基于OPC架構電力自動化立體倉庫數據采集及應用

卞生華 杜躍雷 劉鑫

摘?要：本文結合電力立體自動化倉庫數據采集及應用為例，介紹了基于OPC架構電力自動化立體倉庫上架、下架、盤點、硬件設備報警等指令下達、報警數據采集及應用系統的結構和具體實現方法、數據采集方式、訪問接口，使用OPC接口與現場PLC進行通信數據采集，應用J2EE編程語言進行采集數據集成應用，為電力立體自動化倉庫運營管理提供數據基礎，為提高倉庫工作效率提供自動化、信息化手段。

關鍵詞：立體自動化倉庫;OPC協議;數據采集及應用

中圖分類號：TP274.2??文獻標識碼：A

1?概述

為了解決電力立體自動化倉庫設備協議多樣性給數據采集和數據集中應用帶來的難題，在電力立體自動化倉庫現場，通常會有PLC、堆垛機、RGV、輸送線、各類檢測傳感器、倉庫巡檢機器人、智能裁線車、AGV叉車等倉儲設備，給數據采集及應用帶來了諸多不便。OPC（OLE?for?process?control）是為了解決庫內不同設備生產廠商和倉庫控制系統（WCS）、倉庫自動管理系統（AWMS）、設備故障采集系統、智能設備應用系統等應用程序之間的標準化接口。本文主要研究OPC架構及協議在電力立體自動化倉庫系統中的應用，電力立體自動化倉庫上位機上運行倉庫控制系統，OPC服務器設在PLC或上位機上，采集電力立體自動化倉庫不同廠商軟硬系統的數據，同時研究了WCS和OPC服務器之間兩種通信方式：同步、異步，OPC訪問接口和訪問方式，電力立體自動化倉庫設備數據采集及應用。

2?OPC架構及技術

OPC是專門為工業自動化設備和應用程序之間提供的一個標準協議，主要用于解決庫內不同生產廠商設備、庫內管理系統、信息采集系統之間的數據交互問題[1]。OPC采用客戶/服務器模式，庫內設備生產廠家按照OPC協議要求開發訪問接口，OPC服務器通過定義地址標簽對應訪問設備接口，解決了庫內相關軟件、設備廠商的開發接口不一致的問題，提高了電力立體倉庫系統的集成開發效率和開發標準化，以及系統的開放性和可互操作性。OPC實際提供了一種標準的不同設備廠商、不同應用程序開發商之間數據訪問機制，各系統使用標準的方式從庫內不同廠商設備控制系統和管理系統、數據采集系統等進行數據交互，按照標準的接口提供相關應用程序使用。

OPC服務器通常支持兩種類型的訪問接口，它們分別為C#/J2EE和C++的編程語言提供不同訪問機制，這兩種接口是OPC自動化接口和OPC服務器自定義接口。OPC自動化接口是基于腳本編程語言而定義的標準接口，使用J2EE、C#等編程語言開發OPC服務器的客戶應用程序。自定義接口是專門為C#、J2EE等高級編程語言而制定的標準接口。OPC數據訪問規范是對設備控制數據、指令下達數據、設備報警數據等的接口進行標準化，使其在應用程序之間數據互訪時，具有開放性和一致性，確保庫內各種應用軟件能夠順利集成在一起[2]。OPC接口結構如圖1所示：

典型電力立體自動化倉庫數據采集及應用系統架構包括倉庫數據運營中心、通信網絡、庫內應用程序等三級物理結構，如圖2所示，基于電力立體自動化倉庫基礎自動化向信息化建設發展的原則，結合網絡通信、數據庫產品和建立一套先進的技術，符合電力行業立體自動化倉庫數據采集及應用系統。

3?數據訪問方式

OPC服務器緩沖區數據和庫內設備控制數據：通過OPC服務器程序以設定的速率不斷地同庫內各類設備進行數據交互。OPC服務器內有一個數據緩沖區，存有最新的數據。[3]庫內應用程序既可以從服務器緩沖區讀取數據，又可以直接從庫內物理設備讀取數據，但從庫內物理設備直接讀取數據速度會慢一些。

為簡化電力立體化自動倉儲控制系統，集成不同供應商的設備，以及上層AWMS（自動倉儲管理系統）、WMS（全省倉儲管理系統）、ERP等，本系統應用現場設備工具/設備類型管理，即FDT/DTM（Field?Device?Tool/Device?Type?Manager）和OPC?UA技術實現設備間的跨協議和跨平臺的數據共享，采用XML作為數據傳輸格式，電力立體化自動倉儲整個信息管理系統的核心部分是OPC?UA服務器/客戶端，它是所有設備數據和信息的來源，是實現設備遠程指揮、設備監控、故障報警等協同化工程服務的基礎[4]。

電力立體自動化倉儲的設備，如堆垛機、RGV、AGV、輸送線、安全門等都有專有的DIM（Device?Information?Model），通過DIM可以在FDT（Device?Type?Manager）元素和OPC?UA信息模型間建立一種映射關系，并進行定義。

4?數據采集及應用的實現

數據采集層是自動立體倉庫現場和上層管理、監控系統的連接通道，電力立體自動化倉庫安裝有OPC服務端軟件的計算機，對應不同的倉庫設備，數據采集通過OPC服務器從這些設備上獲取數據信息。OPC服務器與數據采集物理位置上的關系，提供了本地和遠程兩種連接方式[5]。

數據采集與處理，主要針對電力立體自動化倉庫內的各種模擬和數字量進行檢測、采樣和預處理，包括輸送線、堆垛機、入口測高和測寬傳感器、重量傳感器、巡檢機器人、燈光揀選、智能裁線機等設備，并以一定的數據格式輸出。為用戶提供翔實電力立體倉庫設備的數據，指導用戶指揮倉庫設備、分析倉庫設備的數據，實時了解倉庫設備的情況。

監測與報警，通過庫內監控系統獲取立體倉庫設備故障、報警數據，并將設備故障、報警數據顯示在監控界面上，對庫內設備異常情況實時報警和語音提示。

數據存儲，將AWMS任務指令下達數據、庫內物理設備故障與報警數據以及倉庫物理設備的運行信息存儲到關系數據庫，通過AWMS查詢這些相關歷史數據。

任務下達及設備控制，在數據采集、任務指令下達、監測與報警的基礎上，根據本地或遠程發送的對倉庫物理設備的控制命令，直接對倉庫物理設備進行控制，同時將倉庫設備運行信息的改變存儲到關系數據庫。

本文結合OPC、WEB等技術建立B/S模式電力立體自動化倉庫設備數據采集及管理應用系統，庫內物理設備數據采集需要獲取電力立體自動化倉庫設備層的實時數據，產生控制指令和任務下達指令，遠程的控制命令和任務下達指令通過網絡回傳給庫內物理設備，控制庫內物理設備的執行。通過OPC技術建立了標準的通信數據接口規范，使WCS可以高效、穩定地對倉庫物理設備進行數據存取操作，各系統應用軟件之間也可以靈活地進行信息交互，大大提高了控制系統、管理系統之間互操作性和適應性，B/S模式電力立體自動化倉庫設備數據控制及應用系統結構如圖4所示[6]。

該軟件設計與應用提供了一個適用于各類電力自動化立體倉庫的集成平臺，承接WCS和PLC之間的數據銜接，實現WCS模塊出入庫、盤點、理貨等任務的接收和下達，并把任務下達庫內PLC系統，以及PLC報警數據接收和展示，使其成為自動化立體數據傳遞的樞紐，具體功能如下：

結語

在進行系統設計中，結合電力立體自動化倉庫特點，對于庫內物理設備報警數據采用同步方式進行數據訪問，任務指令下達、庫內物理設備控制數據采用異步方式讀取PLC數據。庫內物理設備與PLC連接，PLC的OPC類型和標簽通過配置文件方式讀取。如果庫內增加新的物理設備，只需要庫內物理設備與PLC的連接，同時更改OPC讀取模塊配置文件，可以實現新設備的數據接入和訪問。

參考文獻：

[1]吳晗，成衛青.OPC技術在智能倉儲系統中的應用[J].計算機技術與發展，2021，31（07）.

[2]李勤，黨選舉.基于COM的OPC技術研究及其接口實現[J].電子技術應用，2003（02）：2834.

[3]夏建全主編.工業計算機控制技術原理與應用[M].北京：北京交通大學出版社，2006，09.

[4]毛新軍編著.面向主體的軟件開發[M].北京：清華大學出版社，2005，06.

[5]沈斌，齊黨進，樊留群，等.基于面向服務體系結構的制造企業協同化工程支持技術[J].計算機集成制造系統，2011，17（4）：876880.

[6]禹鑫燚，殷慧武，施甜峰，等.基于OPC?UA的工業設備數據采集系統[J].計算機科學，2020，47（S2）.

作者簡介：卞生華（1981—?），男，沈陽人，本科，遼寧電力能源發展集團有限公司技術總監，研究方向為項目管理及計算機技術應用;杜躍雷（1982—?），男，沈陽人，遼寧電力能源發展集團有限公司項目經理，研究方向為計算機軟件架構;劉鑫（1988—?），男，沈陽人，遼寧電力能源發展集團有限公司技術顧問，研究方向為計算機數據管理。