接俊龍 陳超 丁健

摘 要：文章基于Thingworx工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、貨物出入庫(kù)信息實(shí)時(shí)登記與顯示、庫(kù)存狀態(tài)自動(dòng)更新等功能，系統(tǒng)具有開(kāi)放性好，集成度高和功能完善的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：Thingworx;工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái);遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng);立體倉(cāng)庫(kù)

0 引言

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是智能工廠和現(xiàn)代物流體系中的重要設(shè)備，使用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)能有效節(jié)省占地空間和降低企業(yè)成本[1]。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)一般由貨架、堆垛機(jī)、出入庫(kù)系統(tǒng)和輸送線等組成。目前，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在食品加工、電子器件制造和機(jī)場(chǎng)物流等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用[2]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，物流需求對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化程度要求越來(lái)越高。遠(yuǎn)程監(jiān)控借助于現(xiàn)代傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)可以進(jìn)行遠(yuǎn)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(tái)開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控界面[4]，通過(guò)數(shù)據(jù)采集層連接立體倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集、存儲(chǔ)和更新，該系統(tǒng)具有廣泛應(yīng)用前景和推廣價(jià)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(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)為載體來(lái)設(shè)計(jì)監(jiān)控界面和實(shí)現(xiàn)各類(lèi)管理功能，同時(shí)基于遠(yuǎn)程服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。云端服務(wù)層主要包括客戶(hù)端、遠(yuǎn)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(fù)責(zé)各類(lèi)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(jī)和PLC監(jiān)控模塊。

（3）設(shè)備層主要包括搬運(yùn)模塊、堆垛機(jī)模塊、出入庫(kù)模塊。搬運(yùn)模塊主要由搬運(yùn)機(jī)器人、氣動(dòng)模塊和紅外測(cè)距傳感器3部分組成，用于貨物出入庫(kù)時(shí)堆垛機(jī)和傳送帶間的搬運(yùn)。堆垛機(jī)模塊用于完成立體倉(cāng)庫(kù)貨物的取放任務(wù)。出入庫(kù)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(kù)傳送和信息交互。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 元件選型

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)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(shí)現(xiàn)的價(jià)值連接選項(xiàng)，便于啟動(dòng)智能互聯(lián)項(xiàng)目。工業(yè)交換機(jī)選用SF95D-08交換機(jī)，它具有8個(gè)RJ-45接口，轉(zhuǎn)發(fā)速度可達(dá)1.6Gbps，是一款交換能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)發(fā)速度快、功耗低、工作溫度范圍寬和抗干擾能力強(qiáng)的交換機(jī)。PLC監(jiān)控模塊選用Micro850控制器，具體型號(hào)為2080-LC50-48QBB，Micro850控制器可通過(guò)插件、擴(kuò)展I/O實(shí)現(xiàn)所需功能，可通過(guò)以太網(wǎng)、USB、串口端口進(jìn)行通信，是一款具有控制策略多樣、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)強(qiáng)和設(shè)計(jì)環(huán)境高度集成的控制器。

2.2 控制線路設(shè)計(jì)

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(jì)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(jī)水平軸的運(yùn)動(dòng)方向和絕對(duì)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(duì)位置的標(biāo)定點(diǎn)。同樣地，高速計(jì)數(shù)端口I-04和I-05接入三維堆垛機(jī)垂直軸的增量式光電編碼器的A，B相輸出端實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，將輸入端口I-13作為絕對(duì)位置的標(biāo)定點(diǎn)。高速計(jì)數(shù)端口I-06和I-07接入三維堆垛機(jī)取放軸的增量式光電編碼器的A，B相輸出端實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，將輸入端口I-14作為絕對(duì)位置的標(biāo)定點(diǎn)。高速計(jì)數(shù)端口I-08和I-09接入出入庫(kù)的傳送帶的增量式光電編碼器的A，B相輸出端實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，輸入端口I-15作為絕對(duì)位置的標(biāo)定點(diǎn)。輸入端口I-16接入872CT-NH4NP8-J10接近開(kāi)關(guān)的輸出端，固定在出入庫(kù)傳送帶的出庫(kù)位置，用作貨物出庫(kù)成功標(biāo)志。

輸出端口O-00，O-03和O-06共同組成步進(jìn)驅(qū)動(dòng)組，控制著步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的脈沖輸出、方向輸出和使能輸出，進(jìn)而控制碼垛機(jī)的連桿運(yùn)動(dòng)。同樣由輸出端口O-01，O-04和O-07共同組成步進(jìn)驅(qū)動(dòng)組，控制碼垛機(jī)的主動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)。同樣由輸出端口O-02，O-05和O-08共同組成步進(jìn)驅(qū)動(dòng)組，控制碼垛機(jī)的腰部運(yùn)動(dòng)。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(guò)控制輸出端口O-10的開(kāi)閉控制氣源的開(kāi)閉，進(jìn)而控制氣動(dòng)吸盤(pán)搬運(yùn)貨物。

3 出入庫(kù)功能設(shè)計(jì)

圖3（a）為貨物入庫(kù)流程圖。當(dāng)條形碼掃描儀掃描到貨物信息時(shí)，首先進(jìn)行確定倉(cāng)庫(kù)內(nèi)有無(wú)倉(cāng)位，若無(wú)倉(cāng)位則退回貨物，若有倉(cāng)位則將貨物條形碼數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。Azure云平臺(tái)通過(guò)上傳的條形碼數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)查詢(xún)功能在大數(shù)據(jù)條形碼信息庫(kù)內(nèi)進(jìn)行查詢(xún)所入貨物的具體信息，并將貨物具體信息暫時(shí)存儲(chǔ)到ThingWorx服務(wù)器中。ThingWorx服務(wù)器根據(jù)剩余倉(cāng)位為所入貨物進(jìn)行分配具體倉(cāng)位，并將入庫(kù)信號(hào)下放到數(shù)據(jù)采集層，控制系統(tǒng)進(jìn)行入庫(kù)流程。當(dāng)堆垛機(jī)上的入庫(kù)成功傳感器檢測(cè)到入庫(kù)成功時(shí)，將ThingWorx服務(wù)器暫存的貨物信息存儲(chǔ)到倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)表中，剩余貨倉(cāng)數(shù)減一。若長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)檢測(cè)到入庫(kù)成功，則發(fā)出報(bào)警并記錄。

圖3（b）為貨物出庫(kù)流程圖。當(dāng)某客戶(hù)端進(jìn)行出庫(kù)操作時(shí)，首先進(jìn)行出庫(kù)貨物信息檢索，根據(jù)檢索結(jié)果確定最終出庫(kù)貨物，ThingWorx服務(wù)器將出庫(kù)信號(hào)和貨物出庫(kù)位置下放到數(shù)據(jù)采集層，控制系統(tǒng)進(jìn)行出庫(kù)流程。當(dāng)傳送帶上的出庫(kù)成功傳感器檢測(cè)到出庫(kù)成功時(shí)，將ThingWorx服務(wù)器貨物信息清除，剩余貨倉(cāng)數(shù)加一。若長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)檢測(cè)到出庫(kù)成功，則發(fā)出報(bào)警并記錄。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)一種基于Thingworx的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)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(diǎn)是設(shè)備層的出入庫(kù)控制和云端服務(wù)層貨物出入庫(kù)信息實(shí)時(shí)登記和自動(dòng)更新，與傳統(tǒng)立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化程度不高和效率低的缺點(diǎn)，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(jià)值。

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（編輯 姚 鑫）