一種自動化立體倉庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)

接俊龍 陳超 丁健

摘 要：文章基于Thingworx工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，設(shè)計一種自動化立體倉庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由云端服務(wù)層、數(shù)據(jù)采集層和設(shè)備層3層組成，實現(xiàn)自動化立體倉庫設(shè)備遠程監(jiān)控、貨物出入庫信息實時登記與顯示、庫存狀態(tài)自動更新等功能，系統(tǒng)具有開放性好，集成度高和功能完善的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：Thingworx;工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺;遠程監(jiān)控系統(tǒng);立體倉庫

0 引言

自動化立體倉庫是智能工廠和現(xiàn)代物流體系中的重要設(shè)備，使用自動化立體倉庫能有效節(jié)省占地空間和降低企業(yè)成本[1]。自動化立體倉庫一般由貨架、堆垛機、出入庫系統(tǒng)和輸送線等組成。目前，自動化立體倉庫在食品加工、電子器件制造和機場物流等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用[2]。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，物流需求對立體倉庫的自動化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化程度要求越來越高。遠程監(jiān)控借助于現(xiàn)代傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)可以進行遠距離監(jiān)控，能替代傳統(tǒng)人為監(jiān)控方式，有效提高工作效率[3]。因此，本文基于Thingworx工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)遠程監(jiān)控界面[4]，通過數(shù)據(jù)采集層連接立體倉庫現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集、存儲和更新，該系統(tǒng)具有廣泛應(yīng)用前景和推廣價值。

1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由云端服務(wù)層、數(shù)據(jù)采集層和設(shè)備層3層組成，如圖1所示。

（1）云端服務(wù)層以ThingWorx遠程監(jiān)控平臺為載體來設(shè)計監(jiān)控界面和實現(xiàn)各類管理功能，同時基于遠程服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集層進行數(shù)據(jù)交互。云端服務(wù)層主要包括客戶端、遠程服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器。

（2）數(shù)據(jù)采集層在云端服務(wù)層和設(shè)備層之間起信息傳遞樞紐的作用，負責各類設(shè)備的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)共享等任務(wù)，主要包括工業(yè)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)交換機和PLC監(jiān)控模塊。

（3）設(shè)備層主要包括搬運模塊、堆垛機模塊、出入庫模塊。搬運模塊主要由搬運機器人、氣動模塊和紅外測距傳感器3部分組成，用于貨物出入庫時堆垛機和傳送帶間的搬運。堆垛機模塊用于完成立體倉庫貨物的取放任務(wù)。出入庫模塊主要由條形碼掃描儀和貨物傳送帶兩部分組成，貨物出入庫傳送和信息交互。

2 硬件設(shè)計

2.1 元件選型

自動化立體倉庫數(shù)據(jù)采集層工業(yè)網(wǎng)關(guān)采用ThingWorx工業(yè)連接軟件，該軟件提供快速實現(xiàn)的價值連接選項，便于啟動智能互聯(lián)項目。工業(yè)交換機選用SF95D-08交換機，它具有8個RJ-45接口，轉(zhuǎn)發(fā)速度可達1.6Gbps，是一款交換能力強、轉(zhuǎn)發(fā)速度快、功耗低、工作溫度范圍寬和抗干擾能力強的交換機。PLC監(jiān)控模塊選用Micro850控制器，具體型號為2080-LC50-48QBB，Micro850控制器可通過插件、擴展I/O實現(xiàn)所需功能，可通過以太網(wǎng)、USB、串口端口進行通信，是一款具有控制策略多樣、數(shù)據(jù)實時強和設(shè)計環(huán)境高度集成的控制器。

2.2 控制線路設(shè)計

PLC監(jiān)控模塊輸入輸出接線原理如圖2所示。

Micro850控制器作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備，高速計數(shù)端口I-02和I-03分別接入增量式光電編碼器的A，B相輸出端，獲得三堆垛機水平軸的運動方向和絕對位置。輸入端口I-12接入固定位置的EE-SX672A光電傳感器作為絕對位置的標定點。同樣地，高速計數(shù)端口I-04和I-05接入三維堆垛機垂直軸的增量式光電編碼器的A，B相輸出端實現(xiàn)閉環(huán)控制，將輸入端口I-13作為絕對位置的標定點。高速計數(shù)端口I-06和I-07接入三維堆垛機取放軸的增量式光電編碼器的A，B相輸出端實現(xiàn)閉環(huán)控制，將輸入端口I-14作為絕對位置的標定點。高速計數(shù)端口I-08和I-09接入出入庫的傳送帶的增量式光電編碼器的A，B相輸出端實現(xiàn)閉環(huán)控制，輸入端口I-15作為絕對位置的標定點。輸入端口I-16接入872CT-NH4NP8-J10接近開關(guān)的輸出端，固定在出入庫傳送帶的出庫位置，用作貨物出庫成功標志。

輸出端口O-00，O-03和O-06共同組成步進驅(qū)動組，控制著步進驅(qū)動器的脈沖輸出、方向輸出和使能輸出，進而控制碼垛機的連桿運動。同樣由輸出端口O-01，O-04和O-07共同組成步進驅(qū)動組，控制碼垛機的主動臂運動。同樣由輸出端口O-02，O-05和O-08共同組成步進驅(qū)動組，控制碼垛機的腰部運動。其中，輸出端口O-10接4V210-06電磁閥線圈的24V端口，Micro850控制器通過控制輸出端口O-10的開閉控制氣源的開閉，進而控制氣動吸盤搬運貨物。

3 出入庫功能設(shè)計

圖3（a）為貨物入庫流程圖。當條形碼掃描儀掃描到貨物信息時，首先進行確定倉庫內(nèi)有無倉位，若無倉位則退回貨物，若有倉位則將貨物條形碼數(shù)據(jù)進行上傳。Azure云平臺通過上傳的條形碼數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)查詢功能在大數(shù)據(jù)條形碼信息庫內(nèi)進行查詢所入貨物的具體信息，并將貨物具體信息暫時存儲到ThingWorx服務(wù)器中。ThingWorx服務(wù)器根據(jù)剩余倉位為所入貨物進行分配具體倉位，并將入庫信號下放到數(shù)據(jù)采集層，控制系統(tǒng)進行入庫流程。當堆垛機上的入庫成功傳感器檢測到入庫成功時，將ThingWorx服務(wù)器暫存的貨物信息存儲到倉庫存儲表中，剩余貨倉數(shù)減一。若長時間沒檢測到入庫成功，則發(fā)出報警并記錄。

圖3（b）為貨物出庫流程圖。當某客戶端進行出庫操作時，首先進行出庫貨物信息檢索，根據(jù)檢索結(jié)果確定最終出庫貨物，ThingWorx服務(wù)器將出庫信號和貨物出庫位置下放到數(shù)據(jù)采集層，控制系統(tǒng)進行出庫流程。當傳送帶上的出庫成功傳感器檢測到出庫成功時，將ThingWorx服務(wù)器貨物信息清除，剩余貨倉數(shù)加一。若長時間沒檢測到出庫成功，則發(fā)出報警并記錄。

4 結(jié)語

本文設(shè)計一種基于Thingworx的自動化立體倉庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計云端服務(wù)層、數(shù)據(jù)采集層和設(shè)備層三層架構(gòu)，重點是設(shè)備層的出入庫控制和云端服務(wù)層貨物出入庫信息實時登記和自動更新，與傳統(tǒng)立體倉庫自動化程度不高和效率低的缺點，該系統(tǒng)集成度高、靈活性好，具有一定的應(yīng)用前景和推廣價值。

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（編輯 姚 鑫）