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國(guó)內(nèi)外都有對(duì)袋裝水泥自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)的研究［１-４］，基于國(guó)內(nèi)外關(guān)于自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，本課題組研發(fā)的袋裝水泥自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)由水泥包運(yùn)送系統(tǒng)、來(lái)包姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、頂層移動(dòng)系統(tǒng)、多自由度自動(dòng)落包系統(tǒng)和收塵系統(tǒng)等功能模塊組成，如圖１所示。自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)由ＤＳＰ主控板、控制上位機(jī)和用戶(hù)觸摸屏等組成，其中主控板直接控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，控制上位機(jī)通過(guò)串口和主控板遠(yuǎn)程連接，給主控板發(fā)送控制指令，用戶(hù)觸摸屏可用于裝車(chē)信息的輸入。研發(fā)自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)的過(guò)程中，需要對(duì)其機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試。對(duì)于設(shè)備調(diào)試，一般采用的方式是把電腦和主控板連接在一起，然后下載程序到主控板上進(jìn)行調(diào)試。然而對(duì)于一臺(tái)已經(jīng)安裝好的設(shè)備，能不能做到不需要額外設(shè)備，不增加額外連線(xiàn)，就能實(shí)現(xiàn)所有機(jī)構(gòu)的調(diào)試呢？如果將對(duì)機(jī)構(gòu)的調(diào)試功能加入到系統(tǒng)的控制上位機(jī)中，設(shè)計(jì)研發(fā)一種集控制和調(diào)試于一體的上位機(jī)，則能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。本文將主要研究集控制和調(diào)試于一體的袋裝水泥自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，以及上位機(jī)如何和主控板之間通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)通信。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
整個(gè)控制系統(tǒng)由三部分組成，分別為控制上位機(jī)、用戶(hù)觸摸屏和主控板。控制上位機(jī)通過(guò)ＲＳ２３２串口通訊實(shí)現(xiàn)和主控板的通信，主控板接收到指令后控制各機(jī)構(gòu)協(xié)同完成碼包工作。基于ＤＳＰ主控板和控制上位機(jī)上都有ＣＯＭ口，并且控制上位機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供了串口基本調(diào)用函數(shù)，所以通信方式采用串口通信方式，節(jié)省了開(kāi)發(fā)底層通信協(xié)議的時(shí)間和工作量，可以將更多時(shí)間用在具體的通信方案的研究上?？刂粕衔粰C(jī)和用戶(hù)觸摸屏都是昆侖通泰的觸摸屏ＴＰＣ１０６１ＴＩ，開(kāi)發(fā)平臺(tái)為ＭＣＧＳ組態(tài)軟件，可以使用設(shè)備構(gòu)件中的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件快速建立通信［５-７］。基于ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ協(xié)議，控制上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了和用戶(hù)觸摸屏的通信，其中用戶(hù)觸摸屏為主機(jī)，發(fā)送裝車(chē)基本信息到控制上位機(jī)，并從控制上位機(jī)獲取裝車(chē)進(jìn)度信息。這種相當(dāng)簡(jiǎn)單的建立通信方式，減少了通信開(kāi)發(fā)難度，提高工作效率。
水泥包自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行裝車(chē)碼垛時(shí)，首先由用戶(hù)觸摸屏向控制上位機(jī)發(fā)送裝車(chē)信息，然后由控制上位機(jī)發(fā)送裝車(chē)指令信息給主控板，主控板接收到指令信息后，啟動(dòng)水泥包自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)完成機(jī)構(gòu)初始化、車(chē)輛定位和車(chē)廂檢測(cè)，并將機(jī)構(gòu)狀態(tài)信息，測(cè)量信息和碼垛規(guī)劃信息反饋給控制上位機(jī)，當(dāng)主控板收到反饋的裝車(chē)確認(rèn)信息后，開(kāi)始裝車(chē)。開(kāi)始裝車(chē)后，主控板會(huì)定期向控制上位機(jī)發(fā)送裝車(chē)進(jìn)度信息，機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)信息和故障信息等?？刂粕衔粰C(jī)和用戶(hù)觸摸屏、主控板之間的關(guān)系如圖２。

控制上位機(jī)作為自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，除了要有控制主控板進(jìn)行自動(dòng)裝車(chē)碼垛的窗口界面外，還要有控制主控板對(duì)自動(dòng)裝車(chē)機(jī)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試的窗口界面。這些被調(diào)試的機(jī)構(gòu)包括來(lái)包姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、頂層移動(dòng)系統(tǒng)、多自由度自動(dòng)落包系統(tǒng)等。因此上位機(jī)的主要功能是接收用戶(hù)觸摸屏信息，向主控板發(fā)送裝車(chē)信息和指令，顯示接收到的裝車(chē)進(jìn)度信息和機(jī)構(gòu)狀態(tài)信息，向主控送調(diào)試命令，顯示接收到的機(jī)構(gòu)運(yùn)行參數(shù)信息等。
2軟件功能設(shè)計(jì)
上位機(jī)軟件是基于昆侖通泰ＭＣＧＳ組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的，主要窗口界面如圖３和圖４。有兩種操作模式，分別是自動(dòng)裝車(chē)碼垛模式和機(jī)構(gòu)調(diào)試模式。

在自動(dòng)裝車(chē)碼垛模式下，上位機(jī)要控制主控板進(jìn)行自動(dòng)裝車(chē)碼垛操作，首先上位機(jī)要獲取裝車(chē)基本信息，有兩種方式：一種是從用戶(hù)觸摸屏獲取，一種是在上位機(jī)的裝車(chē)信息輸入欄中直接輸入。在獲取裝車(chē)基本信息后，向主控板發(fā)送裝車(chē)信息。主控板接收到后，首先會(huì)控制自動(dòng)裝車(chē)機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)初始化、車(chē)輛定位和車(chē)廂尺寸檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)信息生成碼垛規(guī)劃，然后將這些信息反饋給上位機(jī)。上位機(jī)收到以上信息后，向主控板發(fā)送確認(rèn)裝車(chē)信息，主控板正式控制自動(dòng)裝車(chē)機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝車(chē)，并每隔一段時(shí)間向控制上位機(jī)發(fā)送裝車(chē)進(jìn)度信息，機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)信息和故障報(bào)警信息。控制上位機(jī)收到裝車(chē)進(jìn)度信息后，會(huì)以數(shù)據(jù)和動(dòng)畫(huà)的模式顯示在窗口界面上，接到故障報(bào)警信息后，會(huì)通過(guò)按“暫停”鍵和“停止”鍵向主控板發(fā)送中斷操作和停止操作信號(hào)。如果主控板接收到這些信號(hào)，會(huì)暫停機(jī)構(gòu)運(yùn)行或者停止裝車(chē)過(guò)程。這樣的設(shè)計(jì)，使得整個(gè)自動(dòng)裝車(chē)碼垛過(guò)程都實(shí)時(shí)可控，并因?yàn)閯?dòng)畫(huà)等多種視覺(jué)的展現(xiàn)方式，使得操作者對(duì)操作對(duì)象的變化更加直觀，遇到情況也能及時(shí)處理。
在機(jī)構(gòu)調(diào)試模式下，上位機(jī)要向主控板發(fā)送針對(duì)某個(gè)機(jī)構(gòu)的調(diào)試命令，首先要在窗口左側(cè)一排按鈕選中對(duì)應(yīng)的調(diào)試機(jī)構(gòu)，并輸入調(diào)試參數(shù)，單擊“開(kāi)始”按鍵，向主控板發(fā)送調(diào)試命令。主控板接收到調(diào)試命令后，控制對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)完成運(yùn)動(dòng)，并將運(yùn)動(dòng)情況反饋給上位機(jī)，最后上位機(jī)會(huì)以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)等形式將結(jié)果顯示在窗口界面上。

上位機(jī)軟件功能設(shè)計(jì)有兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)：
１）編寫(xiě)功能通用的用戶(hù)策略模塊。在ＭＣＧＳ組態(tài)軟件不提供函數(shù)編寫(xiě)功能的情況下，當(dāng)程序中多次需要實(shí)現(xiàn)相同的功能時(shí)，可以通過(guò)編寫(xiě)用戶(hù)策略模塊，調(diào)用用戶(hù)策略模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，如通用接收串口數(shù)據(jù)策略的編寫(xiě)。在控制自動(dòng)裝車(chē)過(guò)程中，上位機(jī)和主控板之間有多次通信，而且每一次通信的字節(jié)數(shù)都可能不同，因此，上位機(jī)通信策略模塊可以這樣設(shè)計(jì)，按單次通信接收字節(jié)數(shù)最大值定義接收變量成員數(shù)目，每一次調(diào)用該策略時(shí)，首先讀取串口接收緩沖區(qū)有多少個(gè)字節(jié)，用變量存儲(chǔ)，然后每次讀取一個(gè)字節(jié)后，將該變量減一，當(dāng)該變量等于零時(shí)，就完成了一次讀取串口緩沖區(qū)的操作。
２）參考裝車(chē)過(guò)程，分段編寫(xiě)程序代碼。對(duì)于自動(dòng)裝車(chē)碼垛窗口來(lái)說(shuō)，裝車(chē)正式開(kāi)始前需要處理裝車(chē)信息的輸入和發(fā)送，車(chē)輛
測(cè)量信息和碼垛規(guī)劃信息的顯示，確認(rèn)裝車(chē)的接收和反饋，裝車(chē)正式開(kāi)始后需要定時(shí)接收并顯示裝車(chē)進(jìn)度信息、機(jī)構(gòu)運(yùn)行信息和刷新裝車(chē)動(dòng)畫(huà)等。因?yàn)榇蟛糠殖绦驎?huì)寫(xiě)在窗口循環(huán)腳本里面，并定期循環(huán)執(zhí)行。所以在程序編寫(xiě)時(shí)，將整個(gè)裝車(chē)過(guò)程的程序代碼分為獲取裝車(chē)信息的代碼段、提交裝車(chē)信息后等待確認(rèn)的代碼段和正式裝車(chē)后的代碼段，并在每一段代碼的入口處設(shè)置不同的判斷條件。當(dāng)上位機(jī)運(yùn)行后，自動(dòng)裝車(chē)碼垛窗口循環(huán)程序定期執(zhí)行時(shí)，會(huì)根據(jù)判斷條件，從而執(zhí)行不同的代碼段。這樣的設(shè)計(jì)可以減少程序執(zhí)行出錯(cuò)的概率和節(jié)省程序執(zhí)行時(shí)間。
3通信設(shè)置
按系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，要建立上位機(jī)與用戶(hù)觸摸屏之間的通信和上位機(jī)與ＤＳＰ主控板之間的通信。上位機(jī)和用戶(hù)觸摸屏的軟件都是基于ＭＣＧＳ組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的。上位機(jī)組態(tài)時(shí)，由于ＭＣＧＳ組態(tài)軟件提供了設(shè)備窗口，用戶(hù)可以通過(guò)在設(shè)備窗口下掛接通用設(shè)備構(gòu)件或者專(zhuān)用設(shè)備構(gòu)件實(shí)現(xiàn)通信。具體的工作原理是ＭＣＧＳ組態(tài)軟件集成了大量的外設(shè)通信驅(qū)動(dòng)，用戶(hù)在使用時(shí)，不用開(kāi)發(fā)外設(shè)驅(qū)動(dòng)，只需要調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，通過(guò)設(shè)置好通信參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)基于ＭＣＧＳ開(kāi)發(fā)的軟件與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信［６］，如圖５所示。

設(shè)計(jì)控制上位機(jī)和用戶(hù)觸摸屏之間的通信步驟如下：
１）添加通信設(shè)備。將用戶(hù)觸摸屏設(shè)計(jì)為客戶(hù)機(jī)，上位機(jī)設(shè)計(jì)為服務(wù)器。首先在設(shè)備組態(tài)窗口中，分別添加“通用ＴＣＰ／ＩＰ父設(shè)備”作為父設(shè)備，然后對(duì)上位機(jī)添加“ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ／ＩＰ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備”作為子設(shè)備，對(duì)用戶(hù)觸摸屏添加“莫迪康ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ”作為子設(shè)備。
２）設(shè)置通信參數(shù)。分別設(shè)置好上位機(jī)和用戶(hù)觸摸屏的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型、本地ＩＰ地址、本地端口號(hào)、遠(yuǎn)程ＩＰ地址和遠(yuǎn)程端口號(hào)，以實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)組網(wǎng)。
３）建立設(shè)備通道和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。上位機(jī)和用戶(hù)觸摸屏上地址相同的設(shè)備通道之間屬于映射關(guān)系，所以當(dāng)用戶(hù)觸摸屏上的某個(gè)設(shè)備通道連接的數(shù)據(jù)改變后，上位機(jī)上對(duì)應(yīng)的映射通道的數(shù)據(jù)也發(fā)生改變，或者上位機(jī)上的設(shè)備通道連接的數(shù)據(jù)變化時(shí)，用戶(hù)觸摸屏上設(shè)備通道也會(huì)改變。在用戶(hù)觸摸屏上，將定義裝車(chē)信息的變量與設(shè)備通道連接后，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行后，輸入裝車(chē)信息后，上位機(jī)相應(yīng)的設(shè)備通道就能收到裝車(chē)信息。
要建立上位機(jī)和ＤＳＰ主控板之間的串口通訊，有兩種方式：方式一，在上位機(jī)組態(tài)設(shè)備窗口掛接“通用串口父設(shè)備”作為父設(shè)備，但ＭＣＧＳ軟件本身沒(méi)有提供ＤＳＰ設(shè)備的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件作為子設(shè)備，這需要另外開(kāi)發(fā)；方式二，直接調(diào)用內(nèi)置的嵌入式系統(tǒng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口連接，如調(diào)用!ＳｅｔＳｅｒｉａlＢａｕｄ（參數(shù)１，參數(shù)２）設(shè)置串口波特率，調(diào)用!ＳｅｔＳｅｒｉａlＤａｔａＢｉ（ｔ參數(shù)１，參數(shù)２）設(shè)置串口的數(shù)據(jù)位，調(diào)用!ＳｅｔＳｅｒｉａlＳｔｏｐＢｉ（ｔ參數(shù)１，參數(shù)２）設(shè)置串口的停止位，調(diào)用!ＳｅｔＳｅｒｉａlＰａｒｉｔｙＢｉ（ｔ參數(shù)１，參數(shù)２）設(shè)置串口的校驗(yàn)位，調(diào)用!ＷｒｉｔｅＳｅｒｉａ（l參數(shù)１，參數(shù)２）向串口寫(xiě)一個(gè)字節(jié)，調(diào)用!ＲｅａｄＳｅｒｉａ（l參數(shù)１）從串口讀取一個(gè)字節(jié)。為了更快地完成串口通信的組建，本文采用方式二的串口通信方式。上位機(jī)運(yùn)行時(shí)，首先設(shè)置好上位機(jī)串口通信參數(shù)，然后如果要發(fā)送數(shù)據(jù)，則將要發(fā)送的數(shù)據(jù)按字節(jié)寫(xiě)入到串口發(fā)送緩沖區(qū)，如果要接收數(shù)據(jù)，則從串口接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。
上位機(jī)向主控板發(fā)送的數(shù)據(jù)格式如表１。一幀數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)頭、命令字、參數(shù)數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)尾。主控板根據(jù)接收的一幀數(shù)據(jù)中的命令字判斷數(shù)據(jù)的意義，并執(zhí)行相應(yīng)的命令。上位機(jī)接收主控板的數(shù)據(jù)格式如表２。控制上位機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，采用先將數(shù)據(jù)一次取出，然后在根據(jù)命令字判斷意義的操作流程。

4結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的控制上位機(jī)已多次帶到設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)設(shè)備的多個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)試，并在機(jī)構(gòu)調(diào)試窗口界面上用圖表曲線(xiàn)的方式顯示了調(diào)試對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)際地輔助了機(jī)構(gòu)調(diào)試工作。這個(gè)集自動(dòng)裝車(chē)碼垛控制和機(jī)構(gòu)調(diào)試一體化的上位機(jī)軟件達(dá)到了基本的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

作者：王亞軍；李永新

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