPC協(xié)議；RESTful；數(shù)據(jù)交互

中圖分類(lèi)號(hào)：TP315 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）14-0038-04

Research on Management and Control of Electric Power Automation Stereoscopic Warehouse System Based on OPC Architecture

MAO Hui

（Materials Branch of State Grid Liaoning Electric Power Co.， Ltd.， Shenyang ?110004， China）

Abstract： The core issue of the power automation stereoscopic warehouse that this paper aims to study is the problem of data interaction among multiple devices， multiple systems， and multiple data sources. Hardware devices integrate data based on OPC mode， and the system uses RESTful interface services to exchange and share data with WCS and the power smart supply chain operation decision-making center， reducing the complex XML formatting commands and many data transmission options of traditional SOAP service methods. Finally， display function is designed through the A-WMS part， verify the efficient and flexible data acquisition and reading and writing tasks among the power automation stereoscopic warehouse equipments， and better realize the data information management and control of all kinds of equipments in the stereoscopic warehouse.

Keywords： electric power automation stereoscopic warehouse; OPC protocol; RESTful; data interaction

0 ?引 ?言

隨著現(xiàn)代物流技術(shù)的快速發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)管理已從人工作業(yè)管理逐漸向機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、智能化轉(zhuǎn)變。為推動(dòng)現(xiàn)代（智慧）供應(yīng)鏈建設(shè)并滿足電力物資倉(cāng)儲(chǔ)管理的需求，構(gòu)建精益、高效的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，滿足電力物資多品種實(shí)物儲(chǔ)備需要，提高倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)、抽檢、配送等綜合能力。電力自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（A-WMS）是數(shù)據(jù)交互和設(shè)備智能控制的樞紐，向上承接電力智慧供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)決策中心的智能倉(cāng)儲(chǔ)、智能配送等功能模塊，向下統(tǒng)籌區(qū)域自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備指令調(diào)度，其核心是A-WMS與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)WCS之間的交互，實(shí)現(xiàn)A-WMS調(diào)度自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備，如輸送線、堆垛機(jī)、檢測(cè)設(shè)備、四項(xiàng)穿梭車(chē)、行吊、燈光揀選、機(jī)器人等。本文重點(diǎn)研究A-WMS與WCS，以及與區(qū)域自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互接口和A-WMS上位機(jī)軟件的功能，旨在提高倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)、庫(kù)內(nèi)設(shè)備與上層應(yīng)用軟件之間的互操作性，為現(xiàn)代（智慧）供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)采集奠定良好的基礎(chǔ)[1]。

1 ?A-WMS交互架構(gòu)

在構(gòu)建現(xiàn)代（智慧）供應(yīng)鏈整體架構(gòu)時(shí)，利用A-WMS與、智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、智能配送系統(tǒng)及WCS等之間數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出庫(kù)、入庫(kù)、理貨、盤(pán)點(diǎn)、抽檢、配送等功能，采用RESTful接口實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的無(wú)縫接入，如圖1所示。

電力自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備數(shù)據(jù)采集涉及多種設(shè)備（來(lái)自不同供應(yīng)商多種類(lèi)型的PLC設(shè)備；不同種類(lèi)、功能多樣的傳感器設(shè)備；各種協(xié)議）。為實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與集成，需要將信息化與自動(dòng)化技術(shù)高度融合，以更好地滿足用戶(hù)需求[2]。

2 ?通信接口設(shè)計(jì)

2.1 ?設(shè)備數(shù)據(jù)通信接口設(shè)計(jì)

立體化倉(cāng)庫(kù)的設(shè)備數(shù)據(jù)雙向交互是上位機(jī)管理系統(tǒng)（A-WMS）、設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)的主要服務(wù)通道，電力立體自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互通過(guò)OPC服務(wù)端軟件實(shí)現(xiàn)，OPC服務(wù)端與PLC連接，不同的立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備（如輸送線、堆垛機(jī)、RGV等設(shè)備）與PLC連接，OPC服務(wù)器從這些設(shè)備上獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，提供給上位機(jī)[3]。

2.1.1 ?A-WMS指令下達(dá)和反饋

電力立體化倉(cāng)庫(kù)設(shè)備通過(guò)WCS和PLC下達(dá)指令（包括物資上架、下架、空托盤(pán)上架管理），指揮輸送線、RGV、堆垛機(jī)等設(shè)備協(xié)調(diào)工作，完成指令的下達(dá)和狀態(tài)的反饋。同時(shí)針對(duì)入口測(cè)高和測(cè)寬傳感器、重量傳感器以及倉(cāng)庫(kù)的其他設(shè)備（如巡檢機(jī)器人、燈管揀選、智能裁線車(chē)等）完成數(shù)據(jù)采集、智能管理和指揮調(diào)度。

2.1.2 ?設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)管理

通過(guò)OPC采集所有設(shè)備異常報(bào)警信息，設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)接口程序獲取倉(cāng)庫(kù)設(shè)備運(yùn)行異常數(shù)據(jù)，并通過(guò)可視化界面予以實(shí)時(shí)顯示，針對(duì)各設(shè)備異常情況實(shí)時(shí)報(bào)警，指導(dǎo)用戶(hù)操作，消除設(shè)備異常。

2.1.3 ?協(xié)議解析與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)

A-WMS對(duì)設(shè)備下達(dá)操作指令，設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)獲取的設(shè)備運(yùn)行異常報(bào)警數(shù)據(jù)以及倉(cāng)庫(kù)設(shè)備的狀態(tài)信息通過(guò)接口程序進(jìn)行解析并轉(zhuǎn)儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，以便用戶(hù)隨時(shí)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、分析。

本文結(jié)合OPC、Web等技術(shù)建立并實(shí)現(xiàn)B/S模式電力立體自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互及分析應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集的目的是獲取電力立體自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)設(shè)備層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析形成控制決策，遠(yuǎn)程的控制命令同樣是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)回傳給倉(cāng)庫(kù)設(shè)備層，以此控制設(shè)備的運(yùn)行。由于針對(duì)OPC技術(shù)建立一套符合工業(yè)控制要求的通信接口規(guī)范，使設(shè)備控制軟件（WCS）可以高效、穩(wěn)定地對(duì)倉(cāng)庫(kù)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)存取操作，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)的互操作性和適應(yīng)性[4]。B/S模式電力立體自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)設(shè)備數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 ?系統(tǒng)之間通信接口設(shè)計(jì)

本文采用RESTful接口設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)A-WMS與電力智慧供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)決策中心、WCS之間的數(shù)據(jù)交互及共享。與傳統(tǒng)SOAP協(xié)議的服務(wù)相比，RESTful接口設(shè)計(jì)架構(gòu)既簡(jiǎn)單又直觀，縮減SOAP協(xié)議復(fù)雜的XML格式化命令和數(shù)據(jù)傳輸選項(xiàng)。

REST是面向資源和分布式系統(tǒng)的一種架構(gòu)，架構(gòu)遵循CRUD原則，對(duì)資源的操作包括創(chuàng)建、獲取、更新和刪除資源。通過(guò)統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（URI）來(lái)識(shí)別和定位資源，針對(duì)這些資源執(zhí)行的操作是通過(guò)HTTP規(guī)范定義的。其核心操作只有GET、PUT、POST、DELETE這4種方式。當(dāng)客戶(hù)端對(duì)某個(gè)資源發(fā)起4種請(qǐng)求中的一種請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器就會(huì)以相對(duì)應(yīng)的方式提供一個(gè)采集了信息資源的文檔（可以是JSON或XML文檔[5，6]）作為回應(yīng)。

構(gòu)建基于RESTful接口服務(wù)A-WMS的目的是分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互，然后將交互數(shù)據(jù)所涉及的對(duì)象抽象成不同的資源和對(duì)應(yīng)的URL，這樣才能完成數(shù)據(jù)交互的整體設(shè)計(jì)。A-WMS和WCS之間的入庫(kù)任務(wù)接口如表1、表2所示，出庫(kù)任務(wù)接口如表3、表4所示，移庫(kù)任務(wù)接口如表5、表6所示。

入庫(kù)任務(wù)數(shù)據(jù)格式為：

{

" RECEIPTORDERID"："R0202100001"，

" RECEIPTORDERNO"："T2021110002"，

" RECEIPTBATCHID"："1805110001 "，

" LINEID"："0100"，

" SKUID"："4912093775"，

" SKUNAME"："交流避雷器AC10kV，17 kV "，

" SWID"："02201000000000688012"，

" ISOVER"："1"

}

輸出數(shù)據(jù)格式為：

{

"success"："true"，

"msg"："相關(guān)信息"

}

出庫(kù)任務(wù)數(shù)據(jù)格式為：

{

"detectionOrderId"：" SODdd8ce46016ddd2020081001 "，

" batchId "：" 80015 "，

" lineId "："10 "，

" skuId "：" 500031231 "，

" skuName "：" 10 kV變壓器，125 KVA，普通，硅鋼片，油浸"，

"endPos"：" 402880f76dbe0fcc016dbe926c08005d "

}

輸出數(shù)據(jù)格式為：

{

"success"："true"，

"msg"："相關(guān)信息"

}

移庫(kù)任務(wù)數(shù)據(jù)格式為：

{

" skuId "："500031231 "，

" skuName "："10 kV變壓器，125 KVA，普通，硅鋼片，油浸"，

" swId "："022010000000000000261189 "，

" success "："1"

}

輸出數(shù)據(jù)格式為：

{

"success"："true"，

"msg"："相關(guān)信息"

}

3 ?A-WMS軟件設(shè)計(jì)

A-WMS軟件系統(tǒng)作為倉(cāng)儲(chǔ)信息系統(tǒng)架構(gòu)的中間層，向上承接信通WMS、檢測(cè)系統(tǒng)等模塊，向下統(tǒng)籌各倉(cāng)庫(kù)調(diào)度系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用數(shù)據(jù)中臺(tái)RDS方式，開(kāi)發(fā)是基于國(guó)網(wǎng)SG-UAP平臺(tái)上的B/S應(yīng)用進(jìn)行的。SG-UAP是國(guó)家電網(wǎng)公司新一代應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)一開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提供一套技術(shù)統(tǒng)一、架構(gòu)柔性、性能高效、安全可靠的企業(yè)級(jí)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)框架和公共套件，支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、發(fā)布、運(yùn)行的全過(guò)程。A-WMS功能實(shí)現(xiàn)電力物資出庫(kù)、入庫(kù)、理貨、移庫(kù)、托盤(pán)等任務(wù)管理和指令下達(dá)及監(jiān)控，同時(shí)與堆垛機(jī)、輸送線、RGV、燈光揀選、AGV、盤(pán)點(diǎn)機(jī)器人、四項(xiàng)穿梭車(chē)、行吊等設(shè)備的WCS進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，完成指令下達(dá)和監(jiān)控任務(wù)，具體功能如圖3所示[7，8]。

3.1 ?入庫(kù)任務(wù)

A-WMS接收來(lái)自WMS模塊的入庫(kù)任務(wù)，按照操作類(lèi)型（如堆垛機(jī)、行吊、燈光揀選、AGV、平庫(kù)等）將任務(wù)拆分為多個(gè)子任務(wù)，然后將各個(gè)子任務(wù)與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行匹配。將入庫(kù)憑證拆分成下級(jí)系統(tǒng)可操作的項(xiàng)目（即是WCS的作業(yè)任務(wù)），同時(shí)建立作業(yè)任務(wù)與憑證之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以保障每個(gè)憑證所對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)完整地被執(zhí)行。其中每個(gè)作業(yè)必須通過(guò)策略分配儲(chǔ)位。根據(jù)調(diào)度策略將庫(kù)內(nèi)入庫(kù)作業(yè)任務(wù)分配給單個(gè)設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)，并將設(shè)備返回的執(zhí)行結(jié)果回傳至A-WMS系統(tǒng)。

3.2 ?出庫(kù)任務(wù)

接收來(lái)自WMS模塊的出庫(kù)作業(yè)任務(wù)，通過(guò)任務(wù)數(shù)據(jù)匹配相應(yīng)的設(shè)備操作類(lèi)型，并生成相應(yīng)的庫(kù)內(nèi)作業(yè)任務(wù)。根據(jù)WMS模塊定義的出庫(kù)原則（如批次優(yōu)先原則），分配并定位物資的儲(chǔ)位，保證精準(zhǔn)出庫(kù)。調(diào)度策略將庫(kù)內(nèi)出庫(kù)作業(yè)任務(wù)分配給單個(gè)設(shè)備，并將設(shè)備返回的執(zhí)行結(jié)果回傳至A-WMS系統(tǒng)。

3.3 ?盤(pán)點(diǎn)任務(wù)

接收來(lái)自WMS模塊的盤(pán)點(diǎn)作業(yè)任務(wù)，指定相應(yīng)設(shè)備，生成相應(yīng)的庫(kù)內(nèi)盤(pán)點(diǎn)作業(yè)任務(wù)。WCS提供單獨(dú)的盤(pán)點(diǎn)接口，盤(pán)點(diǎn)人員將作業(yè)下達(dá)給WCS后，根據(jù)調(diào)度策略將庫(kù)內(nèi)盤(pán)點(diǎn)作業(yè)任務(wù)分配給單個(gè)設(shè)備，執(zhí)行盤(pán)點(diǎn)。

3.4 ?戶(hù)外堆場(chǎng)網(wǎng)格化管理

通過(guò)RFID與線纜捆綁，戶(hù)外堆場(chǎng)網(wǎng)格與RFID捆綁，實(shí)現(xiàn)線纜精細(xì)化管理，系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)入、線纜數(shù)據(jù)創(chuàng)建、線纜盤(pán)戶(hù)外堆場(chǎng)入庫(kù)、線纜盤(pán)戶(hù)外堆場(chǎng)出庫(kù)等業(yè)務(wù)。

3.5 ?理貨任務(wù)

接收來(lái)自WM模塊的理貨，指定相應(yīng)的操作設(shè)備，生成相應(yīng)的庫(kù)內(nèi)理貨作業(yè)任務(wù)，根據(jù)事先預(yù)定的理貨原則生成理貨計(jì)劃，并調(diào)動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備完成理貨任務(wù)。功能實(shí)例示意如圖4所示。

4 ?結(jié) ?論

為了減低A-WMS與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)各類(lèi)設(shè)備WCS及電力智慧供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)決策中心各模塊數(shù)據(jù)交互開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度，增強(qiáng)系統(tǒng)后期的可靠性，采用RESTful架構(gòu)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互與共享，避免傳統(tǒng)基于SOAP協(xié)議的Web Services協(xié)議集解析的復(fù)雜繁瑣，大大縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)由于RESTful技術(shù)具有簡(jiǎn)單易懂、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)上線后的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性?？紤]到電力自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)未來(lái)會(huì)有各類(lèi)設(shè)備、系統(tǒng)對(duì)象的增加，也是為了方便與其他系統(tǒng)的對(duì)接，A-WMS也會(huì)以更好的設(shè)計(jì)風(fēng)格服務(wù)于各類(lèi)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張志，胡志勇.RESTful架構(gòu)在Web Service中的應(yīng)用 [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2018，37（10）：33-37.

[2] 范勇.基于OPC UA技術(shù)構(gòu)建支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)平臺(tái) [J].中國(guó)重型裝備，2021，149（3）：55-59.

[3] 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）：876-881.

[4] 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）：609-614.

[5] 殷華杰，王凱，高平.基于RESTful Web Service的數(shù)據(jù)資源交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].航空電子技術(shù)，2021，52（2）：32-38.

[6] 胡宏濤，李皎.基于RESTFUL架構(gòu)的油田區(qū)塊產(chǎn)量運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2020，10（11）：106-108.

[7] 吳晗，成衛(wèi)青.OPC技術(shù)在智能倉(cāng)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（7）：158-163+170.

[8] 高世平，趙建峰，曹錦江，等.基于C#的OPC客戶(hù)端設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2020，18（3）：28-31.

作者簡(jiǎn)介：毛輝（1974.05—），男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，碩士，研究方向：現(xiàn)代供應(yīng)鏈管理。