企业现代化生产规模的不断扩大，使得仓库成为生产物流系统中的一个重要且不可缺少的环节。立体仓库具有最小的占地面积和最佳的空间利用率，不仅能够快速、高效、合理地存储各种产成品，而且在沟通物流信息、衔接产需、进行科学储备与生产经营决策的方面发挥着独特的作用。

立体仓库系统由于应用场合不同，具体的形式和配置可能差异很大。我国的自动化仓库大部分是与某个先进的生产流水线紧密相连，主要由单元式货架、堆垛起重机、自动导引小车、出入库输送机、状态检测器、控制计算机等部分组成，采用先进的计算机技术和控制技术，以及先进的管理思想，来实现仓库管理自动化和入出库作业的自动化。本文以某奶制品公司自动化立体仓库为基础，探讨系统的实施过程中监控调度系统的开发。

1  仓库设备简介

    该公司自动化立体仓库平面布局如图1所示。

    该仓库采用单元式货架，即货架沿仓库的宽度方向分为若干排，每2排货架为1组，其间有1条巷道，供堆垛机作业，在货架的两端设立入库台和出库台。入库端的码盘输送机用来码垛货品，分配小车负责把码好的载货托盘输送到入库巷道输送机上。堆垛机是可以三维运动的单立柱巷道式堆垛机，用途是将位于入库巷道输送机的载货托盘存入货格，或取出货格内的载货托盘运送至出库端输送机。叉车负责接走载货托盘出库装车。

图1  仓库平面布局示意图

2  立体仓库系统结构

    该立体仓库系统采用三级计算机分布式控制，如图2所示，即上位管理级、中位监控级和下位控制级。管理级对仓库中物品、货位和账目进行在线管理，优化仓库存储效率；监控级对通讯、流程进行控制，并进行实时图像显示；控制级是由可编程序控制器PLC组成的控制系统，控制设备执行各种操作，使仓库作业实现高度自动化。

图2  立体仓库系统组成结构

    从组成上它可以划分为四个子系统：仓储管理子系统、数据采集子系统、监控调度子系统、控制执行子系统。

    仓储管理子系统主要包括入库管理、库存管理、出库管理、质量控制、批次追踪、查询统计、系统管理等功能模块，可与上级ERP网络相连，成为它的一个子网，与ERP管理系统实现库存管理的数据共享。

    数据采集子系统是整个仓储管理过程中产品信息的第一直接来源，一般包括入库信息采集、出库发货确认、库存盘点三个部分。它通过RF射频识别技术和条形码技术高速采集大量数据，最大限度减少手工录入，确保库存量的准确性。

    监控调度子系统是实现仓储作业自动化、智能化的核心系统，它负责管理调度仓储物流信息系统的作业队列，按运行时间最短、作业间的合理配合等原则对作业的先后顺序进行优化组合排队，并把作业队列解析为自动化仓储设备的指令队列，根据设备的运行状况指挥协调设备的运行；同时以动态仿真人机交互界面监控自动化仓储设备的运行状况。

    控制执行子系统以PLC为中心，接收来自上位机的任务信息，采集各物流设备传感系统的信息，通过PLC的控制软件，控制PLC的输出，达到控制物流设备各机构的运动，实现物流作业的正确执行；并向上位机发送堆垛机等设备的实时状态信息，以实现对物流设备的实时监控功能。

3  监控调度系统配置及功能实现

3.1  系统配置

    自动化立体仓库监控调度软件系统，主要完成以下几项工作：与上位企业网管理系统进行通信，共享仓库基本数据；与下位执行设备进行通信，控制设备的运行；对系统中的各种运作设备的状态进行实时监视；根据仓库中设备的具体布置情况及当前状态对各个出入库任务进行调度。故该立体仓库网络平台包括两大部分：基于快速以太网技术的信息管理局域网络和基于现场总线Profibus技术的工业控制网络，如图3所示。

图3  立体仓库监控系统硬件配置图

    在本方案中，管理子系统计算机网络是由数据库与网络服务器、管理计算机、监控计算机和出入库终端组成的一个星型局域网，立体仓库的所有管理信息通过该网络在系统各站点间传递。控制子系统采用西门子公司生产的带Profibus-DP接口的CPU315-2 DP处理器作为主站，直接挂接主Profibus-DP总线，连接堆垛机PLC、触摸屏、分布式I/O从站等设备；配以CP342-5通信模块，连接由三个分配小车组成的子Profibus-DP总线网；配以CP343-1通讯模块，将各个子系统的PLC通过工业以太网连接到上位管理、监控计算机系统。在监控计算机的插槽中插入以太网卡，配以S7-OPC Server接口软件包，就可以对各个控制子系统进行数据采集和编制监控画面等。

3.2  通信接口实现

    自动化立体仓库中，管理机与监控机、监控机与现场设备之间，任务指令的下达以及状态信息的反馈，都需要通信。上下位系统通讯接口如图4所示。上位监控调度程序作为OPC接口中的客户端，通过访问OPC服务端程序，实现对硬件设备的操控。

图4  上下位系统以OPC方式通讯

    OPC（OLE for Process Control）是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用，它提供了一种使系统以标准的方式从数据源获取数据，并传送给各客户应用程序的机制。OPC数据存取服务器主要由服务器对象、组对象和项对象组成，OPC服务器对象维护有关服务器的信息并作为OPC组对象的包容器，可动态地创建或释放组对象；而OPC组对象除了维护有关其自身的信息，还提供了包容OPC项的机制，逻辑上管理OPC项；OPC项则表示了与数据源的连接。OPC服务器总是按照一定的刷新频率通过相应驱动程序访问各个硬件设备，将现场数据送入数据存储区，成为内存数据。上位系统作为OPC Client，只要读取到OPC项就可以读取到设备信息；如果OPC Client对OPC项进行修改，收到OPC项的变化，就向控制系统发送相应命令对设备进行操作。OPC客户和OPC服务器以同步或异步方式进行数据交互，解决了上下位系统的协调动作问题，使管理命令能正确地转换成控制指令，并且把仓库的入出库操作的完成情况及时地反馈到管理系统中，实现了系统闭环。

3.3  监控调度软件设计

图5  任务调度主程序流程图

    来自管理系统的入出库等作业，必须经过任务调度程序解析成为各仓储设备能够执行的指令队列，再根据设备的运行状况以及任务优先级原则指挥协调各设备的执行。任务调度主程序流程图如图5所示。由于该仓库为生产线服务，故入库任务优先执行，根据生成任务的先后顺序，每条入/出库作业具有唯一任务号，通过任务号进行分配小车与堆垛机间的任务传递，当同一任务号的各设备都完成任务时，整条入/出库作业才算完成。各设备的指令有4种执行状态：未执行表示还不具备可以执行的条件；待执行表示设备空闲后可以立即执行的指令；正执行表示正在执行的指令；已完成表示指令执行完毕。几种状态顺序转换控制设备完成任务。

    系统使用全程监控，实时调度的方式，实现了物流系统中的管理层与控制层的无缝连接。管理层从任务的开始不再给控制层下达固定的任务，而是根据任务的执行情况以及控制层实时上报的设备状态，来适时修改任务目的地址，这样使得管理层可以在最大程度上避免任务的错误出现，从而极大地提高了系统的可靠性和高效性。并且由于建立了标准的信息服务器，使得通讯速率大大提高，解决了实时控制的通讯量太大的问题。

4  结语

    监控调度系统是自动化立体仓库的信息枢纽，在整个自动化管理控制系统中起着承上启下的桥梁作用。本文对某立体仓库监控调度系统的硬件配置与软件设计进行分析研究，并给出了一种利用OPC技术将控制系统与企业信息系统进行融合的方法，在实际应用中取得了良好的效果。