基于OPC架构的电力自动化立体仓库系统管理及控制研究

摘  要：文章所要研究的电力自动化立体仓库核心问题即是多设备多系统多数据源数据交互问题，硬件设备基于OPC方式进行数据集成，系统采用RESTful接口服务方式与WCS、电力智慧供应链运营决策中心进行数据交换和共享，缩减传统SOAP服务方式复杂的XML格式化命令和较多的数据传输选项。最后通过A-WMS部分设计展示功能，验证电力自动化立体仓库设备之间高效、灵活的数据采集及读写任务，较好地实现了立库各类设备的数据信息管理与控制。

关键词：电力自动化立体仓库；OPC协议；RESTful；数据交互

中图分类号：TP315     文献标识码：A   文章编号：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

随着现代物流技术的快速发展，仓储管理已从人工作业管理逐渐向机械化、自动化、信息化、智能化转变。为推动现代（智慧）供应链建设并满足电力物资仓储管理的需求，构建精益、高效的自动化立体仓库，满足电力物资多品种实物储备需要，提高仓库的存储、抽检、配送等综合能力。电力自动化立体仓库管理系统（A-WMS）是数据交互和设备智能控制的枢纽，向上承接电力智慧供应链运营决策中心的智能仓储、智能配送等功能模块，向下统筹区域自动化立体仓库设备指令调度，其核心是A-WMS与自动化立体仓库WCS之间的交互，实现A-WMS调度自动化立体仓库设备，如输送线、堆垛机、检测设备、四项穿梭车、行吊、灯光拣选、机器人等。本文重点研究A-WMS与WCS，以及与区域自动化立体仓库内设备之间的数据交互接口和A-WMS上位机软件的功能，旨在提高仓库控制系统、库内设备与上层应用软件之间的互操作性，为现代（智慧）供应链数据采集奠定良好的基础[1]。

1  A-WMS交互架构

在构建现代（智慧）供应链整体架构时，利用A-WMS与、智能仓储系统、智能配送系统及WCS等之间数据交互，实现自动化立体仓库的出库、入库、理货、盘点、抽检、配送等功能，采用RESTful接口实现各系统之间的无缝接入，如图1所示。

电力自动化立体仓库设备数据采集涉及多种设备（来自不同供应商多种类型的PLC设备；不同种类、功能多样的传感器设备；各种协议）。为实现多源异构系统的数据采集與集成，需要将信息化与自动化技术高度融合，以更好地满足用户需求[2]。

2  通信接口设计

2.1  设备数据通信接口设计

立体化仓库的设备数据双向交互是上位机管理系统（A-WMS）、设备统一监控平台的主要服务通道，电力立体自动化仓库设备状态数据采集、数据交互通过OPC服务端软件实现，OPC服务端与PLC连接，不同的立体仓库设备（如输送线、堆垛机、RGV等设备）与PLC连接，OPC服务器从这些设备上获取相应的数据信息，提供给上位机[3]。

2.1.1  A-WMS指令下达和反馈

电力立体化仓库设备通过WCS和PLC下达指令（包括物资上架、下架、空托盘上架管理），指挥输送线、RGV、堆垛机等设备协调工作，完成指令的下达和状态的反馈。同时针对入口测高和测宽传感器、重量传感器以及仓库的其他设备（如巡检机器人、灯管拣选、智能裁線车等）完成数据采集、智能管理和指挥调度。

2.1.2  设备统一监控平台管理

通过OPC采集所有设备异常报警信息，设备统一监控平台通过接口程序获取仓库设备运行异常数据，并通过可视化界面予以实时显示，针对各设备异常情况实时报警，指导用户操作，消除设备异常。

2.1.3  协议解析与数据转储

A-WMS对设备下达操作指令，设备统一监控平台获取的设备运行异常报警数据以及仓库设备的状态信息通过接口程序进行解析并转储到数据库，以便用户随时对历史数据进行查询、分析。

本文结合OPC、Web等技术建立并实现B/S模式电力立体自动化仓库设备数据采集、数据交互及分析应用。数据采集的目的是获取电力立体自动化仓库设备层的实时数据，对数据进行分析形成控制决策，远程的控制命令同样是通过网络回传给仓库设备层，以此控制设备的运行。由于针对OPC技术建立一套符合工业控制要求的通信接口规范，使设备控制软件（WCS）可以高效、稳定地对仓库设备进行数据存取操作，系统应用软件之间也可以灵活地进行信息交互，大大提高了控制系统的互操作性和适应性[4]。B/S模式电力立体自动化仓库设备数据采集及应用系统结构如图2所示。

2.2  系统之间通信接口设计

本文采用RESTful接口设计并实现A-WMS与电力智慧供应链运营决策中心、WCS之间的数据交互及共享。与传统SOAP协议的服务相比，RESTful接口设计架构既简单又直观，缩减SOAP协议复杂的XML格式化命令和数据传输选项。

REST是面向资源和分布式系统的一种架构，架构遵循CRUD原则，对资源的操作包括创建、获取、更新和删除资源。通过统一资源标识符（URI）来识别和定位资源，针对这些资源执行的操作是通过HTTP规范定义的。其核心操作只有GET、PUT、POST、DELETE这4种方式。当客户端对某个资源发起4种请求中的一种请求时，服务器就会以相对应的方式提供一个采集了信息资源的文档（可以是JSON或XML文档[5，6]）作为回应。

构建基于RESTful接口服务A-WMS的目的是分析系统业务数据交互，然后将交互数据所涉及的对象抽象成不同的资源和对应的URL，这样才能完成数据交互的整体设计。A-WMS和WCS之间的入库任务接口如表1、表2所示，出库任务接口如表3、表4所示，移库任务接口如表5、表6所示。

入库任务数据格式为：

{

" RECEIPTORDERID"："R0202100001"，

" RECEIPTORDERNO"："T2021110002"，

" RECEIPTBATCHID"："1805110001 "，

" LINEID"："0100"，

" SKUID"："4912093775"，

" SKUNAME"："交流避雷器AC10kV，17 kV "，

" SWID"："02201000000000688012"，

" ISOVER"："1"

}

输出数据格式为：

{

"success"："true"，

"msg"："相关信息"

}

出库任务数据格式为：

{

"detectionOrderId"：" SODdd8ce46016ddd2020081001 "，

" batchId "：" 80015 "，

" lineId "："10 "，

" skuId "：" 500031231 "，

" skuName "：" 10 kV变压器，125 KVA，普通，硅钢片，油浸"，

"endPos"：" 402880f76dbe0fcc016dbe926c08005d "

}

输出数据格式为：

{

"success"："true"，

"msg"："相关信息"

}

移库任务数据格式为：

{

" skuId "："500031231 "，

" skuName "："10 kV变压器，125 KVA，普通，硅钢片，油浸"，

" swId "："022010000000000000261189 "，

" success "："1"

}

输出数据格式为：

{

"success"："true"，

"msg"："相关信息"

}

3  A-WMS软件设计

A-WMS软件系统作为仓储信息系统架构的中间层，向上承接信通WMS、检测系统等模块，向下统筹各仓库调度系统、设备控制系统。数据存储采用数据中台RDS方式，开发是基于国网SG-UAP平台上的B/S应用进行的。SG-UAP是国家电网公司新一代应用系统统一开发平台，提供一套技术统一、架构柔性、性能高效、安全可靠的企业级信息系统基础框架和公共套件，支撑业务系统设计、开发、测试、发布、运行的全过程。A-WMS功能实现电力物资出库、入库、理货、移库、托盘等任务管理和指令下达及监控，同时与堆垛机、输送线、RGV、灯光拣选、AGV、盘点机器人、四项穿梭车、行吊等设备的WCS进行数据交互，完成指令下达和监控任务，具体功能如图3所示[7，8]。

3.1  入库任务

A-WMS接收来自WMS模块的入库任务，按照操作类型（如堆垛机、行吊、灯光拣选、AGV、平库等）将任务拆分为多个子任务，然后将各个子任务与自动化立体仓库的库内设备进行匹配。将入库凭证拆分成下级系统可操作的项目（即是WCS的作业任务），同时建立作业任务与凭证之间的对应关系，以保障每个凭证所对应的业务完整地被执行。其中每个作业必须通过策略分配储位。根据调度策略将库内入库作业任务分配给单个设备执行系统，并将设备返回的执行结果回传至A-WMS系统。

3.2  出库任务

接收来自WMS模块的出库作业任务，通过任务数据匹配相应的设备操作类型，并生成相应的库内作业任务。根据WMS模块定义的出库原则（如批次优先原则），分配并定位物资的储位，保证精准出库。调度策略将库内出库作业任务分配给单个设备，并将设备返回的执行结果回传至A-WMS系统。

3.3  盘点任务

接收来自WMS模块的盘点作业任务，指定相应设备，生成相应的库内盘点作业任务。WCS提供单独的盘点接口，盘点人员将作业下达给WCS后，根据调度策略将库内盘点作业任务分配给单个设备，执行盘点。

3.4  户外堆场网格化管理

通过RFID与线缆捆绑，户外堆场网格与RFID捆绑，实现线缆精细化管理，系统主要实现Excel数据导入、线缆数据创建、线缆盘户外堆场入库、线缆盘户外堆场出库等业务。

3.5  理货任务

接收来自WM模块的理货，指定相应的操作设备，生成相应的库内理货作业任务，根据事先预定的理货原则生成理货计划，并调动自动化设备完成理货任务。功能实例示意如图4所示。

4  结  论

为了减低A-WMS与自动化立体仓库各类设备WCS及电力智慧供应链运营决策中心各模块数据交互开发的复杂度，增强系统后期的可靠性，采用RESTful架构设计并实现系统之间的数据交互与共享，避免传统基于SOAP协议的Web Services协议集解析的复杂繁琐，大大缩短了系统的开发周期，同时由于RESTful技术具有简单易懂、易于实现的特点，大大增强了系统上线后的可维护性和可扩展性。考虑到电力自动化立体仓库未来会有各类设备、系统对象的增加，也是为了方便与其他系统的对接，A-WMS也会以更好的设计风格服务于各类系统。

参考文献：

[1] 张志，胡志勇.RESTful架构在Web Service中的应用 [J].计算机应用，2018，37（10）：33-37.

[2] 范勇.基于OPC UA技术构建支持多源异构数据采集的数据平台 [J].中国重型装备，2021，149（3）：55-59.

[3] 沈斌，齊党进，樊留群，等.基于面向服务体系结构的制造企业协同化工程支持技术 [J].计算机集成制造系统，2011，17（4）：876-881.

[4] 禹鑫燚，殷慧武，施甜峰，等.基于OPC UA的工业设备数据采集系统 [J].计算机科学，2020，47（S2）：609-614.

[5] 殷华杰，王凯，高平.基于RESTful Web Service的数据资源交换系统设计与实现 [J].航空电子技术，2021，52（2）：32-38.

[6] 胡宏涛，李皎.基于RESTFUL架构的油田区块产量运行系统设计 [J].智能计算机与应用，2020，10（11）：106-108.

[7] 吴晗，成卫青.OPC技术在智能仓储系统中的应用 [J].计算机技术与发展，2021，31（7）：158-163+170.

[8] 高世平，赵建峰，曹锦江，等.基于C#的OPC客户端设计与应用 [J].南京工程学院学报：自然科学版，2020，18（3）：28-31.

作者简介：毛辉（1974.05—），男，汉族，辽宁沈阳人，高级经济师，硕士，研究方向：现代供应链管理。