行李控制系統軟件模型化設計及研究

摘要：為滿足樞紐機場的運營需求，行李控制系統的設計越來越復雜，系統的可靠性、穩定性以及容錯性都會因為系統規模的增大而降低。同時，隨著經濟的發展，行李控制系統還要具備良好的可維護性和可升級性。文章從行李控制系統設計的基本特點出發，提出系統設計的基本原則，并引入模型化設計的概念，提升了行李控制系統軟件自動化程度，提高了軟件編程的效率，降低了系統編程的成本和風險。

關鍵詞：行李控制系統；模型化設計；軟件編程；樞紐機場；運營需求

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）33-0027-03

1 概述

樞紐機場通常是集多種交通方式為一體的交通樞紐中心，因此，樞紐機場的行李控制系統分布范圍較廣。為提供完善的服務，需要集成更多設備，以實現更加復雜的功能，因此系統的接口也就更加豐富。日常運營中，每一個時段乘客到達的密度不同，輸入條件不斷變化，行李控制系統要具備很好的適應性。并且在設備出現故障的時候，能夠在很短的時間響應故障，并能及時調整行李輸送的路徑，不影響機場運營。綜合上述情況，樞紐機場行李控制系統的特點是規模大、接口豐富、功能復雜、具備良好的容錯性。

傳統軟件編制過程是手工作坊式的開發方法，個人行為占主導，沒有合理的系統設計及功能描述，無法確保系統的功能和性能滿足用戶需求。一旦個人開發過程中斷或終止，其他人員難以將項目繼續執行下去，甚至本人也無法繼續，嚴重的情況需要重新設計開發，導致交付時間難以控制。項目結束之后，維護人員對于維護系統無從下手，可維護性低，且后續類似項目的實施也難以從之前項目借鑒軟件編制的思路和程序。因此個人行為的軟件編制過程不利于控制項目的風險，且會大大增加項目的成本。

軟件編制的過程應該是一個生產過程，是在先獲取利益相關者的需求，然后根據需求定義架構，設計架構元素，最后實現。具有以下特點：（1）準確性：要能準確滿足用戶的需求；（2）可用性：最終能夠實現需求，并能達到用戶可用的程度；（3）經濟性：整個開發的過程要盡可能地降低軟件開關的費用。

針對這三個特點，提出了系統模型化設計的辦法。

2 模型化設計

行李控制系統層次清晰，并且功能明確。根據系統的結構，功能以及各元素之間的資源關系，將系統分為系統模型、資源模型、功能模型以及功能塊模型。

2.1 系統模型

系統模型是以一個或多個通信網絡協議作為系統層級的劃分，將相互通信的設備集合在一起，以完成整個系統的功能，通常分為離港系統和到港系統。

2.2 資源模型

資源提供了功能網絡的運行環境。資源是包含在系統中的一個功能單元，通過事件和數據流交換信息，合理分配資源，實現系統各個模塊的獨立操作。系統中的一個模塊的刪除、增加和修改，都不會影響到其他模塊的功能。組成分部式系統的所有功能塊，將全部分布于各個資源當中。

2.3 功能模型

利用系統的資源信息，組成一個完成特定功能的模型。功能模型是系統設計的基本單元，比如輸送功能、值機功能、安檢功能、合流功能、分流功能等。這些功能在不同系統之間都是類似的，電氣設計會略有差異。因此系統開發的主要工作在于發現功能、理解功能、編寫功能并進行適應性修改。

2.4 功能塊模型

功能塊模型是所有模型的基礎。功能塊是軟件封裝和重用的基本單元。

功能塊由事件輸入和輸出數據、數據輸入和輸出、算法和內部變量組成。算法決定功能塊的功能特性，特定事件發生時，其變化反映在相應的事件輸入上。驅動相應算法執行，算法讀取輸入數據，根據輸入數據和內部數據產生內部數據輸出，最后觸發一個輸出事件。功能塊結合系統資源從而組成功能模型。

2.4.1 基本功能塊。基本功能塊是系統最基本控制單元設備的應用，主要是定義其基本的輸入信號和數出信號，并具有基本的控制算法對輸入信號進行判斷，控制輸出信號，并為其他控制算法預留相關的接口

信號。

在行李控制系統中，最基本的控制單元是電機，其輸入信號就是控制電機的相關單元的反饋信號，比如電機保護開關、手自動控制模式、急停信號等。輸出信號主要為對電機發出的指令，主要是啟動/停止信號、正反轉信號、速度信號。主要的控制算法包括輸入電氣信號的邏輯判斷，判斷輸入電氣信號的狀態，輸出控制指令，從而決定輸送機的行為；輸送機的基本行為主要包括啟動、停止、漸停、節能等。

已啟動：表明系統已經啟動，在電氣設備正常的前提下具備輸送行李的能力；已停止：表明輸送機不具備運轉的條件，可能是電氣故障，也可能是其他邏輯算法，預測輸送機存在問題而將輸送機停止下來，同時會顯示相關的故障信息；暫停：通常是外部接口請求輸送機暫時停止運轉，在外部設備恢復之后再運轉，這一個過程不會改變輸送已停止的狀態，一旦外部設備的請求消失，輸送機就會立即運轉起來；漸停：是上下游輸送機接口之間發生，下游輸送機不具備接收行李的條件，而本段輸送機卻有行李需要請求輸送至下游輸送機，則行李會在輸送機的末端位置等待，直到下游輸送機接收行李的條件具備；節能：為了節約能源，在輸送機上沒有行李輸送，且輸送機運轉超過輸送機長度的時候，就可以將輸送機靜止下來，以節約能源，直到上游有請求發送行李信號觸發的時候，才會復位節能的狀態。

這幾種狀態之間是存在優先級關系，已停止的優先級最高，其次是暫停、漸停、節能和已啟動。這一優先級也決定了輸送機在HMI上的顯示狀態。

2.4.2 輔助功能塊。輔助功能塊為基本功能塊提供更多輔助功能，主要是為了實現更多更復雜的功能。因為需求，應用相應的算法，對基本功能塊預留接口信號控制，以實現特定的功能。比如輸送機的速度運算、光電開關的信號檢測阻塞判斷及濾波、流量控制、跟

蹤等。

3 系統模型設計的具體實施

輸送機及其相關的傳感器及執行機構構成了行李控制系統的最小單元。因為功能需要，將多個不同類型的輸送機組合，構成不同的功能模型，多個功能模型的集合構成子系統，子系統構成整個系統。如圖1所示：

圖1 層級系統架構示意圖

子系統是功能構件的集合，會因為所處過程的不同，集合不同類型的功能構件。比如：離港系統分為值機流程、安檢流程、行李條碼讀取、分揀流程；而中轉系統則可能就不需要再進行值機和安檢流程。

所有這些模型都是用功能塊的形式編寫，功能塊由功能塊類型、數據結構和算法以及背景數據構成。功能塊類型決定了該功能塊所應用的場合，其命名由功能名稱和數字組成，比如值機流程為CI（Check-in）的縮寫，而值機流程又因為機械設備不同分為兩段輸送機和三段輸送機，因此可以分別定義為CI01和CI02；數據結構為整個系統提供了有效的數據信息，它包括數據結構、長度、數據類型及地址。通過修改數據結構，則調用該數據結構的所有模型都會同時更新，同時也方便進行數據查詢與賦值。背景數據為功能塊提供了數據接口和事件接口，它不僅包括與外部設備的輸入輸出接口，還包括內部功能塊的背景數據塊以及內部功能塊之間的數據接口。

全局變量為層級之間提供了數據和事件接口，主要包括控制命令的下達和設備狀態的上傳。輸送機是隸屬于功能構件，所以除了輸送機以外，其他所有層級都有屬于自己的管理功能塊。管理功能塊用來決定該模塊管理范圍內的設備運行狀態。

輸送機之間采用傳遞接口，傳遞接口中包括準備發送行李、準備接收行李等事件。同時，傳遞接口還提供了數據接口，以方便上下游輸送機之間進行數據的傳遞。輸送機與放置在其上方的設備（比如安檢機、分流器）之間，則通過輔助功能接口來通訊。

圖2 層級系統接口示意圖

每個層級的各個功能塊都有自己的身份識別號（ID），與機械設計ID保持一致。為方便上位畫面的顯示，將所有的設備背景數據塊中的重要信息都收集到一個全局數據塊中，分別是設備ID、設備參數設定、設備狀態和統計信息。在全局數據塊中，數據按照系統的層級高低以及設備ID號的先后順序排列。如圖3所示：

圖3 基本功能塊接口

4 結語

基于該模型，開發出完整的控制系統程序，通過實踐檢驗證明，該設計模型充分地實現了客戶所需的功能，并且運行穩定，每一個參與軟件編制的工程師以及維護工程師都可以對其修改和完善功能，具有很好的良構性和復用性。

參考文獻

[1] 方敏，應晶.基于模板工程的軟件開發自動化框架研究[J].浙江大學學報，2007，41（3）.

[2] 陶耀東，林滸.高性能開放式數控系統框架[J].小型微型計算機系統，2009，（9）.

[3] 肖理昂，薛雯.基于模版框架結構的自動調測系統軟件設計[J].電子對抗技術，2010，（5）.

作者簡介：余躍進（1982-），男，湖北黃石人，深圳達實智能股份有限公司工程師，研究方向：工業自動化控制、信息自動化系統集成等。

蹤等。

3 系統模型設計的具體實施

輸送機及其相關的傳感器及執行機構構成了行李控制系統的最小單元。因為功能需要，將多個不同類型的輸送機組合，構成不同的功能模型，多個功能模型的集合構成子系統，子系統構成整個系統。如圖1所示：

圖1 層級系統架構示意圖

子系統是功能構件的集合，會因為所處過程的不同，集合不同類型的功能構件。比如：離港系統分為值機流程、安檢流程、行李條碼讀取、分揀流程；而中轉系統則可能就不需要再進行值機和安檢流程。

所有這些模型都是用功能塊的形式編寫，功能塊由功能塊類型、數據結構和算法以及背景數據構成。功能塊類型決定了該功能塊所應用的場合，其命名由功能名稱和數字組成，比如值機流程為CI（Check-in）的縮寫，而值機流程又因為機械設備不同分為兩段輸送機和三段輸送機，因此可以分別定義為CI01和CI02；數據結構為整個系統提供了有效的數據信息，它包括數據結構、長度、數據類型及地址。通過修改數據結構，則調用該數據結構的所有模型都會同時更新，同時也方便進行數據查詢與賦值。背景數據為功能塊提供了數據接口和事件接口，它不僅包括與外部設備的輸入輸出接口，還包括內部功能塊的背景數據塊以及內部功能塊之間的數據接口。

全局變量為層級之間提供了數據和事件接口，主要包括控制命令的下達和設備狀態的上傳。輸送機是隸屬于功能構件，所以除了輸送機以外，其他所有層級都有屬于自己的管理功能塊。管理功能塊用來決定該模塊管理范圍內的設備運行狀態。

輸送機之間采用傳遞接口，傳遞接口中包括準備發送行李、準備接收行李等事件。同時，傳遞接口還提供了數據接口，以方便上下游輸送機之間進行數據的傳遞。輸送機與放置在其上方的設備（比如安檢機、分流器）之間，則通過輔助功能接口來通訊。

圖2 層級系統接口示意圖

每個層級的各個功能塊都有自己的身份識別號（ID），與機械設計ID保持一致。為方便上位畫面的顯示，將所有的設備背景數據塊中的重要信息都收集到一個全局數據塊中，分別是設備ID、設備參數設定、設備狀態和統計信息。在全局數據塊中，數據按照系統的層級高低以及設備ID號的先后順序排列。如圖3所示：

圖3 基本功能塊接口

4 結語

基于該模型，開發出完整的控制系統程序，通過實踐檢驗證明，該設計模型充分地實現了客戶所需的功能，并且運行穩定，每一個參與軟件編制的工程師以及維護工程師都可以對其修改和完善功能，具有很好的良構性和復用性。

參考文獻

[1] 方敏，應晶.基于模板工程的軟件開發自動化框架研究[J].浙江大學學報，2007，41（3）.

[2] 陶耀東，林滸.高性能開放式數控系統框架[J].小型微型計算機系統，2009，（9）.

[3] 肖理昂，薛雯.基于模版框架結構的自動調測系統軟件設計[J].電子對抗技術，2010，（5）.

作者簡介：余躍進（1982-），男，湖北黃石人，深圳達實智能股份有限公司工程師，研究方向：工業自動化控制、信息自動化系統集成等。

蹤等。

3 系統模型設計的具體實施

輸送機及其相關的傳感器及執行機構構成了行李控制系統的最小單元。因為功能需要，將多個不同類型的輸送機組合，構成不同的功能模型，多個功能模型的集合構成子系統，子系統構成整個系統。如圖1所示：

圖1 層級系統架構示意圖

子系統是功能構件的集合，會因為所處過程的不同，集合不同類型的功能構件。比如：離港系統分為值機流程、安檢流程、行李條碼讀取、分揀流程；而中轉系統則可能就不需要再進行值機和安檢流程。

所有這些模型都是用功能塊的形式編寫，功能塊由功能塊類型、數據結構和算法以及背景數據構成。功能塊類型決定了該功能塊所應用的場合，其命名由功能名稱和數字組成，比如值機流程為CI（Check-in）的縮寫，而值機流程又因為機械設備不同分為兩段輸送機和三段輸送機，因此可以分別定義為CI01和CI02；數據結構為整個系統提供了有效的數據信息，它包括數據結構、長度、數據類型及地址。通過修改數據結構，則調用該數據結構的所有模型都會同時更新，同時也方便進行數據查詢與賦值。背景數據為功能塊提供了數據接口和事件接口，它不僅包括與外部設備的輸入輸出接口，還包括內部功能塊的背景數據塊以及內部功能塊之間的數據接口。

全局變量為層級之間提供了數據和事件接口，主要包括控制命令的下達和設備狀態的上傳。輸送機是隸屬于功能構件，所以除了輸送機以外，其他所有層級都有屬于自己的管理功能塊。管理功能塊用來決定該模塊管理范圍內的設備運行狀態。

輸送機之間采用傳遞接口，傳遞接口中包括準備發送行李、準備接收行李等事件。同時，傳遞接口還提供了數據接口，以方便上下游輸送機之間進行數據的傳遞。輸送機與放置在其上方的設備（比如安檢機、分流器）之間，則通過輔助功能接口來通訊。

圖2 層級系統接口示意圖

每個層級的各個功能塊都有自己的身份識別號（ID），與機械設計ID保持一致。為方便上位畫面的顯示，將所有的設備背景數據塊中的重要信息都收集到一個全局數據塊中，分別是設備ID、設備參數設定、設備狀態和統計信息。在全局數據塊中，數據按照系統的層級高低以及設備ID號的先后順序排列。如圖3所示：

圖3 基本功能塊接口

4 結語

基于該模型，開發出完整的控制系統程序，通過實踐檢驗證明，該設計模型充分地實現了客戶所需的功能，并且運行穩定，每一個參與軟件編制的工程師以及維護工程師都可以對其修改和完善功能，具有很好的良構性和復用性。

參考文獻

[1] 方敏，應晶.基于模板工程的軟件開發自動化框架研究[J].浙江大學學報，2007，41（3）.

[2] 陶耀東，林滸.高性能開放式數控系統框架[J].小型微型計算機系統，2009，（9）.

[3] 肖理昂，薛雯.基于模版框架結構的自動調測系統軟件設計[J].電子對抗技術，2010，（5）.

作者簡介：余躍進（1982-），男，湖北黃石人，深圳達實智能股份有限公司工程師，研究方向：工業自動化控制、信息自動化系統集成等。