基于UML的炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)研制

張曉嬌

(浙江工業(yè)大學 之江學院，浙江 杭州 310024)

炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是在整合過去幾十年來成熟技術(shù)的基礎上，根據(jù)炒青綠茶的原料、加工工藝特點，以國產(chǎn)茶葉機械為主體，吸收日本自動化控制裝置的優(yōu)點，研制出的一條新型炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)應用軟件采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和統(tǒng)一建模語言建模，分析系統(tǒng)的工藝需求和功能需求，集中控制端應用軟件使用Delphi為開發(fā)平臺，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server 2000。整套設備控制系統(tǒng)功能實用、使用簡單、人機界面友好，以實現(xiàn)茶葉加工參數(shù)精準控制、加工狀態(tài)動態(tài)實時顯示、加工數(shù)據(jù)自動存儲與更新、自動控制與手動控制自由切換為目標。并可根據(jù)不同鮮葉原料品種、老嫩度、采摘季節(jié)、含水量等具體條件，設置各種加工工藝方案，并在生產(chǎn)結(jié)束后形成文本報表、打印輸出。

1 需求分析

1.1 工藝需求

針對炒青綠茶自動化生產(chǎn)工藝，需要開發(fā)一套炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制軟件，包括集中控制端應用軟件和現(xiàn)場控制端PLC程序，需要能對整個炒青綠茶生產(chǎn)線設備進行控制和處理。炒青綠茶整個生產(chǎn)加工分為鮮葉流量控制、茶葉殺青、自動揉捻、茶葉烘干、自動炒干等5個主要過程。在炒青綠茶生產(chǎn)加工過程中，需要控制的工藝參數(shù)有鮮葉提升速度、鮮葉流量、殺青溫度等。

1.2 功能需求

根據(jù)炒青綠茶自動化生產(chǎn)線工藝需求分析可以得出，控制軟件需要提供如下功能:參數(shù)設定、系統(tǒng)控制、屏幕顯示、故障監(jiān)控、用戶管理、數(shù)據(jù)管理。

2 靜態(tài)模型

建立炒青綠茶自動化生產(chǎn)控制軟件靜態(tài)模型，首先要合理分析出炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的類和對象，然后利用面向?qū)ο箪o態(tài)建模機制描繪出炒青綠茶自動化生產(chǎn)控制軟件模型的靜態(tài)特性。炒青綠茶自動化生產(chǎn)控制軟件的靜態(tài)模型主要用用例圖、類圖及包圖等來表示。

2.1 用例圖

控制系統(tǒng)主要是對整個炒青綠茶自動化生產(chǎn)線進行控制，包括集中控制端應用軟件的集中控制和現(xiàn)場控制端的分布控制 (圖1)。

控制系統(tǒng)的硬件主要有:鮮葉流量控制單元、茶葉殺青控制單元、自動揉捻控制單元、茶葉烘干控制單元和自動炒干控制單元。鮮葉流量控制單元是對鮮葉輸送機、鮮葉流量計的控制;自動殺青控制單元是對自動控制滾筒殺青機、冷卻輸送機的控制;自動揉捻控制單元是對茶葉提升機、茶葉計量機及自動控制揉捻機的控制;茶葉烘干機控制單元是對網(wǎng)帶輸送解塊機、自動烘干機及輸送機的控制;自動炒干控制單元是對冷卻輸送機、茶葉提升機、茶葉計量機及自動炒干機的控制。操作人員既可以在集中控制端的應用軟件上操作整個炒青生產(chǎn)線，也可以在現(xiàn)場控制端的各個控制柜上操作炒青生產(chǎn)線。

圖1 炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的用例圖

控制系統(tǒng)應用的軟件有自動控制用例和參數(shù)輸入用例。自動控制用例計有:茶葉流量控制、溫度控制、電機轉(zhuǎn)速控制、時間控制和壓力控制。參數(shù)輸入用例計有:鮮葉參數(shù)輸入、工藝參數(shù)輸入、評價參數(shù)輸入、數(shù)據(jù)采樣間隔、通訊參數(shù)輸入和傳感器線性處理等。

2.2 系統(tǒng)類圖及包圖

UML類圖是UML建模語言的核心元素之一，屬于一種靜態(tài)模型，也是奠定系統(tǒng)設計模型的基礎。類圖模型的正確性和一致性對于保證需求分析的正確性至關(guān)重要。

包圖是在UML中用類似于文件夾的符號表示的模型元素的組合，由包與包之間的聯(lián)系構(gòu)成，它是維護和控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的重要建模工具。在Delphi中，包的概念由單元來體現(xiàn)。當對大型系統(tǒng)進行建模時，經(jīng)常需要處理大量的類、接口、組件、節(jié)點和圖，這時就有必要將這些元素進行分組，即把那些語義相近并傾向于一起變化的元素組織起來加入同一包，這樣方便理解和處理整個模型。炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)包圖如圖2所示。

3 動態(tài)模型

圖2 炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的包圖

除通過利用用例圖、包圖等來描述連續(xù)過載運行測試系統(tǒng)的靜態(tài)機構(gòu)外，還需要研究系統(tǒng)中的對象在執(zhí)行過程中不同時間點的動態(tài)交互，需要為測試系統(tǒng)建立動態(tài)模型。動態(tài)模型是通過狀態(tài)圖、順序圖、協(xié)作圖和活動圖來表示的。

炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)操作順序圖是對整個炒青綠茶自動化生產(chǎn)過程的一種時間順序描述 (圖3)。生產(chǎn)線生產(chǎn)操作員首先必須登錄控制系統(tǒng)，系統(tǒng)檢驗用戶的身份，要求輸入密碼，確認正確后進入系統(tǒng)。進入炒青綠茶自動生產(chǎn)控制系統(tǒng)后，輸入鮮葉的各項參數(shù)。然后根據(jù)實際生產(chǎn)要求，選擇最合適的生產(chǎn)工藝參數(shù)，或者手動設置各個生產(chǎn)單元的工藝參數(shù)，設置完成后現(xiàn)場控制端的各控制單元會根據(jù)設定的參數(shù)進行自動控制。該生產(chǎn)批次茶葉炒制完畢后，生產(chǎn)線操作人員可以將評價參數(shù)輸入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)輸入的評價參數(shù)，結(jié)合鮮葉參數(shù)和工藝參數(shù)生成生產(chǎn)記錄報表。

圖3 炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的操作順序圖

4 數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)庫是Microsoft SQL Server 2000，它是 Microsoft公司為 Windows NT而設計的基于客戶/服務器結(jié)構(gòu)的新一代關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，Delphi可以通過數(shù)據(jù)庫引擎BDE和ADO組件等方法與數(shù)據(jù)庫進行連接。在過載測試軟件設計中采用了ADO與數(shù)據(jù)庫連接方式。

ADO是最新的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，功能強大且易于操作。Delphi作為Windows平臺上高效的可視化開發(fā)工具，提供ADO直接訪問數(shù)據(jù)庫的機制。它的客戶端程序通過OLE DB(或ODBC)可訪問任何類型的數(shù)據(jù)，是一種通用的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)。

5 小結(jié)

炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的統(tǒng)一建模語言，對系統(tǒng)進行需求分析，建立靜態(tài)模型和動態(tài)模型，優(yōu)化自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，試驗數(shù)據(jù)可靠，自動化程度較高，提高了炒青綠茶自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的效率。

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