智能仓储物流综合监控系统的设计与应用

中控提出的In Plant(Intelligent Plant）工厂自动化整体解决方案，其目的是促进企业信息集成，实现集控制、优化、调度、管理、经营于一体的综合自动化新模式，全面提升企业产品质量、生产能力、信息化水平以及综合竞争力。突破传统自动化体系的层次概念，以统一数据管理、统一通信、统一平台，有机整合、优化各种独立或分离的产品与技术，发挥其产品、技术体系的最大功能，从而产出最大的效益。

典型的智能仓储物流系统网络结构图如图1所示，通常可以分为设备层、单机仪控层、系统监控层、管理层4个层次结构，构成了一个分布式的工业网络控制系统[2]。

设备层：智能物流系统设备层主要包括自动化搬运与输送设备、自动化分拣设备、自动化仓储设备及其他专机设备等。

单机仪控层：单机仪控层以PLC系统作为核心控制单元，HMI作为“人机接口”为控制系统和用户之间进行信息交换和人机交互。

系统监控层：系统监控层以仓库控制系统（Warehouse Control System,WCS）作为核心监控单元，介于仓库管理系统（Warehouse Management System,WMS）、制造执行系统（Manufacturing Execution System,MES）系统与PLC控制系统之间的一层管理控制系统。向上层信息系统提供数据服务和向下层控制系统下发控制指令。

管理层：管理层提供给生产和销售中心、供应链调度管理中心、产品研发中心、远程管理中心的用户管理交互界面，同时通过与生产制造执行层的对接，实现对数据的报表制作及数据查询服务等。可实现销售管理、订单管理、客户关系管理、供应商关系管理、供应链管理、产品生命周期管理、人力资源管理、财务管理等业务的管理与维护[3]。

针对某工程塑料智能仓储物流系统项目在自动包装、自动称重（复称）、自动打码贴标、自动扫码、自动码垛、自动导引运输车（Automated Guided Vehicle,AGV）自动入库以及各软件系统间进行信息交互的应用场景。由若干类型的输送设备通过分流、合流节点等节点元素连接“物流源”“物流目的地”和服务台构成的绩效系统。输送的对象主要是托盘、箱包或其他有固定尺寸的单元货物。为了满足货物输送、整理归类、包装和分拣的需要[4]，进行系统业务流程规划设计。

包装作为工业生产过程中的最后一道工序，利用自动化的包装设备根据物料形态、包装工艺、质量要求等，通过各类传感器检测将信号传送至PLC控制系统，根据预先设计好的程序逻辑控制各类驱动装置和执行机构的进行称重计量、自动下料、自动取袋、自动装料、自动封口等自动化控制。设备在自动运行过程中根据其工艺参数进行实时的跟踪检测、闭环控制以及不合格自动标记剔除并自动报警输出。故自动包装质量与包装效率直接与工艺参数、设备精度、控制系统的响应速率和稳定性能等息息相关。

包装后的再次称重只是为了复核包装称重计量的合格性，可利用在电子台秤上加装输送设备的方式或在输送设备的下方加装称重传感器的方式实现静态称重或动态称重，并可将称重数据通过通信的方式上传PLC系统中进行数据交互、数据存储以及二次利用。对于复称不合格的产品需要有不合格剔除口进行剔除，并且需要对不合格的产品信息进行标记并上送到上层软件系统作为后续质量追溯和问题排查的依据。

产品码标签作为产品质量追溯的信息载体，工业现场常采用自动打码贴标机完成此项任务。为保证打印条码数据的有效性、完整性和可追溯性，故生产任务下达、生产报工、编码规则、数据传递等都需要在系统间进行交互。生产线开始生产前MES系统将所生产产线的打印数据整体打包发送到打印软件中，打印软件需对打印数据进行分析，并将特定打印引擎的打印数据发送到对应的打印引擎中，驱动其打印标签并剥离，待物料到位并对物料进行压料擀平处理后PLC系统向打码贴标机发送请求打印信号，贴标机手臂吸住标签并对物料进行贴标处理，贴标完成后上传贴标完成信号。

另外，在输送设备上进行自动打码贴标对来料产品所停位置的一致性要求较高，否则会影响打码贴标的质量。其影响因素主要有控制系统的响应速率和稳定性以及机械设计的合理性等。

工业扫码器具备条码扫描和数字图像采集功能，主要用于解决工业现场中的产品条码自动检测问题，判断所打印条码的正确性和唯一性及是否存在无码、错码、重码、打印不清晰无法识别等多种不良现象。并通过所读取条码信息和不同状态来控制生产线的启停和产品的分拣，从而实现产线的自动化、柔性化、信息化。本项目中通过2次扫码的方式来识别条码的正确性和唯一性以及控制产品的分拣。

一次扫码称重检测不合格产品自动剔除报工：在自动化物流输送设备上因一次扫码或称重不合格剔除产品时由WCS系统调用不良品传输接口将产品信息传输至MES系统。

二次扫码及称重检测合格产品自动码垛报工：产品在自动称重和自动打码贴标合格后进入自动码垛工位进行自动码垛，在进行自动码垛前，需进行二次扫码对不同品规的产品进行扫码分拣。扫码完成后机器人根据条码信息进行自动码垛，同时将条码信息实时上传MES系统，当机器人将产品放至托盘上时，由WCS系统调用条码传输接口，将条码信息传输至MES系统。

工业机器人作为智能仓储物流系统中的重要组成部分，主要用于搬运和码垛功能的实现。根据自动扫码所获取到的条码信息进行自动分拣码垛，同时将所获取到的条码信息上传WCS系统数据库进行存储。码垛完成时，由WCS系统调用MES系统接口将码垛完成信息及托盘产品条码组合信息传输至MES系统，同时WCS系统调用WMS系统接口将码垛完成信息传输至WMS系统，WMS系统据此信息作为调度AGV接料的依据。

产线开始工作后，自动码垛设备对其中一个空托开始码垛成品袋包，码垛完成后，WMS系统将“成品下线”任务呼叫信号给到AGV调度系统。调度AGV到任务起点取货。AGV抵达任务起点叉取货物，抵达任务终点叉卸货物时都会将分段任务的信息反馈回WMS系统。

设备状态信息由PLC系统进行采集并上传到WCS系统进行实时仿真与综合监控，再由WCS系统调用MES系统接口进行实时反馈，MES系统据此信息作为设备OEE计算的依据。

智能仓储物流系统中，包含各类自动化设备（如自动包装机、自动打码贴标机、自动化输送设备、AGV、机器人、堆垛机等）和信息化软件系统等数字化设备系统，应能实现互联互通。

此项目包括9条包装码垛生产线、AGV自动配送及各软件系统对接需求，整个项目数据信息交互如图2所示，通过需求的梳理测算I/O测点多达600余个，需要做信号交互和通信的设备数量40余套。结合系统响应速度、存储器容量以及分布式应用加集中监控的要求确定控制方案。PLC系统选用中控GCS平台，分站控制采用GCS-G3控制系统，主站集中监控采用GCS-G5控制系统，综合监控系统选用中控RTN软件平台。

GCS控制系统基于UCP统一控制协议进行网络构架，使产品适用于现场分散的场合，满足了连续或半连续工业过程以及大型基础设施场所的控制需求。GCS平台在产品性能上，具有高速逻辑与联锁控制能力、丰富的高阶函数运算和完整的控制策略[5]。

GCS控制系统融合了最新的现场总线技术和网络技术，可连接符合PROFIBUS、MODBUS RTU/TCP、HART和EPA等国际标准的各种智能设备和仪表，支持多种异构系统的综合集成。

综合监控系统是位于监控层的专用软件，负责对下集中管理和调度控制层，向上连接管理层，是企业生产信息化的重要组成部分。主要功能包括对仓储物流设备的实时集中监控功能和各系统之间协调联动功能两大部分。一方面，通过综合监控系统丰富的驱动程序，可实现对工业现场的各仓储物流设备等进行实时集中监视和控制的基本功能；另一方面，通过综合监控系统完善的控制策略和通信服务程序，还可实现各相关系统设备之间协调、系统间实时信息共享与信息展示等。为上层管理层系统提供执行、保障和优化途径，实现智能仓储物流系统的管控一体化。

项目建成后可根据MES系统下达生产工单，生产线根据工单进行自动包装、自动称重（复称）、自动打码贴标、自动扫码、自动码垛、AGV自动入库，实现了减人增效，改善了劳动工人的生产环境，降低了劳动工人的劳动强度；生产数据自动采集实时上报，综合监控系统进行实时仿真与展示，实现了仓储物流各环节的信息化；通过Web Service接口对接MES系统进行数据分析，实现各系统间数据共享与智能化。

中控以其丰富的软硬件系统平台，完美契合了智能物流系统的各种应用场景和需求，助力物流各环节实现自动化、柔性化、信息化、智能化生产和管理，提高物流系统智能化分析决策和自动化操作执行能力，提升物流运作效率。助力用户实现“减员、降本、增效、提质、绿色环保、安全生产”的控制需求，为智能仓储物流系统应用提供全流程的解决方案。