一种自动化立体仓库远程监控系统

接俊龙 陈超 丁健

摘 要：文章基于Thingworx工业物联网平台，设计一种自动化立体仓库远程监控系统。该系统由云端服务层、数据采集层和设备层3层组成，实现自动化立体仓库设备远程监控、货物出入库信息实时登记与显示、库存状态自动更新等功能，系统具有开放性好，集成度高和功能完善的优点。

关键词：Thingworx;工业物联网平台;远程监控系统;立体仓库

0 引言

自动化立体仓库是智能工厂和现代物流体系中的重要设备，使用自动化立体仓库能有效节省占地空间和降低企业成本[1]。自动化立体仓库一般由货架、堆垛机、出入库系统和输送线等组成。目前，自动化立体仓库在食品加工、电子器件制造和机场物流等行业中得到了广泛应用[2]。随着社会经济的快速发展，物流需求对立体仓库的自动化、网络化和信息化程度要求越来越高。远程监控借助于现代传感技术、通信技术和计算机技術可以进行远距离监控，能替代传统人为监控方式，有效提高工作效率[3]。因此，本文基于Thingworx工业物联网平台开发远程监控界面[4]，通过数据采集层连接立体仓库现场设备，实现数据的快速采集、存储和更新，该系统具有广泛应用前景和推广价值。

1 系统组成

该系统由云端服务层、数据采集层和设备层3层组成，如图1所示。

（1）云端服务层以ThingWorx远程监控平台为载体来设计监控界面和实现各类管理功能，同时基于远程服务器和数据服务器与数据采集层进行数据交互。云端服务层主要包括客户端、远程服务器和数据服务器。

（2）数据采集层在云端服务层和设备层之间起信息传递枢纽的作用，负责各类设备的数据交换、数据共享等任务，主要包括工业网关、工业交换机和PLC监控模块。

（3）设备层主要包括搬运模块、堆垛机模块、出入库模块。搬运模块主要由搬运机器人、气动模块和红外测距传感器3部分组成，用于货物出入库时堆垛机和传送带间的搬运。堆垛机模块用于完成立体仓库货物的取放任务。出入库模块主要由条形码扫描仪和货物传送带两部分组成，货物出入库传送和信息交互。

2 硬件设计

2.1 元件选型

自动化立体仓库数据采集层工业网关采用ThingWorx工业连接软件，该软件提供快速实现的价值连接选项，便于启动智能互联项目。工业交换机选用SF95D-08交换机，它具有8个RJ-45接口，转发速度可达1.6Gbps，是一款交换能力强、转发速度快、功耗低、工作温度范围宽和抗干扰能力强的交换机。PLC监控模块选用Micro850控制器，具体型号为2080-LC50-48QBB，Micro850控制器可通过插件、扩展I/O实现所需功能，可通过以太网、USB、串口端口进行通信，是一款具有控制策略多样、数据实时强和设计环境高度集成的控制器。

2.2 控制线路设计

PLC监控模块输入输出接线原理如图2所示。

Micro850控制器作为系统的数据监控设备，高速计数端口I-02和I-03分别接入增量式光电编码器的A，B相输出端，获得三堆垛机水平轴的运动方向和绝对位置。输入端口I-12接入固定位置的EE-SX672A光电传感器作为绝对位置的标定点。同样地，高速计数端口I-04和I-05接入三维堆垛机垂直轴的增量式光电编码器的A，B相输出端实现闭环控制，将输入端口I-13作为绝对位置的标定点。高速计数端口I-06和I-07接入三维堆垛机取放轴的增量式光电编码器的A，B相输出端实现闭环控制，将输入端口I-14作为绝对位置的标定点。高速计数端口I-08和I-09接入出入库的传送带的增量式光电编码器的A，B相输出端实现闭环控制，输入端口I-15作为绝对位置的标定点。输入端口I-16接入872CT-NH4NP8-J10接近开关的输出端，固定在出入库传送带的出库位置，用作货物出库成功标志。

输出端口O-00，O-03和O-06共同组成步进驱动组，控制着步进驱动器的脉冲输出、方向输出和使能输出，进而控制码垛机的连杆运动。同样由输出端口O-01，O-04和O-07共同组成步进驱动组，控制码垛机的主动臂运动。同样由输出端口O-02，O-05和O-08共同组成步进驱动组，控制码垛机的腰部运动。其中，输出端口O-10接4V210-06电磁阀线圈的24V端口，Micro850控制器通过控制输出端口O-10的开闭控制气源的开闭，进而控制气动吸盘搬运货物。

3 出入库功能设计

图3（a）为货物入库流程图。当条形码扫描仪扫描到货物信息时，首先进行确定仓库内有无仓位，若无仓位则退回货物，若有仓位则将货物条形码数据进行上传。Azure云平台通过上传的条形码数据通过数据查询功能在大数据条形码信息库内进行查询所入货物的具体信息，并将货物具体信息暂时存储到ThingWorx服务器中。ThingWorx服务器根据剩余仓位为所入货物进行分配具体仓位，并将入库信号下放到数据采集层，控制系统进行入库流程。当堆垛机上的入库成功传感器检测到入库成功时，将ThingWorx服务器暂存的货物信息存储到仓库存储表中，剩余货仓数减一。若长时间没检测到入库成功，则发出报警并记录。

图3（b）为货物出库流程图。当某客户端进行出库操作时，首先进行出库货物信息检索，根据检索结果确定最终出库货物，ThingWorx服务器将出库信号和货物出库位置下放到数据采集层，控制系统进行出库流程。当传送带上的出库成功传感器检测到出库成功时，将ThingWorx服务器货物信息清除，剩余货仓数加一。若长时间没检测到出库成功，则发出报警并记录。

4 结语

本文设计一种基于Thingworx的自动化立体仓库远程监控系统，根据系统需求设计云端服务层、数据采集层和设备层三层架构，重点是设备层的出入库控制和云端服务层货物出入库信息实时登记和自动更新，与传统立体仓库自动化程度不高和效率低的缺点，该系统集成度高、灵活性好，具有一定的应用前景和推广价值。

[参考文献]

[1]卢浩博，郑勇.现代物流与自动化立体仓库系统的构成探究[J].产业创新研究，2020（20）：119-120.

[2]牛怡婷，熊先青，袁莹莹，等.家具企业立体仓库管理及关键技术研究[J].制造业自动化，2020（10）：13-16.

[3]赵建新.基于网络的自动化设备远程监控系统现场层设计与实现[J].科学技术创新，2020（34）：110-111.

[4]杜述喜，熊虎，张合礼.基于Thingworx平台的汽车污染物排放检测中抽检车辆自动选取Web应用程序开发[J].汽车工艺与材料，2020（7）：1-6.

（编辑 姚 鑫）