行李控制系统软件模型化设计及研究

摘要：为满足枢纽机场的运营需求，行李控制系统的设计越来越复杂，系统的可靠性、稳定性以及容错性都会因为系统规模的增大而降低。同时，随着经济的发展，行李控制系统还要具备良好的可维护性和可升级性。文章从行李控制系统设计的基本特点出发，提出系统设计的基本原则，并引入模型化设计的概念，提升了行李控制系统软件自动化程度，提高了软件编程的效率，降低了系统编程的成本和风险。

关键词：行李控制系统；模型化设计；软件编程；枢纽机场；运营需求

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）33-0027-03

1 概述

枢纽机场通常是集多种交通方式为一体的交通枢纽中心，因此，枢纽机场的行李控制系统分布范围较广。为提供完善的服务，需要集成更多设备，以实现更加复杂的功能，因此系统的接口也就更加丰富。日常运营中，每一个时段乘客到达的密度不同，输入条件不断变化，行李控制系统要具备很好的适应性。并且在设备出现故障的时候，能够在很短的时间响应故障，并能及时调整行李输送的路径，不影响机场运营。综合上述情况，枢纽机场行李控制系统的特点是规模大、接口丰富、功能复杂、具备良好的容错性。

传统软件编制过程是手工作坊式的开发方法，个人行为占主导，没有合理的系统设计及功能描述，无法确保系统的功能和性能满足用户需求。一旦个人开发过程中断或终止，其他人员难以将项目继续执行下去，甚至本人也无法继续，严重的情况需要重新设计开发，导致交付时间难以控制。项目结束之后，维护人员对于维护系统无从下手，可维护性低，且后续类似项目的实施也难以从之前项目借鉴软件编制的思路和程序。因此个人行为的软件编制过程不利于控制项目的风险，且会大大增加项目的成本。

软件编制的过程应该是一个生产过程，是在先获取利益相关者的需求，然后根据需求定义架构，设计架构元素，最后实现。具有以下特点：（1）准确性：要能准确满足用户的需求；（2）可用性：最终能够实现需求，并能达到用户可用的程度；（3）经济性：整个开发的过程要尽可能地降低软件开关的费用。

针对这三个特点，提出了系统模型化设计的办法。

2 模型化设计

行李控制系统层次清晰，并且功能明确。根据系统的结构，功能以及各元素之间的资源关系，将系统分为系统模型、资源模型、功能模型以及功能块模型。

2.1 系统模型

系统模型是以一个或多个通信网络协议作为系统层级的划分，将相互通信的设备集合在一起，以完成整个系统的功能，通常分为离港系统和到港系统。

2.2 资源模型

资源提供了功能网络的运行环境。资源是包含在系统中的一个功能单元，通过事件和数据流交换信息，合理分配资源，实现系统各个模块的独立操作。系统中的一个模块的删除、增加和修改，都不会影响到其他模块的功能。组成分部式系统的所有功能块，将全部分布于各个资源当中。

2.3 功能模型

利用系统的资源信息，组成一个完成特定功能的模型。功能模型是系统设计的基本单元，比如输送功能、值机功能、安检功能、合流功能、分流功能等。这些功能在不同系统之间都是类似的，电气设计会略有差异。因此系统开发的主要工作在于发现功能、理解功能、编写功能并进行适应性修改。

2.4 功能块模型

功能块模型是所有模型的基础。功能块是软件封装和重用的基本单元。

功能块由事件输入和输出数据、数据输入和输出、算法和内部变量组成。算法决定功能块的功能特性，特定事件发生时，其变化反映在相应的事件输入上。驱动相应算法执行，算法读取输入数据，根据输入数据和内部数据产生内部数据输出，最后触发一个输出事件。功能块结合系统资源从而组成功能模型。

2.4.1 基本功能块。基本功能块是系统最基本控制单元设备的应用，主要是定义其基本的输入信号和数出信号，并具有基本的控制算法对输入信号进行判断，控制输出信号，并为其他控制算法预留相关的接口

信号。

在行李控制系统中，最基本的控制单元是电机，其输入信号就是控制电机的相关单元的反馈信号，比如电机保护开关、手自动控制模式、急停信号等。输出信号主要为对电机发出的指令，主要是启动/停止信号、正反转信号、速度信号。主要的控制算法包括输入电气信号的逻辑判断，判断输入电气信号的状态，输出控制指令，从而决定输送机的行为；输送机的基本行为主要包括启动、停止、渐停、节能等。

已启动：表明系统已经启动，在电气设备正常的前提下具备输送行李的能力；已停止：表明输送机不具备运转的条件，可能是电气故障，也可能是其他逻辑算法，预测输送机存在问题而将输送机停止下来，同时会显示相关的故障信息；暂停：通常是外部接口请求输送机暂时停止运转，在外部设备恢复之后再运转，这一个过程不会改变输送已停止的状态，一旦外部设备的请求消失，输送机就会立即运转起来；渐停：是上下游输送机接口之间发生，下游输送机不具备接收行李的条件，而本段输送机却有行李需要请求输送至下游输送机，则行李会在输送机的末端位置等待，直到下游输送机接收行李的条件具备；节能：为了节约能源，在输送机上没有行李输送，且输送机运转超过输送机长度的时候，就可以将输送机静止下来，以节约能源，直到上游有请求发送行李信号触发的时候，才会复位节能的状态。

这几种状态之间是存在优先级关系，已停止的优先级最高，其次是暂停、渐停、节能和已启动。这一优先级也决定了输送机在HMI上的显示状态。

2.4.2 辅助功能块。辅助功能块为基本功能块提供更多辅助功能，主要是为了实现更多更复杂的功能。因为需求，应用相应的算法，对基本功能块预留接口信号控制，以实现特定的功能。比如输送机的速度运算、光电开关的信号检测阻塞判断及滤波、流量控制、跟

踪等。

3 系统模型设计的具体实施

输送机及其相关的传感器及执行机构构成了行李控制系统的最小单元。因为功能需要，将多个不同类型的输送机组合，构成不同的功能模型，多个功能模型的集合构成子系统，子系统构成整个系统。如图1所示：

图1 层级系统架构示意图

子系统是功能构件的集合，会因为所处过程的不同，集合不同类型的功能构件。比如：离港系统分为值机流程、安检流程、行李条码读取、分拣流程；而中转系统则可能就不需要再进行值机和安检流程。

所有这些模型都是用功能块的形式编写，功能块由功能块类型、数据结构和算法以及背景数据构成。功能块类型决定了该功能块所应用的场合，其命名由功能名称和数字组成，比如值机流程为CI（Check-in）的缩写，而值机流程又因为机械设备不同分为两段输送机和三段输送机，因此可以分别定义为CI01和CI02；数据结构为整个系统提供了有效的数据信息，它包括数据结构、长度、数据类型及地址。通过修改数据结构，则调用该数据结构的所有模型都会同时更新，同时也方便进行数据查询与赋值。背景数据为功能块提供了数据接口和事件接口，它不仅包括与外部设备的输入输出接口，还包括内部功能块的背景数据块以及内部功能块之间的数据接口。

全局变量为层级之间提供了数据和事件接口，主要包括控制命令的下达和设备状态的上传。输送机是隶属于功能构件，所以除了输送机以外，其他所有层级都有属于自己的管理功能块。管理功能块用来决定该模块管理范围内的设备运行状态。

输送机之间采用传递接口，传递接口中包括准备发送行李、准备接收行李等事件。同时，传递接口还提供了数据接口，以方便上下游输送机之间进行数据的传递。输送机与放置在其上方的设备（比如安检机、分流器）之间，则通过辅助功能接口来通讯。

图2 层级系统接口示意图

每个层级的各个功能块都有自己的身份识别号（ID），与机械设计ID保持一致。为方便上位画面的显示，将所有的设备背景数据块中的重要信息都收集到一个全局数据块中，分别是设备ID、设备参数设定、设备状态和统计信息。在全局数据块中，数据按照系统的层级高低以及设备ID号的先后顺序排列。如图3所示：

图3 基本功能块接口

4 结语

基于该模型，开发出完整的控制系统程序，通过实践检验证明，该设计模型充分地实现了客户所需的功能，并且运行稳定，每一个参与软件编制的工程师以及维护工程师都可以对其修改和完善功能，具有很好的良构性和复用性。

参考文献

[1] 方敏，应晶.基于模板工程的软件开发自动化框架研究[J].浙江大学学报，2007，41（3）.

[2] 陶耀东，林浒.高性能开放式数控系统框架[J].小型微型计算机系统，2009，（9）.

[3] 肖理昂，薛雯.基于模版框架结构的自动调测系统软件设计[J].电子对抗技术，2010，（5）.

作者简介：余跃进（1982-），男，湖北黄石人，深圳达实智能股份有限公司工程师，研究方向：工业自动化控制、信息自动化系统集成等。

踪等。

3 系统模型设计的具体实施

输送机及其相关的传感器及执行机构构成了行李控制系统的最小单元。因为功能需要，将多个不同类型的输送机组合，构成不同的功能模型，多个功能模型的集合构成子系统，子系统构成整个系统。如图1所示：

图1 层级系统架构示意图

子系统是功能构件的集合，会因为所处过程的不同，集合不同类型的功能构件。比如：离港系统分为值机流程、安检流程、行李条码读取、分拣流程；而中转系统则可能就不需要再进行值机和安检流程。

所有这些模型都是用功能块的形式编写，功能块由功能块类型、数据结构和算法以及背景数据构成。功能块类型决定了该功能块所应用的场合，其命名由功能名称和数字组成，比如值机流程为CI（Check-in）的缩写，而值机流程又因为机械设备不同分为两段输送机和三段输送机，因此可以分别定义为CI01和CI02；数据结构为整个系统提供了有效的数据信息，它包括数据结构、长度、数据类型及地址。通过修改数据结构，则调用该数据结构的所有模型都会同时更新，同时也方便进行数据查询与赋值。背景数据为功能块提供了数据接口和事件接口，它不仅包括与外部设备的输入输出接口，还包括内部功能块的背景数据块以及内部功能块之间的数据接口。

全局变量为层级之间提供了数据和事件接口，主要包括控制命令的下达和设备状态的上传。输送机是隶属于功能构件，所以除了输送机以外，其他所有层级都有属于自己的管理功能块。管理功能块用来决定该模块管理范围内的设备运行状态。

输送机之间采用传递接口，传递接口中包括准备发送行李、准备接收行李等事件。同时，传递接口还提供了数据接口，以方便上下游输送机之间进行数据的传递。输送机与放置在其上方的设备（比如安检机、分流器）之间，则通过辅助功能接口来通讯。

图2 层级系统接口示意图

每个层级的各个功能块都有自己的身份识别号（ID），与机械设计ID保持一致。为方便上位画面的显示，将所有的设备背景数据块中的重要信息都收集到一个全局数据块中，分别是设备ID、设备参数设定、设备状态和统计信息。在全局数据块中，数据按照系统的层级高低以及设备ID号的先后顺序排列。如图3所示：

图3 基本功能块接口

4 结语

基于该模型，开发出完整的控制系统程序，通过实践检验证明，该设计模型充分地实现了客户所需的功能，并且运行稳定，每一个参与软件编制的工程师以及维护工程师都可以对其修改和完善功能，具有很好的良构性和复用性。

参考文献

[1] 方敏，应晶.基于模板工程的软件开发自动化框架研究[J].浙江大学学报，2007，41（3）.

[2] 陶耀东，林浒.高性能开放式数控系统框架[J].小型微型计算机系统，2009，（9）.

[3] 肖理昂，薛雯.基于模版框架结构的自动调测系统软件设计[J].电子对抗技术，2010，（5）.

作者简介：余跃进（1982-），男，湖北黄石人，深圳达实智能股份有限公司工程师，研究方向：工业自动化控制、信息自动化系统集成等。

踪等。

3 系统模型设计的具体实施

输送机及其相关的传感器及执行机构构成了行李控制系统的最小单元。因为功能需要，将多个不同类型的输送机组合，构成不同的功能模型，多个功能模型的集合构成子系统，子系统构成整个系统。如图1所示：

图1 层级系统架构示意图

子系统是功能构件的集合，会因为所处过程的不同，集合不同类型的功能构件。比如：离港系统分为值机流程、安检流程、行李条码读取、分拣流程；而中转系统则可能就不需要再进行值机和安检流程。

所有这些模型都是用功能块的形式编写，功能块由功能块类型、数据结构和算法以及背景数据构成。功能块类型决定了该功能块所应用的场合，其命名由功能名称和数字组成，比如值机流程为CI（Check-in）的缩写，而值机流程又因为机械设备不同分为两段输送机和三段输送机，因此可以分别定义为CI01和CI02；数据结构为整个系统提供了有效的数据信息，它包括数据结构、长度、数据类型及地址。通过修改数据结构，则调用该数据结构的所有模型都会同时更新，同时也方便进行数据查询与赋值。背景数据为功能块提供了数据接口和事件接口，它不仅包括与外部设备的输入输出接口，还包括内部功能块的背景数据块以及内部功能块之间的数据接口。

全局变量为层级之间提供了数据和事件接口，主要包括控制命令的下达和设备状态的上传。输送机是隶属于功能构件，所以除了输送机以外，其他所有层级都有属于自己的管理功能块。管理功能块用来决定该模块管理范围内的设备运行状态。

输送机之间采用传递接口，传递接口中包括准备发送行李、准备接收行李等事件。同时，传递接口还提供了数据接口，以方便上下游输送机之间进行数据的传递。输送机与放置在其上方的设备（比如安检机、分流器）之间，则通过辅助功能接口来通讯。

图2 层级系统接口示意图

每个层级的各个功能块都有自己的身份识别号（ID），与机械设计ID保持一致。为方便上位画面的显示，将所有的设备背景数据块中的重要信息都收集到一个全局数据块中，分别是设备ID、设备参数设定、设备状态和统计信息。在全局数据块中，数据按照系统的层级高低以及设备ID号的先后顺序排列。如图3所示：

图3 基本功能块接口

4 结语

基于该模型，开发出完整的控制系统程序，通过实践检验证明，该设计模型充分地实现了客户所需的功能，并且运行稳定，每一个参与软件编制的工程师以及维护工程师都可以对其修改和完善功能，具有很好的良构性和复用性。

参考文献

[1] 方敏，应晶.基于模板工程的软件开发自动化框架研究[J].浙江大学学报，2007，41（3）.

[2] 陶耀东，林浒.高性能开放式数控系统框架[J].小型微型计算机系统，2009，（9）.

[3] 肖理昂，薛雯.基于模版框架结构的自动调测系统软件设计[J].电子对抗技术，2010，（5）.

作者简介：余跃进（1982-），男，湖北黄石人，深圳达实智能股份有限公司工程师，研究方向：工业自动化控制、信息自动化系统集成等。