自动化立体仓库AS/RS是现代物流技术的核心, 结构复杂, 管理困难, 传统仓库管理对管理技术人员的素质要求较高, 必须经过专门培训, 且效率低下, 管理数据亦不易保存, 传输慢, 易出错误;此外, 堆垛机的实时运行状况应做到安全可靠无故障, 人力维护势必造成维护费用的增加, 因此, 这就需要相应的管理与监控系统改变这一状况。

本文基于沈阳理工大学AS/RS教学平台, 针对其管理与监控系统进行了研究。自动化立体仓库系统的结构在不同企业和行业具有不同的特点, 但在功能层次看, 将自动化立体仓库系统分为3个层次:管理层、监控层、执行层, 如图1所示。管理层是自动化仓储系统的中枢, 接受上级系统 (生产系统、销售系统) 的指令, 管理库存、入库和出库等;监控层接受来自管理层的指令, 控制物流设备完成指令所规定的任务, 实时监控物流系统的状态, 将监控到的信息反馈到管理层, 为管理层调度决策提供参考;执行层接受控制层的指令, 控制设备执行各种操作。通过管理层、监控层与执行层的协调工作, 以满足现代物流仓储技术发展的需要。

图1 AS/RS功能层次划分  下载原图

AS/RS管理层是自动化仓储系统的中枢, 其研究开发应用到两个开发环境, 后台使用SQL Server 2005作为数据管理平台开发数据库, 前台使用可视化编程软件Visual Basic 6.0开发人机界面。

对AS/RS整个系统涉及到的信息和数据的管理, 需要一个数据库来进行存储处理。数据库所存储的数据是管理层处理信息和制定决策的依据。应用SQL Server 2005开发AS/RS管理层数据库分为6各阶段:需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施和数据库运行与维护。需求分析阶段对处理的数据和操作进行分析, 处理数据如货品出入库记录、借还记录、故障记录、库存等, 处理的操作有添加、删除、修改、查询等;概念结构设计对信息分析和定义:确定系统的实体类型 (如货品、客户、货位及设备等) 和各实体和联系的属性 (如:货品、货品类型、名称、规格、单位等) , 各个实体间关系E-R图如图2所示:

图2 各个实体间关系E-R图  下载原图

逻辑结构设计中, 根据DBMS的特征把概念结构转换成相应的逻辑结构, 把概念结构的E-R图转换成关系模型。根据需求分析和系统组成模块, 数据库设计由各表组成:用户权限表、采购入/出库表、仓库报损表、仓库借还表、货品管理表、计量单位表、生产出/入库表等;根据逻辑结构设计分析, 进行物理结构设计, 建立所述上表, 如图3所示。此后, 是对数据库的实施、运行和维护, 即建立数据库, 编制与调试应用程序, 组织数据入库, 进行试运行, 对数据库进行评价、调整与修改。

根据需求和功能分析, 并结合教学平台实际情况, 构建仓库基础资料模块、仓库管理模块、仓库查询模块、数据操作模块、系统设置模块、监控模块等, 组成模块总图如图4所示。其中, 仓库基础资料模块是仓库的基本信息, 包括货物的计量单位, 例如箱、个、桶等, 货物单位名称、货品类别、仓库结存;仓库管理模块用于更新货品的信息, 实现货品出入库, 仓库借还, 仓库报损, 及仓库盘点的功能, 并能实现添加、删除、单据打印等;仓库查询模块可对仓库的货品出入库、借还、报损、报警 (库存) 进行查询, 并能打印查询单据报表;数据操作模块可以备份数据和数据清空;系统设置模块用于使用该系统的操作人员, 设置用户及密码, 并分别赋予不同的权限, 这样不同的操作人员登录管理系统具有不同的权限, 也可在此模块退出系统;监控模块是一个切换模块, 单击“监控”菜单, 将会切换到Win CC监控界面。

图3 在SQL SERVER 2005中创建的数据库及各表  下载原图

图4 AS/RS管理组成模块总图  下载原图

根据组成模块总图, 分析各个模块功能, 利用可视化编程软件VB建立管理层人机界面, 如图5所示, 作为管理客户端, 负责人机交互实现各项功能并操纵数据库。

图5 AS/RS管理界面  下载原图

监控层作为AS/RS的安全保障部分起着无可替代的作用。监控层的主要作用体现在实现和控制作业的指令下发, 实时地监视堆垛机的位置、工作状态、报警状态以及载货台上的变化, 与下位执行设备进行通讯, 控制设备运行等。监控组态软件Win CC是面向监控与数据采集的软件平台工具, 具有丰富的设置项目、人机图形界面、实时数据库、实时控制、数据采集、通信及网络、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持的特点。以组态软件Win CC编写监控系统需把所有I/O点的参数收集齐全, 以备在监控组态软件Win CC和PLC组态时使用, 要弄清楚所有使用的I/O设备的生产商、种类、类型及通信协议等, 以便在定义I/O设备时做出准备选择;然后在项目工程中, 根据现场实际情况绘制、设计画面结构和草图, 创建图形画面, 绘制各个现场设备;根据所使用的I/O设备具体情况选择正确的驱动, 并设置好各个通讯参数;构建数据库和变量, 选择合适的数据类型;建立动画链接, 将操作画面的图像对象和定义的变量建立动画链接关系, 规定动画属性和幅度;最后运行调试, 对AS/RS的实时监控, 保障堆垛机的可靠运行。AS/RS监控主画面与运行状态详细显示如图6和图7。

图6 AS/RS监控主画面  下载原图

图7 堆垛机运行状态详细显示监控画面  下载原图

AS/RS监控画面显示各个堆垛机的实时使用状况, 例如水平运行距离、垂直运行距离、堆垛机的位置、货叉的情况;显示堆垛机的工作方式、作业类型、作业地址、托盘号、当前位置及作业运行情况等, 保证堆垛机运行精确度, 防止碰撞、错货, 及时发现报警、故障等, 使整个立体库运行安全、高效。

监控层中的Win CC监控系统与管理层的管理系统之间存在着部分数据的传输。要实现由管理层自动调度仓库的存取就必须要使管理层和监控层数据交换保持一致, 监控层中每个变化了的数据都要及时传给管理层上, 反过来仓库管理层要把各种操作命令经过处理再传给监控层;再由监控层中的Win CC传到现场的PLC执行各种仓库操作。为了实现两台计算机之间的数据传输, 在监控层和管理层上都需安装Win CC监控软件, 以监控层作为主机, 管理层作为客户机, 主/客机的Win CC之间通过OPC通道进行通讯。在主机上建立需要传输的变量, 这些变量用于处理从主Win CC到从Win CC通过OPC的交换数据, 主机中的Win CC作为OPC服务器;当主机Win CC激活后, 在客户机上的Win CC项目中添加OPC通道, 通过OPC条目管理器访问0PC服务器来组态的多个所需变量, 这样当主/客机的Win CC项目都被激活后, 需要传输的数据会自动随之而变化。此外, 客户机与服务器的通讯采用服务器上的Win CC.Cllent与Win CC.Server上的Win CC内部集成的OPC互相通讯的方式, 而客户机上的Visual Basic与本机上的Win CC.Client的通讯则是通过在VB中开发OPC客户端程序实现的。

本文通过数据库的建立、监控系统的构建、人机界面的开发及各部分的通讯, 对AS/RS管理与监控进行了研究, 实现了计算机对AS/RS的实时控制, 提高了对立体仓库的管理水平与工作效率。