基于OPC架構的電力自動化立體倉庫系統管理及控制研究

摘 ?要：文章所要研究的電力自動化立體倉庫核心問題即是多設備多系統多數據源數據交互問題，硬件設備基于OPC方式進行數據集成，系統采用RESTful接口服務方式與WCS、電力智慧供應鏈運營決策中心進行數據交換和共享，縮減傳統SOAP服務方式復雜的XML格式化命令和較多的數據傳輸選項。最后通過A-WMS部分設計展示功能，驗證電力自動化立體倉庫設備之間高效、靈活的數據采集及讀寫任務，較好地實現了立庫各類設備的數據信息管理與控制。

關鍵詞：電力自動化立體倉庫；OPC協議；RESTful；數據交互

中圖分類號：TP315 ? ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：2096-4706（2023）14-0038-04

Research on Management and Control of Electric Power Automation Stereoscopic Warehouse System Based on OPC Architecture

MAO Hui

（Materials Branch of State Grid Liaoning Electric Power Co.， Ltd.， Shenyang ?110004， China）

Abstract： The core issue of the power automation stereoscopic warehouse that this paper aims to study is the problem of data interaction among multiple devices， multiple systems， and multiple data sources. Hardware devices integrate data based on OPC mode， and the system uses RESTful interface services to exchange and share data with WCS and the power smart supply chain operation decision-making center， reducing the complex XML formatting commands and many data transmission options of traditional SOAP service methods. Finally， display function is designed through the A-WMS part， verify the efficient and flexible data acquisition and reading and writing tasks among the power automation stereoscopic warehouse equipments， and better realize the data information management and control of all kinds of equipments in the stereoscopic warehouse.

Keywords： electric power automation stereoscopic warehouse; OPC protocol; RESTful; data interaction

0 ?引 ?言

隨著現代物流技術的快速發展，倉儲管理已從人工作業管理逐漸向機械化、自動化、信息化、智能化轉變。為推動現代（智慧）供應鏈建設并滿足電力物資倉儲管理的需求，構建精益、高效的自動化立體倉庫，滿足電力物資多品種實物儲備需要，提高倉庫的存儲、抽檢、配送等綜合能力。電力自動化立體倉庫管理系統（A-WMS）是數據交互和設備智能控制的樞紐，向上承接電力智慧供應鏈運營決策中心的智能倉儲、智能配送等功能模塊，向下統籌區域自動化立體倉庫設備指令調度，其核心是A-WMS與自動化立體倉庫WCS之間的交互，實現A-WMS調度自動化立體倉庫設備，如輸送線、堆垛機、檢測設備、四項穿梭車、行吊、燈光揀選、機器人等。本文重點研究A-WMS與WCS，以及與區域自動化立體倉庫內設備之間的數據交互接口和A-WMS上位機軟件的功能，旨在提高倉庫控制系統、庫內設備與上層應用軟件之間的互操作性，為現代（智慧）供應鏈數據采集奠定良好的基礎[1]。

1 ?A-WMS交互架構

在構建現代（智慧）供應鏈整體架構時，利用A-WMS與、智能倉儲系統、智能配送系統及WCS等之間數據交互，實現自動化立體倉庫的出庫、入庫、理貨、盤點、抽檢、配送等功能，采用RESTful接口實現各系統之間的無縫接入，如圖1所示。

電力自動化立體倉庫設備數據采集涉及多種設備（來自不同供應商多種類型的PLC設備；不同種類、功能多樣的傳感器設備；各種協議）。為實現多源異構系統的數據采集與集成，需要將信息化與自動化技術高度融合，以更好地滿足用戶需求[2]。

2 ?通信接口設計

2.1 ?設備數據通信接口設計

立體化倉庫的設備數據雙向交互是上位機管理系統（A-WMS）、設備統一監控平臺的主要服務通道，電力立體自動化倉庫設備狀態數據采集、數據交互通過OPC服務端軟件實現，OPC服務端與PLC連接，不同的立體倉庫設備（如輸送線、堆垛機、RGV等設備）與PLC連接，OPC服務器從這些設備上獲取相應的數據信息，提供給上位機[3]。

2.1.1 ?A-WMS指令下達和反饋

電力立體化倉庫設備通過WCS和PLC下達指令（包括物資上架、下架、空托盤上架管理），指揮輸送線、RGV、堆垛機等設備協調工作，完成指令的下達和狀態的反饋。同時針對入口測高和測寬傳感器、重量傳感器以及倉庫的其他設備（如巡檢機器人、燈管揀選、智能裁線車等）完成數據采集、智能管理和指揮調度。

2.1.2 ?設備統一監控平臺管理

通過OPC采集所有設備異常報警信息，設備統一監控平臺通過接口程序獲取倉庫設備運行異常數據，并通過可視化界面予以實時顯示，針對各設備異常情況實時報警，指導用戶操作，消除設備異常。

2.1.3 ?協議解析與數據轉儲

A-WMS對設備下達操作指令，設備統一監控平臺獲取的設備運行異常報警數據以及倉庫設備的狀態信息通過接口程序進行解析并轉儲到數據庫，以便用戶隨時對歷史數據進行查詢、分析。

本文結合OPC、Web等技術建立并實現B/S模式電力立體自動化倉庫設備數據采集、數據交互及分析應用。數據采集的目的是獲取電力立體自動化倉庫設備層的實時數據，對數據進行分析形成控制決策，遠程的控制命令同樣是通過網絡回傳給倉庫設備層，以此控制設備的運行。由于針對OPC技術建立一套符合工業控制要求的通信接口規范，使設備控制軟件（WCS）可以高效、穩定地對倉庫設備進行數據存取操作，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的互操作性和適應性[4]。B/S模式電力立體自動化倉庫設備數據采集及應用系統結構如圖2所示。

2.2 ?系統之間通信接口設計

本文采用RESTful接口設計并實現A-WMS與電力智慧供應鏈運營決策中心、WCS之間的數據交互及共享。與傳統SOAP協議的服務相比，RESTful接口設計架構既簡單又直觀，縮減SOAP協議復雜的XML格式化命令和數據傳輸選項。

REST是面向資源和分布式系統的一種架構，架構遵循CRUD原則，對資源的操作包括創建、獲取、更新和刪除資源。通過統一資源標識符（URI）來識別和定位資源，針對這些資源執行的操作是通過HTTP規范定義的。其核心操作只有GET、PUT、POST、DELETE這4種方式。當客戶端對某個資源發起4種請求中的一種請求時，服務器就會以相對應的方式提供一個采集了信息資源的文檔（可以是JSON或XML文檔[5，6]）作為回應。

構建基于RESTful接口服務A-WMS的目的是分析系統業務數據交互，然后將交互數據所涉及的對象抽象成不同的資源和對應的URL，這樣才能完成數據交互的整體設計。A-WMS和WCS之間的入庫任務接口如表1、表2所示，出庫任務接口如表3、表4所示，移庫任務接口如表5、表6所示。

入庫任務數據格式為：

{

" RECEIPTORDERID"："R0202100001"，

" RECEIPTORDERNO"："T2021110002"，

" RECEIPTBATCHID"："1805110001 "，

" LINEID"："0100"，

" SKUID"："4912093775"，

" SKUNAME"："交流避雷器AC10kV，17 kV "，

" SWID"："02201000000000688012"，

" ISOVER"："1"

}

輸出數據格式為：

{

"success"："true"，

"msg"："相關信息"

}

出庫任務數據格式為：

{

"detectionOrderId"：" SODdd8ce46016ddd2020081001 "，

" batchId "：" 80015 "，

" lineId "："10 "，

" skuId "：" 500031231 "，

" skuName "：" 10 kV變壓器，125 KVA，普通，硅鋼片，油浸"，

"endPos"：" 402880f76dbe0fcc016dbe926c08005d "

}

輸出數據格式為：

{

"success"："true"，

"msg"："相關信息"

}

移庫任務數據格式為：

{

" skuId "："500031231 "，

" skuName "："10 kV變壓器，125 KVA，普通，硅鋼片，油浸"，

" swId "："022010000000000000261189 "，

" success "："1"

}

輸出數據格式為：

{

"success"："true"，

"msg"："相關信息"

}

3 ?A-WMS軟件設計

A-WMS軟件系統作為倉儲信息系統架構的中間層，向上承接信通WMS、檢測系統等模塊，向下統籌各倉庫調度系統、設備控制系統。數據存儲采用數據中臺RDS方式，開發是基于國網SG-UAP平臺上的B/S應用進行的。SG-UAP是國家電網公司新一代應用系統統一開發平臺，提供一套技術統一、架構柔性、性能高效、安全可靠的企業級信息系統基礎框架和公共套件，支撐業務系統設計、開發、測試、發布、運行的全過程。A-WMS功能實現電力物資出庫、入庫、理貨、移庫、托盤等任務管理和指令下達及監控，同時與堆垛機、輸送線、RGV、燈光揀選、AGV、盤點機器人、四項穿梭車、行吊等設備的WCS進行數據交互，完成指令下達和監控任務，具體功能如圖3所示[7，8]。

3.1 ?入庫任務

A-WMS接收來自WMS模塊的入庫任務，按照操作類型（如堆垛機、行吊、燈光揀選、AGV、平庫等）將任務拆分為多個子任務，然后將各個子任務與自動化立體倉庫的庫內設備進行匹配。將入庫憑證拆分成下級系統可操作的項目（即是WCS的作業任務），同時建立作業任務與憑證之間的對應關系，以保障每個憑證所對應的業務完整地被執行。其中每個作業必須通過策略分配儲位。根據調度策略將庫內入庫作業任務分配給單個設備執行系統，并將設備返回的執行結果回傳至A-WMS系統。

3.2 ?出庫任務

接收來自WMS模塊的出庫作業任務，通過任務數據匹配相應的設備操作類型，并生成相應的庫內作業任務。根據WMS模塊定義的出庫原則（如批次優先原則），分配并定位物資的儲位，保證精準出庫。調度策略將庫內出庫作業任務分配給單個設備，并將設備返回的執行結果回傳至A-WMS系統。

3.3 ?盤點任務

接收來自WMS模塊的盤點作業任務，指定相應設備，生成相應的庫內盤點作業任務。WCS提供單獨的盤點接口，盤點人員將作業下達給WCS后，根據調度策略將庫內盤點作業任務分配給單個設備，執行盤點。

3.4 ?戶外堆場網格化管理

通過RFID與線纜捆綁，戶外堆場網格與RFID捆綁，實現線纜精細化管理，系統主要實現Excel數據導入、線纜數據創建、線纜盤戶外堆場入庫、線纜盤戶外堆場出庫等業務。

3.5 ?理貨任務

接收來自WM模塊的理貨，指定相應的操作設備，生成相應的庫內理貨作業任務，根據事先預定的理貨原則生成理貨計劃，并調動自動化設備完成理貨任務。功能實例示意如圖4所示。

4 ?結 ?論

為了減低A-WMS與自動化立體倉庫各類設備WCS及電力智慧供應鏈運營決策中心各模塊數據交互開發的復雜度，增強系統后期的可靠性，采用RESTful架構設計并實現系統之間的數據交互與共享，避免傳統基于SOAP協議的Web Services協議集解析的復雜繁瑣，大大縮短了系統的開發周期，同時由于RESTful技術具有簡單易懂、易于實現的特點，大大增強了系統上線后的可維護性和可擴展性。考慮到電力自動化立體倉庫未來會有各類設備、系統對象的增加，也是為了方便與其他系統的對接，A-WMS也會以更好的設計風格服務于各類系統。

參考文獻：

[1] 張志，胡志勇.RESTful架構在Web Service中的應用 [J].計算機應用，2018，37（10）：33-37.

[2] 范勇.基于OPC UA技術構建支持多源異構數據采集的數據平臺 [J].中國重型裝備，2021，149（3）：55-59.

[3] 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）：876-881.

[4] 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）：609-614.

[5] 殷華杰，王凱，高平.基于RESTful Web Service的數據資源交換系統設計與實現 [J].航空電子技術，2021，52（2）：32-38.

[6] 胡宏濤，李皎.基于RESTFUL架構的油田區塊產量運行系統設計 [J].智能計算機與應用，2020，10（11）：106-108.

[7] 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（7）：158-163+170.

[8] 高世平，趙建峰，曹錦江，等.基于C#的OPC客戶端設計與應用 [J].南京工程學院學報：自然科學版，2020，18（3）：28-31.

作者簡介：毛輝（1974.05—），男，漢族，遼寧沈陽人，高級經濟師，碩士，研究方向：現代供應鏈管理。