软件工程下的复卷机控制系统开发

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摘要:现代科技的不断发展进步，促使在传统复卷机的转动控制系统项目的研究中，新增添了更便捷的控制程序系统。在以往厂家的复卷机应用程序中无法实现更高效率的应用需求且拓展性较差，因此结合新程序对复卷机的控制系统进行软件开发是十分有必要的。主要运用软件工程理论中的面向对象法设计复卷机的整体控制程序，从而整体提升复卷机的复用性和移植性。以期整体改善复卷机的软件复用性。

关键词:复卷机软件系统;面向对象法;UML建模语言

引言

在我国经济与科技不断发展进步的社会大背景下，造纸行业已成为国民经济增长的关键因素之一。纸和纸类产品的消费总数在整体的消费结构中成快速增长的趋势，复卷原纸卷在纸类产品的制造工艺中属于最后一项加工工艺，复卷机的圆刀对不规整的纸两端(新闻纸、面巾纸)的毛糙部分进行分切以及切边操作，由此可见，复卷是制浆造纸环节中的关键环节之一［1］。造纸生产厂家规模的不断扩大，对复卷机的工作效率以及工作质量提出了更高的要求，这就使复卷机内部的操作控制系统需要不断的升级换代。在软件使用者和后期维护工作人员的操作下，一套完备的复卷机应具备安全性、通用性以及高效性，为了实现以上复卷机特需的工作属性，本文从全新的设计视角为复卷机的控制软件系统进行了创新开发［2］。

1复卷机软件工程设计方法

1.1面向对象方法

面向对象法是软件开发过程中的理论支撑点之一，主要通过人与世界接触的视角来设置系统中基本构成要素(对象、类别、顺序、数据传递方式)［3］。面向对象法顾名思义是针对软件设计的对象进行分类，并根据每一类对象的基础特质进行针对性设计，且对象之间的沟通形式只能允许一类通过接口派生子系统。面向对象法主要由三个基本特征多态、封装、继承，详情如下所述［4］。(1)多态。可以使用一段代码代表不同的类型对象，可整体提高代码的使用效率，节约开发时间。(2)封装。是面向对象法最主要的功能之一，可阻止系统内部出现数据随意篡改的情况，并未使用对象提供相应的函数。(3)继承。是面向对象法另一主要功能，当不同对象具有相同行为时，可以直接使用母系统中的编写方式直接应用于子系统，起到承上启下的作用。1.UML建模语言在PLC中的应用UML作为面向对象法中的标准建模语言，在可编程逻辑控制器(PLC)的领域中逐渐得到广泛关注［5］。将UML应用于PLC中的优势性主要体现在以下三个方面:(1)可将软件中的静态结构和动态结构统一安排至同一个运行环境下;(2)UML独具的适配性，可以在不同的应用领域中进行应用，符合多数功能描述系统的要求;(3)可以使设计者能够更好的规划软件系统的设计应用程序过程，从不同视角对程序进行构建。UML中的活动图、状态图、时序图是软件系统建模构成系统中的常见知识模型。可对系统未实现的功能进行分析推测，将系统内部的功能部件有机的组合至一起，对最终的运行效果进行运行结果推测［6］。

2复卷机电气传动系统

2.1复卷机机械机构

制浆造纸行业中的复卷机可跟据使用性质具体划分为无轴卷机和有轴卷机。通过应用形式的不同可分为成品复卷机、专用复卷机等，在成品复卷机中可划分为上引纸复卷机和下引纸复卷机。复卷机的基本结构构造如图1所示。如图1所示，下引纸复卷机主要分为压纸辊和退纸辊两个部分，压纸辊主要是将自身的压力施加于卷取的主要机构，将多余的粗糙纸边以及薄纸板切割成所需的宽度以及形状。在退纸辊的制动装置上，保持了与纸幅的张力值，在最后断纸工艺时，通过导辊、舒展辊、圆刀、张力辊、弧形板等部位的协同传输，将机台下的纸幅从退纸卷上引出［7］。

2.2复卷机控制系统设计要点

复卷机需要根据纸质生产工艺的需求灵活控制对前后底辊和退纸辊的转动方式。在系统低速运行的状态下，通过后台操作将纸张吊在退纸架上，进行引纸操作。将纸导入纸芯中，随即便可将系统调至高速运行状态，逐渐走入系统运行正轨。所以复卷机的控制系统普遍在工作中处于引纸和运行两大状态［8］。需要特别注意的是:在系统运行过程中，需要三个单元保持运速一致，且速度需要对等，以免造成不能满足纸张张力情况的发生。为保证复卷机的卷纸质量，复卷机的电力系统需具备以下条件。在纸张复卷机的自动控制系统中主传动的配置作为主要核心控制环节应具备以下几个功能:前后底辊的力矩差需控制在可控范围内;系统中应设定最低的引纸速度;系统内部的升降速应成S型;在系统内部应像是最后纸质工艺品的精准尺寸。在退纸辊的引纸过程中，应产生电动力需有:间接性或者直接性的张力数值;正向以及反向点动;静止张力给定［9］。

3软件工程技术于复卷机软件控制系统的设计过程

结合复卷机的运行特点，控制整个系统的运行状态主要依靠于软件的参数计算形式。本文从软件工程中面向对象法视域下对复卷机的软件设计进行了创新设定，主要通过结构法对复卷机的控制程序进行再定义。

3.1UML系统建模

通过上文对复卷机控制程序的特需分析，采用UML模型语言对最后的系统软件逻辑模型进行了统一的建立。在软件开发过程中主要依靠于面向对象法对整个复卷机的系统操控系统建立了模型语言(ModelLanguage)，UML的标准图形可用来描述整个系统的功能性和格式。复卷机的转动系统中主要包括PLC、变频器、HML、管理员、操作员、用户六大主体。其中用户可作为一大主体包括操作员和管理员，通过人机交互平台软件对整个复卷机进行控制。在复卷机的系统程序中，PLC、变频器等皆属于硬件设计，系统程序想要实现电机的运行控制可从用户设置的数据内进行运行控制，在系统的运行控制中主要分为六大环节。而数据给定中的数据来源主要依靠压力、车速、张力、机械参数、车速等［10］。

3.2复卷机软件程序设计

在传统的复卷机软件程序设定中，设计者更倾向于依靠经验进行规律性设计，此种设计方法在程序的控制过程中容易出现故障现象，不利于操作者对其的理解以及实际应用。本文通过使用面向对象法对复卷机进行应用程序的软件设置，部分流程以及应用程序如图2所示。此种软件的适应性更强，且复用性更加优良。如上图所示，在复卷机的所有软件程序设计中，参数的运算子类复用性主要表现在数据的标准性和独立性两方面。在复卷机的软件程序设计中，将各个功能板块程序编写在相对应的功能模块中，可以充分的将此软件的控制系统进行精准性的整合。在复卷机各个功能部件的应用状态都可以达到极致，且在软件的系统中，彼此独立又相互联系密切，不受约束性，可在实际的应用过程中被操作人员随意调动。此软件程序的设定使数据接口的标准性独具通透感。

3.3复卷机软件程序测试

在对复卷机软件系统的测试过程中，本文采用的是德国西门子人机交互界面组态软件(SiemensMan-machineInterfaceConfigurationSoftware)和S7-PLCSIM软件，测试方法为离线测试。在西门子的人机交互界面中，HMI是用户对软件系统进行操作的重要途径。HIM独具的功能有:通过固定数据进行运算;方便用户对复卷机的运行状态以及过程进行实时监控;可直接对整个复卷机软件系统进行手动操作，如启动、停止等;可在复卷机的运行过程中对故障信息进行及时反馈以及警报处理。HMI的用户监控界面主要通过西门子的附属软件WinccFlexible来进行组态，在整个总控界面中包含的控制板块有:运行/停止、投张、联动/单动、合闸/分闸、参数设置等。在页面中会显示的数据信息有:复卷机中的成品纸的精细尺寸、实际的运作效率、退卷卷径等。复卷机的总控界面如图3所示。复卷机的软件程序需要的测试时间较长，本文仅针对复卷机的实际操作正确性进行模拟测试，以退纸辊的压力控制系统测试过程为例具体介绍该软件的操作过程。

(1)对HMI的操作画面进行编辑，完成PLC的数据进行设置后，点击“运行”再次对HMI进行调试。

(2)在对复卷机的压力程序中根据所需数据对退纸辊进行组建将PLC的组态设置接口进行设置。

(3)将PLC仿真器运行模式由“STOP”切换成“RUN”状态，PLC程序开始运行。可选取5、9、13等数值输入电位器，通过在复卷机监控程序中的数据值得到的结果符合预期的期望值，此复卷机的软件程序正确性得到验证。4结语本文通过对复卷机运转系统特需的具体分析，结合面向对象方法对复卷机的软件运行系统进行了创新设计。按照软件工程的设计流程对复卷机的软件设计初期需求进行了具体分析，结合UML建立了软件系统模型，使复卷机的使用更具精准性以及规范性，对造纸工业领域中的控制系统模型设计具有较高的借鉴意义。

参考文献

［1］朱其祥，包冰映.基于前馈控制的复卷机张力控制系统［J］．中国造纸，2018，37(3):52-57.

［2］霍蛟飞，马文明，陈鑫.复卷机张力控制系统的设计及应用［J］．中国造纸，2018，37(5):50-55.

［3］李杰超.复卷机的纸幅张力计算［J］．中国造纸学报，2015，30(1):50-55.

［4］李茜，赵丹，苟亚杰.DCS550卷曲宏在复卷机退纸辊控制中的应用［J］．中国造纸，2015，34(7):51-55.

［5］孟彦京，周斌，刘圆圆.基于模糊自适应PID算法的复卷机退纸辊张力控制［J］．中国造纸，2011，30(2):41-45.

［6］高光荻，康家玉.复卷机退卷张力自动控制系统设计［J］．中国造纸学报，2016，31(1):52-56.

［7］李伟，王友权，董继先，等.基于自调整内模控制法的复卷机张力控制的设计与仿真［J］．包装工程，2016，37(11):149-152.

［8］李伟，王友权，董继先，等.新型控制方法在复卷机运行中的应用［J］．包装工程，2016，37(15):162-164.

［9］李杰超.复卷机加减速过程中纸幅张力变化的研究［J］．中国造纸学报，2019，34(4):59-65.

［10］赵明冬，陈慧丽.基于滑模控制算法的复卷机张力控制系统设计［J］．包装工程，2017，38(13):180-183.

作者：卢庆军 单位：阿克苏职业技术学院