軟件工程下的復(fù)卷機控制系統(tǒng)開發(fā)

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摘要:現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展進步，促使在傳統(tǒng)復(fù)卷機的轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng)項目的研究中，新增添了更便捷的控制程序系統(tǒng)。在以往廠家的復(fù)卷機應(yīng)用程序中無法實現(xiàn)更高效率的應(yīng)用需求且拓展性較差，因此結(jié)合新程序?qū)?fù)卷機的控制系統(tǒng)進行軟件開發(fā)是十分有必要的。主要運用軟件工程理論中的面向?qū)ο蠓ㄔO(shè)計復(fù)卷機的整體控制程序，從而整體提升復(fù)卷機的復(fù)用性和移植性。以期整體改善復(fù)卷機的軟件復(fù)用性。

關(guān)鍵詞:復(fù)卷機軟件系統(tǒng);面向?qū)ο蠓?UML建模語言

引言

在我國經(jīng)濟與科技不斷發(fā)展進步的社會大背景下，造紙行業(yè)已成為國民經(jīng)濟增長的關(guān)鍵因素之一。紙和紙類產(chǎn)品的消費總數(shù)在整體的消費結(jié)構(gòu)中成快速增長的趨勢，復(fù)卷原紙卷在紙類產(chǎn)品的制造工藝中屬于最后一項加工工藝，復(fù)卷機的圓刀對不規(guī)整的紙兩端(新聞紙、面巾紙)的毛糙部分進行分切以及切邊操作，由此可見，復(fù)卷是制漿造紙環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一［1］。造紙生產(chǎn)廠家規(guī)模的不斷擴大，對復(fù)卷機的工作效率以及工作質(zhì)量提出了更高的要求，這就使復(fù)卷機內(nèi)部的操作控制系統(tǒng)需要不斷的升級換代。在軟件使用者和后期維護工作人員的操作下，一套完備的復(fù)卷機應(yīng)具備安全性、通用性以及高效性，為了實現(xiàn)以上復(fù)卷機特需的工作屬性，本文從全新的設(shè)計視角為復(fù)卷機的控制軟件系統(tǒng)進行了創(chuàng)新開發(fā)［2］。

1復(fù)卷機軟件工程設(shè)計方法

1.1面向?qū)ο蠓椒?/p>

面向?qū)ο蠓ㄊ擒浖_發(fā)過程中的理論支撐點之一，主要通過人與世界接觸的視角來設(shè)置系統(tǒng)中基本構(gòu)成要素(對象、類別、順序、數(shù)據(jù)傳遞方式)［3］。面向?qū)ο蠓櫭剂x是針對軟件設(shè)計的對象進行分類，并根據(jù)每一類對象的基礎(chǔ)特質(zhì)進行針對性設(shè)計，且對象之間的溝通形式只能允許一類通過接口派生子系統(tǒng)。面向?qū)ο蠓ㄖ饕扇齻€基本特征多態(tài)、封裝、繼承，詳情如下所述［4］。(1)多態(tài)。可以使用一段代碼代表不同的類型對象，可整體提高代碼的使用效率，節(jié)約開發(fā)時間。(2)封裝。是面向?qū)ο蠓ㄗ钪饕墓δ苤?，可阻止系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)數(shù)據(jù)隨意篡改的情況，并未使用對象提供相應(yīng)的函數(shù)。(3)繼承。是面向?qū)ο蠓硪恢饕δ埽?dāng)不同對象具有相同行為時，可以直接使用母系統(tǒng)中的編寫方式直接應(yīng)用于子系統(tǒng)，起到承上啟下的作用。1.UML建模語言在PLC中的應(yīng)用UML作為面向?qū)ο蠓ㄖ械臉?biāo)準(zhǔn)建模語言，在可編程邏輯控制器(PLC)的領(lǐng)域中逐漸得到廣泛關(guān)注［5］。將UML應(yīng)用于PLC中的優(yōu)勢性主要體現(xiàn)在以下三個方面:(1)可將軟件中的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一安排至同一個運行環(huán)境下;(2)UML獨具的適配性，可以在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中進行應(yīng)用，符合多數(shù)功能描述系統(tǒng)的要求;(3)可以使設(shè)計者能夠更好的規(guī)劃軟件系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用程序過程，從不同視角對程序進行構(gòu)建。UML中的活動圖、狀態(tài)圖、時序圖是軟件系統(tǒng)建模構(gòu)成系統(tǒng)中的常見知識模型?？蓪ο到y(tǒng)未實現(xiàn)的功能進行分析推測，將系統(tǒng)內(nèi)部的功能部件有機的組合至一起，對最終的運行效果進行運行結(jié)果推測［6］。

2復(fù)卷機電氣傳動系統(tǒng)

2.1復(fù)卷機機械機構(gòu)

制漿造紙行業(yè)中的復(fù)卷機可跟據(jù)使用性質(zhì)具體劃分為無軸卷機和有軸卷機。通過應(yīng)用形式的不同可分為成品復(fù)卷機、專用復(fù)卷機等，在成品復(fù)卷機中可劃分為上引紙復(fù)卷機和下引紙復(fù)卷機。復(fù)卷機的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)造如圖1所示。如圖1所示，下引紙復(fù)卷機主要分為壓紙輥和退紙輥兩個部分，壓紙輥主要是將自身的壓力施加于卷取的主要機構(gòu)，將多余的粗糙紙邊以及薄紙板切割成所需的寬度以及形狀。在退紙輥的制動裝置上，保持了與紙幅的張力值，在最后斷紙工藝時，通過導(dǎo)輥、舒展輥、圓刀、張力輥、弧形板等部位的協(xié)同傳輸，將機臺下的紙幅從退紙卷上引出［7］。

2.2復(fù)卷機控制系統(tǒng)設(shè)計要點

復(fù)卷機需要根據(jù)紙質(zhì)生產(chǎn)工藝的需求靈活控制對前后底輥和退紙輥的轉(zhuǎn)動方式。在系統(tǒng)低速運行的狀態(tài)下，通過后臺操作將紙張吊在退紙架上，進行引紙操作。將紙導(dǎo)入紙芯中，隨即便可將系統(tǒng)調(diào)至高速運行狀態(tài)，逐漸走入系統(tǒng)運行正軌。所以復(fù)卷機的控制系統(tǒng)普遍在工作中處于引紙和運行兩大狀態(tài)［8］。需要特別注意的是:在系統(tǒng)運行過程中，需要三個單元保持運速一致，且速度需要對等，以免造成不能滿足紙張張力情況的發(fā)生。為保證復(fù)卷機的卷紙質(zhì)量，復(fù)卷機的電力系統(tǒng)需具備以下條件。在紙張復(fù)卷機的自動控制系統(tǒng)中主傳動的配置作為主要核心控制環(huán)節(jié)應(yīng)具備以下幾個功能:前后底輥的力矩差需控制在可控范圍內(nèi);系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)定最低的引紙速度;系統(tǒng)內(nèi)部的升降速應(yīng)成S型;在系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)像是最后紙質(zhì)工藝品的精準(zhǔn)尺寸。在退紙輥的引紙過程中，應(yīng)產(chǎn)生電動力需有:間接性或者直接性的張力數(shù)值;正向以及反向點動;靜止張力給定［9］。

3軟件工程技術(shù)于復(fù)卷機軟件控制系統(tǒng)的設(shè)計過程

結(jié)合復(fù)卷機的運行特點，控制整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)主要依靠于軟件的參數(shù)計算形式。本文從軟件工程中面向?qū)ο蠓ㄒ曈蛳聦?fù)卷機的軟件設(shè)計進行了創(chuàng)新設(shè)定，主要通過結(jié)構(gòu)法對復(fù)卷機的控制程序進行再定義。

3.1UML系統(tǒng)建模

通過上文對復(fù)卷機控制程序的特需分析，采用UML模型語言對最后的系統(tǒng)軟件邏輯模型進行了統(tǒng)一的建立。在軟件開發(fā)過程中主要依靠于面向?qū)ο蠓▽φ麄€復(fù)卷機的系統(tǒng)操控系統(tǒng)建立了模型語言(ModelLanguage)，UML的標(biāo)準(zhǔn)圖形可用來描述整個系統(tǒng)的功能性和格式。復(fù)卷機的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中主要包括PLC、變頻器、HML、管理員、操作員、用戶六大主體。其中用戶可作為一大主體包括操作員和管理員，通過人機交互平臺軟件對整個復(fù)卷機進行控制。在復(fù)卷機的系統(tǒng)程序中，PLC、變頻器等皆屬于硬件設(shè)計，系統(tǒng)程序想要實現(xiàn)電機的運行控制可從用戶設(shè)置的數(shù)據(jù)內(nèi)進行運行控制，在系統(tǒng)的運行控制中主要分為六大環(huán)節(jié)。而數(shù)據(jù)給定中的數(shù)據(jù)來源主要依靠壓力、車速、張力、機械參數(shù)、車速等［10］。

3.2復(fù)卷機軟件程序設(shè)計

在傳統(tǒng)的復(fù)卷機軟件程序設(shè)定中，設(shè)計者更傾向于依靠經(jīng)驗進行規(guī)律性設(shè)計，此種設(shè)計方法在程序的控制過程中容易出現(xiàn)故障現(xiàn)象，不利于操作者對其的理解以及實際應(yīng)用。本文通過使用面向?qū)ο蠓▽?fù)卷機進行應(yīng)用程序的軟件設(shè)置，部分流程以及應(yīng)用程序如圖2所示。此種軟件的適應(yīng)性更強，且復(fù)用性更加優(yōu)良。如上圖所示，在復(fù)卷機的所有軟件程序設(shè)計中，參數(shù)的運算子類復(fù)用性主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)性和獨立性兩方面。在復(fù)卷機的軟件程序設(shè)計中，將各個功能板塊程序編寫在相對應(yīng)的功能模塊中，可以充分的將此軟件的控制系統(tǒng)進行精準(zhǔn)性的整合。在復(fù)卷機各個功能部件的應(yīng)用狀態(tài)都可以達到極致，且在軟件的系統(tǒng)中，彼此獨立又相互聯(lián)系密切，不受約束性，可在實際的應(yīng)用過程中被操作人員隨意調(diào)動。此軟件程序的設(shè)定使數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)性獨具通透感。

3.3復(fù)卷機軟件程序測試

在對復(fù)卷機軟件系統(tǒng)的測試過程中，本文采用的是德國西門子人機交互界面組態(tài)軟件(SiemensMan-machineInterfaceConfigurationSoftware)和S7-PLCSIM軟件，測試方法為離線測試。在西門子的人機交互界面中，HMI是用戶對軟件系統(tǒng)進行操作的重要途徑。HIM獨具的功能有:通過固定數(shù)據(jù)進行運算;方便用戶對復(fù)卷機的運行狀態(tài)以及過程進行實時監(jiān)控;可直接對整個復(fù)卷機軟件系統(tǒng)進行手動操作，如啟動、停止等;可在復(fù)卷機的運行過程中對故障信息進行及時反饋以及警報處理。HMI的用戶監(jiān)控界面主要通過西門子的附屬軟件WinccFlexible來進行組態(tài)，在整個總控界面中包含的控制板塊有:運行/停止、投張、聯(lián)動/單動、合閘/分閘、參數(shù)設(shè)置等。在頁面中會顯示的數(shù)據(jù)信息有:復(fù)卷機中的成品紙的精細(xì)尺寸、實際的運作效率、退卷卷徑等。復(fù)卷機的總控界面如圖3所示。復(fù)卷機的軟件程序需要的測試時間較長，本文僅針對復(fù)卷機的實際操作正確性進行模擬測試，以退紙輥的壓力控制系統(tǒng)測試過程為例具體介紹該軟件的操作過程。

(1)對HMI的操作畫面進行編輯，完成PLC的數(shù)據(jù)進行設(shè)置后，點擊“運行”再次對HMI進行調(diào)試。

(2)在對復(fù)卷機的壓力程序中根據(jù)所需數(shù)據(jù)對退紙輥進行組建將PLC的組態(tài)設(shè)置接口進行設(shè)置。

(3)將PLC仿真器運行模式由“STOP”切換成“RUN”狀態(tài)，PLC程序開始運行?？蛇x取5、9、13等數(shù)值輸入電位器，通過在復(fù)卷機監(jiān)控程序中的數(shù)據(jù)值得到的結(jié)果符合預(yù)期的期望值，此復(fù)卷機的軟件程序正確性得到驗證。4結(jié)語本文通過對復(fù)卷機運轉(zhuǎn)系統(tǒng)特需的具體分析，結(jié)合面向?qū)ο蠓椒▽?fù)卷機的軟件運行系統(tǒng)進行了創(chuàng)新設(shè)計。按照軟件工程的設(shè)計流程對復(fù)卷機的軟件設(shè)計初期需求進行了具體分析，結(jié)合UML建立了軟件系統(tǒng)模型，使復(fù)卷機的使用更具精準(zhǔn)性以及規(guī)范性，對造紙工業(yè)領(lǐng)域中的控制系統(tǒng)模型設(shè)計具有較高的借鑒意義。

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作者：盧慶軍 單位：阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院