CN100565393C - 一种自动化码头设备的全仿真模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种自动化码头设备的全仿真模拟系统及方法，包括首先存储设备运动数据以及设备模拟指令，生成设备最小运动单元数据，读取设备模拟指令及设备运动数据，最后组合设备最小运动单元数据进而实现设备动作的模拟。由于将设备运动数据分解为数个设备最小运动单元数据，这样在模拟设备动作的时候，可以直接调用并组合其中相关的设备最小运动单元数据，可以高效率的实现该设备的动作模拟；另外，由于本发明的数据交换采用了多线程技术，故可以同时模拟各种设备的动作，而不互相干扰，极大的提高了模拟的效率。
Description
技术领域
本发明涉及自动化码头领域，更具体地说，涉及一种自动化码头设备的全仿真模拟系统及方法。
背景技术
自动化码头实时控制软件系统(COS)用于实现实时自动化码头堆场上的所有设备，该系统是一个非常庞大的系统，在研发过程中要经过长时间的测试过程，为避免在该系统正式与设备进行联动调试时出现因为系统原因而导致昂贵的机器设备出现异常和安全问题，必须为自动化码头实时控制软件系统设计一种能够模拟设备动作的系统和方法，这种系统和方法能通过获取的数据准确地模拟出各种设备的各种动作，从而为实时控制软件系统提供了良好的测试环境，大大缩短了软件的开发以及现场测试周期，减少了现场测试中可能因软件而产生的安全隐患，并且这种数据模拟技术完全模拟实际设备获取数据的方式，从而大大缩短了实时控制软件系统从模拟到控制实际设备的过渡。
发明内容
本发明旨在提供一种自动化码头设备的全仿真模拟系统及方法，该系统和方法能准确地模拟出码头各种设备的各种动作，并且可以实现各种设备动作的同时模拟。
一方面，本发明提供一种自动化码头设备的全仿真模拟方法，包括以下步骤：
a.建立第一数据库，用以存储设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据；
b.建立第二数据库，将所述设备运动数据分解为设备最小运动单元数据并存储于所述第二数据库；
c.读取所述第一数据库中的设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据；
d.解析所述步骤c中设备运动数据，读取并组合所述第二数据库中的设备最小运动单元数据，实现所述设备运动数据所匹配的动作模拟并输出模拟数据；
所述步骤c和步骤d中的数据交换采用多线程技术，实现各种不同的设备同时模拟。
所述步骤a中的设备运动数据以及设备模拟指令为自动化码头可编程控制器中的模拟数据文件。
所述步骤b中的设备最小运动单元数据包括吊具上升下降、大车移动、小车移动、吊具开闭锁以及吊具旋转数据。
所述步骤d中的模拟数据输入所述第一数据库并存储。
所述全仿真模拟方法还包括建立指令服务接口，通过调用所述指令服务接口读取所述第一数据库和第二数据库存储的数据。
另一方面，本发明提供一种自动化码头设备的全仿真模拟系统，包括：
第一数据库，用以存储设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据；
第二数据库，将所述设备运动数据分解为设备最小运动单元数据并存储于所述第二数据库；
调用单元，调用所述第一数据库中的设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据；
模拟单元，通过调用单元调用的设备运动数据，组合所述第二数据库中的设备最小运动单元数据，实现所述设备运动数据所匹配的动作模拟并输出模拟数据；
所述全仿真模拟系统的数据交换采用多线程技术，实现各种不同的设备同时模拟。
所述第一数据库存储的设备运动数据以及设备模拟指令为自动化码头可编程控制器中的模拟数据文件。
所述第二数据库存储的设备最小运动单元数据包括吊具上升下降、大车移动、小车移动、吊具开闭锁以及吊具旋转数据。
采用本发明所述的一种自动化码头设备的全仿真模拟系统及方法，由于其将设备运动数据分解为数个设备最小运动单元数据，这样在模拟设备动作的时候，可以直接调用并组合其中相关的设备最小运动单元数据，以高效率的实现该设备的动作模拟；本发明所述的第一数据库存储的是自动化码头可编程控制器的模拟数据文件，这样就使模拟系统的对外数据通讯方式与实际堆场设备的对外通讯方式一致，并且使虚拟环境和实际环境可以简单的切换；另外，由于本发明的数据交换采用了多线程技术，故可以同时模拟各种设备的动作，而不互相干扰，极大的提高了模拟的效率。
附图说明
图1示出了本发明所述模拟方法的原理流程示意图；
图2示出了本发明所述模拟方法的工作流程图；
图3示出了本发明所述模拟系统的原理图。
具体实施方式
一方面，本发明提供了一种自动化码头设备的全仿真模拟方法，参考图1所示，该方法100包括：
102.存储设备运动数据以及设备模拟指令。
建立第一数据库，用以存储设备运动数据以及设备模拟指令。所述设备运动数据以及设备模拟指令均来自于自动化码头可编程控制器中的模拟数据文件，这样就使模拟设备的时候对外数据通讯方式与实际堆场设备的对外通讯方式一致，保证了整个自动化控制程序的正常运行。
104.分解成设备最小运动单元数据并存储。
建立第二数据库，将所述设备运动数据分解为设备最小运动单元数据并存储于所述第二数据库中，所述分解成设备最小运动单元数据包括吊具上升下降、大车移动、小车移动、吊具开闭锁以及吊具旋转数据。
106.读取设备模拟指令及设备运动数据。
由于相应数据库还具有指令服务接口，通过调用所述指令服务接口读取所述第一数据库和第二数据库存储的设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据。
108.组合设备最小运动单元数据，实现模拟。
解析所述步骤106中读取的设备运动数据，读取并组合所述第二数据库中的设备最小运动单元数据，实现所述设备运动数据所匹配的设备动作模拟并输出模拟数据，模拟数据输入所述第一数据库并存储。
由于本发明所述的全仿真模拟方法还要适用于各种设备同时模拟的情况，所以所述步骤106和步骤108中的数据交换采用多线程技术，以实现各种不同的设备的各种动作同时模拟。
参见图2，图2是本方法在适用时候的工作流程图：
首先是接受设备模拟指令(步骤201)，接着对这个模拟指令进行判断进而决定是否进行模拟，比如当前的设备状态是设备移动已经完成，那么如果接受到的设备模拟指令是设备移动，那么就不必模拟了，如果是其他性质的指令则继续模拟(步骤202)，决定模拟时便调用数据模拟并将模拟数据写回可编程控制器(步骤203、204、205，也就是执行方法100所述的流程图)，接下来判断是否完成该设备动作的模拟(步骤206)，若没有完成则继续步骤203、204、205，若完成则退出模拟程序(步骤207、208、209)。
下面介绍一下，通过计算机程序如何实现设备的模拟：
在具体实施过程中，采用面向对象的程序设计理念，即定义了一个Device(设备)基类，该类中定义了一个DataProcessing(数据处理)的虚方法，码头中的各个设备都继承于这个Device(设备)基类，同时实现DataProcessing(数据处理)方法，当模拟某个设备的时候，只需要实例化该设备对应的Device(设备)类，通过调用DataProcessing(数据处理)方法达到模拟的效果。该方法接受一个代表指令的结构数组作为参数，并输出一个代表模拟后设备状态的结构数组。在调用该方法的时候，将该设备相对于可编程控制器中的模拟数据文件中的指令信息作为参数传入，再将其返回值写入到可编程控制器中的模拟数据文件中的状态部分，这样便达到了模拟单个设备运动的效果。
另外，在主程序中有一个循环机制在读取可编程控制器中的模拟数据文件中的各个设备的指令信息，并将之与程序中暂存的相关指令作比较，如果指令有所变化，则调用该设备对象的模拟方法，对该指令的动作进行模拟，通过多线程与循环机制的配合使用就能够同时模拟出各个设备的运行。
下面介绍具体动作的模拟，即将各设备动作分解为设备最小运动单元数据的部分。在基类Device(设备)中除了定义DataProcessing(数据处理)方法外还定义了其他几个虚方法，HoistMove(吊具动作)负责处理吊具的上升下降、GantryMove(大车动作)处理大车的移动、TrolleyMove(小车动作)处理小车的移动、LockUnLock(吊具锁)处理吊具开闭锁信息、Circum(吊具旋转)处理吊具旋转。这些即为分解出的最小动作单元，每个设备的一整套连续动作都是由这些动作单元组成的，例如桥吊从船上吊起箱子则可以分解为：吊具下降至吊箱高度-＞着箱后吊具闭锁-＞吊具上升。这就由将先后调用HoistMove-＞LockUnLock-＞HoistMove。各个设备的动作在具体实现上有所不同，如吊具旋转仅OBC(低架桥起重机)有，那么其他设备则不需要实现Circum方法。又如大车移动，每个设备都有这个动作，那么它的实现则在Device(设备)基类中完成。
下面列出各个设备动作如何由最小动作单元组成：
RMG(堆场轨道式起重机吊车)
设备移动：收吊具(HoistMove)-＞移动小车至起吊位置(TrolleyMove)-＞移动大车至起吊位置(GantryMove)；
起箱：吊具下降(HoistMove)-＞吊具闭锁(LockUnLock)-＞吊具上升(HoistMove)；
携箱移动：移动小车至落箱位置(TrolleyMove)-＞移动大车至落箱位置(GantryMove)；
落箱：吊具下降(HoistMove)-＞吊具开锁(LockUnLock)-＞吊具上升(HoistMove)；
GC(地面平板小车)
设备移动：移动大车(GantryMove)
携箱移动：移动大车(GantryMove)
OBC(低架桥起重机吊车)
设备移动：移动大车(GantryMove)
起箱(从GC)：吊具下降(HoistMove)-＞吊具旋转(Circum)-＞吊具下降(HoistMove)-＞吊具闭锁(LockUnLock)-＞吊具上升(HoistMove)-＞吊具旋转(Circum)-＞吊具上升(HoistMove)
携箱移动：移动大车(GantryMove)
落箱(到TC)：吊具下降(HoistMove)-＞吊具开锁(LockUnLock)-＞吊具上升(HoistMove)
TC(低架桥平板小车)
设备移动：移动大车(GantryMove)
携箱移动：移动大车(GantryMove)
QC(岸边起重机吊车)
设备移动：收吊具(HoistMove)-＞移动小车至起吊位置(TrolleyMove)-＞移动大车至起吊位置(GantryMove)
起箱：吊具下降(HoistMove)-＞吊具闭锁(LockUnLock)-＞吊具上升(HoistMove)
携箱移动：移动小车至落箱位置(TrolleyMove)-＞移动大车至落箱位置(GantryMove)
落箱：吊具下降(HoistMove)-＞吊具开锁(LockUnLock)-＞吊具上升(HoistMove)
参见图3，另一方面，本发明提供一种自动化码头设备的全仿真模拟系统，包括：
第一数据库10，用以存储设备运动数据以及设备模拟指令，所述设备运动数据以及设备模拟指令为自动化码头可编程控制器中的模拟数据文件。
第二数据库20，将所述设备运动数据分解为设备最小运动单元数据并存储于所述第二数据库20中，所述设备最小运动单元数据包括吊具上升下降、大车移动、小车移动、吊具开闭锁以及吊具旋转数据。
调用单元30，调用所述第一数据库10中的设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据。
模拟单元40，通过调用单元30调用的设备运动数据，组合所述第二数据库20中的设备最小运动单元数据，实现所述设备运动数据所匹配的动作模拟并输出模拟数据。
由于本发明所述的全仿真模拟系统还要适用于各种设备同时模拟的情况，所以调用单元30和模拟单元40的数据交换采用多线程技术，以实现各种不同的设备的各种动作同时模拟。
本发明所述的全仿真模拟系统的具体工作原理和流程以及实现方法，与本发明所述的全仿真模拟方法相同或类似，故在此不再赘述。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围。
Claims (8)
1.一种自动化码头设备的全仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.建立第一数据库，用以存储设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据；
b.建立第二数据库，将所述设备运动数据分解为设备最小运动单元数据并存储于所述第二数据库；
c.读取所述第一数据库中的设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据；
d.解析所述步骤c中设备运动数据，读取并组合所述第二数据库中的设备最小运动单元数据，实现所述设备运动数据所匹配的动作模拟并输出模拟数据；
所述步骤c和步骤d中的数据交换采用多线程技术，实现各种不同的设备同时模拟。
2.如权利要求1所述的全仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤a中的设备运动数据以及设备模拟指令为自动化码头可编程控制器中的模拟数据文件。
3.如权利要求1所述的全仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤b中的设备最小运动单元数据包括吊具上升下降、大车移动、小车移动、吊具开闭锁以及吊具旋转数据。
4.如权利要求1所述的全仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤d中的模拟数据输入所述第一数据库并存储。
5.如权利要求1所述的全仿真模拟方法，其特征在于，所述全仿真模拟方法还包括建立指令服务接口，通过调用所述指令服务接口读取所述第一数据库和第二数据库存储的数据。
6.一种自动化码头设备的全仿真模拟系统，其特征在于，包括：
第一数据库，用以存储设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据；
第二数据库，将所述设备运动数据分解为设备最小运动单元数据并存储于所述第二数据库；
调用单元，调用所述第一数据库中的设备模拟指令以及该设备模拟指令匹配的设备运动数据；
模拟单元，通过调用单元调用的设备运动数据，组合所述第二数据库中的设备最小运动单元数据，实现所述设备运动数据所匹配的动作模拟并输出模拟数据；
所述全仿真模拟系统的数据交换采用多线程技术，实现各种不同的设备同时模拟。
7.如权利要求6所述的全仿真模拟系统，其特征在于，所述第一数据库存储的设备运动数据以及设备模拟指令为自动化码头可编程控制器中的模拟数据文件。
8.如权利要求7所述的全仿真模拟系统，其特征在于，所述第二数据库存储的设备最小运动单元数据包括吊具上升下降、大车移动、小车移动、吊具开闭锁以及吊具旋转数据。
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