（控制理论与控制工程专业论文）铜包装线精称系统研究与开发.pdf

硕士学位论文 摘要 阴极铜自动铜包装生产线是一条集机、电、液、气于一体的大型自 动化包装生产线，生产线由输送链、整形机构、锻压机构、打包机构、 喷码机、贴标机、步进机构和控制系统组成，控制系统是保证铜垛包装 过程协调、稳定、可靠的关键。本文根据包装工艺要求，从过程控制、 系统设计和实现方案等方面进行了研究，设计了包装生产线的整体方案。 重点对由工控机、电子秤、喷码机和贴标机组成的精称系统的软硬件设 计，从控制方法、控制过程进行了分析、研究和实现。针对目标要求系 统响应速度快、采集数据精确等特点、设计了相应的解决方案，搭建了 精称系统的软件框架，然后根据具体工艺要求，设计了相应的模块程序， 并给出了硬件结构设计和部分软件程序。 本文详细论述了精称控制系统的结构、控制要求、设计思路及其特 点。系统设计基于v b 环境，结合s q ls e v e r 数据库软件，m p d e s i g n 专用 绘图软件等进行开发，实现了系统精确称重、数据采集、通讯、数据库 实时更新、自动生成标签信息及喷码信息，实时监控等要求，同时通过 程序设计了容错、报警、统计、打印等功能，增强了软件的应用性。 阴极铜自动包装生产线精称控制系统己在某大型铜冶炼企业应用。 实际应用结果表明，该控制系统软硬件设计符合规范，满足工艺要求， 软件设计运行稳定可靠、易操作，有效提高了生产效率。设计思路可以 推广到其它板式冶金包装工业，具有一定的参考价值。 关键词：铜包装线；v b ；数据库：通信系统；控制界面 a b s t r ac t c o p p e ra u t o - p a c k a g i n g p r o d u c t i o n l i n e i sa l a r g e m e t a l l u r g l c a l a u t o m a t i ce q u i p m e n t o fa u t o - p a c k a g i n gp r o d u c t i o n l i n e w h l c hs e t m e c h a n i c a l ，e l e c t r i c a l ，h y d r a u l i c ，p e n u m a t i c i n t e g r a t e d t h e m a c h i n el sm a d e u p c o n v e y o r c h a i n ，r e s h a p i n g m e c h a n i s m ，f o r g i n g a n d p r e s s l n g m e c h a n i s m ，p a c k a g i n gm e c h a n i s m ，i n k j e tp r i n t e r ，l a b e l l i n gm a c h i n e ，s 。e p p l n g m e c h a n i s ma n dc o n t r o ls y s t e m ，w h i c he n s u r et h ep a c k a g i n gp r o c e s s w o r k h a r m o n i o u s l y 、 s t a b l ya n dr e l i a b l yi st h ek e yp a r to fw h o l ep t o c e s s b a s e o n c r a f t w o r kr e q u i r e m e n to fa u t o p a c k a g i n gl i n e ，t h i st h e s i s m a k et h er e s e a r c h o np r o c e s sc o n t i o l 、s y s t e md e s i g na n dr e a l i z a t i o np r o j e c t ，h e ng e t t h ew h 0 1 e d e s i g na b o u tp a c k a g i n gl i n e e s p e c i a l l y ，i n t r o d u c ed e s i g n o fh a r d w a r ea n d s o f t w a r ea b o u t t h ea c c u r a t ew e i g h i n gs y s t e m ，w h i c h i sm a d eu pl | - 乙， e l e c t r o n i cw e i g h e f ，i n k j e tp r i n t e r a n dl a b e l l i n gm a c h i n e , u s i n g 。h e o r y 0 1 m e t h o d so fc o n t r 0 1a n dp r o c e s so fc o n t r o lt oa n a l y z e ，r e s e a r c h a n ds o l v et h e p r o g r a m i nv i e wo ft h cc h a r a c t e r i s t i c s o fc o n t r o lw h i c hr e q u l t e | ：a s t r e s p o n s e 、d a t aa c q u i s i t i o no fh i g ha c c u r a c y ，f o r m u l a t i n gp l a n s f o ft h e m b a s e do nt h et h e o t yo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g t ob u l i tt h ep l a t f o r m ，s e tu p1 t s f r a m e w o r k ，t h e ng i v eh a r d w a r ed e s i g no ft h ec o n t r o ls y s t e m ，t h ed e s l g n o l t h ep a t t i a ls o f t w a r ep r o g r a m s a n dt o o l sa n dm e t h o d sw h i c hi n v o l v e t h e d e s i g n t h i sp a p e re l a b o r a t e s o ns t r u c t u r e ，r e q u i r e m e n t s ，d e s i g n m e t h o d sa n d c h a r a c t e i i s t i c so fa c c u r a t ew e i g h i n gs y s t e m t h e d e s i g no ft h es y s t e ml s d e v e l o p e d ，w h i c hb a s eo ne n v i r o n m e n to fv b ，c o m b i n e d a t a b a s es o f t w a i e a b o u ts q ls e v e ra n dp l o t s o f t w a r ea b o u tm p d e s i g n i tr e a l i z e dt h e r e q u i r e s ，s u c ha sa c c r a t ew e i g h i n g ，d a t aa c q u i s i t i o n ，c o m m u n i c a t i o n u p d a t e d a t a b a s ei nr e a lt i m e ，a u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e i n f o r m a t i o na b o u tl a b e la n d p r i n t ，a n dr e a l t i m em o n i t o r i n g i na d d i t i o n ，d e s i g n i np r o g r a mr e a l i z e dt h e f u n c t i o n s o ff a u l tt o l e r a n ta l a r m ， s t a t i s t i c ，p r i n t ， m a k et h e s o f t w a t e a p p l i c a t i o n a c c u r a t ew e i g h i n g s y s t e m o f c a t h o d ec o p p e ra u t o 。p a c k a g l n g p r o d u c t i o nl i n eh a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt o al a r g ee n t e r p r i s ea b o u tc o p p e t m e t a l l u r g y a c c o r d i n gt op r a c t i c a la p p l i c a t i o no f t h i ss y s t e m ，h a r d w a r ea n d s o f t w a r eo fs y s t e ma c c o r dw i t hn o r m sa n di s s a t i s f i e dw i t hf e q u l r e m e n t so f i i 硕士学位论文 t h ep r o d u c t i o n ，o p e r a t i o na n ds t a b i l i t y ，r a i s et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y d e s i g n i d e a sc a nb ee x t e n d e dt oo t h e r p a c k a g i n gp l a t em e t a l l u r g i c a l i n d u s t r y ，w i t hs o m er e f e r e n c ev a l u e k e yw o r d s ：a u t o - p a c k a g i n gl i n e ；v i s u a lb a s i c ；d a t a b a s e ：c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ： c o n t r o li n t e r f a c e 铜包装线精称系统研究与开发 插图索引 图2 。1 铜自动包装生产工艺5 图2 2 精称计量生产工艺6 图2 3 铜包装生产线下位设计结构7 图2 4 铜包装生产线精称系统结构8 图3 1 精称系统硬件结构1 0 图3 2 精称系统结构流程图1 6 图3 3 系统模块组成1 8 图3 4 电子秤通信流程图2 0 图3 5 喷码贴标数据发送流程2 2 图3 6 m p d e s i g n 设计标签样板2 5 图3 7 标签脚本程序2 5 图3 8 监控界面管理2 6 图3 9 主操作监控界面2 7 图3 1 0 权限登录界面2 8 图3 1 1 数据库备份与恢复2 9 图3 1 2 查询修改数据界面2 9 图3 1 3 观察系统报警界面3 0 图4 1 企业管理器。3 4 图4 2 用户权限结构3 4 图4 3 数据表信息3 5 图4 4 v i s u a lb a s i c 访问数据库技术示意图3 6 图4 5 生产数据浏览界面3 6 图4 6 生产日报表3 9 图4 7 生产年报表3 9 i v 硕士学位论文 附表索引 表2 1 铜板主要指标5 表3 1 p l c 与p c 交互信号1 5 表3 2 梅特勒托利多电子秤通信格式1 8 表3 3 状态字a 1 9 表3 4 状态字b 1 9 表3 5 喷码机通信协议2 0 表3 6 0 n c o m m 通信事件2 3 表3 7 喷码机故障代码2 4 v 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 瓣 日期：力刁年j 月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服 务。 作者躲鹰率日期砷年j 月弓日 导师签名：引凇游期：加7 年易月) 日 y 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 铜包装生产线的研究背景及意义 近年来，随着有色金属行业的发展、电解技术的进一步提高，国内各大型 铜生产企业的产量和出口量不断增加，但铜包装方式还是采用传统的半人工包 装，不但工人劳动强度大，而且影响了包装质量、产量及市场竞争力。因此， 铜生产企业急需对铜包装过程进行技术改造和技术升级，研制生产自动化程度 高、生产能力强、包装质量满足国际标准的的大型自动化铜板自动包装生产线， 以便提升企业的技术水平和市场竞争力。 在国外，铜板自动打包早在上世纪8 0 年代就已经作为一道工序，被引入 到阴极铜电解生产线中。国际上的包装大国主要有美国、德国、意大利、日本 等，其中德国的s i m a t i c 公司和美国的s i g n o d e 公司早在上世纪初就开始了 物料包装技术的研究，针对工业实际生产需要，研制各种不同场合的包装设备。 意大利m a i r 公司可算是后起之秀，他们的设备以机构精巧，外形美观著称， 其永磁材料的物料搬运技术更属国际专利技术。我国部分大型有色金属企业曾 引进国外设备，如江西铜业集团，铜陵有色金属公司。虽然国外设备自动化程 度高，但售价昂贵，投资巨大。 由于长期以来缺乏对引进技术的进一步消化、吸收、提升和再创新，并且 对国外先进包装技术的发展跟踪远远不够，国内铜生产企业的包装技术水平长 期滞留在国外8 0 年代的水平上，铜生产技术和包装能力已无法适应我国大型 铜生产企业的生产要求和技术要求。该项目是与某大型铜生产企业联合研制的 阴极铜自动包装生产线项目的子项目一自动控制系统的开发与研制。项目对提 升我国的装备制造业和技术水平具有重大意义，也将填补我国在阴极铜自动包 装生产线制造设备生产上的空白。因此，该项目得到了甘肃省科技厅的大力支 持，并被列为甘肃省重大科技攻关专项。 1 2 课题引用的相关技术 铜包装生产是集机械与信息处理，自动控制技术，机械传动技术，液压控 制技术，气动技术等多个学科交叉的系统工程1 1 j 。 1 机械技术 机械技术是机电一体化的基础，重点在于如何与机电一体化相适应。经 典机械技术借助于计算机辅助设计及技术，以及在此基础上采用的人工智能和 专家系统等瞄1 ，已经形成了新一代的机械制造技术。 机械部分是铜自动包装生产线的基本组成，是实现设备自动化的根基，因 1 铜包装线精称系统研究与开发 此在机械设计方面，无论从结构上，性能上，材料上都以减小体积，提高精度， 提高刚度，改善性能，适应能力强为原则。 2 系统技术 系统技术就是以整体的概念组织应用各种相关技术。从全局的角度和系统 的目标出发，将总体分解成相互有机联系的若干单元，以功能和单元为子系统 进行二次分解，生成功能更为单一的子系统功能和单元。这些子功能和单元同 样可以继续逐层分解，直到能够找出一个可实现的技术方案。深入了解系统内 部结构和相互关系，把握系统外部联系，对系统设计和产品开发十分重要。 接口技术是系统技术中的一个重要方面，它是实现系统各个部分有机连接 的保证。接口包括电气接口、机械接口、人机接口。电气接口实现系统间电信 号的连接，机械接口则实现机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接，人 机接口提供人与系统间的交互界面。 3 自动控制技术 自动控制技术范围广泛，主要包括：基本控制理论，在此理论的指导下， 对具体控制装置或控制系统进行设计，设计后系统仿真、现场调试，最后使研 制的系统能可靠的投入运行。由于系统控制对象种类繁多，所以控制技术的内 容极其丰富。由于计算机功能的日趋强大，自动控制技术与工业控制计算机联 系在一起，成为过程控制系统中十分关键的技术。 4 传感及检测技术 传感器与检测装置是系统的感官器官，它与系统的输入输出相连，并将检 测到的信号输送到信息处理部分，传感器检测装置是实现自动化的关键环节， 它的功能越强，系统的自动化程度越高。随着自动化领域的不断扩展，需要测 量的参量种类日益增加，从简单的数字量采集到复杂环境的模拟量采集，能快 速精确的获取现场信息是对传感器和检测装置的基本要求，也是使系统有效工 作的基本保证。 5 电、气、液传动技术 传动系统包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，由微型计算机通 过接口与这些传动装置相连接，控制它们的运动，带动工作机械作回转、直线 及其它各种复杂的运动。传动系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部 件，对系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。常见的系统驱动 执行部件有交流电机、步进电机、气缸、液压缸等等。 气动技术是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专门技术。由于它 具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于 各工业部门。现在，气动技术与微电子、液压技术一样，都是实现生产过程自 动化最有效技术之一【3 j 。 6 串口通信技术 串口是计算机上一种非常通用设备通信的接口。串行通信接口标准经过使 2 硕士学位论文 用和发展，目前已经有几种，但都是在r s 2 3 2 标准的基础上经过改进而形成 的。尤其r s 2 3 2 c 标准在微机通信接口中被广泛采用。r s 2 3 2 c 标准( 协议) 的全称是e i a r s 2 3 2 c 标准，它规定了连接电缆和机械、电气特性、信号功能 及传送过程。很多g p i b ( g e n e r a l p u r p o s ei n t e r f a c eb u s ) 兼容的设备都带有 r s 2 3 2 口，r s 2 3 2 可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者m o d e m ，同 时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中r s 2 3 2 的传 输长度或者速度常常超过标准的值。r s 2 3 2 只限于p c 串口和设备间点对点的 通信。r s 2 3 2 串口通信最远距离是5 0 英尺【4 j 。 1 3 课题的来源及任务 1 3 1 课题来源 为振兴甘肃省装备制造业，在甘肃省科技厅支持下，阴极铜自动包装生产 线项目是和某大型铜生产企业联合研制的大型冶金板材自动化包装生产线，是 为了提高企业自动化程度，满足安全生产可靠性要求，提升整体技术装备水品 而实际研究和开发的项目。 1 3 2 任务 本课题主要是针对铜自动包装生产线的精称控制系统的开发与设计。精称 控制系统是铜包装线主控制系统的子系统，主要工作是负责铜板在经过自动包 装后精确称重、计量数据采集、通讯、自动生成数据库、自动生成标签信息及 喷码信息，实时显示生产数据等。子系统与控制系统进行联动，具有容错、统 计、报警、打印等功能。所以精称控制系统设计要实现的目标： ( 1 ) 铜垛信息采集与处理。铜垛的数据信息主要是指片数信息和重量信息； ( 2 ) p l c 和p c 之间的联动控制； ( 3 ) 与喷码贴标通信； ( 4 ) 精称系统的故障诊断； ( 5 ) 喷码机和贴标机的图形和标签设计； ( 6 ) 用户界面； ( 7 ) 构建与s o ls e v e r 数据库的数据链接平台，对数据库的设计； ( 8 ) 生产报表。 1 4 课题重点 本课题设计重点分四个部分： 1 通信设计 通信设计是精称控制系统设计的基础，因为只有数据通信成功，后续动作 - 3 铜包装线精称系统研究与开发 的执行才有意义。但由于现场存在多种设备，通信协议各不相同，必须单独调 试，而且调试过程不仅要对是数据采集处理，还需要进行设备故障诊断测试， 增加了设计的复杂程度。 2 数据库设计 数据库的功能属于系统数据层的设计，首先需要构建与数据库的数据链接 平台，然后通过程序实现对数据保存、调用和修改等功能的设计，在本课题 中，系统所有界面功能都与数据库相关。 3 专用软件使用 精称系统主要包括工控机、电子秤、喷码机和贴标机等设备。由于设备在 使用过程中有其专用的设计软件，所以，在设计过程中，开发环境与开发工具 的结合成为设计中的重点。 4 安全性设计 安全性设计是指防止数据被破坏、保密的数据被公开以及系统和数据不能 被用户服务等三个方面。主要是通过设置权限、运行日志、违规监控和系统加 密来完成。安全性设计是防止系统数据被破坏的主要手段。 4 硕士学位论文 第2 章阴极铜自动包装生产线总体设计 阴极铜自动包装生产线是集机、电、液、气于一体的自动化包装系统，可 以根据铜板规格要求，自动进行铜垛整形、压紧、打包、喷码、贴标的自动化 生产线。系统从硬件设计到软件实现可分为两个部分，硬件设计分为包装系统 和精称系统，软件部分实现分为主控制系统和子控制系统。主控制系统采用西 门子p l cs 7 3 0 0 来实现，按工艺要求设计生产线的动作。子控制系统由工控 机及现场设备实现精称控制系统的工艺要求，主控制系统与子控制系统协调工 作。 2 1 铜自动包装生产线的工艺流程 包装对象主要性能指标见表21 表21 铜板主要指标 铜板的规格参数铜垛的规格参数打包要求 长度：1 0 0 2 m m片数：1 7 2 0 外观整齐 宽度：1 0 0 0 m m重量：2 5 0 0 1 0 0 k g厚度：3 5 0 m m 厚度：1 8 m m 2 4m m厚度：3 7 0 m m 4 0 0m m要求对每垛铜板进行数 铜板一边有铜耳铜垛上料前高度：据跟踪 单片重量：1 2 0 k g 4 0 0 m m完整打完井字 1 4 0 k g 铜板展示信息完整、精 确 阴极铜包装生产线机械结构由两部分组成，一部分是以输送链为运动方式 的包装线，该部分主要由上料、配重、整形、压紧、打包工位组成，如图2 1 所示，该系统主要完成对铜垛的配重筛选，整理铜垛外观，致密，最后打包。 另一部分为精称系统，精称系统是指以步进梁运动为传递方式的生产线，配以 精称工位、喷码工位和贴标工位，如图22 所示，功能是在铜垛上显示出相应 的数据信息。 。嚆塾热。罐搽措蛙豁 上料配重整形压紧打包 出料 型里篓丝堑! ：童丝竺! ! ! ：些垒 出科 精称喷羁贴标黼 图22 精称计量生产工艺 生产线工位配备的组件及功能： 配重工位；由运动小车配吸盘及电子秤构成。功能：实现铜垛加一减； 整形工位：由整形臂和整形转盘构成。功能：对铜垛避行外观整形： 压紧工位：由锻压机及支架构成。功能：使铜垛致密； 打包1 二位：由打包系统构成。功能：完成井字型打包： 出料工位：包装系统与精称系统的衔接工位： 精称工位：由两台电子秤构成。功能：采用叠秤复检原理称量出铜垛精确 数据； 喷码工位：由喷码机构成。功能：实现移动喷码； 贴标工位：由贴标机构成。功能：实现移动贴标。 2 2 铜包装生产线的控制系统 铜包装生产线控制部分由两部分组成，一部分是主控制系统，以p l c 为 控制核心，根据工艺流程控制生产线各个工位的动作，另一部分为子控制系统， 即由工控机为核心的精称控制系统，负责数据通信和报表打印。予系统须与主 系统进行联动控制。 2 2 1 主控制系统 1 控制要求： ( 1 ) 手动控制：各项动作灵敏、可靠、到位无联动现象； ( 2 ) 自动运行控制：各项动作灵敏、衔接准确，此时手动无效； ( 3 ) 自动运行控制暂停，再启动，各项数据连贯、无误； ( 4 ) 能与子控制系统联动控制。 2 控制功能： ( 1 ) 具有数据检测和报警功能； ( 2 ) 具有数据收集和校准功能； ( 3 ) 具有串口通信功能； ( 4 ) 控制系统应确保安仝启动、停止、哲睁、紧急停车，可靠控制和监测生 产流程： 硕士学位论文 ( 5 ) 提供系统及生产线状态的综合测试、贮存、显示功能； ( 6 ) 控制系统运行可靠，具有预判及重复功能，降低故障查询时间。 3 主控制系统组件及构成 铜包装生产线的包装系统以可编程序控制器( p l c ) 为核心，配以h m i ( 人 机界面) 、检测及执行机构、液压机构、气动机构，主要控制铜垛的配重、整 形、致密、打包等过程，系统具有手动自动切换、故障报警显示、监视生产 运行，串口通信等功能。包装系统的框架结构方案如图2 3 所示： 2 2 2 精称控制系统 图2 3 铜包装生产线下位设计结构 1 控制要求： ( 1 ) 手动控制：能手动测试喷码贴标； ( 2 ) 自动运行控制：通信数据准确，信号稳定； ( 3 ) 能与主控制系统联动控制。 2 控制功能： ( 1 ) 具有良好的监控界面； ( 2 ) 具有数据采集功能； ( 3 ) 具有故障报警功能； ( 4 ) 具有容错处理功能； ( 5 ) 提供系统及生产线状态的综合测试、贮存、显示功能； ( 6 ) 具有报表打印功能。 、 3 精称系统组件及构成 铜包装生产线的精称系统设计采用研华工业控制计算机为核心，采用多串 口与电子称、喷码机、贴标机进行通信，实现喷码和贴标的信息传输。并通过 数据采集卡与p l c 进行信号交互，协调主控制系统和精称系统的动作，实现 联动控制，通过局域网将数据库的数据与信息中心共享，系统结构如图2 4 所 示： 7 铜包装线精称系统研究与开发 2 3 本章小结 图2 4 铜包装生产线精称系统结构 本章主要对系统的结构和功能做了简要的说明，首先介绍了系统的整体架 构，然后从设计思路，设计要求，功能实现等几个方面总体介绍了生产线的控 制组成，通过介绍了解设计要实现的控制目标。 8 硕士学位论文 第3 章阴极铜自动包装生产线精称系统 阴极铜自动包装生产线精称系统是指由工控机为控制核心配以现场设备 所组成的控制系统。工控机通过v b 语言来设计监控界面及与现场设备的数据 通信，完成数据采集、故障诊断、生产状态检测等功能；利用s q l 数据库实 现数据的实时存储和调用，报表打印等；并通过数据采集卡来实现上位机和下 位机之间的信息交互，实现子系统与主系统之间的联动控制。本章重点介绍系 统的数据通信和故障诊断，数据库应用将在下一章详细介绍。 3 1 精称系统工艺要求 3 1 1 工艺综述 由第二章介绍可知，精称系统由精称工位、喷码工位和贴标工位组成的， 其控制部分是指以工控机为核心，配备相关智能设备所组成的控制系统，控制 目标为：负责铜板在经过自动包装后的精确称重、计量数据采集、通讯、自动 生成数据库、自动生成标签信息及喷码信息，实时显示生产数据等。子系统与 控制系统进行联动控制，具有容错、统计、报警、打印等功能。 3 1 2 技术要求 1 与主系统协调工作； 2 保证铜垛信息跟踪准确无误； 3 确保电子秤传输数据的准确性； 4 保证喷码、贴标信息的完整性； 5 喷码字符和标签设计的格式要求； 6 数据显示和更新的实时性； 7 报警显示及处理； 8 良好的用户界面； 9 报表设计的格式及要求。 3 2 精称控制系统硬件结构 硬件设计主要是选型设计和系统组成设计，通过前面的介绍可知，精称系 统主要包括以下几种设备： 1 工控机及数据采集卡； 2 电子秤； 3 喷码机和贴标机。 由工艺要求及控制系统目标的确定，系统硬件结构设计图如图3 1 所示： 9 铜包装线精称系统研究与开发 3 3 软件设计前提及思想 图3 1 精称系统硬件结构 。在精称控制系统的设计过程中，程序是设计的核心问题，应用程序设计就 是根据系统的目标要求，在软件系统语法格式规定下，使用相应编程语言，对 实际应用程序进行编制。 3 3 1 软件系统设计前提 设计一个软件系统时，首先，必须要进行系统分析，如分析计划、项目与 用户的联系、系统目标、数据元素及结构、对其他相关系统的调查、各种方案 设计、结构分析和下一阶段的计划等。其次，进行可行性分析。主要指设备条 件和技术可行性、经济可行性、社会可行性等几个方面1 7 j 。 通过前面章节的简要概述，首先，掌握了生产工艺和该软件系统的技术要 求；第二，了解了系统所要面向的用户及使用要求：第三，研究了相关系统的 设计结构；第四，明确了系统的设计难点；最后，通过对系统运行环境的调查， 设备、技术条件均满足可行性要求。 3 3 2 程序设计思想和方法 1 结构化程序设计思想 2 0 世纪6 0 年代出现过软件危机，一大批软件的开发相继失败，人们开始 认真思考如何才能设计出结构合理、质量上乘的程序，于是提出了结构化程序 设计( s t r u c t u r a lp r o g r a md e s i g n ) 的思想方法。要点在于不是一步就编制成可执 行的程序，而是分步进行。第一步先制定级别最高的框架；第二步编写比第一 步级别低的程序，依此类推；第i 步程序的级别比第i 1 步程序的级别低，直到 1 0 硕士学位论文 最后，第n 步编出的程序即是可执行程序。有人也把这种方法称为自顶向下或 逐步求精法，这样做的目的是为了便于集中精力理顺程序的逻辑关系，对问题 作出全盘考虑。程序由一些基本结构组成，这些基本结构是：顺序结构、分支 结构和循环结构。设计一个大型程序应按其功能分解成若干个模块。在程序设 计时采用“自顶向下、逐步求精 的实施方法。理论已证明任何算法都可以用 这三种结构及其嵌套来表示。在具体设计程序时，结构化程序设计的基本思想 没有本质的变化，还是围绕操作过程来考虑操作对象，设计时要考虑如什么时 候输入数据、什么时候处理数据、什么时候输出数据等操作过程，这样的程序 设计思想称为面向过程的程序设计，其基本思想是由过程来控制数据，过程和 数据是分离的。 2 面向对象的程序设计 到了2 0 世纪8 0 年代，出现了一种完全新颖的编程思想，那就是面向对象 的程序设计f o b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g ，简称o o p ) 方法。传统上程序和数据 两者是分开的，其实这与现实世界的情况并不符合。面向对象的程序设计思想 认为，人们所处的世界是由一组彼此相关并且互通信息的实体组成，因此它把 要定义的数据及对数据的相关操作包装成一个新的类型一对象( o b j e c t ) ，在对 象中，程序和数据一起封装起来，其中的数据称为属性，程序称为方法，这些 方法定义了对象所具有的行为和操作，同时对象之间可以互相通信并产生消 息，消息又驱动了其他对象的操作。面向对象的程序设计是以对象、消息驱动 等作为基本出发点的程序设计方法，用户可以直接按一定的规则写出问题要 求，无需详细列出算法过程，计算机可以自动根据用户要求自动生成相应的程 序执行，这种编程方式更加形象直观，而程序更易于控制1 9 j 。目前常用的许多 程序设计语言，如c + + 、j a v a 、v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、d e l p h i 等都属于 面向对象的程序设计语言。 3 可视化编程方法 。 人们编写计算机程序，是要让计算机为人类服务的。这就需要计算机能听 懂人的话，和人交流，在这种要求下，交互式程序产生了。最初的交互式程序 是由计算机按照步骤运行，在需要得到用户输入的时候接受用户的响应，然而 现在的交互式程序要求给用户更大的自由度，它的特点是：有良好的界面，对 用户的各种操作( 如单击鼠标、移动鼠标、按下键盘等，这些操作我们称之为 事件) 都可以作出响应。像我们在w i n d o w s 下运行的许多软件都具有这样的 特点。在w i n d o w s 界面中包括许多复杂的组件，如窗口、文本框、菜单栏等， 如果我们从头开始逐一设计这些组件，将会花费大量的时间和精力。此外，用 户的操作是多种多样的，要对用户的各种操作作出响应，就要对不同的用户操 作编写相应的程序响应事件。为此，软件开发人员为我们设计了可视化( v i s u a l ) 的程序开发系统，在可视化的程序开发系统中，采用面向对象的程序设计方法， 它把每一个可视化的组件定义为一个对象。并以直观的形式提供给用户使用， 铜包装线精称系统研究与开发 用户只需将有关的对象拖放到屏幕上，并为它们设置相应的属性就可完成界面 的设计，然后根据问题的需要编写各个对象对各种事件的响应过程，最终完成 程序设计。可视化已经成为程序设计语言最便捷的方法，目前大部分高级语言 都设计了可视化功能t s l 。 程序设计时首先必须保证系统结构的合理性，所以首先采用结构化设计方 法将系统的框架搭建起来，并利用模块化设计思路完成系统所有功能；其次， 应该使用户直观的看到系统的功能和界面，使操作者一目了然界面所有功能的 用途，利用软件的可视化功能来设计界面，达到观察方便，操作简易的特点。 最后，针对需要实现的具体的功能，利用面向对象的设计原理来实现。 根据设计思路和设计过程拟采用v i s u a lb a s i c 高级语言来实现。设计重点包 括以下几个方面：界面设计、通信设计、标签设计、故障报警显示以及与数据 库的管理与实现等。 3 4 编程语言及控件介绍 3 4 1 语言介绍 3 4 1 1v b 简介 v i s u a lb a s i c 是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级 程序设计语言，是在原有b a s i c 语言基础上的一次飞跃，它包含了数百条语句、 函数及关键词，其中很多与w i n d o w sg u i ( g r a p h i eu s e ri n t e r f a c e ) 有直接的关 系，可用于开发w i n d o w s 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且 功能强大可以与w i n d o w s 专业开发工具s d k ( s o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i t ) 相媲 美。在v i s u a lb a s i c 环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计 工具，使用w i n d o w s 内部的广泛应用程序接口( a p i ) 函数，以用动态链接库 ( d l l ) 、对象的链接与嵌入( o l e ) 、开放式数据连接( o d b c ) 等技术， 可以高效、快速地开发w i n d o w s 环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系 统l z o j 。具体特点如下： ( 1 ) 具有面向对象的可视化设计工具 在v b 中，应用面向对象的程序设计方法，把程序和数据封装起来视为一 个对象，每个对象都是可视的。程序员在设计时只需要用现有工具根据界面设 计的要求，直接在屏幕上放置窗口、菜单、按钮、滚动条等不同类型的对象， 并为每个对象设计属性。程序员的编程工作仅限于编写相关对象完成的功能程 序，提高了程序设计的效率。 。 ( 2 ) 事件驱动的编程机制 事件驱动是非常适合图形用户界面的编程方式。传统的程序设计是一种面 向过程的方式，程序按事先设计的流程运行。但在图形用户界面的应用程序中， 是由用户的动作即事件掌握着程序运行的流向，每个事件都能驱动一段程序的 行。 - 1 2 硕士学位论文 程序员只需编写相应用户动作的代码，而各个动作之间不一定有联系。使得应 用 程序代码一般较短，所以程序既易于编写又易于维护。 ( 3 ) 提供了易学易用的应用程序集成开发环境 在v b 集成开发环境中，用户设计界面、编写代码、调试程序，直至把应 用程序编译成可执行文件在w i n d o w s 中运行，使用户在友好的开发环境中工 作。 ( 4 ) 结构化的程序设计语言 v b 具有丰富的数据类型和结构化的程序结构，而且简单易学。v b 有强大 的数值和字符串处理功能；丰富的图形指令，可方便地绘制各种图形；提供静 态和动态数组，有利于简化内存管理；过程可递归调用，使程序更为简练；支 持随机文件访问和顺序文件访问；提供了一个可供应用程序调用的包含多种类 型的图标库；具有完善的运行出错处理。 ( 5 ) 支持多种数据库系统的访问 利用数据控件可访问的数据库系统有：m i c r o s o f ta c c e s s 、s q ls e v e r 、 d b a s e 、m i c r o s o f tf o x p r o 和p a r a d o x 等，也可访问m i c r o s o f te x c e l 、l o t u s l 2 3 等多种电子表格。 ( 6 ) 支持动态数据交换( d d e ) 、动态链接库( d l l ) 和对象的链接与嵌入( o l e ) 技术。 动态数据交换的编程技术，使v b 开发应用程序能与其它w i n d o w s 应用程序 之间建立数据通信。通过v b 的动态链接库( d l l ) 技术，在v b 程序中可方便地 调用c 语言或汇编语言编写的函数，也可调用w i n d o w s 应用程序接口( a p i ) 函数， 以实现s d k 所能实现的功能。v b 的核心是其对对象的链接与嵌x ( o l e ) 的支 持，它是访问所有对象的一种方法，利用o l e 技术，v b 将其他应用软件视为一 个对象嵌入到v b 应用程序中，进行各种操作，也可将各种基于w i n d o w s 的应用 程序嵌入至i v b 应用程序，实现声音、图像、动画等多媒体功能。 3 4 1 2 数据库 数据库软件是通过一定的组织方式存储在一起的相关的数据的集合。具有 很多功能：( 1 ) 实现数据共享；( 2 ) 减少数据的冗余度；( 3 ) 保证数据的独立性； ( 4 ) 数据实现集中控制；( 5 ) 根据数据一致性和可维护性，以确保数据的安全性 和可靠性。因此利用s o ls e v e r 数据库可以方便的实现数据的管理。 3 4 1 3 其他软件 ( 1 ) w i n g u i w i n g u i 软件是依玛士公司专门针对喷码机4 0 2 0 设计的绘图软件，工控 机通过与喷码机表头的通信来实现每个喷头喷印字符的设计。 ( 2 ) m p d e s i g n 1 3 铜包装线精称系统研究与开发 m p d e s i g n 软件是依玛士公司针对贴标机2 0 0 0 设计的绘图软件。使用时首 先需要用m p d e s i g n h 绘制标签，生成l b l 文件，然后将该文件转换成t x t 文 件后，生成贴标机设计软件的脚本语言，利用通信协议将脚本语言转化为贴标 机认知的语言格式。最后通过串口将标签格式及信息发送给贴标机完成贴标。 3 4 2 控件介绍 控件是用户可与界面交互以输入或操作数据的对象。控件通常出现在对话 框中或工具栏上。主要有三类控件：w i n d o w s 公共控件、a c t i v e x 控件、由 m i c r o s o f t 基础类库( m f c ) 提供的其他控件类。【1 l j 下面介绍几个在程序设计过 程中必须用到的控件： 1 通信控件m s c o m m m s c o m m 控件是v b 6 0 中的一个a c t i v e x 控件，该通信控件提供了一系列 标准通信命令的接口，它允许建立串口连接，可以发送命令、进行数据交换以 及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件，从而可以用它创建全 双工、事件驱动的、高效实用的通信程序。使用的每个m s c o m m 控件都与一 个串口对应。如果在应用程序中需要访问多个串口，必须使用多个m s c o m m 控件1 1 2 j 。该控件常用属性： c o m m p o r t ( 设置或返回串口号1 ； s e t t i n g s ( 以字符串的形式设置或返回串口通信参数) p o r t o p e n ( 设置或返回串口状态) ； i n p u t m o d e ( 设置或返回接收数据的类型) ； o u t p u t ( 设置或返回发送缓冲区中等待计算机发送的字符数) ； c o m m e v e n t ( 依据产生的事件和错误m s c o m m 控件为