軟件工程下的復卷機控制系統(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)。在以往廠家的復卷機應用程序中無法實現(xiàn)更高效率的應用需求且拓展性較差，因此結(jié)合新程序?qū)途頇C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計復卷機的整體控制程序，從而整體提升復卷機的復用性和移植性。以期整體改善復卷機的軟件復用性。
關鍵詞:復卷機軟件系統(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，復卷是制漿造紙環(huán)節(jié)中的關鍵環(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，一套完備的復卷機應具備安全性、通用性以及高效性，為了實現(xiàn)以上復卷機特需的工作屬性，本文從全新的設計視角為復卷機的控制軟件系統(tǒng)進行了創(chuàng)新開發(fā)［2］。
1復卷機軟件工程設計方法
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是針對軟件設計的對象進行分類，并根據(jù)每一類對象的基礎特質(zhì)進行針對性設計，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的函數(shù)。(3)繼承。是面向?qū)ο蠓硪恢饕δ埽敳煌瑢ο缶哂邢嗤袨闀r，可以直接使用母系統(tǒng)中的編寫方式直接應用于子系統(tǒng)，起到承上啟下的作用。1.UML建模語言在PLC中的應用UML作為面向?qū)ο蠓ㄖ械臉藴式ＵZ言，在可編程邏輯控制器(PLC)的領域中逐漸得到廣泛關注［5］。將UML應用于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，可以在不同的應用領域中進行應用，符合多數(shù)功能描述系統(tǒng)的要求;(3)可以使設計者能夠更好的規(guī)劃軟件系統(tǒng)的設計應用程序過程，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。可對系統(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復卷機電氣傳動系統(tǒng)
2.1復卷機機械機構(gòu)
制漿造紙行業(yè)中的復卷機可跟據(jù)使用性質(zhì)具體劃分為無軸卷機和有軸卷機。通過應用形式的不同可分為成品復卷機、專用復卷機等，在成品復卷機中可劃分為上引紙復卷機和下引紙復卷機。復卷機的基本結(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復卷機控制系統(tǒng)設計要點
復卷機需要根據(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。為保證復卷機的卷紙質(zhì)量，復卷機的電力系統(tǒng)需具備以下條件。在紙張復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)中應設定最低的引紙速度;系統(tǒng)內(nèi)部的升降速應成S型;在系統(tǒng)內(nèi)部應像是最后紙質(zhì)工藝品的精準尺寸。在退紙輥的引紙過程中，應產(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軟件工程技術于復卷機軟件控制系統(tǒng)的設計過程
結(jié)合復卷機的運行特點，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曈蛳聦途頇C的軟件設計進行了創(chuàng)新設定，主要通過結(jié)構(gòu)法對復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€復卷機的系統(tǒng)操控系統(tǒng)建立了模型語言(ModelLanguage)，UML的標準圖形可用來描述整個系統(tǒng)的功能性和格式。復卷機的轉(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卷機進行控制。在復卷機的系統(tǒng)程序中，PLC、變頻器等皆屬于硬件設計，系統(tǒng)程序想要實現(xiàn)電機的運行控制可從用戶設置的數(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復卷機軟件程序設計
在傳統(tǒng)的復卷機軟件程序設定中，設計者更傾向于依靠經(jīng)驗進行規(guī)律性設計，此種設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用。本文通過使用面向?qū)ο蠓▽途頇C進行應用程序的軟件設置，部分流程以及應用程序如圖2所示。此種軟件的適應性更強，且復用性更加優(yōu)良。如上圖所示，在復卷機的所有軟件程序設計中，參數(shù)的運算子類復用性主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的標準性和獨立性兩方面。在復卷機的軟件程序設計中，將各個功能板塊程序編寫在相對應的功能模塊中，可以充分的將此軟件的控制系統(tǒng)進行精準性的整合。在復卷機各個功能部件的應用狀態(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，可在實際的應用過程中被操作人員隨意調(diào)動。此軟件程序的設定使數(shù)據(jù)接口的標準性獨具通透感。
3.3復卷機軟件程序測試
在對復卷機軟件系統(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;可直接對整個復卷機軟件系統(tǒng)進行手動操作，如啟動、停止等;可在復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)設置等。在頁面中會顯示的數(shù)據(jù)信息有:復卷機中的成品紙的精細尺寸、實際的運作效率、退卷卷徑等。復卷機的總控界面如圖3所示。復卷機的軟件程序需要的測試時間較長，本文僅針對復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)進行設置后，點擊“運行”再次對HMI進行調(diào)試。
(2)在對復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)設置接口進行設置。
(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，通過在復卷機監(jiān)控程序中的數(shù)據(jù)值得到的結(jié)果符合預期的期望值，此復卷機的軟件程序正確性得到驗證。4結(jié)語本文通過對復卷機運轉(zhuǎn)系統(tǒng)特需的具體分析，結(jié)合面向?qū)ο蠓椒▽途頇C的軟件運行系統(tǒng)進行了創(chuàng)新設計。按照軟件工程的設計流程對復卷機的軟件設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，使復卷機的使用更具精準性以及規(guī)范性，對造紙工業(yè)領域中的控制系統(tǒng)模型設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)技術學院
