軟件工程下的復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了軟件工程下的復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要:現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，促使在傳統(tǒng)復(fù)卷機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)項(xiàng)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(jī)應(yīng)用程序中無法實(shí)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(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件開發(fā)是十分有必要的。主要運(yùn)用軟件工程理論中的面向?qū)ο蠓ㄔO(shè)計(jì)復(fù)卷機(jī)的整體控制程序，從而整體提升復(fù)卷機(jī)的復(fù)用性和移植性。以期整體改善復(fù)卷機(jī)的軟件復(fù)用性。

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

引言

在我國經(jīng)濟(jì)與科技不斷發(fā)展進(jìn)步的社會(huì)大背景下，造紙行業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)鍵因素之一。紙和紙類產(chǎn)品的消費(fèi)總數(shù)在整體的消費(fèi)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(xiàng)加工工藝，復(fù)卷機(jī)的圓刀對不規(guī)整的紙兩端(新聞紙、面巾紙)的毛糙部分進(jìn)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(kuò)大，對復(fù)卷機(jī)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(jī)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(hù)工作人員的操作下，一套完備的復(fù)卷機(jī)應(yīng)具備安全性、通用性以及高效性，為了實(shí)現(xiàn)以上復(fù)卷機(jī)特需的工作屬性，本文從全新的設(shè)計(jì)視角為復(fù)卷機(jī)的控制軟件系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新開發(fā)［2］。

1復(fù)卷機(jī)軟件工程設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)的對象進(jìn)行分類，并根據(jù)每一類對象的基礎(chǔ)特質(zhì)進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，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€(gè)基本特征多態(tài)、封裝、繼承，詳情如下所述［4］。(1)多態(tài)?？梢允褂靡欢未a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(shí)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(shí)，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(gè)方面:(1)可將軟件中的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一安排至同一個(gè)運(yùn)行環(huán)境下;(2)UML獨(dú)具的適配性，可以在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中進(jìn)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(jì)者能夠更好的規(guī)劃軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用程序過程，從不同視角對程序進(jìn)行構(gòu)建。UML中的活動(dòng)圖、狀態(tài)圖、時(shí)序圖是軟件系統(tǒng)建模構(gòu)成系統(tǒng)中的常見知識(shí)模型?？蓪ο到y(tǒng)未實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分析推測，將系統(tǒng)內(nèi)部的功能部件有機(jī)的組合至一起，對最終的運(yùn)行效果進(jìn)行運(yùn)行結(jié)果推測［6］。

2復(fù)卷機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)

2.1復(fù)卷機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)

制漿造紙行業(yè)中的復(fù)卷機(jī)可跟據(jù)使用性質(zhì)具體劃分為無軸卷機(jī)和有軸卷機(jī)。通過應(yīng)用形式的不同可分為成品復(fù)卷機(jī)、專用復(fù)卷機(jī)等，在成品復(fù)卷機(jī)中可劃分為上引紙復(fù)卷機(jī)和下引紙復(fù)卷機(jī)。復(fù)卷機(jī)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(jī)主要分為壓紙輥和退紙輥兩個(gè)部分，壓紙輥主要是將自身的壓力施加于卷取的主要機(jī)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(dòng)裝置上，保持了與紙幅的張力值，在最后斷紙工藝時(shí)，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(jī)臺(tái)下的紙幅從退紙卷上引出［7］。

2.2復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

復(fù)卷機(jī)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(dòng)方式。在系統(tǒng)低速運(yùn)行的狀態(tài)下，通過后臺(tái)操作將紙張吊在退紙架上，進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)，逐漸走入系統(tǒng)運(yùn)行正軌。所以復(fù)卷機(jī)的控制系統(tǒng)普遍在工作中處于引紙和運(yùn)行兩大狀態(tài)［8］。需要特別注意的是:在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要三個(gè)單元保持運(yùn)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(jī)的卷紙質(zhì)量，復(fù)卷機(jī)的電力系統(tǒng)需具備以下條件。在紙張復(fù)卷機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中主傳動(dòng)的配置作為主要核心控制環(huán)節(jié)應(yīng)具備以下幾個(gè)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(dòng)力需有:間接性或者直接性的張力數(shù)值;正向以及反向點(diǎn)動(dòng);靜止張力給定［9］。

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

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

3.1UML系統(tǒng)建模

通過上文對復(fù)卷機(jī)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(jìn)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€(gè)復(fù)卷機(jī)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(gè)系統(tǒng)的功能性和格式。復(fù)卷機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)交互平臺(tái)軟件對整個(gè)復(fù)卷機(jī)進(jìn)行控制。在復(fù)卷機(jī)的系統(tǒng)程序中，PLC、變頻器等皆屬于硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)程序想要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行控制可從用戶設(shè)置的數(shù)據(jù)內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行控制，在系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)械參數(shù)、車速等［10］。

3.2復(fù)卷機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的復(fù)卷機(jī)軟件程序設(shè)定中，設(shè)計(jì)者更傾向于依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行規(guī)律性設(shè)計(jì)，此種設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用。本文通過使用面向?qū)ο蠓▽?fù)卷機(jī)進(jìn)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(qiáng)，且復(fù)用性更加優(yōu)良。如上圖所示，在復(fù)卷機(jī)的所有軟件程序設(shè)計(jì)中，參數(shù)的運(yùn)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(dú)立性兩方面。在復(fù)卷機(jī)的軟件程序設(shè)計(jì)中，將各個(gè)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(jìn)行精準(zhǔn)性的整合。在復(fù)卷機(jī)各個(gè)功能部件的應(yīng)用狀態(tài)都可以達(dá)到極致，且在軟件的系統(tǒng)中，彼此獨(dú)立又相互聯(lián)系密切，不受約束性，可在實(shí)際的應(yīng)用過程中被操作人員隨意調(diào)動(dòng)。此軟件程序的設(shè)定使數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)性獨(dú)具通透感。

3.3復(fù)卷機(jī)軟件程序測試

在對復(fù)卷機(jī)軟件系統(tǒng)的測試過程中，本文采用的是德國西門子人機(jī)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(jī)交互界面中，HMI是用戶對軟件系統(tǒng)進(jìn)行操作的重要途徑。HIM獨(dú)具的功能有:通過固定數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算;方便用戶對復(fù)卷機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;可直接對整個(gè)復(fù)卷機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)操作，如啟動(dòng)、停止等;可在復(fù)卷機(jī)的運(yùn)行過程中對故障信息進(jìn)行及時(shí)反饋以及警報(bào)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(jìn)行組態(tài)，在整個(gè)總控界面中包含的控制板塊有:運(yùn)行/停止、投張、聯(lián)動(dòng)/單動(dòng)、合閘/分閘、參數(shù)設(shè)置等。在頁面中會(huì)顯示的數(shù)據(jù)信息有:復(fù)卷機(jī)中的成品紙的精細(xì)尺寸、實(shí)際的運(yùn)作效率、退卷卷徑等。復(fù)卷機(jī)的總控界面如圖3所示。復(fù)卷機(jī)的軟件程序需要的測試時(shí)間較長，本文僅針對復(fù)卷機(jī)的實(shí)際操作正確性進(jìn)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(jìn)行編輯，完成PLC的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置后，點(diǎn)擊“運(yùn)行”再次對HMI進(jìn)行調(diào)試。

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

(3)將PLC仿真器運(yùn)行模式由“STOP”切換成“RUN”狀態(tài)，PLC程序開始運(yùn)行?？蛇x取5、9、13等數(shù)值輸入電位器，通過在復(fù)卷機(jī)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(jī)的軟件程序正確性得到驗(yàn)證。4結(jié)語本文通過對復(fù)卷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)特需的具體分析，結(jié)合面向?qū)ο蠓椒▽?fù)卷機(jī)的軟件運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。按照軟件工程的設(shè)計(jì)流程對復(fù)卷機(jī)的軟件設(shè)計(jì)初期需求進(jìn)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(jī)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(jì)具有較高的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

［1］朱其祥，包冰映.基于前饋控制的復(fù)卷機(jī)張力控制系統(tǒng)［J］．中國造紙，2018，37(3):52-57.

［2］霍蛟飛，馬文明，陳鑫.復(fù)卷機(jī)張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］．中國造紙，2018，37(5):50-55.

［3］李杰超.復(fù)卷機(jī)的紙幅張力計(jì)算［J］．中國造紙學(xué)報(bào)，2015，30(1):50-55.

［4］李茜，趙丹，茍亞杰.DCS550卷曲宏在復(fù)卷機(jī)退紙輥控制中的應(yīng)用［J］．中國造紙，2015，34(7):51-55.

［5］孟彥京，周斌，劉圓圓.基于模糊自適應(yīng)PID算法的復(fù)卷機(jī)退紙輥張力控制［J］．中國造紙，2011，30(2):41-45.

［6］高光荻，康家玉.復(fù)卷機(jī)退卷張力自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．中國造紙學(xué)報(bào)，2016，31(1):52-56.

［7］李偉，王友權(quán)，董繼先，等.基于自調(diào)整內(nèi)?？刂品ǖ膹?fù)卷機(jī)張力控制的設(shè)計(jì)與仿真［J］．包裝工程，2016，37(11):149-152.

［8］李偉，王友權(quán)，董繼先，等.新型控制方法在復(fù)卷機(jī)運(yùn)行中的應(yīng)用［J］．包裝工程，2016，37(15):162-164.

［9］李杰超.復(fù)卷機(jī)加減速過程中紙幅張力變化的研究［J］．中國造紙學(xué)報(bào)，2019，34(4):59-65.

［10］趙明冬，陳慧麗.基于滑?？刂扑惴ǖ膹?fù)卷機(jī)張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．包裝工程，2017，38(13):180-183.

作者：盧慶軍 單位：阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院