计算机控制系统的面向对象建模与实现
摘要
计算机在现代工业生产自动化中发挥着重要的作用,计算机控制就是利用计算机来对过程控制系统进行检测和控制,而计算机控制系统的设计与实现目前主要采用组态软件的方法。所谓组态软件是指数据采集与过程控制的专用软件,在友好的人机交互界面下,使用灵活的组态方式快速构建工业自动控制系统。但工控组态软件在结构设计和数据结构设计上存在着一些不足。通过分析,我们发现计算机控制系统有其自己的显著特点,可以采用面向对象方法学的思想进行设计和实现,针对采用面向对象方法进行组态的思想本文对计算机控制系统进行了面向对象分析和设计,并建立了相关模型。
论文主要由三部分组成,第一部分是计算机控制系统的面向对象分析,第二部分是计算机控制系统的面向对象设计,第三部分是计算机控制系统的初步实现。第一部分主要包括:(1)分析计算机控制系统的特点;(2)根据系统的需求分析,建立用例模型,用UML创建用例图;(3)通过所建立的用例模型,针对计算机控制系统的通用性,抽象出了各种实体类、接口类和控制类,并给出了它们的基本属性和操作,建立了静态模型和动态模型,创建了类图、顺序图、合作图、活动图和状态图。第二部分包括:(1)系统的整体架构设计;(2)人机交互界面的设计;(3)任务管理的设计;(4)数据管理的设计,给出了实现该系统的具体设计思想。第三部分基于建立的各种模型,为了验证最后所建立模型的可行性和合理性,初步实现了系统的设计功能、控制功能和人机交互界面,设计了一个简单的单回路PID控制系统,并应用于一个实际的液位控制系统中。论文最后总结了本文所做的主要工作,该研究的前景以及不足之处。
文中所建立的较为全面的、统一的、通用计算机控制系统面向对象模型,到目前为止尚未有相关文献资料可查,属于原创性工作。这为面向对象组态软件的开发打下了坚实的基础,并为今后一些具体的计算机控制系统的建模提供了参考模型。
With the development of the modern industrial production, a computer control system is more and more important to the industrial process. Now a computer control system is designed and implemented mainly by Configure Software. Configure Software is a kind of professional software tool to design a computer control system with the supervision function and a friendly man-machine interface. As we know, there still are some shortages in the design of the structure and data of the computer control system. It is proved that the computer control system can be designed and implemented through the object- oriented method because of its some distinct characters. So in this thesis the computer control system is totally designed based on the object-oriented method for a kind of Configure Software which uses object-oriented method.
There are three parts in this thesis. The first one is the object-oriented analysis. In this part, all kinds of functions and applications of this system are totally analyzed with the use case diagrams, and then the various entity classes, interface classes, control classes are analyzed, which are useful to the design and control of the computer control system. These classes’attributes and operations are abstracted and their relations are analyzed. The static model and dynamic model are built including class diagrams, sequence diagrams, collaboration diagrams, activity diagrams and statechart diagrams. The second part is object-oriented design, the system is constituted and the man-machine interface, the task management and database management are designed. The concrete design method of the system is given. In the third part, a man-machine interface is developed by Visual C++6.0 to validate the feasibility and rationality of the above model. Some basic functions are implemented and a kind of simple PID control system has been realized, which is applied to a practical hydraulic level control system.
The object-oriented model of the general computer control system is first pointed out by the author in this thesis, so it is an original work. The object-oriented Configure Software can be developed based on this model. Other special computer control system object-oriented models also can reference this model.
论文主要由三部分组成,第一部分是计算机控制系统的面向对象分析,第二部分是计算机控制系统的面向对象设计,第三部分是计算机控制系统的初步实现。第一部分主要包括:(1)分析计算机控制系统的特点;(2)根据系统的需求分析,建立用例模型,用UML创建用例图;(3)通过所建立的用例模型,针对计算机控制系统的通用性,抽象出了各种实体类、接口类和控制类,并给出了它们的基本属性和操作,建立了静态模型和动态模型,创建了类图、顺序图、合作图、活动图和状态图。第二部分包括:(1)系统的整体架构设计;(2)人机交互界面的设计;(3)任务管理的设计;(4)数据管理的设计,给出了实现该系统的具体设计思想。第三部分基于建立的各种模型,为了验证最后所建立模型的可行性和合理性,初步实现了系统的设计功能、控制功能和人机交互界面,设计了一个简单的单回路PID控制系统,并应用于一个实际的液位控制系统中。论文最后总结了本文所做的主要工作,该研究的前景以及不足之处。
文中所建立的较为全面的、统一的、通用计算机控制系统面向对象模型,到目前为止尚未有相关文献资料可查,属于原创性工作。这为面向对象组态软件的开发打下了坚实的基础,并为今后一些具体的计算机控制系统的建模提供了参考模型。
With the development of the modern industrial production, a computer control system is more and more important to the industrial process. Now a computer control system is designed and implemented mainly by Configure Software. Configure Software is a kind of professional software tool to design a computer control system with the supervision function and a friendly man-machine interface. As we know, there still are some shortages in the design of the structure and data of the computer control system. It is proved that the computer control system can be designed and implemented through the object- oriented method because of its some distinct characters. So in this thesis the computer control system is totally designed based on the object-oriented method for a kind of Configure Software which uses object-oriented method.
There are three parts in this thesis. The first one is the object-oriented analysis. In this part, all kinds of functions and applications of this system are totally analyzed with the use case diagrams, and then the various entity classes, interface classes, control classes are analyzed, which are useful to the design and control of the computer control system. These classes’attributes and operations are abstracted and their relations are analyzed. The static model and dynamic model are built including class diagrams, sequence diagrams, collaboration diagrams, activity diagrams and statechart diagrams. The second part is object-oriented design, the system is constituted and the man-machine interface, the task management and database management are designed. The concrete design method of the system is given. In the third part, a man-machine interface is developed by Visual C++6.0 to validate the feasibility and rationality of the above model. Some basic functions are implemented and a kind of simple PID control system has been realized, which is applied to a practical hydraulic level control system.
The object-oriented model of the general computer control system is first pointed out by the author in this thesis, so it is an original work. The object-oriented Configure Software can be developed based on this model. Other special computer control system object-oriented models also can reference this model.
引文
[1] 张鸿雁等.计算机控制系统的面向对象建模I.《中国自动化学会第21 届青年学术会议论文集》,2006 年7 月
[2] 王培进. 面向对象的柔性设计与控制理论(I). 计算机工程与应用[J],2001,37(16):17-19
[3] 刘其成,王培进. 面向对象的柔性设计与控制理论(II),计算机工程与应用[J],2002,37(18):64~67
[4] 王培进. 面向对象的柔性设计与控制理论(III). 计算机工程与应用[J],2002,38(24):43~45
[5] 王培进. 面向对象的柔性设计与控制理论(IV). 计算机工程与应用[J],2003,39(01):9~11
[6] 王培进,宋宜斌. 仿人智能控制理论分析与探索[R]. 中国自动化学会智能控制会议,1999
[7] 王培进,张鸿雁. 软智能执行器对象设计方法与应用.《烟台大学学报》2005 年第8 卷,第4 期
[8] 刘胜超,高伟,张燕萍. UML 在工业锅炉控制系统设计中的应用. 华中科技大学学报(自然科学版),2002,30(04):93~95
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[10] 隗云志,王普,王东军. 面向对象技术在工控组态软件中的应用. 仪器仪表学报,2001,22(02):217~220
[11] 李正兵,楼佩煌. 对象技术与OPC 技术在监控组态软件中的应用. 计算机应用,2003,23(12):140~142
[12] 赵冬泉,贾海峰,程声通. 面向对象技术在城市排水管网设计中的应用. 中国给水排水,2003,19(06):82~84
[13] 吴际,金贸忠. UML 面向对象分析. 北京航空航天大学出版社,2002
[14] Mark Priestley,龚晓庆,卞雷等译. 面向对象设计UML 实践,2005
[15] 张龙翔. UML 与系统分析设计,2001
[16] 邵维忠,杨芙清. 面向对象的系统分析. 清华大学出版社,广西科学技术出版社,2004
[17] 邵维忠,杨芙清. 面向对象的系统设计. 清华大学出版社,2005
[18] Wendy Boggs,Michael Boggs. 邱仲潘等译. UML 与Rational Rose2002 从入门到精通. 电子工业出版社,2002
[19] 范小平. UML 建模实例详解. 清华大学出版社,2005
[20] 吴建,郑潮,汪杰编著. UML 基础与Rose 建模案例. 人民邮电出版社,2004
[21] Joseph Schmuller. 李虎译. UML 基础、案例和应用(第3 版). 人民邮电出版社,2004
[22] 董兰芳,刘振安等编著. UML 课程设计[M]. 机械工业出版社,2005:45~46
[23] 吴坚,赵英凯,黄玉清主编. 计算机控制系统. 武汉理工大学出版社,2002
[24] 俞金寿. 工业过程先进控制. 中国石化出版,2002
[25] 李正军. 计算机测控系统设计与应用. 机械工业出版社,2004
[26] 马国华. 监控组态软件及其应用. 清华大学出版社,2001 年8 月第一版
[27] Ian Graham.. Object-Oriented Methods Principles & Practice . 2003
[28] Mike O’Docherty Object Oriented Analysis & Design,2006
[29] Pirklbauer K,Pl?sch R., Weinreich R.. Object-Oriented Process Control Sotfware. C. Doppler Laboratory for Software Engineering,,1994
[30] 孙鑫,余安萍. VC++深入详解. 电子工业出版社,2006
[31] 侯俊杰. 深入浅出MFC. 华中科技大学出版社,2001 年1 月第二版
[32] Jeff Prosis. MFC Windows 程序设计. 清华大学出版社,2006
[33] UML 交互视图合作图[EB/OL].http://www.ddvip.net/program/uml/index1/43.htm,2005
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[35] 李楠. 基于UML 的分布式交互仿真系统. 吉林大学硕士学位论文,2004
[36] 康从英. 中小型MIS 面向对象分析和建模方法的研究与应用. 山东科技大学硕士学位论文,2006
[37] 朱晓菲. 工控组态软件的设计与实现. 吉林大学硕士学位论文,2005
[38] 唐鹰. 基于UML 医疗保险信息系统. 南京航空航天大学,2005
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