基于控制層的信息管理系統開發與應用

文/葉 瑋

一、前言

隨著新技術不斷發展，物流倉儲系統的智能化已逐步成為各行各業倉儲模式的主流趨勢，系統所具有的高效性、可靠性以及便捷性給制造業帶來的不僅是行業內系統智能化展示，而且也為企業帶來了巨大的經濟效益。現代智能倉儲物流技術也在不斷追求創新和提高，以滿足各行各業、各種規模大小的制造企業實際應用的不同需求。

信息管理系統主要服務于生產物料的管理，具有物流信息管理、物料信息管理、倉庫數據管理功能。而在整個智能倉儲系統中，傳統的信息管理系統基于現代計算機網絡與數據庫技術，構建在先進的工業控制網上，接收來自調度系統的指令，經過一系列邏輯處理后向工業控制層的控制系統下發命令，起著承上啟下的作用，是智能倉儲系統的數據信息存儲和處理中心。由于傳統信息管理系統自身強大的功能以及其在傳統智能倉儲系統中的核心地位，導致制造企業如果要引進該系統，前期會產生較大的資金投入，后期也需要配備較多專業人員進行維護，對于生產規模較小的制造企業來說，無疑會帶來很大負擔。

基于上述背景，為滿足中小型企業對智能倉儲系統的需求，進一步將智能倉儲系統推廣到更多領域，本文提出了一種基于控制層的信息管理系統，該系統具備傳統信息管理系統的基礎功能，能夠滿足中小型企業引入智能倉儲系統的基本需求，并且前期建設資金投入小，能夠有效為中小型企業減小資金壓力。由于系統數據全部由控制層中央處理器進行采集、分析和處理，所有數據維護由控制層管理人員通過現場人機界面直接完成，維護方便，維護成本低。所有系統數據通過控制層中央處理器進行分析處理，減少了控制層與信息層大量數據交互的工作。

二、信息管理系統理論模型分析

目前大部分系統采用條形碼對貨物和托盤對象進行跟蹤，如上文所述，信息管理系統構建在先進的工業控制網上，所有系統數據信息通過控制層中央處理器進行采集、分析和處理，這就要求控制層中央處理器具有快速的數據分析處理能力。本系統控制層中央處理器選用西門子SIMATIC S7-1500系列產品，由于系統數據信息存儲量較大，本系統考慮將最終系統數據存儲到Microsoft SQL Database（以下稱“SQL數據庫”）中，系統理論模型如圖1所示。

圖1 理論模型

貨物和托盤條碼數據通過條碼識別器進行采集，并將數據發送給中央處理器進行數據分析處理，待貨物送至碼垛系統完成碼垛后，將貨物條碼與托盤條碼進行綁定，便于后期系統維護時操作人員通過托盤條碼數據查詢托盤上的產品信息，已完成碼垛的貨物由中央處理器進行存儲位置分配，待貨物完成存儲后將該信息存儲到SQL數據庫中。至此，全部完成貨物由生產系統經物流輸送系統、碼垛系統最終進入立庫區的標準流程。

在貨物進入立庫區之前，所有條碼數據均需要控制層中央處理器進行處理和緩存。大量的條碼數據信息處理是該系統功能的核心和關鍵，由于來自不同生產線的貨物在進行碼垛時不能碼至同一托盤上，為了使貨物進入碼垛系統后能夠快速準確地進行區分是來自哪條生產線，需要在對條碼數據進行分類緩存處理，圖2和圖3分別列舉了常見的兩種緩存方式。

圖2 數據緩存方式一

圖3 數據緩存方式二

數據緩存方式一：將生產線編號和條碼數據信息進行綁定到一起，然后緩存至數據緩存區，該方式的優點在于無需創建多個緩存區，所有數據均存放到一個緩存區，貨物到達碼垛區后直接到該區域進行數據查找比對。

數據緩存方式二：按照生產線數量創建多個數據緩存區，每個生產線的條碼數據直接緩存到對應的區域，貨物到達碼垛區后需要從第一個緩存區開始進行數據查找比對，直到找到該條碼為止。

兩種緩存方式各自的優缺點，如表1所示。

表1 兩種緩存方式的優缺點比較

通過對兩種數據緩存方式優缺點的分析，結合本系統數據量大小，本文選取第二種方式進行數據處理。

三、控制層系統程序開發

程序開發使用西門子編程軟件TIA PORTAL V16，該軟件編程支持使用SCL編程語言，在對數據處理時較為方便。

1.數據緩存分區

條碼數據緩存區分5個區，分別對應5條生產線，每個區定義300個條碼存儲區，該數量根據系統大小進行調整，如圖4所示。

圖4 緩存區分區

2.條碼數據處理程序編寫

來自生產線的貨物，通過條碼獲取系統讀取條碼信息后發送至中央處理器，中央處理器將數據存儲到與生產線相對應的緩存區，并對緩存區已存儲條碼數量進行統計，該區域數據按照先入先出原則進行數據存取，如圖5。

圖5 條碼數據寫入緩存區程序

3.托盤數據寫入SQL數據庫程序

圖6為將完成碼垛的托盤數據寫入SQL數據庫的程序及參數配置。

圖6 寫入數據庫程序及參數配置

四、系統技術指標分析

該系統力求滿足中小型企業對智能倉儲系統的需求，應具備功能分析如下：

1.多生產線數據緩存功能

該系統采用多存儲區多通道壓棧方式對貨物條碼數據信息進行存儲，每個數據既包含貨物信息，還包含貨物生產機組信息以及進入該系統的時間等信息，便于系統對數據進行分析處理。

2.碼垛區數據自動篩選功能

物流輸送系統已進入碼垛系統貨物的數據信息自動刪除，信息刪除后，后續數據自動向前補充，保證系統在進行貨物分揀時能第一時間獲取當前貨物數據信息。貨物進入碼垛系統后，系統根據貨物條碼數據信息向碼垛機器人發送貨物箱型、碼垛工位等信息。此外，操作人員可通過現場人機界面實時查詢各通道緩存數據信息，對數據進行通道或生產機組篩選等操作。

3.緩存區數據智能統計功能

系統具備智能統計系統緩存區內數據量功能，貨物進入和出系統或者操作人員進行系統維護刪除緩存區數據后，系統自動更新緩存區數據并進行數量實時統計。

4.托盤數據寫入SQL數據庫功能

系統具備將已完成碼垛的托盤條碼以及托盤上貨物條碼綁定后寫入SQL數據庫的功能。

五、系統應用分析

該系統完成設計后成功投入到某藥企新建智能倉儲項目中，該藥企具有3條生產線，生產系統產量大約為270件/小時，通過1個碼垛機器人進行碼垛。在智能倉儲系統引入前，藥品采用人工叉車運輸和平庫堆放的方式，人力成本高，貨物存儲占地面積大，工作效率低。為降本增效，企業決定引入智能倉儲系統，但考慮到引入當前比較成熟的智能倉儲系統（具備生產信息層、控制層）前期資金壓力較大。通過綜合考慮，決定信息層基本功能由控制層實現，即本文提出的基于控制層的信息管理系統，這樣既滿足對系統的基本需求，也減少了企業前期的資金壓力。

醫藥行業藥品監管碼為20位條碼，通過藥監碼中數據能夠對不同批次的條碼進行分類，藥品進入輸送線獲取到條碼數據后可以將藥品和生產線號進行綁定，將綁定好的條碼存入緩存區并進行數量統計，這樣就能夠對多條生產線數據進行分類緩存。等藥品進入碼垛區機器人抓取工位后，系統通過不同的批次號和生產線號對藥品進行篩選，最終將同一批次、同一生產線號的產品碼垛至同一托盤。待托盤碼垛完成后，將托盤條碼和藥品條碼進行綁定并寫入SQL數據庫。

至此，完全實現了貨物從生產到存儲的智能化，系統所具備的功能均符合前期設計技術指標要求，也能夠滿足用戶對該系統的需求。系統自投入使用至今已有近三年，系統數據處理未出現異常，系統運行良好、運行穩定可靠，無需過多人為介入維護，系統操作簡單，得到用戶高度認可。

六、結論

本文提出的基于控制層的信息管理系統，具備傳統信息管理系統的基本功能，能夠滿足中小型企業引進智能倉儲系統的基本需求。并且，該系統前期建設資金投入相對較小，系統結構簡單，所有數據均在系統控制層中央處理器進行分析、處理和存儲，避開傳統框架中控制層與信息管理層大量數據交互帶來的不便，后期操作便捷，維護簡單，有利于客戶快速掌握和適應智能倉儲系統為生產帶來的經濟性、可靠性。通過項目中的實際應用表明，該系統能夠滿足中小型企業對智能倉儲系統的基本需求，系統運行穩定可靠，操作簡便，實用性強。