（化工过程机械专业论文）多功能辊缝检测系统的研究与开发.pdf

摘要 摘要 连铸机导向辊正确的开口度和辊位不仅提高了铸机的作业率，而且在较大 程度上决定了铸坯表面的质量。为了能及时可靠地检测和调整导向辊的开口度 和辊位，防止铸坯出现鼓肚或裂纹，甚至拉矫机打滑，铸坯不走而断浇等严重 情况的发生，连铸机必须配备性能可靠，功能齐全的辊缝检测系统。本文内容 即为多功能辊缝检测系统的研究与开发。 对处于下位机的辊缝检测仪的设计，本文根据辊缝检测系统的运行环境、 被检测参数的不同特征，设计了各种被检测参数的检测方案，选定了传感器、 c p u 芯片、数据存储芯片和数据传送芯片等的种类和型号，并设计了各种芯片 之间的接口电路；对处于上位机的数据处理软件的设计采用面向对象的方法， 利用可视化的编程环境v i s u a lc + + 和m i c r o s o f ta c c e s s 数据库，从工业控制上位 机软件的特点出发，初步完成了一套适用于辊缝检测系统的上位机应用软件， 实现了辊缝检测预设值输入、控制、绘图以及检测结果显示和历史数据显示等 功能。 本文为实际工业过程中的辊缝检测仪的研发提供了切实可行的方案，也为 基于v i s u a lc + + 平台的软件开发工作提供了有益的参考。 关键词：辊缝检测仪；v i s u a lc + + ；数据采集；a d o a b s t r a c t t h er o l l e r so fc o n t i n u o u sc a s t i n gm a c h i n ei nt h er i g h to p e n i n ga n dl o c a t i o na l e n o to n l yi n c r e a s e dt h er a t eo fo p e r a t i o n ，b u ta l s ol a r g e l yd e t e r m i n e t h eq u a l i t yo ft h e s l a bs u r f a c e i no r d e rt op r e v e n tt h ee m e r g e n c eo ft h es l a bb u l g i n go rc r a c k i n g ，o r e v e nt h es t r a i g h t e n i n gm a c h i n es k i d d i n go ro t h e rs e r i o u sh a p p e n i n g ，t h e r o l l e r s o p e n i n ga n dl o c a t i o n m u s tb ed e t e c t e da n da d j u s t e dt i m e l y a n dr e l i a b l y s o c o n t i n u o u sc a s t i n gm a c h i n e m u s tb ee q u i p p e d r o l lg a pd e t e c t i n gs y s t e m t h i ss u b j e c ti s w i t hr e l i a b l ep e r f o r m a n c e ，f u l l f e a t u r e d t h a to fr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f m u l t i - s e a mr o l lg a pd e t e c t i n gs y s t e m i nt h i sp a p e r , a c c o r d i n gt ot h ee n v i r o n m e n to ft h er o l lg a pd e t e c t i n gs y s t e m n l n n i n ga n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fv a r i o u sd e s i g np a r a m e t e r s ，t h er o l lg a pd e t e c t i n g m a c h i n eh a sb e e nd e s i g n e d t h ew o r k i n gc o n t a i n st h a tt h ed e t e c t i o np r o g r a m0 t v a r i o u sp a r 锄e t e r sh a sb e e nd e s i g n e d ，t h ek i n da n dt y p eo fs e n s o r ，c p uc h i p s ， da c a s t o r e da n dd a t a s e n tc h i p sh a sb e e ns e l e c t e da n d t h ei n t e r f a c ec i r c u i tb e t w e e nt h e c 1 1 i p sh a sb e e nd e s i g n e d as e to fd a t a - p r o c e s s i n gs o f t w a r e o fr o l lg a pd e t e c t i n g s v s t e mo np ch a sb e e nd e s i g n e dw i t ho b j e c t o r i e n t e dd e s i g nm e t h o d s ，u s i n go f t h e e n v i r o m n e n to f s u a lc + + a n dd a t a b a s e o fm i c r o s o f ta c c e s sa n df e a t u r e so f i n d u s t r i a lc o n t r o ls o f t w a r e t h es t r u c t u r eo ft h es o f t w a r ea n dt h ec o r r e s p o n d i n gc o d e h a sb e e nm a k e s on o wt h ed a t a - p r o c e s s i n gs o f t w a r eh a s u s e rl o gi na n dm a n a g e m e n t 缸l c t i o n d e f a u l ti n p u tf u n c t i o n ，c o n t r o la n dg r a p h i c sf u n c t i o n ，t e s t r e s u l t ss h o w f u n c t i o na n dt h eh i s t o r yr e s u l t ss h o wf u n c t i o n t h i sp a p e ri s n to n l yp r o v i d i n gp r a c t i c a lp r o g r a m so f r o l lg a pd e t e c t i n gm a c h i n e d e v e l o p m e n ti nt h ep r o c e s so fa r e a li n d u s t r y , b u ta l s ot ob eau s e f u lr e f e r e n c ef o r t h e s o f t w a r ed e v e l o p m e n tb a s e do nv i s u a lc 抖 k e yw o r d s ：r o l lg a pd e t e c t i n gm a c h i n e ；v i s u a lc + + ；d a t aa c q u i s i t i o n ；a d o i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：荨睇 签字日期：唧汐年肛月日 i i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 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、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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位敝储硌霁导师虢 t 络 签字日期：渺形年j 月72 日 签字日期：沙扩年肜月7 砂日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 连续铸钢技术发明已有1 5 0 多年，现已成为钢水造块的主体工艺。世界上 先进的主要产钢国家的连铸比已达到9 5 以上。近2 0 年来，我国的连铸技术发 展迅猛，在成熟生产技术的应用、新技术的开发、应用基础研究等方面都发展 得很快，连铸机保有量和连铸坯产量已占世界第一。 连铸机辊列f l 】按照外弧线划分，主要由直线区、弯曲区、圆弧区、矫直区、 水平区几部分组成；按照设备组成划分，主要由一次冷却的结晶器和二次冷却 的流诱导支撑辊子组成。如图1 1 所示，该辊列由结晶器和6 5 对铸流诱导支撑 辊子组成。 图1 1 连铸机辊列示意图 线 第1 章绪论 本文的相关课题研究与开发的是多功能辊缝检测系统，所谓多功能指的是 通过一次检测不仅可以获得辊对开口度参数还可以获得辊对位置，辊对平行度， 辊道拟合曲线等参数。总体上分为上位机和下位机。下位机是直接控制设备获 取设备状况的计算机，一般是p l c 单片机之类，本文的相关课题中下位机就是 辊缝检测仪。辊缝检测仪【2 1 ( 又称连铸机辊缝测量装置) 是维护板坯连铸机正常生 产的重要检测工具。使用这种装置可使连铸机的导向辊保持在正确的开口度和 辊位上( 或外弧半径在允许偏差内) 。导向辊正确的开口度和辊位不仅提高了铸机 的作业率，而且在较大程度上决定了铸坯表面的质量；同时，它还是发生漏钢 等事故的主要因素，因而也涉及到了重大安全生产问题。当带液芯的铸坯运行 时，开口度过大，易引起铸坯鼓肚，形成变形应力，当应力超过凝壳强度时， 铸坯就会出现裂纹；反之，开口度过小又会形成压缩应力，易在液固两相 之间形成裂纹【3 】，特别在临近凝固末端，还会产生中心裂纹。当外弧半径偏差大 时，易使铸坯扭曲。同时，开口度小或外弧半径偏差大，都会增加拉坯阻力， 造成拉矫机打滑，坯子不走而断浇，严重影响生产。据某钢铁厂板坯连铸生产 统计资料，因导向辊变形和外弧半径偏差所造成的设备事故占总生产事故的 5 9 ，并由此影响的产量约占总产量的4 5 。因此辊缝开口度和外弧半径正确 与否和及时检测、调整是板坯连铸机十分重要的工艺要求。 上位机是一个相对的概念，是相对于下位机来说的，它是指工业控制中位 于较高层次的计算机。上位机直接服务的对象是人，它是可以直接发出操作命 令的计算机，通常是p c 。一般来说控制者和提供服务者是上位机，被控制者和 被服务者是下位机，它类似于计算机中的服务器和客户机。上位机监控系统界 面友好、控制安全可靠、精度高、数据存储量大，己越来越受用户青睐，在功 能应用上也更强大。下位机把现场数据通过通信装置处理后送入上位机。上位 机对数据进行分析、存盘、综合处理、打印、报警、图形显示、人机对话，并 可通过数据传送对下位机进行控制。在软件的编程过程中，人机界面非常重要， 因为它直接与操作员产生信息交流，友好的人机界面要求能真实再现控制设备 的状态以及准确的采集所需参数的数据，整个人机界面包括主画面、实时数据 查看画面、历史数据画面、报警画面、口令画面、开关状态画面，各画面间可 以相互切换。当然也可根据用户习惯编辑不同的人机界面，具有很好的灵活性。 每天生成的数据都存放在当天的数据库里，要查看数据可以从数据库中提取。 2 第1 章绪论 1 2 国内相关研究状况及意义 由于各个连铸机的具体情况不同，所以每台板坯连铸机都需要配制一台依 据自身情况特制的辊缝测量仪。但是，目前我国已投产的板坯连铸机只有4 7 配有辊缝仪1 4 。7 1 ，其余半数以上仍是采用人工定期检查导向辊辊间距、弯曲、转 动和对弧等。这样不仅测量时间长( 约4 1 6 小时) 劳动强度大，且测量精度低， 使铸机难以正常工作，直接影响铸坯的质量和产量。随着连铸生产的发展，板 坯连铸机向大型化发展，多采用小辊径密排辊及多点弯曲、多点矫直等技术。 一台铸机将有数百个辊缝及弧半径偏差数据需测定，仅靠人工是相当困难的。 因此必须使用辊缝测量仪等专门检测工具来测定。 1 9 8 6 年，我国科研工作者在吸收国外技术的基础上，研制出第一台连铸辊 缝仪，应用于太钢三炼钢的连铸机上，后于1 9 9 1 年开发出测头装在引锭杆上采 用记录仪形式的连铸辊缝仪，并应用于太钢二炼钢板坯连铸机上。其测量精度 为：误差士0 1 m m ；铸坯最小厚度1 6 0 m m ；测量时辊缝仪在铸机上的运行速度 约l m m i n 。同年，在首钢小板坯连铸机上首次配备了新开发的由测头、电缆收 放线装置、双向位移传感器标定装置、系统标定装置和微机测试系统构成的辊 缝仪。该仪器在计算机控制下完成数据采集、处理和传输。其测量精度为：误差 0 2 r a m ：铸坯宽7 5 0 1 0 0 0 m m ，厚1 5 0 1 8 0 m m ；测量时辊缝仪在铸机上 的运行速度1 2 m m i n 。1 9 9 2 年，又开发出无线电发射型连铸辊缝仪，在舞钢板 坯连铸机上使用。测量精度为：误差0 1 o 3 m m ；铸坯宽9 0 0 - - 1 9 3 0 m m 、厚2 1 0 3 0 0 m m ；测量时辊缝仪在铸机上的最大运行速度1 8 m m i n 。1 9 9 4 年，开发出 数据存储型连铸辊缝仪，在首钢大板坯连铸机上首次应用。测量精度士0 1 r f l l t l ； 铸坯宽9 0 0 , - - 一2 0 3 0 m m ，厚1 7 0 、1 9 0 、2 3 0 m m ；测量时辊缝仪在铸机上最大运行速 度1 8 m m i n 。本世纪以来，由于传感器和检测技术的不断发展，基于各种新型传感 器和检测技术的辊缝测量仪也不断的涌现。 从8 0 年代末，我国逐渐开发了新颖的辊缝仪，在辊间距测量方面已达到9 0 年代国外同类产品的水平。但必须指出，我国自主研制的辊缝测量仪检测功能 少，测量精度也有限，与之配套的检测系统的功能和交互性也比较差和国外最 新产品相比，尚存在较大差距渺1 1 1 。但从国外引进的辊缝仪价格昂贵，比国产设 备的价格高出很多，有的甚至超过8 倍，并且国外引进的辊缝测量仪由于商业需 要，对其传感器具体型号甚至种类，检测信号处理等关键技术参数进行了保密， 操作指南也含糊不清。并且由于是国外引进，整个检测操作系统都是英文界面， 3 第1 章绪论 对于我国使用厂商来说人机交互有一定障碍。因此必须自力更生迅速研制出质 优、价廉而且功能齐全的辊缝仪才能为我国大多数钢厂特别是中小钢厂所接受 和使用。 本文及相关课题正是针对国内辊缝测量仪研制的这些现状，以及辊缝测量 仪的发展趋势，研究和开发多功能，高精度的辊缝测量仪，并且设计和辊缝测 量仪相配合的，人机交换功能强大的，人机界面良好的检测系统，具有较为重 要的意义。 1 3 研究目标 ( 1 ) 根据辊缝检测仪检测的对象，使用的环境，并结合传感器的检测原理 选择合适的传感器的种类，使用数量。选择c p u 、数据存储、数据传送芯片并 设计检测电路原理图。 ( 2 ) 根据所选传感器和辊子模型的具体参数，利用m a t l a b 进行仿真， 得到模拟原始测量数据。 ( 3 ) 对辊缝测量系统的模拟测量数据和所需目标量进行分析，根据测量量 和目标量之间的函数关系编写算法。 ( 4 ) 利用可视化的v i s u a lc + + 集成开发环境作为上位机软件的开发工具， 实现数据处理和人机交互的功能。 ( 5 ) 利用a u t o c a d 设计辊缝测量仪的外形结构。 本文将重点放在上位机软件的开发上，以w i n d o w s x p 为开发平台，以c + + 为开发语言，以v i s u a lc + + 6 o 作为前台开发环境，以m i c r o s o f t a c c e s s 作为后台 开发数据库。 可视化的v i s u a lc + + 是m i c r o s o f t 公司推出的用于窗口程序设计的优秀应用 程序开发工具，它因具有强大的功能而备受人们关注，提供了一个有许多组件 组成的c + + 开发环境。m i c r o s o f td e v e l o ps t u d i o 集成开发环境( i d e ) 是v i s u a l c + + 的一个重要组成部分，用户通过这一环境与c + + 项目进行交互，它包括源程 序的创建、编辑、编译、连接、调试以及其他有用的特性。m f c ( 微软基础类库) 是一套简化w i n d o w s 编程的可重用的类。m f c 提供了如字符串、链表、数组、 文件收集等w i n d w o s 编程等常用的类，它还提供了包括通用w i n d o w s a p i ( 应 用程序接口) 和数据结构的类，这些数据结构包括窗口、控件和设备环境。除此 4 第1 章绪论 之外，m f c 还提供了应用程序框架，包括组成应用程序继承结构的类。利用 m f c 进行w i n d o w s 编程与传统的w i n d o w s 编程相比，可以大大减轻编程者的 劳动量。此外，它还引入了可视化的和面向对象的程序设计方法，使应用程序 的开发效率大大提高。用户可以通过使用可视化的v c + + ，很快掌握面向对象和 事件驱动程序设计方法，同时也可以用它结合自己的工作实践开发各种应用程 序。本文正是利用v i s u a lc + + 的上述优点实现了将下位机辊缝测量仪所测得的数 据进行调入，分析等数据处理功能和预设值输入，数据分析结果保存进数据库 等人机交互功能。 1 4 研究难点 ( 1 ) 传感器种类，数量和安装位置的选择，检测所的信号的滤波、放大等 初步处理及原理电路设计。 ( 2 ) 分析辊缝测量系统检测得到的检测信号，编写测量量与目标量之间的 函数关系算法。 ( 3 ) 在v i s u a lc + + 中使用a d o 技术开发a c c e s s 数据库，将检测数据调 入数据库，并在v i s u a lc + + 开发的上位机软件中进行数据处理。 ( 4 ) v i s u a lc 抖和m a t l a b 混合编程技术，利用v i s u a lc + + 和m a t l a b 接口，将检测数据和数据处理结果在v i s u a lc + + 中利用m a t l a b 函数进行插值 等处理并绘制图形。 1 5 研究内容及章节安排 论文共分6 章，具体安排如下： 第1 章叙述了课题的背景，国内现状以及研究意义，提出了研究预实现目标， 并简要说明了课题中的难点问题。 第2 章研究和分析了与课题相关的一些技术：现代检测技术，面向对象的 编程思想，数据库技术以及v i s u a lc + + 和m a t l a b 混合编程技术。 第3 章研究和分析了辊缝检测系统的总体结构和要求，确定了检测模型， 设计了下位机辊缝检测仪对于各个参数的检测方案，以及上位机数据处理软件 的算法原理。 第4 章根据第3 章的系统要求和检测方案，选定了传感器、c p u 芯片、数 5 第1 章绪论 据存储芯片、数据传输芯片等硬件的种类和型号，并设计了接口电路。 第5 章以v i s u a lc + + 为平台，利用第2 章提到的相关技术设计与实现了上位 机的功能。 第6 章总结论文的研究成果，并提出进一步的工作。 6 第2 章关键技术研究 第2 章关键技术研究 2 1 现代检测技术 一个完整的检测过程一般包括信息的提取、信号的转换存储与传输、信号 的显示记录和信号的分析处理。检测技术是涉及检测方法、检测结构以及检测 信号处理的- - f 综合性技术。检测与测量含义基本相同，检测技术是科学地认 知客观世界的手段，只有通过检测人们才能够定量地表述事物和事物的发展过 程，才能进行比较和判断，进而对事物和过程进行有效的管理和控制。检测技 术是自动化学科的重要组成部分之一，是以现代自动化系统中的应用为主要目 的，围绕参数检测和测量信号分析等信息，获取处理技术进行研究开发与应用 的- - f 综合性技术【1 2 j 。 随着科学技术的迅速发展，尤其是微电子、计算机和通信技术的发展，以 及新材料、新工艺的不断涌现，使得检测技术在建立检测理论的基础上不断向 着数字化、网络化和智能化方向发展。如何提高检测系统的分辨率、准确度、 稳定性和可靠性以及开发新的检测方法和现代化的检测系统是检测技术的主要 课题和研究方向【l3 ，1 4 1 。目前，有关的研究学科和专业有：检测技术与自动化装置 和测试计量技术及仪器，前者主要侧重自动化学科，后者则侧重测试计量学科。 对于测控技术与仪器本科专业，可以考虑拓宽基础，兼顾上述自动化和计量测 试两方面，将检测控制( 测控) 与测试计量仪器( 仪器仪表) 在基础课方面加 以整合，目的是在本科阶段打好基础，有利于从事更进一步的研究工作。 检测系统的基本任务是获得有用的信息，尤其是要从干扰中提取出有用信 息，这就需要将传感器获取的信号进行大量的计算、分析和处理，因此也称为 测试系统，它包含测量和试验两个方面的内容。检测技术以研究信息的获取、 信息的转换及信息的处理等理论和技术为主要内容，不但涉及到其他许多技术 领域的知识，而且也同时为这些领域提供信息服务产品，涉及的应用领域广泛 且众多。在信息技术研究与应用中，在信息科学范畴中，检测技术属于三大支 柱( 检测控制技术、计算技术和通信技术) 之一。 检测系统的设计过程是采用专门的传感器、测量仪器或测量系统，通过合 适的实验与信号分析及处理方法，由测得的信号求取与研究对象有关的信息量 值，并将结果输出显示的过程。在现代化装备或系统的设计、制造和使用中， 检测及测量测试工作的内容已经占据首要位置，测量系统的成本已达到总系统 7 第2 章关键技术研究 成本的5 0 7 0 ，它是保证整个系统达到性能指标和正常工作的重要手段，是 设备先进性和高水平的重要标志。 随着科学技术的发展，一方面是被测对象范围日益扩大，要求应用物理、 化学和生物学等基础科学提出新的变换原理，另一方面对检测系统的准确性、 检测系统对、使用的可靠被测参数微小变化的分辨能力、使用的可靠性、反映 快速变化信号的实时性、抗和抑制外界干扰影响的抗干扰能力及在线提供数据 分析判断的数据处理能力提出了越来越高的要求。新一代检测技术是将上述传 统的检测技术和计算机技术深层次结合后的产物，正在引起该领域的一场新的 技术革命，产生出一种全新的仪器结构虚拟仪器，进而向集成仪器和多仪器组 成的网络化大测试系统方向发展。 2 1 1 智能化检测技术 回顾测试仪器仪表的发展历史，从第一代基于电磁测量原理、以模拟测量 为主的指针式仪表，到第二代将模拟信号的测量转化为数字信号测量并以数字 显示的数字式仪表，再到当今的第三代仪器一智能仪器，它可以贮存大量的测量 信息并对测量结果进行实时分析、综合和作出各种判断。智能仪器的核心之一 是微处理器，微处理器与测试电路组成一个有机的整体，固化在只读存储器内 的程序是仪器的“灵魂；系统采用总线结构，所有外围设备都挂在总线上， 微处理器按地址对它们进行访问；当测试电路完成一次测量后，微处理器读取 测量数据，存入读写存储器中并进行数据处理，最后以各种方式输出，如显示、 打印或送给系统的主控制器等【1 5 1 。典型智能化仪器仪表的基本结构示意图如图 2 1 所示。 图2 1 典型智能化仪器仪表的基本结构 8 第2 章关键技术研究 随着微电子技术的进步、专用集成电路的飞速发展以及d s p 芯片的兴起， 超大规模集成的新器件、表面贴装技术、多层线路板印刷、圆片规模集成和多 芯片模块等新工艺以及c a d 、c a m 、c a p p 、c a t 等计算机辅助手段的使用， 多媒体技术、人机交互、模糊控制、人工神经元网络等新技术也在智能仪器仪 表中得到了广泛应用，使仪器智能化水平不断提高d s p 芯片的大量问世，使仪 器仪表数字信号处理功能大大加强。人工智能与专家系统的发展及在仪器中的 应用正在加速仪器智能化的进程，测试仪器具有自学习、自诊断能力，并根据 知识库进行理解、推理、判断与分析，这是测试仪器实现高度智能化的重要方 向。 2 1 2 多传感集成检测技术 目前，测试技术向着多传感集成数据融合技术【1 6 - 1 8 1 飞速发展，它具体包括 两方面的内容： ( 1 ) 基于多传感集成的不同物理量或环境参量的检测技术。这是近年来测 试技术的研究重点，如何把多种传感器集中于一个测试系统，综合利用来自多 传感器的信息，便成了智能检测系统中正待解决的问题。目前，其集成方式还 没有固定的模式，归纳起来有三种：集成于芯片中、集成于仪器中和集成于系 统中。从现在国内外的研究看，目前多传感集成的传感类型多属同一类型的信 号，适应于不同类型的多传感集成技术是测试技术的发展趋势，以提高系统的 通用性，减少重复设计开销。 ( 2 ) 基于多传感集成的信息融合技术，它充分利用多传感器资源得到不同 时空信息，依据某种准则进行组合而获得被测对象的解释或描述。这是由于每 种传感器都有一定特点，它只能在某一范围内、从某一方面描述被测对象，而 没有任何一种传感器可以保证在任何时候都能提供全面、准确无误的信息。这 时便需要将多传感器获得的多种信息进行综合分析、组合、判断，即多传感器 数据融合。它是综合利用多传感器信息，通过它们之间的协调和性能互补的优 势，克服单个传感器的不确定性和局限性，提高整个传感器系统有效性能，全 面准确地描述被测对象。 2 1 3 网络化在线检测技术 随着计算机、通讯和网络技术的不断发展，一种涵盖范围更宽、应用领域 9 第2 章关键技术研究 更广的全新现代测量技术网络化测量技术1 1 9 捌逐步形成并日渐清晰，网络化 测试技术与具各网络功能的新型仪器应运而生，并使检测技术的现场化、远程 化、网络化成为可能。这种测试网络将现场的智能仪表和装置作为节点，通过 网络将节点连同控制室内的仪器仪表和控制装置联成有机的测试系统，各测控 装置负责采集数据并进行处理，然后将数据通过网络传送给主控机，由主控机 进行保存、综合、分析、判断，从而进行远程检测，集中控制，其功能将远远 大于系统中各独立个体功能的总和。就国内外的研究情况看，网络化测试技术 主要存在如下两种形式：一是局域通信网络，主要有集散控制系统和现场总线 控制系统；二是检测仪器直接连接到i n t e r a c t 上，如图2 2 所示。 匿置 蒯碡躲 图22 智能仪器直接连接到i n t e r n e t 示意图 2 2 面向对象编程思想 纵观计算机软件发展史，很多新方法和新技术都是在编程领域首先兴起， 进而发展到软件生命周期的前期阶段分析与设计阶段。二十世纪六十年代末， 为提高程序员编程的效率，出现了面向过程编程的概念i 。不久关于数据隐蔽 性和模型化的新方法学的出现，使面向过程编程演化成结构化编程。结构化编 程使得大程序更容易调试、设计。面向对象编程( o o p ) 的概念作为过程结构化编 程概念和方法的延伸自然演化出来。面向对象方法经历了从“面向对象的编程” ( 0 b j e c t - o r l n e t e d d c s i g n , o o d ) ) “面向对象的分析”( o b j e e t - o r l n e t e d a n a l y s ，o o a ) 的发展过程。对象在客观世界里是指具有某种特性和功能的东西，作为系统的 一个组成部分，在系统中具有一定作用，担当一定的角色。而在软件系统中对 1 0 州砭 竹 一 n 第2 章关键技术研究 象的概念是很抽象的。从根本上来说，软件系统的作用是对输入的数据进行加 工或处理，将得到的结果输出到软件系统之外。所以，软件包含数据和代码， 代码对数据进行操作。数据和与之有关的操作是不可分离的。没有与操作相关 联的数据是没有意义的数据；没有数据，操作也没有存在的意义。所以，在计 算意义下，对象就是软件系统中这样一个抽象的实体，它将数据和对数据所能 进行的合法操作两者结合于一体。这种实体所构成的软件系统就是面向对象的 系统。一般的，根据对象所起的作用，可将对象大致分为： ( 1 ) 实体对象这种对象是存储信息的对象。因为软件必须对数据进行加工， 所以数据必须有所依附。这种对象提供了数据的存储场所，常常代表着真实世 界中的实体，所以取名为实体对象。 ( 2 ) 界面对象软件必须与外界交互，例如，与用户( 或输入设备) 交互以得到 所需的数据，或与输出设备交互，以将计算结果输出给外部世界。界面对象提 供这方面的需要，被用于在软件中代表某个设备，并通过它使软件得以与外界 交互。界面对象还可以创造虚拟设备，例如，在w i n d o w s 用户界面中出现的窗 口、对话框、按钮等。 在规划一个系统时，首先考虑这两种对象，这样，软件的结构就大致明确 出来。面向对象的系统是由互相作用的对象构成的，但是在程序中具体的表示 或实现这些对象，则需要通过抽象的方法。抽象是处理复杂性问题的基本方法。 抽象来自于对现实世界中的一些对象、情形或过程，通过忽略差别所得到的相 似性认识。它代表着一个对象的本质特征，这个特征将这个对象与其它的对象 区别开来。抽象的手段之一是对对象进行分类。借助于抽象，具有相同行为的 对象被分为一类。在程序设计语言中，使用抽象数据类型定义一个抽象。一个 抽象数据类型描述了一类抽象的行为，也就是对象的外部接口，它由操作的名 字，调用该操作所需的参数，以及操作的返回类型这些信息构成。在c 抖语言 中，实现抽象数据类型的工具是类。除了类这种机制外，面向对象的语言还提 供机制来建立一个特定类的对象，这个对象存在于系统中，并被其它对象访问。 由类建立对象的过程被称为实例化，所建立的对象被称为这个类的实例。 2 3v i s u a lc + + 平台开发技术 二十世纪九十年代以来，伴随着计算机硬件技术的高速发展，w i n d o w s 操 第2 章关键技术研究 作系统风靡全球，形成了操作系统市场的垄断地位。w i n d o w s 应用软件也蓬勃 发展，广泛应用于各个行业。 对于w i n d o w s 3 2 位应用软件的开发，微软公司也提供了强大、复杂的开发 工具v i s u a lc + + ，借助其生成代码的向导，能快速生成可运行的w i n d o w s 应用 程序的外壳。v c + + 附带的基本类库，即m f c ( m i c r o s o f if o u n d a t i o nc l a s s e s ) 封装 了大部分从前进行w i n d o w s 开发所用的a p i 函数( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e ) ，己经成为许多c + + 编译器进行w i n d o w s 开发的行业标准。 2 3 1w i n d o w s 编程模型 w i n d o w s 程序启动后，执行特定的任务【2 2 1 ，其中最重要的是创建应用程序 的主窗口，这个主窗口需要自己的代码来处理w i n d o w s 发送给它的信息，所以 w i n d o w s 程序是通过来自操作系统的消息来处理用户的输入。w i n d o w s 中的大 部分消息是严格定义的，而且适用于所有的程序。例如，当创建一个窗口时， 发送一个w mc r e a t 消息；当用户按下鼠标左键时，会发送一个 w ml b u t t o n d w o n 消息。w i n d o w s 还对选定的窗口发送w mc o m m a n d 消息，以响应用户菜单的选择、对话框按钮的单击等操作，用户也可以定义自 己的消息，并且能够由程序发送到桌面的任何窗口，接收响应。 w i n d o w s 引入了一个名为图形设备接口( g d i ) 的抽象层。其中包含了一个重 要的概念一设备环境( d c ) ，它其实是一个对窗口的绘图属性保持跟踪的数据结 构。w i n d o w s 提供视频和打印机驱动程序。当应用程序进行显示或打印任务时， 就把设备环境映射到具体物理设备上，所以自己的应用程序不必知道系统连接 的显卡和打印机的类型，不必进行硬件寻址，而只是调用g d i 函数，发出适当 的输入输出指令即可。 在进行w i n d o w s 编程时，可以使用大量已经建立的格式在资源文件中存储 数据。链接程序把二进制资源文件与c + + 编译程序的输出组合起来，生成一个 可执行文件。资源文件可以包括位图、图标、菜单定义、对话框布局和字符串 等等。一般情况下，使用所见即所得工具来编辑资源。例如，在布置一个对话 框时，可以使用资源和可编辑框来选择需要在对话框中放置的元素( 按钮、列表 框等) ，并且用鼠标来确定元素的位置和大小。 1 2 第2 章关键技术研究 2 3 2v i s u a lc + + 应用程序创建过程 v c + + 开发工具包含了两个完整的w i n d o w s 应用程序开发系统。一个是只使 用w i n 3 2a p i 函数来开发c + + 语言的w i n d o w s 程序；另一个是在m f c 类库应 用程序框架范围内的c + + 编程。使用m f c 类库编程接口也可以直接调用一些 w i n 3 2 函数。本文采用了第二种方法进行应用程序的开发。如无特殊说明，一般 指基于m f c 类库的开发【2 2 】。图2 3 概括了v c + + 应用程序创建过程。 图2 3v c + + 应用程序创建过程示意图 2 3 3v i s u a lc + + 集成开发环境介绍 v c + + 被称为可视化集成开发环境是由于在v c + + 中能够执行如下的功能： ( 1 ) 生成不用编写代码的起始应用程序： ( 2 ) 通过许多不同方法查看项目文件： ( 3 ) 编辑源文件和包含文件； ( 4 ) 建立应用程序的可视界面( 菜单和对话框) ； ( 5 ) 编译和链接： ( 6 ) 运行时调试应用程序。 下面介绍几个v c + + 中的常用组件 2 3 - 2 5 】： ( 1 ) 应用程序向导( a p p w i z a r d ) 。a p p w i z a r d 是一个标准的c + + 源代码生成 1 3 第2 章关键技术研究 器。它通过一系列的对话框来提示用户输入所需创建的程序的信息。然后 a p p w i z a r d 生成一些文件，这些文件构成程序的框架。由a p p w i z a r d 生成的程 序是一个基本的w i n d o w s 程序，它生成的是基本代码，用户应在此基础上完善 自己内容。 ( 2 ) 类向导( c l a s s w i z a r d ) 。c l a s s w i z a r d 是一个交互式工具，主要进行类代 码的维护。用来建立新的类，定制类，把消息映射为类成员函数，或者把控制 框映射为类变量成员。在丌发程序时，可用c l a s s w i z a r d 建立程序所需要的类， 包括消息处理和消息映射例程( 用于定位处理消息的代码) 。 ( 3 ) 资源视图( r e s o u r c e v i e w ) 。r e s o u r c e v i e w 包含了项目中所有的层次列 表，用于编辑和管理应用程序中用到的各种可视元素，包括快捷键、对话框、 图标、菜单、字符串、工具栏等。 ( 4 ) 类视图( c l a s s v i e w ) 。c l a s s v i e w 用于显示项目中所有的类信息，主要 是定制现有的类和建立新的类，并在每个类中，显示了成员函数和成员变量， 还可以完成添加、删除、定位的功能。 ( 5 ) 文件视 羽( f i l e v i e w ) 。f i l e v i e w 视图同c l a s s v i e w 非常相似，将项目中 的所有文件( c + + 源文件、头文件、资源文件、h e l p 文件等) 以视图的形式分类显 示。在视图中可以显示和编辑源文件和头文件。 2 3 4v i s u a lc + + 程序的运行机制 ( 1 ) v c + + 程序采用事件驱动模型【2 6 】 v c + + 程序是一个标准的w i n d o w s 应用程序，它遵循w i n d o w s 操作系统的 消息驱动( 或事件驱动) 模式。事件驱动意味着操作系统的每一部分和其他部分， 以及与应用程序之间是通过w i n d o w s 消息进行通讯的。产生事件以响应窗口之 间被传递的消息，响应用户与操作系统和应用程序之间的交互。v c + + 程序的主 要工作就是响应那些事件。在v c + + 程序设计中，一个典型的应用应包含很多函 数，你不能确定在w i n d o w s 中，它们将以怎样确定的顺序执行。v c + + 程序必须 处理键盘和鼠标输入，它们可指向许多用户界面对象如菜单和按钮，而菜单和 按钮随时又可调用许多函数中的任何一个。由于w i n d o w s 应用程序使用了完全 不同于过程式编程的事件驱动模型。应用程序必须设置变量、结构和实现初始 化。在程序流程的某个点，初始化结束，活动停止。w i n d o w s 应用程序只是等 待用户各种形式的输入。可以鼠标单击或键盘键击的形式输入。一旦用户提供 1 4 第2 章关键技术研究 输入，级联事件发生以及应用程序响应。程序的关键在于考虑到终端用户可能 采取的动作，并等待它们的发生。这并不是说要考虑每一个可想象的动作，而 是仅考虑在你的应用程序上下文内有意义的那些。 ( 2 ) 如何利用事件驱动模式 前面的分析已经提到，系统必须能够对w i n d o w s 事件进行模拟。只有这样 才可能对v c + + 的程序进行模拟操作，才能以某种适当的测试策略在可能的前提 下尽可能“穷尽 用户的输入操作，并且对可能的数据进行“穷尽”的输入。 其次，在进行测试之前必须能够对v c + + 程序所定义的“事件”进行合理性判断。 因为，任何一种测试都不可能穷尽w i n d o w s 事件【2 7 2 引。必须在进行模拟事件之 前，判断被测试的程序是否已经对题目要求的事件函数进行了定义，并且没有 定义多余的事件函数。最后，必须能够在每一次“事件驱动”以后，通过某种 手段探测出v c 抖程序中关键数据的变化。 ( 3 ) w i n d o w s 的消息和消息处理 w i n d o w s 应用程序能够向操作系统和其他的应用程序发送和接收消息，处 理几百条消息( 尽管一个典型的应用程序仅响应这些消息中的一部分) 。图2 4 展 示了w i n d o w s 应用程序和w i n d o w s 消息的基本流程。 图2 4w i n d o w s 应用程序和消息的基本流程图 1 5 第2 章关键技术研究 2 4 数据库技术 系统开发平台选择v c + + ，它是目前比较流行的可视化开发环境之一，集成 了一些实用的组件，方便了编程工作。利用a d o 技术可以方便的连接数据库， 并通过s q l 语言完成对数据的相关操作。 2 4 1v i s u a lc + + 开发数据库技术的特点 v c + + 作为一个功能非常强大的可视化应用程序开发工具，是计算机界公认 的最优秀的应用开发工具之一。v c + + 作为一种程序设计语言，它同时也是一个 集成开发工具，提供了软件代码自动生成和可视化的资源编辑功能。在使用 v c + + 开发应用程序的过程中，系统生成了大量的各种类型的文件，为今后系统 开发、调试奠定了基础。v c + + 的m f c 类库实际上是w i n d o w s 下编程的一套最 为流行的类库。m f c 的框架结构大大方便了编程工作，它合理的封装了w i n 3 2 a p i 函数，并设计了一套方便的消息映射机制，这套机制本身比较庞大和复杂。 v c + + 6 0 提供了多种数据库访问技术【2 9 】o d b ca p i 、m f co d b c 、d a o 、 o l e d b 、a d o 等。 ( 1 ) 简单性 v c + + 6 0 中提供了m f c 类库、a t l 模板等一系列工具，用于帮助程序员快 速的建立应用程序，大大简化了应用程序的设计过程。使用这些技术，只需要 编写很少的代码就可以开发一个数据库应用程序。 ( 2 ) 灵活性 v c + + 6 0 提供的开发环境可以使程序员根据自己的需要设计应用程序的界 面和功能，v c + + 6 0 还提供了丰富的类库和方法。 ( 3 ) 访问速度快 为了解决o d b c 开发数据库应用程序访问数据库速度慢的问题，v c + + 6 0 提供了新的访问技术- o l e d b 和a d o ，它们都是基于c o m 接口的技术，使用 这种技术可以直接对数据库的驱动程序进行访问，这大大提高了对数据库的访 问速度。本文使用的就是a d o 访问方法。 ( 4 ) 可扩展性 v c + + 6 0 提供了o l e 技术和a c t i v e x 技术，这种技术可以增强应用程序的 能力。这两种技术可以使应用程序组件化，增强程序的可扩展性。 ( 5 ) 访问不同种类数据源 1 6 第2 章关键技术研究 传统的o d b c 技术只能访问关系型数据库，在v c + + 6 0 中，提供了o l e d b 问技术，