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    自动化立体仓库管理与监控系统探讨

      信息来源:   发布时间:2021-08-30  点击数:

    1 自动化立体仓库监控系统问题与现状

    近些年来, 自动化立体仓库应用越来越加广泛, 从上世纪60年代开始, 我国已经开始自动化立体仓库的建设, 仓储物流技术得到普遍重视。监控系统是自动化立体的重要组成部分, 是自动化立体仓库管理、监控功能实现的主要基础, 处于上位管理级和下位控制级之间, 对自动化立体仓库运行的可靠性、安全性有着重要影响。

    在自动化立体仓库监控系统中, 国外应用的大多是成熟组态软件设计的, 比如德国西门子Win CC、美国Wonderware公司In Tou等, 虽然存在复杂程序脚本易死机的不足, 但其界面较为美观, 可以实现对出入库等的实时监控。

    就我国自动化立体仓库现状来看, 在技术研究、设备开发等方面已经有了长足进步, 但是受传统的重生产、轻流通观念限制, 自动化立体仓库监控系统方面发展较为缓慢, 远远落后于国外先进水平, 对自动化立体仓库管理水平的提升造成了阻碍。

    在现代社会经济发展中, 物流越来越频繁, 对经济发展的影响越来越大, 自动化立体仓库系统作为一种先进物流技术, 提高系统运行水平十分重要。监控系统作为自动化立体仓库系统的重要组成部分, 加强对监控系统的研究, 改进当前监控系统的不足, 有着重要现实意义。

    本文就针对自动化立体仓库监控系统实时性差的问题, 通过分析监控系统的需求、功能, 利用仿真和组态软件, 设计三维可视、实时监控的监控系统。

    2 自动化立体仓库三维可视化监控系统设计

    2.1 监控系统的需求与功能

    在自动化立体仓库三维可视监控系统设计开始之前, 必须对其需求与功能加以了解, 才能保证设计的监控系统符合实际情况, 具有实用性, 这也是系统建模的重要依据。自动化立体仓库监控系统的需求与功能主要包括五个方面, 分别是:

    (1) 安全登录, 是系统运行安全稳定的基本保障, 通过在登录系统中设置账号、密码和等级权限, 预防无关人员登录操作。 (2) 监控主界面, 是自动化立体所有活动的展示平台, 也是整个监控系统的核心所在, 可以直接观察、了解仓库的出入库状态、叉车位置等情况。 (3) 实时趋势图, 是反应立体仓库货物动态变化情况的重要途径, 多使用曲线图, 对货物信息的查询、管理有着重要作用。 (4) 系统报警, 主要是针对仓库运行过程中发生的故障问题, 发出报警信息, 提高故障排除效率, 包括系统报警日志、汇总窗口等。 (5) 报表生成, 是立体仓库生产管理的重要工具, 记录着生产过程中的各种数据, 对生产状况查询、管理决策等有着重要作用, 存储格式需要根据接口模式来选择, 多为ODBC或DBF。以仿真软件和组态软件为基础, 自动化立体仓监控系统功能的实现如图1所示。

    图1 监控系统功能设计图

    图1 监控系统功能设计图   下载原图


    2.2 基于仿真软件的三维监控

    仿真软件是一种重要的优化方法, 是通过对系统方案的模拟仿真, 来验证其合理性、科学性, 从中选择最佳的方案。对于自动化立体仓库监控系统而言, 仿真的结构由硬件PLC、软件RSTest Stand仿真平台两部分, 前者负责采集现场数据、逻辑控制设备, 后者负责模拟仿真设备和执行过程, 两者间以RSLinx通信软件实现数据传输, 具体如图2。

    图2 仿真监控系统数据传输示意图

    图2 仿真监控系统数据传输示意图   下载原图


    在仿真软件的监控三维可视化开发中, 其方法步骤如下:

    首先, 工程创建。在仿真软件RSTest Stand中, 找到File→New, 建立新的项目, 定名litiku并选择硬盘存储途径, 为其它项目文件、组间提供存储位置。

    其次, 组态通信建立。在RSTest Stand与控制器之间, 本设计采取OPC服务器通信方式, 采取的RSLinx, 客户端是RSTest Stand, 彼此间可以进行点对点通信。在通信服务器建立中, 打开RSLinx软件, 点击菜单栏中的DDE/OPC→Topic Configuration选项, 在Topic List中建立新主题, 定名litiku_topic, 然后, 从数据源窗口中, 选择处理器模块, 确定通信处理器MicroLogix1500与litiku_topic间通信, 最后, 点击Apply项, 就可以建立OPC服务器。在服务器建立之后, 从RSTest Stand菜单栏的查看选项中, 依次打开工程属性、属性编辑器、通信项、浏览有效服务器项后, 选择RSLinx Classic OPC Server, 点击确定后, 就可以完成系统服务器、客户端的配置与连接, 以保证上位仿真机能够实现对底层PLC数据的采集。

    第三, 设备资源创建。在项目创建和通信配置完成后, 需要进行系统仿真环节, 此时, 就必须创新设备资源, 满足仿真系统需求, 使其能够完成执行过程。设备资源的创新有两种方式, 一是利用软件自带的设备资源库;二是用户自定义, 本文采取的是第二种方式, 其方法是:从项目模型的litiku文件夹中选择New Resource, 双击显示资源属性对话框, 设置新资源名称、类别, 即可得到新建设备资源。

    第四, 资源变量定义。在设备资源中, 各个资源都有其特有的变量, 其作用包括连接和流程图编写两方面。在变量连接中, 有内部连接和外部连接两类, 前者是资源变量之间的互相连接, 使变量间可以相互作用;后者是资源变量与PLC变量标签的连接, 实现仿真软件与PLC间数据相互传输。在设备资源变量定义中, 依次点击Variables、Add Variable, 就对变量添加了新标签, 设置标签的名字、类型和初始值等, 用Connections、Tag分别表示内、外部连接。

    第五, 流程图编写。设备资源本身与变量定义都无法使其具备属性, 比如传感器资源本身是没有检测功能的, 需要通过流程图编写来完善。在流程图编写中, 先右击选定需要编写的资源, 选定Logic View后打开流程图编辑器, 从工具栏中选定流程图编辑元素, 填入相应的程序语句, 即可得到需要的流程图。

    第六, 三维模型创建。通过点击菜单栏Scence→New Scence新建三维场景;然后, 从图形库中选择图形后将其拖拽到视图中, 双击图形后对图形位置、大小、颜色等进行设置, 构建出立体仓库的虚拟模型, 如图3所示。

    图3 立体仓库虚拟三维模型

    图3 立体仓库虚拟三维模型   下载原图


    第七, 变量控制建立。三维场景中建立的立体仓库虚拟模型在初始是静态的, 为了反映仓库动态执行过程、现场情况, 就需要建立变量控制, 也就是把图形属性与对应资源变量关联起来, 具体方法是:右键点击目标图形, 选择Object→Variable Controls, 显示变量控制对话框, 根据对话框右边的图形属性, 将对应的资源变量拖拽到控制目标图形属性上。

    最后, 操作平台建立与仿真调试。创建新的空操作台, 点击litiku文件夹New Operator Consoles项, 将新建空操作台引入其中, 再把仿真软件中的指示灯、按钮等操作台设备拖拽添加到操作台上, 即可完成操作台建立;通过点击操作台仿真按钮, 仿真软件就会模拟仓库运行过程, 观察运行效果, 对于不理想情况可以通过编辑状态修改来更正, 也可以根据用户自身需求, 对参数进行修改, 从而改变立体仓库中相关系统设备运行情况。

    2.3 基于组态软件的功能设计

    组态监控系统包括三个组成部分, 分别是PLC控制器、组态软件和数据库, 控制器与组态软件间数据传输是通过RSLinx OPC服务器完成的。在组态软件基础上设计监控系统功能, 其方法步骤与仿真软件基本类似, 具体为:

    首先, 项目创建。使用组态软件RSView32, 点击File→New创建新项目, 名与存储与上述相同。

    其次, 组态通信。OPC服务器建立与上述完全相同, 都是通过RSLinx软件完成的。但客户端改为RSView32, 需要从其项目管理器System文件夹选择Node项, 在节点编辑器中命名为litiku_node, 选择OPC Server作为数据源, 服务器列表、类型、访问路径依次选择RSLinx Remote OPC Server、Local、litiku_topic, 实现上位机组态软件对底层PLC数据的采集。

    第三, 标签数据库。在RSView32的ystem文件夹中, 打开Tag Database, 得到编辑器, 点击Edit→New Folder, 创新标签文件夹, 保存、管理立体库监控系统相关模拟量、数字量标签。

    第四, 界面创建。直接调用RSView32自带图形或者使用直线、矩形等基本图形并填充颜色, 就可以创建出合适的界面, 具体过程是从Graphics文件夹中找到Display, 打开图形显示编辑器, 按上述方法进行界面创建。

    第五, 动画连接。动画连接是画面动作实现的步骤, 要关联图形元素与对应的标记变量, 当任务复杂时, 需通过VBA程序来完成, 动画连接的对话框中包括图形位置、颜色变化、填充以及可见、旋转等多方面属性。

    第六, 实时趋势图。创建保存Trend新画面, 在工具栏趋势图项中建立趋势图画面, 双击后得到对话框, 分别对横轴时间、纵轴数量、数据源以及画笔标签、线条颜色进行设置。

    第七, 报警设置。一是在标签数据库中新建报警标签, 设置等级、提示信息等;二是新建报警画面, 通过报警汇总按钮, 建立报警汇总信息表, 加入标签名称、报警等级和时间以及提示信息等;三是设置报警日志, 在对话框中设置保存时间、路径等。

    第八, 数据库连接。一是创建ODBC数据源, 以将数据记录存储到数据库中, 按照控制面板、管理工具、数据源顺序依次打开, 点击DNS→添加→Microsoft Access Driver, 加入新数据源;二是创建数据记录模型, 通过Data Log Setup的对话框, 设置存储格式、时间间隔与数据标签即可。

    3 结语

    在现代自动化立体仓库中, 对监控系统的要求越来越高, 实现监控系统三维可视、实时性是必然要求。对此, 本文通过利用仿真软件和组态系统, 研究了三维监控与监控功能实现的方法, 设计出三维可视化立体仓库监控系统, 为自动化立体仓库监控系统的改进提供借鉴。

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