R-WCS物流設(shè)備控制系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)

1、8R-WCS物流設(shè)備控制系統(tǒng)V1.0在自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境中，WCS必須要保證高可靠性和高效率。因此，WCS的規(guī)劃十分重要。 倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展離不開(kāi)wiki物流/wiki裝備和物流軟件這兩個(gè)關(guān)鍵因素。通常，自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)軟件由兩部分組成：wiki倉(cāng)庫(kù) /wiki管理系統(tǒng)(WMS)、倉(cāng)庫(kù)設(shè)備控制系統(tǒng)(WCS)。WMS不僅涉及倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)規(guī)則，還涉及與整個(gè)大物流系統(tǒng)的各種信息接口， 這些信息接口使倉(cāng)儲(chǔ)子系統(tǒng)和整個(gè)物流環(huán)境有機(jī)地結(jié)合在一起。協(xié)調(diào)運(yùn)作。 在自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)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(wèn)題，以及為了滿(mǎn)足流程或完成功能所需要配置的相應(yīng)硬件設(shè)備的

2、選擇問(wèn)題；其次要解決物流軟件的規(guī)劃問(wèn)題，包括WMS和WCS。 自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)大致可分為三個(gè)層次，如圖1所示，最上層是WMS，負(fù)責(zé)倉(cāng)儲(chǔ)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(jī)、AGV系統(tǒng) 等；WCS位于WMS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(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，并且這個(gè)過(guò)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(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中是非常重要的部分。在一個(gè)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(mǎn)足的要求 設(shè)備控制是指一種用來(lái)協(xié)調(diào)、調(diào)度底層物流設(shè)備作業(yè)的機(jī)制。WCS系統(tǒng)將負(fù)責(zé)控制實(shí)物的流動(dòng)。

3、如托盤(pán)的流動(dòng)。高度自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的物流自動(dòng)化控制系統(tǒng)一般要滿(mǎn)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(yùn)行。當(dāng)然，這個(gè)要求在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可能會(huì)有些矛盾，如在調(diào)度一軌雙車(chē)時(shí)(在同一個(gè)水平運(yùn)行軌道上擁有兩個(gè)可 以交叉作業(yè)的穿梭小車(chē)，由于兩個(gè)小車(chē)作業(yè)區(qū)的交叉，所以需要WCS對(duì)其進(jìn)行必要的調(diào)度)，如果追求安全就會(huì)應(yīng)該讓兩個(gè)小車(chē)距離遠(yuǎn)一些。但如果追求高效，就 要求兩個(gè)小車(chē)只要不出現(xiàn)撞車(chē)就可以交叉作業(yè)； 2設(shè)備控制系統(tǒng)應(yīng)能夠7×24小時(shí)全天候穩(wěn)定運(yùn)行，故障時(shí)間應(yīng)最小化，并且發(fā)生故障時(shí)可以很快恢復(fù)正常的執(zhí)行狀態(tài)； 3高度自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)雖然是先進(jìn)和高效的方式，但資金投入很大，有些投資者可能

4、會(huì)選擇分階段投入，這也導(dǎo)致在項(xiàng)目中WCS軟件也應(yīng)該是一個(gè)分階段實(shí)施的過(guò)程，因此要求WCS應(yīng)建立在一個(gè)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(huì)出現(xiàn)變化，所以WCS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(chǎng)景 WCS的作用是協(xié)調(diào)、調(diào)度自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)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(jī)制，因此首先要解決的就是WCS與底層物流設(shè)備的通訊問(wèn)題，通訊需要某種方式的物理連接。 圖2是一個(gè)比較典型的應(yīng)用場(chǎng)景，從硬件網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中顯示出WCS在系統(tǒng)中的位置。按照物理的硬件連接方式，把物流設(shè)備大致分為如

5、下幾類(lèi)。 1物流設(shè)備A：可以通過(guò)多串口卡或5613卡等硬件卡直接連接上WCS； 2物流設(shè)備B：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)和WCS相連，包括有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)； 3物流設(shè)備C：通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器把自身的特殊信號(hào)轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)信號(hào)后和WCS相連，如經(jīng)常使用的串口聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(如MOXA及研華的串口設(shè)備)就可以轉(zhuǎn)化串口信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)信號(hào)； 4物流設(shè)備D：是一類(lèi)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(chē)等。WCS并不直接和這些設(shè)備相連，而是和它們的上位計(jì)算機(jī)通過(guò)以 太網(wǎng)相連，命令下達(dá)或者設(shè)備狀態(tài)的反饋都只涉及物流設(shè)備D的上位計(jì)算機(jī)，而WCS并不關(guān)心設(shè)備控制子系統(tǒng)是如何與設(shè)備相連接的。 通訊接口就象兩個(gè)人

6、交談，雖然他們之間的電話線連上了，但如果一個(gè)人講英文，另一個(gè)人講中文，會(huì)導(dǎo)致他們交流很難或根本不可能交流。 此外，還需要進(jìn)一步考慮WCS。與每種設(shè)備通訊接口的問(wèn)題。這就是通常所說(shuō)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(diǎn)： 1設(shè)備通訊協(xié)議：一般是由各個(gè)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(kāi)的功能接口或要求WCS公 開(kāi)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WCS實(shí)現(xiàn)設(shè)備通訊協(xié)議時(shí)，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(wú)線以太網(wǎng)、串口(42

7、2/485/232)等。 WCS在典型場(chǎng)景中的應(yīng)用 同時(shí)控制多種設(shè)備 高度自動(dòng)化的倉(cāng)儲(chǔ)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(huì)變得更加復(fù)雜，如有時(shí)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(dú)查看物流設(shè)備B中的某個(gè)設(shè)備狀態(tài)等。 這里需要明確的是，WCS通常并不直接控制物流設(shè)備的動(dòng)作，而只是協(xié)調(diào)多種設(shè)備的工作。因?yàn)槊恳粋€(gè)設(shè)備都有自身的控制系統(tǒng)，在自動(dòng)化系統(tǒng)中最常見(jiàn)的就 是PLC，WCS只需要和PLC中的控制程序通訊即可。其次，如果系統(tǒng)中的每一個(gè)設(shè)備都可以自主地完成某個(gè)特定流程，則WCS需要處理的工作量大大減少， 并且整個(gè)系統(tǒng)的通訊量也將減小，從系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性上

8、來(lái)看都是有利的。 自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的很多設(shè)備在處理任務(wù)時(shí)是互不相關(guān)的，例如兩臺(tái)堆垛機(jī)通常沒(méi)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(jìn)程的模式。每類(lèi)設(shè)備或單臺(tái)設(shè)備對(duì)應(yīng)相應(yīng)的控制線程或進(jìn)程。WCS并行地控制這些設(shè)備，將會(huì)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(xiàng)目中完成相同功能的設(shè)備很可能是不一樣的，這就要求WCS可以根據(jù)項(xiàng)目中選用的不同設(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(jì)的角度就是常說(shuō)的基于接口的編程，如圖3所示。 從圖3中看出，WCS對(duì)每種設(shè)備的控制大致歸納為兩個(gè)層次：設(shè)備控制層、設(shè)備

9、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(guò)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(guò)對(duì)每種設(shè)備的抽象分層后。各層的功能相對(duì)獨(dú)立。整個(gè)系統(tǒng)的耦合性大大降低，只要滿(mǎn)足一定的接口規(guī)范。就可以在WCS中單獨(dú)更換某一層，而不會(huì)對(duì)其 他正常運(yùn)行的功能產(chǎn)生影響。例如，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)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(shí)只 需更換設(shè)備通訊層即可。 路徑管理 在自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的流程控制中。除了信息流程控制外

10、，還有很重要的實(shí)物搬運(yùn)流程控制，這就是常說(shuō)的路徑管理。在談到路徑管理或路徑優(yōu)化時(shí)，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的路徑管理也是建立在類(lèi)似的算法基礎(chǔ)之上，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要結(jié)合自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)物流設(shè)備 的特點(diǎn)做一些額外的考慮。 在自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，某些關(guān)鍵設(shè)備對(duì)路徑的影響很大。甚至?xí)绊懙搅鞒痰恼?zhí)行，如堆垛機(jī)一旦出現(xiàn)故障，則系統(tǒng)的出入庫(kù)業(yè)務(wù)將受到很大影響。所以，WCS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(shí)物的流動(dòng)肯定需要占據(jù)一定的物理位置。而物流系統(tǒng)中某臺(tái)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(huì)流向

11、某個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，就 會(huì)引起在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)入口排隊(duì)和前置節(jié)點(diǎn)的阻塞問(wèn)題，導(dǎo)致達(dá)不到系統(tǒng)的最大通過(guò)率，從而影響整個(gè)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(yùn) 行特點(diǎn)來(lái)修正相應(yīng)的搜索策略。 總之，在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中應(yīng)用最優(yōu)路徑算法前，需要根據(jù)項(xiàng)目的需求作一定的調(diào)整，即WCS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(shí)可能發(fā)生變化的，這樣才能滿(mǎn)足實(shí)際的業(yè)務(wù)或者設(shè)備運(yùn)行的特點(diǎn)。 總之，在自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中應(yīng)用WCS，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(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)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(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，實(shí)施人員或WCS開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)向最終用戶(hù)清晰、完整地傳達(dá)WCS的特點(diǎn)和操作要領(lǐng)，這樣才能使WCS真 正運(yùn)行在一個(gè)可維護(hù)的、穩(wěn)定的環(huán)境中，真正最大限度地發(fā)揮WCS在自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的功能。WCS