卞生华 杜跃雷 刘鑫

摘 要：本文结合电力立体自动化仓库数据采集及应用为例，介绍了基于OPC架构电力自动化立体仓库上架、下架、盘点、硬件设备报警等指令下达、报警数据采集及应用系统的结构和具体实现方法、数据采集方式、访问接口，使用OPC接口与现场PLC进行通信数据采集，应用J2EE编程语言进行采集数据集成应用，为电力立体自动化仓库运营管理提供数据基础，为提高仓库工作效率提供自动化、信息化手段。

关键词：立体自动化仓库;OPC协议;数据采集及应用

中图分类号：TP274.2  文献标识码：A

1 概述

为了解决电力立体自动化仓库设备协议多样性给数据采集和数据集中应用带来的难题，在电力立体自动化仓库现场，通常会有PLC、堆垛机、RGV、输送线、各类检测传感器、仓库巡检机器人、智能裁线车、AGV叉车等仓储设备，给数据采集及应用带来了诸多不便。OPC（OLE for process control）是为了解决库内不同设备生产厂商和仓库控制系统（WCS）、仓库自动管理系统（AWMS）、设备故障采集系统、智能設备应用系统等应用程序之间的标准化接口。本文主要研究OPC架构及协议在电力立体自动化仓库系统中的应用，电力立体自动化仓库上位机上运行仓库控制系统，OPC服务器设在PLC或上位机上，采集电力立体自动化仓库不同厂商软硬系统的数据，同时研究了WCS和OPC服务器之间两种通信方式：同步、异步，OPC访问接口和访问方式，电力立体自动化仓库设备数据采集及应用。

2 OPC架构及技术

OPC是专门为工业自动化设备和应用程序之间提供的一个标准协议，主要用于解决库内不同生产厂商设备、库内管理系统、信息采集系统之间的数据交互问题[1]。OPC采用客户/服务器模式，库内设备生产厂家按照OPC协议要求开发访问接口，OPC服务器通过定义地址标签对应访问设备接口，解决了库内相关软件、设备厂商的开发接口不一致的问题，提高了电力立体仓库系统的集成开发效率和开发标准化，以及系统的开放性和可互操作性。OPC实际提供了一种标准的不同设备厂商、不同应用程序开发商之间数据访问机制，各系统使用标准的方式从库内不同厂商设备控制系统和管理系统、数据采集系统等进行数据交互，按照标准的接口提供相关应用程序使用。

OPC服务器通常支持两种类型的访问接口，它们分别为C#/J2EE和C++的编程语言提供不同访问机制，这两种接口是OPC自动化接口和OPC服务器自定义接口。OPC自动化接口是基于脚本编程语言而定义的标准接口，使用J2EE、C#等编程语言开发OPC服务器的客户应用程序。自定义接口是专门为C#、J2EE等高级编程语言而制定的标准接口。OPC数据访问规范是对设备控制数据、指令下达数据、设备报警数据等的接口进行标准化，使其在应用程序之间数据互访时，具有开放性和一致性，确保库内各种应用软件能够顺利集成在一起[2]。OPC接口结构如图1所示：

典型电力立体自动化仓库数据采集及应用系统架构包括仓库数据运营中心、通信网络、库内应用程序等三级物理结构，如图2所示，基于电力立体自动化仓库基础自动化向信息化建设发展的原则，结合网络通信、数据库产品和建立一套先进的技术，符合电力行业立体自动化仓库数据采集及应用系统。

3 数据访问方式

OPC服务器缓冲区数据和库内设备控制数据：通过OPC服务器程序以设定的速率不断地同库内各类设备进行数据交互。OPC服务器内有一个数据缓冲区，存有最新的数据。[3]库内应用程序既可以从服务器缓冲区读取数据，又可以直接从库内物理设备读取数据，但从库内物理设备直接读取数据速度会慢一些。

为简化电力立体化自动仓储控制系统，集成不同供应商的设备，以及上层AWMS（自动仓储管理系统）、WMS（全省仓储管理系统）、ERP等，本系统应用现场设备工具/设备类型管理，即FDT/DTM（Field Device Tool/Device Type Manager）和OPC UA技术实现设备间的跨协议和跨平台的数据共享，采用XML作为数据传输格式，电力立体化自动仓储整个信息管理系统的核心部分是OPC UA服务器/客户端，它是所有设备数据和信息的来源，是实现设备远程指挥、设备监控、故障报警等协同化工程服务的基础[4]。

电力立体自动化仓储的设备，如堆垛机、RGV、AGV、输送线、安全门等都有专有的DIM（Device Information Model），通过DIM可以在FDT（Device Type Manager）元素和OPC UA信息模型间建立一种映射关系，并进行定义。

4 数据采集及应用的实现

数据采集层是自动立体仓库现场和上层管理、监控系统的连接通道，电力立体自动化仓库安装有OPC服务端软件的计算机，对应不同的仓库设备，数据采集通过OPC服务器从这些设备上获取数据信息。OPC服务器与数据采集物理位置上的关系，提供了本地和远程两种连接方式[5]。

数据采集与处理，主要针对电力立体自动化仓库内的各种模拟和数字量进行检测、采样和预处理，包括输送线、堆垛机、入口测高和测宽传感器、重量传感器、巡检机器人、灯光拣选、智能裁线机等设备，并以一定的数据格式输出。为用户提供翔实电力立体仓库设备的数据，指导用户指挥仓库设备、分析仓库设备的数据，实时了解仓库设备的情况。

监测与报警，通过库内监控系统获取立体仓库设备故障、报警数据，并将设备故障、报警数据显示在监控界面上，对库内设备异常情况实时报警和语音提示。

数据存储，将AWMS任务指令下达数据、库内物理设备故障与报警数据以及仓库物理设备的运行信息存储到关系数据库，通过AWMS查询这些相关历史数据。

任务下达及设备控制，在数据采集、任务指令下达、监测与报警的基础上，根据本地或远程发送的对仓库物理设备的控制命令，直接对仓库物理设备进行控制，同时将仓库设备运行信息的改变存储到关系数据库。

本文结合OPC、WEB等技术建立B/S模式电力立体自动化仓库设备数据采集及管理应用系统，库内物理设备数据采集需要获取电力立体自动化仓库设备层的实时数据，产生控制指令和任务下达指令，远程的控制命令和任务下达指令通过网络回传给库内物理设备，控制库内物理设备的执行。通过OPC技术建立了标准的通信数据接口规范，使WCS可以高效、稳定地对仓库物理设备进行数据存取操作，各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、管理系统之间互操作性和适应性，B/S模式电力立体自动化仓库设备数据控制及应用系统结构如图4所示[6]。

该软件设计与应用提供了一个适用于各类电力自动化立体仓库的集成平台，承接WCS和PLC之间的数据衔接，實现WCS模块出入库、盘点、理货等任务的接收和下达，并把任务下达库内PLC系统，以及PLC报警数据接收和展示，使其成为自动化立体数据传递的枢纽，具体功能如下：

结语

在进行系统设计中，结合电力立体自动化仓库特点，对于库内物理设备报警数据采用同步方式进行数据访问，任务指令下达、库内物理设备控制数据采用异步方式读取PLC数据。库内物理设备与PLC连接，PLC的OPC类型和标签通过配置文件方式读取。如果库内增加新的物理设备，只需要库内物理设备与PLC的连接，同时更改OPC读取模块配置文件，可以实现新设备的数据接入和访问。

参考文献：

[1]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（07）.

[2]李勤，党选举.基于COM的OPC技术研究及其接口实现[J].电子技术应用，2003（02）：2834.

[3]夏建全主编.工业计算机控制技术原理与应用[M].北京：北京交通大学出版社，2006，09.

[4]毛新军编著.面向主体的软件开发[M].北京：清华大学出版社，2005，06.

[5]沈斌，齐党进，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）：876880.

[6]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）.

作者简介：卞生华（1981— ），男，沈阳人，本科，辽宁电力能源发展集团有限公司技术总监，研究方向为项目管理及计算机技术应用;杜跃雷（1982— ），男，沈阳人，辽宁电力能源发展集团有限公司项目经理，研究方向为计算机软件架构;刘鑫（1988— ），男，沈阳人，辽宁电力能源发展集团有限公司技术顾问，研究方向为计算机数据管理。