基于UML的炒青綠茶自動化生產線控制系統研制

張曉嬌

(浙江工業大學 之江學院，浙江 杭州 310024)

炒青綠茶自動化生產線控制系統是在整合過去幾十年來成熟技術的基礎上，根據炒青綠茶的原料、加工工藝特點，以國產茶葉機械為主體，吸收日本自動化控制裝置的優點，研制出的一條新型炒青綠茶自動化生產線控制系統。控制系統應用軟件采用面向對象技術和統一建模語言建模，分析系統的工藝需求和功能需求，集中控制端應用軟件使用Delphi為開發平臺，系統數據庫采用Microsoft SQL Server 2000。整套設備控制系統功能實用、使用簡單、人機界面友好，以實現茶葉加工參數精準控制、加工狀態動態實時顯示、加工數據自動存儲與更新、自動控制與手動控制自由切換為目標。并可根據不同鮮葉原料品種、老嫩度、采摘季節、含水量等具體條件，設置各種加工工藝方案，并在生產結束后形成文本報表、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工藝，需要開發一套炒青綠茶自動化生產線控制軟件，包括集中控制端應用軟件和現場控制端PLC程序，需要能對整個炒青綠茶生產線設備進行控制和處理。炒青綠茶整個生產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。在炒青綠茶生產加工過程中，需要控制的工藝參數有鮮葉提升速度、鮮葉流量、殺青溫度等。

1.2 功能需求

根據炒青綠茶自動化生產線工藝需求分析可以得出，控制軟件需要提供如下功能:參數設定、系統控制、屏幕顯示、故障監控、用戶管理、數據管理。

2 靜態模型

建立炒青綠茶自動化生產控制軟件靜態模型，首先要合理分析出炒青綠茶自動化生產線控制系統中的類和對象，然后利用面向對象靜態建模機制描繪出炒青綠茶自動化生產控制軟件模型的靜態特性。炒青綠茶自動化生產控制軟件的靜態模型主要用用例圖、類圖及包圖等來表示。

2.1 用例圖

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

控制系統的硬件主要有: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線，也可以在現場控制端的各個控制柜上操作炒青生產線。

圖1 炒青綠茶自動化生產線控制系統的用例圖

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

2.2 系統類圖及包圖

UML類圖是UML建模語言的核心元素之一，屬于一種靜態模型，也是奠定系統設計模型的基礎。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，由包與包之間的聯系構成，它是維護和控制系統總體結構的重要建模工具。在Delphi中，包的概念由單元來體現。當對大型系統進行建模時，經常需要處理大量的類、接口、組件、節點和圖，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線控制系統包圖如圖2所示。

3 動態模型

圖2 炒青綠茶自動化生產線控制系統的包圖

除通過利用用例圖、包圖等來描述連續過載運行測試系統的靜態機構外，還需要研究系統中的對象在執行過程中不同時間點的動態交互，需要為測試系統建立動態模型。動態模型是通過狀態圖、順序圖、協作圖和活動圖來表示的。

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

圖3 炒青綠茶自動化生產線控制系統的操作順序圖

4 數據庫

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

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

5 小結

炒青綠茶自動化生產線控制系統采用面向對象技術的統一建模語言，對系統進行需求分析，建立靜態模型和動態模型，優化自動化生產線控制系統，縮短了系統開發時間。系統運行穩定，試驗數據可靠，自動化程度較高，提高了炒青綠茶自動化生產線控制系統的效率。

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