基于OPC的穿樓層立體庫上位機(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)最大的存儲空間，有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化自動庫房的集中建設(shè)。如何實(shí)現(xiàn)穿樓層立體庫設(shè)備的上位機(jī)控制系統(tǒng)并確保控制系統(tǒng)對設(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)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。結(jié)合OPC服務(wù)的遠(yuǎn)程訪問技術(shù)以及C#編程語言在DCOM自動化編程方面的優(yōu)勢，研發(fā)團(tuán)隊開發(fā)并實(shí)現(xiàn)了穿樓層立體庫的上位機(jī)控制系統(tǒng)。自主設(shè)計開發(fā)的上位機(jī)控制系統(tǒng)在立體庫研發(fā)調(diào)試過程中可靈活進(jìn)行功能調(diào)試，同時可有效集成庫存管理系統(tǒng)，在實(shí)際生產(chǎn)使用中有著重要價值。

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

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

0 引 言

隨著智能存儲技術(shù)的日趨成熟和迅猛發(fā)展，自動化庫房在企業(yè)現(xiàn)代化車間、智能配送中心、設(shè)備管理中心等部門逐步建立并取代傳統(tǒng)的庫房和貨架。穿樓層立體庫的設(shè)計實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)客戶現(xiàn)場建筑場地的實(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)生最大的存儲空間。根據(jù)實(shí)際使用需求，在穿樓層立體庫的每個建筑樓層設(shè)置控制平臺，對不同的部門開放操作權(quán)限，以便部門管理人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行物品的存取操作。控制系統(tǒng)根據(jù)庫內(nèi)空間使用情況以及物品的實(shí)際高度來計算存儲單元的存放位置，操作員無需記憶識別物品在庫內(nèi)的存放位置即可通過配套庫存管理系統(tǒng)進(jìn)行物品的出入庫操作。在企業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)過程中，穿樓層立體庫的實(shí)現(xiàn)對于集中建設(shè)現(xiàn)代化庫房、減少物料搬運(yùn)時間、提高庫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的設(shè)計實(shí)現(xiàn)為案例，探討穿樓層立體庫中上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計實(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)程訪問配置

穿樓層立體庫的下位控制系統(tǒng)采用西門子S1200PLC。S1200PLC作為西門子在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該系列PLC，因此需要通訊軟件SIMATIC.NET提供的OPC服務(wù)功能來解決上位軟件與PLC的通訊問題。S1200PLC的通訊技術(shù)、OPC服務(wù)的遠(yuǎn)程訪問技術(shù)以及操作系統(tǒng)的正確配置是立體庫控制系統(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軟件在項目中創(chuàng)建一個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軟件測試是否能夠正確連接OPC Server。

1.2 OPC服務(wù)遠(yuǎn)程訪問配置

OPC技術(shù)依賴于微軟的COM和DCOM在自動化硬件和軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在使用和訪問OPC服務(wù)之前需要對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)場的實(shí)際情況，穿樓層立體庫跨越三層建筑樓層，每個樓層分別面向一個使用部門并為其開放具備獨(dú)立操作權(quán)限的控制平臺，實(shí)現(xiàn)了該公司車間庫房的集中建設(shè)。

該穿樓層立體庫硬件使用西門子S7系列的S1200PLC作為中心控制器，上位機(jī)控制系統(tǒng)采用C#語言自主開發(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)。穿樓層立體庫的運(yùn)行控制由分別位于三個樓層的子控制平臺、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)成立體庫的控制系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)功能

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

2.1.1 設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時監(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)和托盤參數(shù)。設(shè)備上電時，上位機(jī)控制系統(tǒng)會通過讀取PLC存儲區(qū)域中的變量值判斷設(shè)備是否有故障信息，存取平臺當(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。同時系統(tǒng)運(yùn)行時讀取數(shù)據(jù)庫中托盤單元的數(shù)據(jù)信息和立體庫的空間參數(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)、立體庫存儲空間利用情況。

2.1.2 設(shè)備控制

控制系統(tǒng)對設(shè)備的控制主要指動作指令的下達(dá)，包括對立體庫自動門及提取機(jī)構(gòu)的控制。上位機(jī)控制系統(tǒng)對設(shè)備的控制主要分為手動調(diào)試與自動運(yùn)行指令。

手動調(diào)試：一樓主控制臺具備設(shè)備手動調(diào)試功能，包括開關(guān)門、提取機(jī)構(gòu)的升降、托盤抓取機(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)試在一樓主控制臺完成，設(shè)備維修時子控制臺的操作界面鎖定，操作員不能進(jìn)行出入庫操作。

自動運(yùn)行指令：即指定對幾號托盤的取出或存入。該指令的完成可以在控制界面由操作人員手動輸入目標(biāo)托盤號并點(diǎn)擊“托盤入”、“托盤出”控制按鈕完成操作。也可在系統(tǒng)集成中完成托盤的自動存取。主控制臺和其余兩個子控制臺均具備自動操作功能。

2.2 上位機(jī)控制系統(tǒng)與庫存管理的集成

由于上位機(jī)控制平臺為自主研發(fā)設(shè)計，可與自主研發(fā)的庫存管理系統(tǒng)相結(jié)合，完成與廠級信息系統(tǒng)的集成。庫存管理系統(tǒng)可以接收來自廠級信息系統(tǒng)的出入庫指令。管理員也可以在庫存管理系統(tǒng)中編制物品的出入庫單據(jù)。庫存管理系統(tǒng)通過解析指令中的目標(biāo)貨位信息、出入庫動作信息得到相應(yīng)的設(shè)備號、托盤號、行號、列號、格號，以及托盤出/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、目標(biāo)托盤號以及貨位指示機(jī)構(gòu)需要指示的位置狀態(tài)如行號、列號、格號。下位控制系統(tǒng)PLC聯(lián)合設(shè)備運(yùn)動機(jī)構(gòu)完成托盤的出入、存取平臺的貨位指示，由此完成物品的出入庫操作。控制系統(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，由于多個操作平臺的設(shè)置，各操作平臺共享一個立體庫空間，共同擁有一套立體庫電氣控制系統(tǒng)和運(yùn)動結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)需要更加嚴(yán)密謹(jǐn)慎。控制系統(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。穿樓層立體庫設(shè)有多個操作平臺，各平臺面向獨(dú)立的使用部門，各使用部門管理立體庫內(nèi)存放的托盤單元以及主控制臺和子控制臺不同的功能設(shè)置。控制系統(tǒng)針對兩個平臺設(shè)置了系統(tǒng)管理員、管理員和操作員三級權(quán)限，同時針對使用部門、人員角色、部門設(shè)置了人員托盤權(quán)限判斷，即操作人員在某個平臺進(jìn)行設(shè)備操作以及托盤出入庫操作時需要具備相應(yīng)的權(quán)限才能繼續(xù)操作。

（2）平臺互鎖及任務(wù)隊列。各操作平臺共享一個立體庫空間，因此在其中一個操作平臺進(jìn)行設(shè)備操作時，其余操作平臺系統(tǒng)會自動鎖定界面，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)隊列，系統(tǒng)將在設(shè)備空閑時依次執(zhí)行任務(wù)隊列中的動作指令，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作的自動化，節(jié)省操作員的出入庫等待時間。

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

（4）數(shù)據(jù)一致性維護(hù)。多個操作平臺的存在對立體庫的托盤數(shù)據(jù)維護(hù)提出新的要求。各控制系統(tǒng)讀寫訪問位于服務(wù)器上的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，以保證數(shù)據(jù)的一致性。此外，控制系統(tǒng)在進(jìn)行托盤出入庫操作時需進(jìn)行托盤參數(shù)的校驗(yàn)：各操作平臺上存在的托盤數(shù)和立體庫內(nèi)存放的托盤數(shù)總和應(yīng)等于立體庫托盤總數(shù)。控制系統(tǒng)需要通過位于操作平臺上的傳感器及PLC存儲區(qū)里維護(hù)的平臺狀態(tài)綜合判斷操作平臺上存放托盤的狀態(tài)。托盤參數(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

本文穿樓層立體庫的上位機(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，至今沒有出現(xiàn)托盤數(shù)據(jù)丟失、托盤走錯平臺或指令執(zhí)行錯誤等控制系統(tǒng)方面問題。

穿樓層立體庫的設(shè)計實(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實(shí)現(xiàn)思路。在寸土寸金的當(dāng)今社會，可以充分利用建筑高度，在最小占地面積上實(shí)現(xiàn)最大的存儲空間，有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化自動庫房的集中建設(shè)。此外，自主研發(fā)設(shè)計的上位機(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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