基于UML的炒青绿茶自动化生产线控制系统研制

张晓娇

(浙江工业大学 之江学院，浙江 杭州 310024)

炒青绿茶自动化生产线控制系统是在整合过去几十年来成熟技术的基础上，根据炒青绿茶的原料、加工工艺特点，以国产茶叶机械为主体，吸收日本自动化控制装置的优点，研制出的一条新型炒青绿茶自动化生产线控制系统。控制系统应用软件采用面向对象技术和统一建模语言建模，分析系统的工艺需求和功能需求，集中控制端应用软件使用Delphi为开发平台，系统数据库采用Microsoft SQL Server 2000。整套设备控制系统功能实用、使用简单、人机界面友好，以实现茶叶加工参数精准控制、加工状态动态实时显示、加工数据自动存储与更新、自动控制与手动控制自由切换为目标。并可根据不同鲜叶原料品种、老嫩度、采摘季节、含水量等具体条件，设置各种加工工艺方案，并在生产结束后形成文本报表、打印输出。

1 需求分析

1.1 工艺需求

针对炒青绿茶自动化生产工艺，需要开发一套炒青绿茶自动化生产线控制软件，包括集中控制端应用软件和现场控制端PLC程序，需要能对整个炒青绿茶生产线设备进行控制和处理。炒青绿茶整个生产加工分为鲜叶流量控制、茶叶杀青、自动揉捻、茶叶烘干、自动炒干等5个主要过程。在炒青绿茶生产加工过程中，需要控制的工艺参数有鲜叶提升速度、鲜叶流量、杀青温度等。

1.2 功能需求

根据炒青绿茶自动化生产线工艺需求分析可以得出，控制软件需要提供如下功能:参数设定、系统控制、屏幕显示、故障监控、用户管理、数据管理。

2 静态模型

建立炒青绿茶自动化生产控制软件静态模型，首先要合理分析出炒青绿茶自动化生产线控制系统中的类和对象，然后利用面向对象静态建模机制描绘出炒青绿茶自动化生产控制软件模型的静态特性。炒青绿茶自动化生产控制软件的静态模型主要用用例图、类图及包图等来表示。

2.1 用例图

控制系统主要是对整个炒青绿茶自动化生产线进行控制，包括集中控制端应用软件的集中控制和现场控制端的分布控制 (图1)。

控制系统的硬件主要有:鲜叶流量控制单元、茶叶杀青控制单元、自动揉捻控制单元、茶叶烘干控制单元和自动炒干控制单元。鲜叶流量控制单元是对鲜叶输送机、鲜叶流量计的控制;自动杀青控制单元是对自动控制滚筒杀青机、冷却输送机的控制;自动揉捻控制单元是对茶叶提升机、茶叶计量机及自动控制揉捻机的控制;茶叶烘干机控制单元是对网带输送解块机、自动烘干机及输送机的控制;自动炒干控制单元是对冷却输送机、茶叶提升机、茶叶计量机及自动炒干机的控制。操作人员既可以在集中控制端的应用软件上操作整个炒青生产线，也可以在现场控制端的各个控制柜上操作炒青生产线。

图1 炒青绿茶自动化生产线控制系统的用例图

控制系统应用的软件有自动控制用例和参数输入用例。自动控制用例计有:茶叶流量控制、温度控制、电机转速控制、时间控制和压力控制。参数输入用例计有:鲜叶参数输入、工艺参数输入、评价参数输入、数据采样间隔、通讯参数输入和传感器线性处理等。

2.2 系统类图及包图

UML类图是UML建模语言的核心元素之一，属于一种静态模型，也是奠定系统设计模型的基础。类图模型的正确性和一致性对于保证需求分析的正确性至关重要。

包图是在UML中用类似于文件夹的符号表示的模型元素的组合，由包与包之间的联系构成，它是维护和控制系统总体结构的重要建模工具。在Delphi中，包的概念由单元来体现。当对大型系统进行建模时，经常需要处理大量的类、接口、组件、节点和图，这时就有必要将这些元素进行分组，即把那些语义相近并倾向于一起变化的元素组织起来加入同一包，这样方便理解和处理整个模型。炒青绿茶自动化生产线控制系统包图如图2所示。

3 动态模型

图2 炒青绿茶自动化生产线控制系统的包图

除通过利用用例图、包图等来描述连续过载运行测试系统的静态机构外，还需要研究系统中的对象在执行过程中不同时间点的动态交互，需要为测试系统建立动态模型。动态模型是通过状态图、顺序图、协作图和活动图来表示的。

炒青绿茶自动化生产线控制系统操作顺序图是对整个炒青绿茶自动化生产过程的一种时间顺序描述 (图3)。生产线生产操作员首先必须登录控制系统，系统检验用户的身份，要求输入密码，确认正确后进入系统。进入炒青绿茶自动生产控制系统后，输入鲜叶的各项参数。然后根据实际生产要求，选择最合适的生产工艺参数，或者手动设置各个生产单元的工艺参数，设置完成后现场控制端的各控制单元会根据设定的参数进行自动控制。该生产批次茶叶炒制完毕后，生产线操作人员可以将评价参数输入到系统中，系统根据输入的评价参数，结合鲜叶参数和工艺参数生成生产记录报表。

图3 炒青绿茶自动化生产线控制系统的操作顺序图

4 数据库

系统所用的数据库是Microsoft SQL Server 2000，它是 Microsoft公司为 Windows NT而设计的基于客户/服务器结构的新一代关系数据库管理系统，Delphi可以通过数据库引擎BDE和ADO组件等方法与数据库进行连接。在过载测试软件设计中采用了ADO与数据库连接方式。

ADO是最新的数据库访问技术，功能强大且易于操作。Delphi作为Windows平台上高效的可视化开发工具，提供ADO直接访问数据库的机制。它的客户端程序通过OLE DB(或ODBC)可访问任何类型的数据，是一种通用的数据访问技术。

5 小结

炒青绿茶自动化生产线控制系统采用面向对象技术的统一建模语言，对系统进行需求分析，建立静态模型和动态模型，优化自动化生产线控制系统，缩短了系统开发时间。系统运行稳定，试验数据可靠，自动化程度较高，提高了炒青绿茶自动化生产线控制系统的效率。

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