一種自動化立體倉庫遠程監控系統

接俊龍 陳超 丁健

摘 要：文章基于Thingworx工業物聯網平臺，設計一種自動化立體倉庫遠程監控系統。該系統由云端服務層、數據采集層和設備層3層組成，實現自動化立體倉庫設備遠程監控、貨物出入庫信息實時登記與顯示、庫存狀態自動更新等功能，系統具有開放性好，集成度高和功能完善的優點。

關鍵詞：Thingworx;工業物聯網平臺;遠程監控系統;立體倉庫

0 引言

自動化立體倉庫是智能工廠和現代物流體系中的重要設備，使用自動化立體倉庫能有效節省占地空間和降低企業成本[1]。自動化立體倉庫一般由貨架、堆垛機、出入庫系統和輸送線等組成。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中得到了廣泛應用[2]。隨著社會經濟的快速發展，物流需求對立體倉庫的自動化、網絡化和信息化程度要求越來越高。遠程監控借助于現代傳感技術、通信技術和計算機技術可以進行遠距離監控，能替代傳統人為監控方式，有效提高工作效率[3]。因此，本文基于Thingworx工業物聯網平臺開發遠程監控界面[4]，通過數據采集層連接立體倉庫現場設備，實現數據的快速采集、存儲和更新，該系統具有廣泛應用前景和推廣價值。

1 系統組成

該系統由云端服務層、數據采集層和設備層3層組成，如圖1所示。

（1）云端服務層以ThingWorx遠程監控平臺為載體來設計監控界面和實現各類管理功能，同時基于遠程服務器和數據服務器與數據采集層進行數據交互。云端服務層主要包括客戶端、遠程服務器和數據服務器。

（2）數據采集層在云端服務層和設備層之間起信息傳遞樞紐的作用，負責各類設備的數據交換、數據共享等任務，主要包括工業網關、工業交換機和PLC監控模塊。

（3）設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。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 硬件設計

2.1 元件選型

自動化立體倉庫數據采集層工業網關采用ThingWorx工業連接軟件，該軟件提供快速實現的價值連接選項，便于啟動智能互聯項目。工業交換機選用SF95D-08交換機，它具有8個RJ-45接口，轉發速度可達1.6Gbps，是一款交換能力強、轉發速度快、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實現所需功能，可通過以太網、USB、串口端口進行通信，是一款具有控制策略多樣、數據實時強和設計環境高度集成的控制器。

2.2 控制線路設計

PLC監控模塊輸入輸出接線原理如圖2所示。

Micro850控制器作為系統的數據監控設備，高速計數端口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相輸出端實現閉環控制，將輸入端口I-13作為絕對位置的標定點。高速計數端口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相輸出端實現閉環控制，將輸入端口I-14作為絕對位置的標定點。高速計數端口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相輸出端實現閉環控制，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共同組成步進驅動組，控制著步進驅動器的脈沖輸出、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據進行上傳。Azure云平臺通過上傳的條形碼數據通過數據查詢功能在大數據條形碼信息庫內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服務器中。ThingWorx服務器根據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據采集層，控制系統進行入庫流程。當堆垛機上的入庫成功傳感器檢測到入庫成功時，將ThingWorx服務器暫存的貨物信息存儲到倉庫存儲表中，剩余貨倉數減一。若長時間沒檢測到入庫成功，則發出報警并記錄。

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，根據檢索結果確定最終出庫貨物，ThingWorx服務器將出庫信號和貨物出庫位置下放到數據采集層，控制系統進行出庫流程。當傳送帶上的出庫成功傳感器檢測到出庫成功時，將ThingWorx服務器貨物信息清除，剩余貨倉數加一。若長時間沒檢測到出庫成功，則發出報警并記錄。

4 結語

本文設計一種基于Thingworx的自動化立體倉庫遠程監控系統，根據系統需求設計云端服務層、數據采集層和設備層三層架構，重點是設備層的出入庫控制和云端服務層貨物出入庫信息實時登記和自動更新，與傳統立體倉庫自動化程度不高和效率低的缺點，該系統集成度高、靈活性好，具有一定的應用前景和推廣價值。

[參考文獻]

[1]盧浩博，鄭勇.現代物流與自動化立體倉庫系統的構成探究[J].產業創新研究，2020（20）：119-120.

[2]牛怡婷，熊先青，袁瑩瑩，等.家具企業立體倉庫管理及關鍵技術研究[J].制造業自動化，2020（10）：13-16.

[3]趙建新.基于網絡的自動化設備遠程監控系統現場層設計與實現[J].科學技術創新，2020（34）：110-111.

[4]杜述喜，熊虎，張合禮.基于Thingworx平臺的汽車污染物排放檢測中抽檢車輛自動選取Web應用程序開發[J].汽車工藝與材料，2020（7）：1-6.

（編輯 姚 鑫）