為了進一步提高數(shù)控回轉庫的技術水平，使之在單機狀態(tài)可實現(xiàn)管理功能，降低用戶使用成本，提高工作效率，使用基于嵌入式系統(tǒng)平臺的帶管理回轉庫，可以實現(xiàn)簡單的單機回轉庫管理功能，有效地提高數(shù)控回轉庫的性價比、可操作性和實用性。本文介紹了嵌入式單機管理系統(tǒng)的設計、功能與實現(xiàn)。

　　嵌入式系統(tǒng)、單機管理、數(shù)控回轉庫

　　隨著嵌入式技術的發(fā)展，先進的嵌入式設備以其優(yōu)良的品質(zhì)、高可靠性及模塊化，廣泛地應用于工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療、智能儀表、通信、數(shù)控、自動化生產(chǎn)設備、數(shù)據(jù)采集等領域。本文正是基于Windows CE操作系統(tǒng)開發(fā)了數(shù)控回轉庫嵌入式單機管理系統(tǒng)。

　　嵌入式單機管理系統(tǒng)的設計

　　此嵌入式單機管理系統(tǒng)采用Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)，它是微軟推出的一種緊湊、高效、可擴展的32位嵌入式操作系統(tǒng)，具有多線程、多任務、完全搶占式的特點，特別適合于有限資源的硬件平臺。Windows CE支持Microsoft Win32 API和其他的編程接口，支持內(nèi)存管理、文件操作、多線程、網(wǎng)絡功能等，是目前應用較廣的嵌入式操作系統(tǒng)。

　　對于Windows CE 的嵌入式應用開發(fā)，微軟公司提供了較多的支持。開發(fā)者可以使用 EVB、EVC、Visual Basic.net和Visual C#.NET集成開發(fā)環(huán)境進行應用程序的開發(fā)。

　　系統(tǒng)的實時性是工業(yè)控制系統(tǒng)的基本要求。它是指能夠在限定時間內(nèi)執(zhí)行完規(guī)定的功能，并對外部的異步事件做出反應的能力。實時性的強弱以完成規(guī)定功能和做出響應時間的長短來衡量。Windows CE操作系統(tǒng)3.0版本以后極大增強了對實時性的支持。首先，Windows CE支持嵌套式中斷，減少了中斷延遲。其次，Windows CE支持256個線程優(yōu)先級，而且Windows CE各線程的定時系統(tǒng)互相獨立，線程的時間片大小可調(diào)，最快可達到1ms。這些都為靈活調(diào)度嵌入式系統(tǒng)的任務提供了支持，保證了基于Windows CE應用的實時性功能。

　　嵌入式單機管理系統(tǒng)的功能

　　此嵌入式單機管理系統(tǒng)在數(shù)控回轉庫中主要完成對單臺回轉庫的數(shù)據(jù)管理以及對庫體運行的監(jiān)控。

　　單機運行部分，此系統(tǒng)通過串口與回轉庫硬件控制系統(tǒng)進行實時的數(shù)據(jù)通訊，對回轉庫硬件控制系統(tǒng)下達運行指令，當回轉庫硬件控制系統(tǒng)接收到指令后，控制回轉庫到達目標位置。硬件控制系統(tǒng)返回到回轉庫執(zhí)行狀態(tài)信息。此單機管理系統(tǒng)將實時接收來自硬件控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋和報警信息，提供實時的數(shù)據(jù)監(jiān)控顯示。

　　此嵌入式單機管理系統(tǒng)的另一主要功能是存儲管理功能，包括日常管理、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)維護。

　　嵌入式單機管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　1. 系統(tǒng)實現(xiàn)

　　基于 Windows CE的嵌入式單機管理系統(tǒng)是在 Windows CE操作系統(tǒng)平臺上開發(fā)的軟件系統(tǒng)，既有一般軟件的共性，又具有不同于桌面 PC機軟件的特點:一是專業(yè)化，嵌入式軟件往往服務于具體的應用領域；二是小型化，軟件占用的空間小；三是實時性強；四是配置要求低，可運行于低配置的環(huán)境中。

　　由于嵌入式開發(fā)環(huán)境中系統(tǒng)的 CPU處理能力有限 ，而嵌入式單機管理系統(tǒng)中處理任務多、相關的數(shù)據(jù)量大 ，因而在具體的軟件實現(xiàn)過程中采用線程技術，將一些功能模塊用線程在后臺運行。

　　由于Windows CE操作系統(tǒng)的內(nèi)存有限，在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時特別要注意內(nèi)存泄漏的問題。首先分配和釋放應當對稱，順序是按棧式分配和釋放。即按1-2-3順序分配，3-2-1順序釋放，可以避免內(nèi)存碎片的產(chǎn)生。如果無法按棧式分配和釋放，產(chǎn)生了內(nèi)存碎片，只要每次分配都是固定一樣的大小，在分配和釋放總數(shù)相等時，內(nèi)存最大需求量不會增長，因為碎片的大小正是要分配的大小，可以再利用。

　　內(nèi)存泄漏分兩種：1）無限泄漏，由不退出的驅(qū)動或程序造成，癥狀是內(nèi)存使用率不停地增長，對Windows CE來說，其危害是災難性的——系統(tǒng)崩潰。2）有限泄漏，內(nèi)存使用率增長到一定值后保持穩(wěn)定，其危害是浪費資源，但系統(tǒng)不一定崩潰。對于無限泄漏的檢測，思路是不斷地定時查詢內(nèi)存狀態(tài)，比較內(nèi)存使用率，如果增長不斷直致系統(tǒng)崩潰，即可斷定存在無限泄漏。之所以在此介紹內(nèi)存泄漏的問題，是想說明它的重要性。這也是與在PC機上開發(fā)上位機軟件主要的區(qū)別之一。

　　2.界面的實現(xiàn)

　　2.1單機運行部分

　　在正常的運行之前，首先要對數(shù)控回轉庫進行參數(shù)設置。參數(shù)設置部分包括：調(diào)試參數(shù)的設置，即對數(shù)控回轉庫基本運行參數(shù)的設置；偏載參數(shù)的設置，即對電機、變頻器等一些主要參數(shù)的設置，來實現(xiàn)對數(shù)控回轉庫偏載的判斷。用戶管理部分也是在此完成的，可以對登錄用戶進行管理，包括設置用戶名、密碼和用戶權限，以及進行用戶信息的建立、修改和保存。

　　2.2存儲管理部分

　　存儲管理包括數(shù)據(jù)維護、數(shù)據(jù)查詢和日常管理等。

　　2.2.1 數(shù)據(jù)維護

　　數(shù)據(jù)維護包括：入庫數(shù)據(jù)修改、出庫數(shù)據(jù)修改、庫存數(shù)據(jù)修改、貨位設置、數(shù)據(jù)庫備份等操作。

　　在進行日常管理操作前，需要進行貨位的管理，可進行單個及批量增加，并可進行刪除操作。

　　數(shù)據(jù)修改包括出入庫數(shù)據(jù)修改和庫存數(shù)據(jù)修改。出入庫數(shù)據(jù)修改只能檢索修改出入庫物品的數(shù)量；庫存數(shù)據(jù)修改可以修改庫存物品的所有信息。

　　2.2.2數(shù)據(jù)查詢

　　數(shù)據(jù)查詢包括入庫查詢、出庫查詢、庫存查詢及出入庫盤點查詢，可按多種關鍵字查詢并生成信息報表。

　　2.2.3日常管理

　　日常管理功能主要進行日常的出入庫操作和查看報警瀏覽。如果有自動門時，可進行自動門的開關操作。日常管理操作界面是回轉庫日常主要的操作界面，對數(shù)控回轉庫的操作都應在此完成。

　　2.2.3.1入庫操作

　　下面給出一個入庫操作的具體例子，當要向庫中新增兩條記錄時，按下新增庫存按鈕，進入添加記錄畫面。在添加記錄畫面中輸入物品的各信息，編號可以手動輸入也可通過手持條碼器掃描條碼輸入。需要說明的是，料斗指的是層；貨格指的是每層中橫向的貨格；分格指的是每層中縱向的小分格。灰色的小分格代表此位沒有貨物，黃色代表已存物品。如圖4添加記錄中的貨位顯示。

　　這里的料斗可以選擇，當選擇料斗為1時，在下面將會有料斗1的貨位顯示出來。貨格會根據(jù)料斗的選定自動分配貨格。當選定貨格后，未占用的分格也會自動分配以供選定。全部屬性填寫完成后，按添加按鈕。可以一次輸入多條記錄。待入庫操作的數(shù)據(jù)將顯示在入庫界面的表格中，可進行批量入庫操作。

　　增加庫存為已有記錄的入庫操作，點擊后出現(xiàn)添加入庫記錄界面，使用關鍵字進行檢索，選擇后填寫入庫數(shù)量，添加后待入庫操作的數(shù)據(jù)顯示在入庫界面的表格中。

　　按“開始執(zhí)行”按鈕后，回轉庫自動優(yōu)化路徑，選擇最近層運行，到位后入庫確認，之后進行下一個物品的入庫操作。所有未完成執(zhí)行操作的記錄在退出時會自動進行保存，下次進入時表單號不變，仍可繼續(xù)上一次的操作。

　　2.2.3.2出庫操作

　　出庫操作與入庫操作相反。取出庫存可對庫存物品進行檢索，選擇后填寫出庫數(shù)量，添加出庫記錄完成，則出庫操作的物品信息顯示在表格中，可批次進行操作。點擊“開始執(zhí)行”按鈕，回轉庫自動優(yōu)化路徑，選擇最近層運行，到位后出庫確認，隨后進行下一個物品的出庫操作。所有未完成執(zhí)行操作的記錄在退出時會自動進行保存，下次進入時表單號不變，仍可繼續(xù)上一次的操作。

　　2.2.3.3庫存報警瀏覽

　　庫存物品的庫存量在低于報警值時，系統(tǒng)會在日常管理界面進行報警，用戶也可以隨時按庫存物品的庫存量為關鍵詞進行檢索，對較低庫存量的物品進行查看。

　　2.2.3.4、載重報警瀏覽

　　載重報警瀏覽可以查看哪個料斗載重超過設置范圍，整個庫體載重量是否超過設置范圍，以便客戶能夠即時地對料斗貨物進行合理的重量分配。

　　3.系統(tǒng)安全性的實現(xiàn)

　　此回轉庫單機管理系統(tǒng)的安全性主要通過以下方法實現(xiàn)。

　　數(shù)據(jù)庫的備份與恢復：此系統(tǒng)有大量的庫存物品記錄和報表信息，為了安全起見，可將數(shù)據(jù)庫備份到其他介質(zhì)上，如可通過U盤拷貝到安全的地方妥善保管，在系統(tǒng)遭到破壞時可利用備份信息迅速恢復數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。

　　用戶管理：當用戶要對數(shù)控回轉庫進行操作時，必須首先由管理員在用戶管理界面添加用戶名、密碼、分配操作權限，此用戶才可登錄系統(tǒng)對數(shù)控回轉庫進行操作。

　　針對自動化數(shù)控回轉庫的發(fā)展需求和我國裝備制造業(yè)的發(fā)展目標，本文對基于Windows CE 實時操作系統(tǒng)下的數(shù)控回轉庫的單機管理系統(tǒng)進行了開發(fā)，并通過對嵌入式回轉庫控制系統(tǒng)的實時性與控制策略進行研究，實現(xiàn)了數(shù)控回轉庫控制系統(tǒng)友好的圖形化人機界面，實現(xiàn)了數(shù)控回轉庫調(diào)試參數(shù)的設置、關鍵數(shù)據(jù)的監(jiān)控、報警功能、單機庫存物品的管理等功能。該研究為數(shù)控回轉庫以及其他裝備制造企業(yè)采用嵌入式開發(fā)技術提供了一定的經(jīng)驗支持。