基于面向對象建模技術在計算機控制系統中應用研究

摘 要：計算機控制系統的設計與實現目前主要采用組態軟件的方法。面對組態軟件在體系結構設計和數據結構設計上的不足，本文利用面向對象方法進行組態的思想，對計算機控制系統進行了面向對象分析與設計并建立相關模型。

關鍵詞：面向對象建模技術；計算機控制系統；組態軟件；分析與設計；UML

隨著計算機網絡與嵌人式系統的發展，將組態軟件應用到計算機控制中已成為最新的研究動向。”組態”（Configuration）的概念是伴隨著集散型控制系統DCS的出現.才開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟知的。與硬件生產相對照，組態與組裝類似。組態就是用應用軟件中提供的工具、方法、完成工程中某一具體任務的過程。在組態概念出現之前。要實現某一任務.都是通過編寫程序（如使用BASIC，C，FORTRAN等）來實現的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態軟件的出現，解決了這個問題。組態軟件是一種數據采集與過程控制相結合的專用軟件.在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境中.用戶可采用靈活的組態方式，快速構建工業自動控制系統。它以計算機為基本工具，為實施數據采集、過程監控、生產控制提供了基礎平臺和開發環境。計算機控

制系統的設計與實現目前主要采用組態軟件的方法。

1 組態軟件的主要特點和不足

組態（Configurafion）為模塊化任意組合。通用組態軟件的主要特點：（1）最突出的特點是實時多任務。例如，數據采集與輸出、數據處理與算法實現、圖形顯示及人機對話、實時數據的存儲、檢索管理、實時通信等多個任務要在同一臺計算機上同時運行。（2）高可靠性。（3）封裝性（易學易用）。（4）通用性。利用通用組態軟件提供的底層設備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開放式的數據庫和界面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數據處理、歷史數據和曲線并存、具有多媒體功能和網絡功能的工程.不受行業限制。（5）延續性和可擴展性。用通用組態軟件開發的應用程序。當現場（包括硬件設各或系統結構）或用戶需求發生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級。組態控制技術是計算機控制技術發展的結果。采用組態控制技術的計算機控制系統最大的特點是從硬件到軟件開發都具有組態性。因此系統的可靠性和開發速率提高了，開發難度卻下降了。但對于現有的組態軟件還存在如下不足：（1）面向過程分析，面向功能設計。（2）解問題空間和實際系統脫離。（3）數據和算法分離，不便于數據實現和操作。（4）對于一些復雜的過程控制問題，難以實現復雜算法和復雜控制規律。（5）一般有開發環境和運行環境兩類獨立的環境，使用不便；（6）有自己的腳本語言，設計者需要編制一定程序等等。本文利用面向對象方法進行組態的思想，對于計算機控制系統進行了面向對象分析和設計，并建立相關模型。

2 計算機控制系統的面向對象分析與設計

計算機控制系統有其自己的顯著特點。可以采用面向對象方法學的思想進行分析和設計。在整個面向對象分析中.有三個主要活動：（1）分析計算機控制系統的特點；（2）根據系統的需求分析.建立用例模型，用UML創建用例圖；（3）通過所建立的用例模型，針對計算機控制系統的通用性，抽象出了各種實體類、接口類和控制類，并給出了它們的基本屬性和操作.建立了靜態模型和動態模型，創建了類圖、順序圖、合作圖、活動圖和狀態圖。在整個面向對象設計中有四個主要活動：設計問題域部分、設計人機交互部分、設計任務管理部分、設計數據管理部分。其中設計問題域部分實質上是面向對象分析工作的進一步延伸，在面向對象分析工作基礎上進行。

2.1 系統的總體結構設計

該系統分為兩個子系統：設計子系統和監控子系統。設計子系統需要數據庫接口、圖形用戶接口完成計算機控制系統的設計和保存：監控子系統需要通訊接口、數據庫接口和圖形用戶接口完成計算機控制系統的軟件和硬件通訊、數據的存儲和運行信息的查看等功能。計算機控制系統的設計子系統和監控子系統是通過對象列表實現信息的共享，把軟件中表示硬件的控件和現場硬件聯系起來并加以控制。

2.2 人機交互界面的理想設計

人機交互部分突出人如何命令系統及系統如何向用戶提交信息，其目的是設計出方便、友好的用戶界面，這一部分的設計可使用如下策略：（1）對人分類。因為不同的人對于系統的要求是不同的.他們利用系統完成的工作往往也不同。（2）描述人和他們的任務腳本。（3）設計命令層次。（4）設計詳細的交互。（5）繼續做原型。從面向對象分析就開始做原型。現在還要繼續做。人需要對提出的交互活動進行體驗、實地操作，并把它們精化成一致的模式。（6）設計人機接口類。（7）根據圖形用戶界面GUI（如果可用的話）進行設計。該系統用戶就分為設計人員和操作人員兩類。設計人員完成計算機控制系統的設計工作.即利用系統使表示硬件的控件和現場的設備進行通訊：操作人員完成計算機控制系統運行中的監控工作，即運行系統，并可查看運行信息，如曲線圖、報表及報警信息。

2.3 任務管理設計

任務是進程的別稱，任務管理部分用來管理任務的運行、交互等。任務管理部分的設計可采用如下的策略：識別事件驅動任務；識別時鐘驅動任務；識別優先任務和關鍵任務；識別協調者：定義每個任務。該系統中任務管理應根據系統所實現的功能分為兩部分：設計部分和控制部分。設計部分中任務管理主要完成的任務是繪圖以及控件信息的數據存儲：控制部分的任務則比較復雜，有事件的并發驅動，時鐘驅動，優先任務等。因此，我們將主要分析計算計控制系統的運行任務管理。

2.4 數據管理設計

大部分實用的系統都要面對處理數據的永久存儲問題。數據管理部分提供了在數據管理系統中存儲和檢索對象的基本結構。該系統中的數據管理主要是針對兩個部分：一個是設計過程中的控件信息數據管理，目的是設計圖的保存和讀取；另一個就是控制過程中物理量的數據管理，目的是歷史曲線圖、報表以及報警信息的查看和存儲。（1）控件信息的數據管理。在設計過程中，針對世面上廣泛應用的和已存在的硬件設備建立與其對應的數據庫實現控件對象的具體化。當創建某一具體型號的設備時，可直接調用數據庫信息，提取屬性值。這樣設計人員不必再另行設置屬性。如果要創建數據庫中未存在的控件，不再實時保存控件的信息到數據庫，采用對象列表動態存取各個控件對象的屬性。在退出系統和關閉設計窗口時保存設計圖。（2）物理量的數據管理。根據設計過程中對歷史信息設計生成相應的表格在控制過程中按照設置好的歷史信息的時問問隔直接進行存儲。如果沒有要求保存物理量，則不需要實時保存到數據庫中去。

參考文獻

[1] 熊杰；劉湘偉；陳根忠；杜紅兵；；基于UML和OCPN的軍事電子信息系統建模[J]；火力與指揮控制；2011年06期

[2] 於宇琛；楊傳將；譚明波；；面向對象思想在升船機主提升控制系統中的應用研究[J]；船電技術；2011年08期

[3] 黃濤；賈濤；張志勇；；一種基于角色-活動的工作流系統訪問控制模型[J]；網絡安全技術與應用；2011年07期

作者簡介

江金春，福建省永定縣，專業：教育學；研究方向：教育管理。