（检测技术与自动化装置专业论文）自动化立体仓库监控系统开发.pdf

论文题目：自动化立体仓库监控系统开发 专业：检测技术与自动化装置 硕士生：冯林( 签名)盖益拯 指导教师：张建军 ( 签名) 邀垄 摘要 立体仓库( a s r s ) 是一种集机械、计算机、控制、检测、电子、通信于一体的复杂 系统。目前已广泛应用于各种大型仓储环境中，它的方便快捷以及节省空间的优点对 于提高生产效率、降低成本、增加效益具有重要意义。 本文以自动化立体仓库为研究对象，基于成熟的立体仓库控制系统设备和运行存 取策略，对控制系统及上位计算机与下位控制子系统间的通信过程进行了研究与开 发，完成了对该系统的实时监控任务。为了实现仓库的无人化和信息化作业，开发并 实现了仓库作业过程的逼真模拟。 首先，论文对当前的控制系统的发展状况以及课题的研究背景进行了综述，对基 于v i s u a lc + + 环境下的软件开发过程提出了设计思路和设计过程，并给出了系统的整 体结构模型。采用成熟的客户端n 务器( c s ) 数据库信息管理系统模型，将仓库中的 各种资源和信息数字化于数据库管理系统之中，并论述了以数据库为核心的整个监控 系统的开发流程。接着介绍了以动画设计思想来开发仓库中执行存取货物时的模拟模 块，其中利用动画开发过程中的双缓存技术大大缓解了模拟过程中的闪烁影响。最后 重点介绍了如何利用v c + + 的c o m 技术实现与p l c 的底层通信，以性价比较高的 l gm a s t e r k 8 0 系列p l c 为对象，针对其广泛支持的m o d b u s 协议为编程口协议和 l g 专用通信协议，开发出了两种实时通信程序。现场运行证明了该系统具有较高的可 靠性。 论文最后对所完成的开发研究工作进行了总结并提出需进一步改进和完善的建 议。 关键词：立体仓库；堆垛机；监控系统；通信协议 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：r e s e a r c ho nm o n i t o r i n gs y s t e mo f a s r s s p e c i a l t y ：d e t e c t i o nt e c h n i q u ea n da u t o m a t i o ne q u i p m e n t n a m e ：f e n g l i n i n s t r u c t o r ：z h a n gj i a n j u n ( s i g n a t u m ) i 醢f ! 銎 ( s i g n a t u r e ) a b s t r a c t a s r si sac o m p l e xs y s t e mw j t hc o n c e n t r a t i n gm e c h a n i c a l ，c o m p u t e r , c o n t r o l ， d e t e c t i o n ，e l e c t r o n i c ，c o m m u n i c a t i o n s i ta p p l yi n t oa l lk i n d so fl a r g e s c a l es t o r a g e e n v i r o n m e n ta b r o a d l ya tp r e s e n t ，t h em e r i t so fc o n v e n i e n t ，s h o t c u ta n ds p a c es a v e di sv a l u a b l e t oe n h a n c ep r o d u c t i o ne f f f i c i e n c y , r e d u c ec o s t ，i n c r e a s eb e n e f i t t h ep a p e rf o c u so nt h ea s r sa n db a s eo nt h em a t u r ee q u i p m e n to fc o n t r o ls y s t e ma n d t h ep e r f e c ts t r a t e g yo fa c c u m u l a t i n ga n df e t c h i n g ，t h er e a l - t i m em o n i t o r i n gm i s s i o nb y d e s i g n i n ga n de m p o l d e r i n go fc o m m u n i c a t i o np r o c e s sb e t w e e nt o p p e rc o m p u t e ra n db o t t o m c o n t r o ls u b s y s t e mi sf i n i s h e d a tt h es a m et i m et h ev e r i s i m i l i t u d es i m u l a t i o no fr u n n i n g p r o c e s si ns t o r a g ef o rc o m p l e t e l ya c h i e v i n gu n m a n n e da n di n f o r m a t i o ni sr e a l i z e d f i r s t ，t h ed e v e l o p m e n ts t a t u so fr e c e n tc o n t r o ls y s t e ma n dr e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h i s p a p e ri ss u m m a r i z e d t h ev i e w p o i n to fs o f t w a r ed e s i g na n dc o u r s ei sp u tf o r w a r d ，a n dt h e h o l i s t i cf r a m e w o r km o d e lo ft h i ss y s t e mi si n t r o d u c e d a d o p tt h em a t u r ec l i e n f f s e r v e r ( c s ) m o d e lo fd a t a b a s ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，p u ta l lr e s o u r c e sa n di n f o r m a t i o nd a t a i n t oi t ，a n dd i s s e r t a t et h ee x p l o i t a t i o nf l o w o fw h o l em o n i t o rs y s t e mw h i c ht h ec o r ei s d a t a b a s e s e c o n d ，i ti si n t r o d u c e dt h a te m p o l d e rm o d e lm o d u l eo fc r a n ew h i c hw o r ki ns t o r g e b yt h o u g to fp a i n td e s i g i n g ，t h e r e i n t ot h ee m p o l e rp r o c e s su s ed o u b l eb u f f e rt e c h n o l o g yt o r e d u c et h et w i n k l ei n f l u e n c eg r e a t l y f i n a l l y , t h ew a y sh o wt ou s et h et e c h n o l o g yo fc o mo f v c + + t or e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o nw i t hp l ci s i n t r o d u c e d a i m i n g a tl gp l co f m a s t e r - - k 8 0s e r i e s ，t w ot y p eo fr e a lt i m ea n dc r e d i b l ec o m m u n i c a t i o np r o g r a m sh a v e w r i t t e nw h i c ha i m e da tm o d b u sp r o t o c o lw h i c h s u p p o r t e dd i f f u s e l yb y l ga s p r o g r a n m a i n g p o r tp r o t o c o la n ds p e c i a lc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo fl g t h et w ok i n d so f r e l i a b l ec u m m u n i c a t i o n p r o g r a m m sa r ed e s i g n e d ，a n db ep r o v e dv e r yf e a s i b l ea f t e rt h et e s t s o ff i e l dr t m n i n g t h er e s e a r c hw o r kd o n ei ss u m m e du p ，a n dt h ea d v i c eo fn e e d i n gt oi m p r o v eo na n d c o n s u m m a t em o r ei sp u tf o r w a r da tt h el a s to f p a p e r k e yw o r d s ：a u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e mc r a n em o n i t o rs y s t e m c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 姿料技七学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 扒日期：即6 纠乎 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： 0 吕认 指删币签名格廷犀 、n ， 年月彤日 砌右平y 月，o 口 1 绪论 1 1 控制系统的发展概述 1 绪论 目前，随着现代工业的飞速发展，生产的规模不断扩大，生产技术以及生产工艺 过程日趋复杂完善，对企业生产的自动化程度和信息的集成要求也越来越高。纵观控 制系统的发展史1 1 1 ，控制系统本身经历了模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、分 散型控制系统( d c s l 、现场总线控制系统( f c s ) 等发展过程。每一代控制系统的产生都 是对以前控制系统功能的扩展和完善，在用户和市场需求的激励引导下逐步发展壮 大，以致在控制系统领域占有主导地位。控制系统从最初利用精度低的模拟仪表控制 系统发展至今的现场总线控制系统，已经过渡到以数字信号为主或全数字信号的控制 系统，并实现了控制网络化。同时，集中管理和控制完全分离，提高了控制的可靠性 和灵活性圈。 分散型控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m 即d c s ) 综合了计算机 ( c o m p u t e t ) 控制技术、控f l 列( c o n t r 0 1 ) 技术、通信( c o m m u n i c a t i o n ) 技术、c r t 显示技 术即4 c 技术，集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制和数据采集等功能。采用 了分散控制、集中操作、综合管理和分而治之的设计原则口j 。系统安全、通用灵活性、 最优控制性能和综合管理能力，为工业过程的计算机控制开创了新方法。自从1 9 7 5 年美国的h o n e yw e l l 公司成功地推出了世界第一套分散控制系统以来，经历了近3 0 年的时间，d c s 已经走向成熟并得到了广泛应用。d c s 采用分散控制级、集中操作监 控级和综合信息管理级的三级体系结构，d c s 各级之间的信息传输主要靠通信网络系 统来支持【4 】。在d c s 中充分体现了硬件积木化、软件模块化和控制系统组态的特点。 d c s 设计使用了方便的面向问题的语言p o l ( p r o b l e mo r i e n t e dl a n g u a g e ) ，为用户提供 了数十种常用的运算和控制模块，控制系统设计人员只需按照控制方案，从中选出控 制模块，并以填表的方式定义这些软功能模块，即可进行系统组态。d c s 通信距离可 按用户要求，从几十米到十几公里，通信速率为l l o o m b p s ，可满足实时控制和管理 的要求。d c s 的高可靠性体现在分散的体系结构、软硬件冗余技术、自诊断功能、抗 干扰措施和高性能的元器件。 1 2 课题背景及意义 本论文的研究内容来源于为实现自动化立体仓库的监管一体化而开发的监控系 统。仓库中存放的是同种材料制作的钢质钣辊，它是印刷行业的必需品，各种消费品 的包装盒、包装纸、包装箱都是由它印制的。整个仓库中有3 台，即巷道式【5 1 ，它是立 西安科技大学硕士学位论文 体仓库中最重要的运输设备。巷道式是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重 机。如图1 1 所示，它的主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将位于巷道口 图1 1 试验用仓库实物图 的货物存入货格；或者相反，取出货格内的货物运送道巷道口。这种使用工艺对巷道 式在结构和性能方面提出了一系列严格的要求。传统的作业方式是当巷道口有货物来 的时候，由仓库管理员观察并选择合适的来运送货物，然后管理员手工输入要运行的 路线和要到达的目的地，同时人工记录下这次操作的记录以及货物的各种情况。并且 还要严密的注视每一次的运行过程，以防止故障和各种突发事件的发生，从而造成不 必要的财产损失和人身安全。鉴于上述原因，针对仓库操作的特殊要求，研制和开发 了一套专门用于立体仓库的监控系统，该系统类似于d c s ，采用除综合管理信息级以 外的两级体系结构。下位机是以可编程控制器为核心的电气控制装置用来实现具体控 制功能。为了实现仓库无人化操作和保障人身安全，上位机远离库区。上位机并不直 接参与控制，主要任务是对下位机进行集中监视和管理，完成数据显示、动画模拟、 实时报警以及向下位机发布控制要求 6 l 。 上位机控制系统核心是以v i s u a lc + + 为开发平台，其“可视化”和“面向事件”的特性 是简化w i n d o w s 程序开发的关键。v i s u a lc + + 是一个重要的c + + 编译器，它提供由许 多组件组成的完整的开发环境，这些组件协同工作，从而简化了软件的开发过程【7 l 。 d e v e l o p e rs t u d i o 中集成了s u a l c + + 的编译器和开发工具，使得创建、调试w i n d o w s 程序十分简单。使用d e v e l o p e rs t u d i o 中的工具和向导( w i z a r d ) ，结合m f c 类库，可 1 绪论 以在几分钟内创建一个程序框架。在系统的开发过程当中，使用了v c + + 提供的标准 的m s c o m 控件，它提供了在其中通过串口发送和接收数据的串口通信能力。通过使 用m s c o m 提供的一些属性、事件和方法，可以方便的对串口进行设置，并且简化了 数据的发送和接收功能程序的编制。利用a c t i v e x 技术开发了有动画和报警功能的 a c t i v e x 控件，提高了程序开发的开放性和可重用性。上位机的控制程序开发多数采 用工业控制组态软件，如亚控公司的“组态王”、“世纪星”等。其可以实现数据的采集和 控制信息的发送，同时具有多点同时报警处理功能和实时数据的存储功能等。但是组 态软件所包含的下位硬件设备的协议有限【8 j ，因此不能囊括所有的设备，并且，由于通 信协议的相对固定无法与日新月异的特殊下位硬件的通信协议相匹配。利用v c 语言 开发的通信驱动程序，不但可以节约成本，而且还可以针对具体的通信设备编制出具 有更好的实时效果的通信程序，提高通信的实时性和可靠性，并提高了系统的针对性 和灵活性。本系统的下位机是可编程序控制器( p l c ) 产品型号为l gm a s t e rk - 8 0 系 列，该系列p l c 不但提供了专用的通信协议，而且对用于下载程序的编程口可以进 行二次利用。专用协议针对p l c 的各种位元件和字元件提供了丰富的控制指令，可 以满足用户各种控制要求。编程口协议的控制功能虽不如专用协议的丰富，但是它可 以直接对p l c 内部的软元件进行读写操作，使通信程序编制直接而简单【9 。 1 _ 3 本论文所做的主要工作 如上所述，所开发的装置为仓库、以及计算机控制为一体的监控系统。论文开头从 整个装置的结构及组成的介绍入手，说明了该装置的工作特点。论文重点着眼于系统 的模拟和控制部分，该控制系统属于以p l c 为下位硬件以工业控制计算机为上位机 的准d c s 系统。详细论述了从p l c 到上位计算机的软件设计与开发；上位计算机的 软件开发以v c 为开发平台，利用l gm a s t e r k 8 0 系列p l c 提供的编程口通信 协议和专用通信协议，开发两套通信系统。利用v c 图形化和面向对象的特点和v c 语言的a c t i v e x 等技术开发了用于动画模拟的主运行画面以及针对编程口协议和专用 协议测试画面等。论文以测试编程口协议和专用协议的测试画面为核心，阐述了通信 程序的丌发过程并成功地通过实验得到了验证。 西安科技大学硕士学位论文 2a s r s 实时数据库及系统总体设计 2 1 实时数据库系统概述 在过程控制系统中，实时数据记录各个控制点的实时信息，对实时数据进行管理 最好的方法是使用一个自带的数据库系统如果使用通用的关系数据库系统管理实时 数据，不仅效率低，数据格式和保存方式既不能完全满足关系型数据的要求【”】，也不 能完成对实时数据的处理要求，因此，在过程控制系统中设计实时数据库系统是十分 必要的。 实时数据库系统是控制系统连接其它应用系统的桥梁在控制系统上位机上建立 实时数据库系统，通过数据库接口访问控制系统中的实时数据，设计算法，可以实现 控制系统的先进控制和优化控制利用实时数据库系统与m i s 系统连接，可以建立生 产调度系统，还可以建立企业级的c i m s 系统【“j 。 监控软件实时数据库要建立一套完成数据采集、实时数据、历史数据和统计数据 存储管理的功能模块，为用户提供接口，使用户能够对来自现场控制系统或人工键入 的数据进行分析处理，并能对控制系统进行反馈控制输出，为实现生产过程的先进控 制及优化或其他应用提供数据服务。 监控软件的实时数据库系统应该具有高可用性，能够适合不同的控制系统。为了 满足不同的控制设备接口，需要有一套i o 通信应用编程接口规范，能够支持集散控 制系统( d c s ) 、可编程控制器( p l c ) 、实时控制单元( r t u ) 或其他过程控制设备的驱动程 序，还应支持其它许多不同的非标准化的过程控制设备。 监控软件的实时数据库系统结构使用c l i e n t s e r v e r 结构 12 】，这样可以更好地支持 网络功能，服务器客户应用程序可以在任何一台有组态软件的p c 上运行，可以人工 设置一台机器处于服务器或者是客户机状态软件的实时数据库系统结构使用 c l i e n t s e r v e r 结构，这样可以更好地支持网络功能，服务器客户应用程序可以在任何 一台有组态软件的p c 上运行，可以人工设置一台机器处于服务器或者是客户机状 态。 监控组态软件的实时数据库具备一般实时数据库的基本特征和属性，它们是实时 数据库算法设计的基础，因此很必要对实时数据库的一系列问题进行全面的研究：数 据管理；实时数据库事务处理【l3 j ；实时数据库事务的调度策略等，本课题是这些理论 的指导下进行了实时数据库算法的设计。 2a s r s 实时数据库及系统总体设计 2 2a s 瓜s 数据库需求分析 在仔细调查了企业仓库物资设备管理过程的基层上，得到本系统所处理的数据流 程如图2 1 所示： 图2 1 系统数据流程图 针对本实例，通过对企业仓库管理的内容和数据流程的分析，设计的数据项和数 据结构如下： ( 1 ) 设备代码信息，包括的数据项有设备号、设备名称等。 ( 2 ) 现有库存信息，包括的数据项有现有设备、现有数目、总数目、最大库存等。 ( 3 ) 设备出入库信息，包括的数据项有设备号、出入日期、经手人等。 ( 5 ) 堆垛机状态信息，包括的数据项有堆垛机机号、工作状态等。 2 _ 3 a s 瓜s 数据库理论分析 依据实际的仓库标准和系统的功能需求，将系统的数据库划分为以下几个主要部 分： 西安科技大学硕士学位论文 f 1 ) 一个历史数据表：它记录了仓库中每一次的运行记录及货存情况，主要是为了 方便系统的库存查询以及历史统计。 ( 2 ) 一个是统计相关数据表：它记录了每天的仓库实际货存情况以及相关的统计数 据，如的使用情况、的故障率、总的库存量等方便了管理和系统其他模块的调用。 ( 2 ) 一个是状态表：它记录了仓库中存放的3 台的各自情况，如是否处于运行状 态、是否处于故障维修状态等。 ( 4 ) 一个是操作记录表：它记录了每次的存取操作对象，包括号、货物存取的位 置、存取时间等。 ( 5 ) 还有6 个库存表：记录了每个库面中每列的实际存货量，这样就简化了每次繁 琐的统计每库存工作。 ( 6 ) 另外是6 个独立的库存表：分别记录了仓库中6 个库面的实际货存情况；每一 张表记录了设备号、货架状态、存入时间等。 2 4 实时数据库系统数据管理 组态软件实时数据库的主要功能是完成对控制系统的数据管理，满足控制系统的 数据处理要求，并保存控制系统所需要的所有数据。这些数据为了管理方便可以分为 三种类型：实时数据、历史数据和统计数据。实时数据库保存数据时按类型分别加以 保存。 在实时数据库中，一个基本的数据对象为一个数据点，一个点由若干个参数组 成，系统以点参数为单位存放各种信息口4 j 。一个点参数对应一个客观世界中的可被测 量或控制的对象。例如，某个容器的温度可以作为一个数据对象而成为数据库中的一 个点参数，被测对象由温度传感器监视，其值被周期性地采样，并写入数据库中。 实时数据库中的数据点组态程序根据系统结构进行组念，生成数据字典，数据字 典中不仅包含控制系统现场的数据采集点，还包括各个数据点的属性1 7 j 。数据点的属性 有点描述、点状态、数据p v 值( 过程值) 、数据p v 值上下限、数据p v 值死区、 工程单位等多种属性。点组念时还需要决定实时数据的报警要求和输入输出处理要 求，以及历史数据和统计数据的保存要求【l ”。点的所有属性描述了一个数据点的完整 信息，这些信息都保存在数据字典中。 从控制系统采集到的是裸数据，一般都要对裸数据进行输入处理后才存入实时数 据库中。实时数据库可以带有输入处理过程，如量程转换、滤波等常用，处理算法。 在点组态时选择对各个点采用何种输入处理。实时数据库应该允许用户访问到裸数据 和经过输入处理的数据。向控制系统输出的控制数据一般要经过输出处理后再送到现 场控制点。实时数据库系统也要有输出处理过程，如输出变化率限制、数据超限处理 等处理算法或允许用户自定义处理功能。在点组态时选择对各个回送数据点采用何种 6 2a s 瓜s 买时数据库及系统总体设计 输出处理。 从控制系统采集到的数据和向控制系统回送的控制数据一般都需要设置报警处 理。可在点组态时对数据点进行报警处理组态。报警处理组态可以设置报警方式、报 警级别和报警限值等报警属性。实时数据库运行时，当有数据点报警时，实时数据库 通过画面操作显示系统显示报警信息。并将报警信息保存到报警日志文件中【l “，这样 可以随时检查报警汇总信息和报警历史信息，并形成报警表单。 实时数据库保存动态变化的实时数据。为了保证数据的实时性，实时数据库常驻 内存。定时采集的实时数据动态刷新实时数据库中数据，实时数据库中始终存放的是 最新的现场数据。实时数据库定期保存到磁盘上作为备份。实时数据库记录实时数据 的历史趋势，即历史数据，根据用户对数据点的组态，实时数据库定时将实时数据保 存到历史数据库中。历史数据保存在磁盘上，供用户访问。保存在数据库中的历史数 据带有时间标记，历史数据仅当产生变化时才进行保存。为了避免历史数据频繁地写 磁盘，在内存设计了一个数据缓冲区( 即在上节中建立的5 张独立的库存表) 。历史数 据首先写入缓冲区，缓冲区满了以后再一次写入磁盘中的历史数据库。根据用户对点 的组态，实时数据库自动对需要进行统计的点p v 值进行统计运算。在实时数据库 中，对数据点p v 值可进行累计值、平均值、最大值、最小值等统计运算。统计运算 按时间段分为时统计、班统计、日统计、月统计和年统计。 为了系统安全性能，为了防止人为修改数据造成运行错误，在本组态软件中，我 们将用户分为普通客户、操作员、工程师和系统管理员四个级别。用户级别决定了用 户访问实时数据库中数据的权限【1 ”。普通客户只有读数据的权限，而不能对系统进行 操作，操作员可以对生产中需要人为干预的数据具有写操作权限，并对应用系统具有 自己相应的管理权限，工程师可以对已经组态的生产系统界面进行数据修改、组态等 操作权限，但是不能对组态软件进行结构变更。 2 5 系统的整体设计思路 因为本系统的设计完全是基于导师张老师的自动化立体仓库，在仓库的所有硬件 及设备都已经完全商用化的思路下，设计一套配合其运行的软件平台，从而真正的实 现了软件和硬件的统一，更加强了自动化立体仓库的自动化操作水平。 2 5 1 系统结构模型 结合以上所述以及系统所要完成的各个功能情况，系统的机构模型图如图2 2 所 示。其中控制中心和模拟模块和数据库存在在数据的互相交换，而通信测试部分仅与 控制中心有数据交换，测试模块仅在测试的时候和有数据关联，模拟部分和存在着同 步的运行情况，但是不存在数据关联。控制中心和在运行的时候通过通信协议互相单 向的进行数据上传显示。 西安科技大学硕士学位论文 图22 系统结构模型图 2 5 2 系统功能介绍 此监控系统主要有三大模块组成，一个是控制中心：是整个系统的核心部分，它 的界面模仿了上的操作界面，好处是在故障情况下能熟悉的进行人工操作。另外它的 主要功能是： ( 1 ) 发出故障信号、报警信息、提示各种操作的确认及出错信息； ( 2 ) 向下位机发布命令，并监视下位机的状态信息； ( 3 ) 提供仓库的整体仓储情况，显示每台的运行状况： ( 4 ) 提供打印及浏览库存报表清单： ( 5 ) 查询历史数据库； ( 6 ) 提供操作指南帮助信息。 另外一个界面动画模拟了仓库及运行情况： ( 1 ) 形象直观的展示r 每一个巷道的仓储情况，其中红色表示货架上有货，黄色为 空： 2a s r s 实时数据库及系统总体设计 ( 2 ) 存取过程，模仿了的整个操作过程； ( 3 ) 提供手动和自动操作按钮。 通信测试模块主要功能是读写和设置p l c 的相关元件，同时将p l c 中的相关信息 反馈给其他功能模块。 2 6 控制中，b 设计及控制流程 控制中心和模拟界面可单独的操作数据库，但两者的存取消息将保持一致和共 享。控制中心主要负责数据库的读操作，同时下达给模拟界面，模拟界面即可绕开控 制中心读取数据库，也可修改数据库。 控制中心所有的数据库操作完全在自己的类中实现，不调用模拟设计模块的类函 数，以免发生系统崩溃，这点在设计系统调试过程中已经得到了验证。 在整个系统设计中，控制中心和模拟模块也是完全分离的，在真正的现场，则需 要两台电脑，一台运行控制中心，另一台显示模拟界面，因为这样才能精确的保证现 场和模拟动画的完全同步。因为现时的单计算机虽然实现了多任务的处理功能，但是 并没有真正的实现，它只是采用了时间片的轮流执行和流水线作业而已 1 8 i 。所以在控 制中心和模拟动画模块相互调用的时候必然产生延误。 模拟部分运行所产生的数据可同时在控制中心里实时的显示，控制中心的数据则 只对下位机产生控制和监视作用。在本系统的设计过程中，考虑到整体效果，因此在 控制中心产生了控制数据后，此数据也可以被模拟动画模块调用运行来模仿现场的真 实效果。 此部分是管理系统的主画面，系统管理员或决策层可以通过它直接了解仓库中的各 种信息： ( 1 ) 必须直观的显示每个仓库的实际库存量； ( 2 ) 可提供检查仓库中运行状态的按钮； ( 3 ) 可实时的提供准确的存取定位策略并显示； ( 4 ) 能实时的监视的运行路线并能形象的表示； ( 5 ) 提供各种控制按钮； ( 6 ) 大屏幕文字提示系统所要运行的各种指令。 2 7 控制中心类实现及函数 c l a s sc c o n t r o l v i e w ：p u b l i cc f o r m v i e w p r o t e c t e d ： p u b l i c ： 西安科技大学硕士学位论文 c c o n t r o l v i e w o ； p r o t e c t e dc o n s t r u c t o ru s e db yd y n a m i cc r e a t i o n d e c l a r ed y n c r e a t e ( c c o n t r o l v i e w ) f o r m d a t a p u b l i c ： f l a f x _ d a t a ( c c o n t r o l v i e w ) 黜fi d d = 1 d df o r m v i e w 4 ；控制控制中心所用各控件变量 c e d i t m _ k u s h u l i a n 9 6 ； c e d i t m _ k u s h u l i a n 9 5 ； c e d i t m _ k u s h u l i a n 9 4 ； c e d i t m _ k u s h u l i a n 9 3 ； c e d i t m _ k u s h u l i a n 9 2 ； c e d i t m _ k u s h u l i a n g l ； c e d i t m _ e d i t k u h a 0 6 ； c e d i t m _ e d i t k u h a 0 5 ； c e d i t m _ e d i t k u h a 0 4 ； c e d i t m _ e d i t k u h a 0 3 ； c e d i t me d i t k u h a 0 2 ； c e d i t m _ e d i t k u h a 0 1 ； c e d i t m _ e d i t 9 z z j i a ； c e d i t r e _ e d i t l o y y c e n g ； c e d i t m _ e d i t 7 x x w e i ； c e d i t m _ e d i t d d j h a 0 2 ； c e d i t m _ e d i t c o n t r o l c e n t r o r ； c b u t t o nmb u a o n d d j 3 ； c b u t t o nmb u 扎o n d d j 2 ； c b u r o nmb u t t o n d d j l ； c b u t t o n m _ b u t t o n r u k u ； c b u t t o nmb u r o n c h u k u ； c b u r o nmb u t t o n q u x i a o ； c b u t t o n m _ b u t t o n y u n x i n g ； c b u t c o nmb u t t o n q u h u o ； c b u t t o nmb u t t o n c u n h u o ； c b u t 【o n m _ b u t t o n q u e r e n ； c e d i t m _ e d i t d d j c q s h u o m ； 1 0 2a s 爪s 实时数据库及系统总体设计 c e d i t m _ e d i t d d j h a o ； c e d i t m _ e d i t d d j g e i d i n g ； c e d i t me d i t j i a ； c e d k m _ e d i t c e n g ； c e d i t m _ e d i t w e i ； c e d i t me d i t l d d j s t a t e ； c s t r i n gm _ a d i t 2 z ； c s t r i n gm _ e d i t 4 y c s t f i n g m _ e d i t 6 x ； ) a f x _ d a t a a t t f i b m e s p u b l i c ： o p e r a t i o n s p u b l i c ： i n tt o n g j i z u i x i a o k u m i a n o ；查询统计出库中最小库面的号并返回其值 v o i ds h a n g h u a n k z z x ( i n tx x ，i my y , i mz z ) ；将计算出的操作对象位置上传到 控制中心界面并显示 c l a s s w i z a r dg e n e r a t e dv i r t u a lf u n c t i o no v e r r i d e s a f x _ v i r t u a l ( c c o n t r o l v i e w ) p u b l i c ： v i r t u a lv o i do n i n i t i a l u p d a t e o ；系统进入控制中心时，调用此函数初始化各变量同 ，时查询并统计相关所要显示的变量值 p r o t e c t e d ： v i r t u a lv o i dd o d a t a e x c h a n g e ( c d a t a e x c h a n g e + p d x ) ； d d x d d vs u p p o r t ， a f x _ v i r t u a l i m p l e m e n t a t i o n p u b l i c ： v i r t u a l c c o n t r o l v i e w 0 ；析构函数，在这里将释放一些白定义的指针以释放内存 # i f d e f d e b u g v i r t u a lv o i da s s e r t v a l i d ( ) c o n s t ； v i r t u a lv o i dd u m p ( c d u m p c o n t e x t & d c ) c o n s t ； # e n d i f g e n e r a t e dm e s s a g em a pf u n c t i o n s a f x _ m s g ( c c o n t r o l v i e w ) 西安科技大学硕士学位论文 a f x _ m s g v o i do n b u t t o n d u i d u o j i x u a n z e l 0 ；检查一号的状态 a f x _ m s gv o i do n b u t t o n d u i d u o j i x u a n z e 2 0 ；n 检查二号的状态 a f x _ m s g v o i do n b u t t o n d u i d u o j i x u a n z e 3 ( ) ；检查三号的状态 a f x _ m s gv o i do n b u t t o n c u n h u 0 0 ；提示仓库管理员将要执行的时存库的操作 a f x _ m s gv o i do n b u t t o n q u e r e n 0 ；：提示仓库管理员将提交所确认的操作对象 a f x _ m s gv o i do n a u t o o ；此类的主要函数，自动查询数据库按照一定的算法得出 所要操作的具体对象 a f x _ m s gv o i do n b u t t o n r t m 0 ；运行所要进行的操作 ) ) a f x _ m s g d e c l a r e _ m e s s a g e _ m a p 0 ； 2 7 1 类的o n a u t o ( ) 函数 尽管本系统设计的目的是为了更好的实现仓库的自动化作业水平，但是在设计时 候还是设计了此函数，它方便了系统调试工作，在进入现场后可以将此函数删除，同 时在初始化函数中来调用它。下面具体介绍此函数的设计过程： 查询状态统计数据库，统计出可运行的的数量。如果数量为零则表示无可运行， 此时可能全部运行或有故障，可通过控制中心查询具体信息。返回并等待直到有可运 行。 如果统计的数量值大于零，则表示有空闲，可执行存取操作。进入判断选择过 程：如果是三台都可以运行，则必需查询统计数据库找出存货量最小的库面，同时判 断是否已经都存满，如果没有存满，进入库面数据库查询得到具体存货位置并上传给 控制中心发出命令。同时将具体位置的信息实时在控制中心显示。如果是两台可以运 行，则比较出两台对应的4 个仓库中存货量最小的一个货架执行同上的操作。如果是 一台可运行，则更简单，只需查询相应的两个库存数据库找出货架位置即可。流程图 如下图2 3 所示： 2 7 2 类的o n l n i t i a l u p d a t e 函数 o n l n i t i a l u p d a t e 函数的作用是初始化一些控件的固定设置，比如字体、背景、提示 以及图标等。但是它的主要功能是读取数据库并初始化当天的库存数量值。 这样设计好处是在系统启动的时候就可以完全的掌握了前一天结束时的所有操作 结果和信息，因为系统启动的时候库存操作还没有开始，节省了系统运行时的开销。 2a s r s 实时数据库及系统总体设计 图2 3o n a u t o 函数的数据流程图 西安科技大学硕士学位论文 2 7 3 类的t o n g j i z u i x i a o k u m i a n 函数 定义一组数组变量k u 1 ，读取统计数据库t o n g i i ，分别读取出每库面的实际存货量 赋值给数组变量，然后比较出最小库面号返回给调用变量。 此函数只有在全部处于可运行的状态下被调用，因为其他的情况可以根据号直接 的进入库面数据库k u n c u n 进行查询。 k u 1 k u 6 依次存放了查询数据库后的第一到第六库面的实际货存量，将第一个 值赋值个k u o ，从k u 2 开始比较，如果有比k u o d , 的，就将k u o 更新为此值，按照 此法，一直到k u 6 就可计算出最小的库存量的大小，但是此时还并没有得到具体的库 面号，为此再次循环比较，按照事前设定的算法，存货选择靠进仓库口的原则，当比 较到和k u o 值相等时，立刻跳出循环，此时的整型值即为所要操作的库面号。返回此 值即可。 2 8 小结 本章主要包括两部分，一是对整个监控系统的设计思想及方法提出了自己的观 点，在具体论述了实时数据库的基础上，设计了本监控系统的核心数据库，给处了具 体的设计过程以及数据流程图，很直观的体现了整个系统内的数据流向，同时给出了 系统的结构方框设计图，将本系统的各个模块及相互间的联系清楚的表达了出来。二 是在完成系统的整体介绍后，将系统的控制中心设计过程进行详细的叙述，依托成熟 的立体仓库和控制策略算法，以及控制界面，设计了控制中心主控界面，同时程序现 实了各种控制算法和存取策略。其中数据库中的信息以及运算结果为第三章的模拟模 块的设计提供了数据支持。 3 动画模拟模块设计 3 动画模拟模块设计 3 1 图形界面组态设计思想 用户希望控制系统不但能按给定的生产工艺进行控制，还能在不影响生产的情况 下调整现有的工艺流程和操作界面，目前比较先进d c s 都有专门的图形界面生成工 具，动画设计采用计算机软件领域中较为先进的游戏设计思路，允许用户根据特定的 生产工艺来生成图形操作界面i l9 。图形界面组态设计是组态软件设计的重点，本课题 充分利用面向对象的思想设计图形界面。 3 2 面向对象的思想 面向对象技术被认为是程序设计的一场革命，与传统的结构化程序设计相