R-WCS物流設(shè)備控制系統(tǒng)說明書

1、在自動倉儲系統(tǒng)復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境中， WC 必須要保證高可靠性和 高效率。因此，WCS 勺規(guī)劃十分重要。倉儲系統(tǒng)的發(fā)展離不開wiki物流/wiki裝備和物流軟件這兩 個關(guān)鍵因素。通常，自動化倉儲物流系統(tǒng)軟件由兩部分組成：wiki倉庫/wiki管理系統(tǒng)（WMS、倉庫設(shè)備控制系統(tǒng)（WCS。WM 不僅涉 及倉儲系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程、 業(yè)務(wù)規(guī)則， 還涉及與整個大物流系統(tǒng)的各種 信息接口， 這些信息接口使倉儲子系統(tǒng)和整個物流環(huán)境有機地結(jié)合 在一起。協(xié)調(diào)運作。在自動倉儲系統(tǒng)的規(guī)劃中，首先要解決物流系統(tǒng)的整體流程規(guī) 劃、功能規(guī)劃等問題， 以及為了滿足流程或完成功能所需要配置的相 應(yīng)硬件設(shè)備的選擇問題；其次要解決物

2、流軟件的規(guī)劃問題，包括 WMS 和 WCS自動倉儲系統(tǒng)大致可分為三個層次， 如圖 1 所示，最上層是 WM，S 負(fù)責(zé)倉儲業(yè)務(wù)邏輯的處理； 最下層是具體的物流設(shè)備， 如巷道堆垛機、 AGV 系統(tǒng) 等；WC 位于 WM 與物流設(shè)備之間的中間層，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào) 度底層的各種物流設(shè)備， 使底層物流設(shè)備可以執(zhí)行倉儲系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流 程，并且這個過程完全是按照程 序預(yù)先設(shè)定的流程執(zhí)行的。調(diào)度控制軟件的規(guī)劃在自動倉儲系統(tǒng)中是非常重要的部分。 在一 個復(fù)雜的、高可靠性的系統(tǒng)中，調(diào)度控制軟件的重要性更加顯著。設(shè)備調(diào)度控制軟件應(yīng)滿足的要求設(shè)備控制是指一種用來協(xié)調(diào)、 調(diào)度底層物流設(shè)備作業(yè)的機制。 WCS 系統(tǒng)將負(fù)責(zé)控制實

3、物的流動。如托盤的流動。高度自動化倉儲系統(tǒng)中 的物流自動化控制系統(tǒng)一般要滿足以下要求。1 應(yīng)安全、高效地調(diào)度、協(xié)調(diào)底層物流設(shè)備運行。當(dāng)然，這個 要求在實際應(yīng)用時可能會有些矛盾，如在調(diào)度一軌雙車時（ 在同一個 水平運行軌道上擁有兩個可 以交叉作業(yè)的穿梭小車，由于兩個小車 作業(yè)區(qū)的交叉，所以需要 WCS寸其進行必要的調(diào)度），如果追求安全 就會應(yīng)該讓兩個小車距離遠(yuǎn)一些。但如果追求高效，就 要求兩個小 車只要不出現(xiàn)撞車就可以交叉作業(yè)；2 設(shè)備控制系統(tǒng)應(yīng)能夠 7X24 小時全天候穩(wěn)定運行，故障時間應(yīng)最小化，并且發(fā)生故障時可以很快恢復(fù)正常的執(zhí)行狀態(tài)；3 高度自動化倉儲系統(tǒng)雖然是先進和高效的方式，但資金投入

4、 很大，有些投資者可能會選擇分階段投入，這也導(dǎo)致在項目中WCSK件也應(yīng)該是一個分階段實施的過程，因此要求 WC 應(yīng)建立在一個可以 靈活伸縮的架構(gòu)之上；4 目前在軟件行業(yè)中新技術(shù)層出不窮， 并且 WCS 位于承上啟下 的中間層。它的上層 WMS 或下層物流設(shè)備都可能會出現(xiàn)變化，所以 WC 應(yīng)有完善的兼容不同技術(shù)、不同系統(tǒng)的能力。典型的應(yīng)用場景WCS 勺作用是協(xié)調(diào)、調(diào)度自動倉儲系統(tǒng)中的各種物流設(shè)備，必然 要和這些設(shè)備建立某種通訊機制，因此首先要解決的就是 WCS 與底層 物流設(shè)備的通訊問題，通訊需要某種方式的物理連接。圖 2 是一個比較典型的應(yīng)用場景， 從硬件網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中顯示 出 WC莊系統(tǒng)中

5、的位置。按照物理的硬件連接方式，把物流設(shè)備大致 分為如下幾類。1 物流設(shè)備 A:可以通過多串口卡或 5613 卡等硬件卡直接連接 上 WC；S2 物流設(shè)備 B:通過標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)和 WCSW 連， 包括有線網(wǎng)絡(luò) 和無線網(wǎng)絡(luò)；3物流設(shè)備C:通過信號轉(zhuǎn)換器把自身的特殊信號轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)以 太網(wǎng)信號后和WC9 目連，如經(jīng)常使用的串口聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（如 MOX 及研華 的串口設(shè)備 ）就可以轉(zhuǎn)化串口信號和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)信號；4 物流設(shè)備 D:是一類自身帶有基于 Pc 的子調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)備， 如 AGV 或環(huán)形穿梭車等。WC 并不直接和這些設(shè)備相連，而是和它們 的上位計算機通過以 太網(wǎng)目連，命令下達或者設(shè)備狀態(tài)的反饋都只 涉

6、及物流設(shè)備 D 的上位計算機，而 WCS 并不關(guān)心設(shè)備控制子系統(tǒng)是如 何與設(shè)備目連接的。通訊接口就象兩個人交談， 雖然他們之間的電話線連上了， 但如果一個人講英文， 另一個人講中文， 會導(dǎo)致他們交流很難或根本不可 能交流。此外，還需要進一步考慮 WCS 與每種設(shè)備通訊接口的問題。這 就是通常所說的協(xié)議。 通訊協(xié)議是一種邏輯結(jié)構(gòu)， 主要包括如下關(guān)鍵 點：八、1 設(shè)備通訊協(xié)議：一般是由各個物流設(shè)備子系統(tǒng)提供。WCS 遵守。協(xié)議中描述了物流設(shè)備的基本功能、 怎樣使用物流設(shè)備的公開的 功能接口或要求WC 玄開的接口。需要特別注意的是，設(shè)備通訊協(xié) 議是建立在標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議之上的，所以在 WC 莫現(xiàn)設(shè)備通訊

7、協(xié)議時， 需要考慮一些標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的限定；2標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議：TCP UDP 等;3通訊硬件連接： 以太網(wǎng)、 紅外光通訊、 無線以太網(wǎng)、 串口 (422/485/232)等。WC 在典型場景中的應(yīng)用同時控制多種設(shè)備高度自動化的倉儲系統(tǒng)一般都由多種物流設(shè)備組成，而且隨著流 程、需求的變化。 設(shè)備控制會變得更加復(fù)雜，如有時需要跟蹤設(shè)備控 制子系統(tǒng)中任務(wù)的當(dāng)前執(zhí)行情況，或單獨查看物流設(shè)備 B 中的某個設(shè) 備狀態(tài)等。這里需要明確的是，WC 通常并不直接控制物流設(shè)備的動作，而 只是協(xié)調(diào)多種設(shè)備的工作。因為每一個設(shè)備都有自身的控制系統(tǒng)，在 自動化系統(tǒng)中最常見的就 是 PLC WCS 只需要和 PLC 中的控制

8、程序通 訊即可。其次，如果系統(tǒng)中的每一個設(shè)備都可以自主地完成某個特定 流程，則 WCS 需要處理的工作量大大減少， 并且整個系統(tǒng)的通訊量 也將減小，從系統(tǒng)運行效率和可靠性上來看都是有利的。自動倉儲系統(tǒng)的很多設(shè)備在處理任務(wù)時是互不相關(guān)的，例如兩臺 堆垛機通常沒有任何相互影響的關(guān)系， 所以為了高效地控制多種物流 設(shè)備，從軟件技術(shù)角度考 慮，WCS 應(yīng)該是基于多線程或多進程的模 式。每類設(shè)備或單臺設(shè)備對應(yīng)相應(yīng)的控制線程或進程。WCS 并行地控制這些設(shè)備，將會提高系統(tǒng)的處理效率。新增或更新現(xiàn)有設(shè)備隨著物流裝備的不斷更新，不同的項目中完成相同功能的設(shè)備很 可能是不一樣的，這就要求 WC 可以根據(jù)項目中選

9、用的不同設(shè)備，按 照基本一致的模式去調(diào)度、控制這些設(shè)備，從軟件設(shè)計的角度就是常 說的基于接口的編程，如圖3 所示。從圖 3 中看出， WC 對每種設(shè)備的控制大致歸納為兩個層次： 設(shè) 備控制層、設(shè)備通訊層。 這種劃分相當(dāng)于把設(shè)備的通用控制邏輯抽象 到設(shè)備控制層中，而設(shè)備 通訊層則只負(fù)責(zé)不同設(shè)備的連接。物流流 程的執(zhí)行邏輯從上層經(jīng)過中間層的協(xié)議打包轉(zhuǎn)化成直接的特殊設(shè)備 控制指令發(fā)到具體的物流設(shè)備中，物流設(shè)備的狀態(tài)則從反 方向傳到 上層通過對每種設(shè)備的抽象分層后。 各層的功能相對獨立。 整個系統(tǒng) 的耦合性大大降低，只要滿足一定的接口規(guī)范。就可以在 WC 卿單獨 更換某一層，而不會對其 他正常運行的功

10、能產(chǎn)生影響。例如，根據(jù) 項目的實際情況需要把設(shè)備通訊層從 TCP 連接換成串口方式，或由于 物流設(shè)備的更新，設(shè)備通訊協(xié)議出現(xiàn)了變化。此時只 需更換設(shè)備通 訊層即可。路徑管理在自動倉儲系統(tǒng)的流程控制中。 除了信息流程控制外， 還有很重 要的實物搬運流程控制，這就是常說的路徑管理。在談到路徑管理或 路徑優(yōu)化時，可能最先想到 各種最短路徑的算法，比如經(jīng)典的 Dijkstra 算法等。WCS 勺路徑管理也是建立在類似的算法基礎(chǔ)之上， 但在實際應(yīng)用時還需要結(jié)合自動倉儲系統(tǒng)物流設(shè)備 的特點做一些額 外的考慮。在自動倉儲系統(tǒng)中， 某些關(guān)鍵設(shè)備對路徑的影響很大。 甚至?xí)?響到流程的正常執(zhí)行，如堆垛機一旦出現(xiàn)

11、故障，則系統(tǒng)的出入庫業(yè)務(wù) 將受到很大影響。所以，WC 在執(zhí)行正常的最優(yōu)路徑搜索算法前，首 先要考慮的就是設(shè)備是否可用。其次。實物的流動肯定需要占據(jù)一定的物理位置。而物流系統(tǒng)中 某臺設(shè)備的容量又是有限的，如果只是考慮路徑最優(yōu)，則大量物料都 將會流向某個關(guān)鍵節(jié)點，就 會引起在關(guān)鍵節(jié)點入口排隊和前置節(jié)點 的阻塞問題，導(dǎo)致達不到系統(tǒng)的最大通過率， 從而影響整個物流系統(tǒng) 的效率。因此。WCS 需要考慮設(shè)備的一些固有屬性和運 行特點來修 正相應(yīng)的搜索策略?？傊?，在自動化物流系統(tǒng)中應(yīng)用最優(yōu)路徑算法前，需要根據(jù)項目 的需求作一定的調(diào)整，即 WC 要注意到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D是根據(jù)設(shè)備 的狀態(tài)隨時可能發(fā)生變化的， 這樣才能滿足實際的業(yè)務(wù)或者設(shè)備運行 的特點?？傊?，在自動倉儲系統(tǒng)中應(yīng)用 WC，S 除了要考慮軟件或其他技術(shù) 方面的原因，選擇合適的控制策略對整個系統(tǒng)運行的效率、安全性和 穩(wěn)定性都有很大影響。從 非技術(shù)、非策略的方面考慮，在實際項目 的實施過程中，實施人員或WC 開發(fā)團隊?wèi)?yīng)向最終用戶清晰、完整地 傳達 WCS 勺特點和操作要領(lǐng)，這樣才能使 WCS 真正運行在一個可維 護的、穩(wěn)定的環(huán)境中，真正最大限度地發(fā)揮WC 莊自動倉儲系統(tǒng)中的 功能。W