市售的圖形監控軟體，皆強調具有生動的使用者介面、支援多種類型的硬體裝置、便利的網路通訊與關連性資料庫等四大功能，不過所支援的硬體裝置大都侷限於傳統的可程式控制器(PLC)、分散式I/O模組等，而對於I/O控制介面卡的支援度卻不高；另外，雖然都有提供基本的功能函式供使用者設定控制硬體的動作流程，但並不支援讓使用者自行撰寫複雜的運動控制程式，在彈性上就顯的不足。而學術界的解決方案是利用各類型的程式語言，如C++ Builder、LabVIEW等依生產設備的功能需求與所搭配的周邊硬體裝置，自行開發人機介面，但是這些程式語言雖然功能強大，價格卻過於昂貴並且有平台相依性的問題。
因此，本研究擬利用跨平台且完全免費的程式語言—Java作為開發工具，並搭配各類型的I/O控制介面卡，發展出一套:1.具備有資料監控、運動控制、影像檢測、網路通訊等功能模組、2.可在任何的作業平台上執行、3.開發成本低的自動化生產系統之人機介面，並將我們所發展的人機介面搭配自動化生產系統中常用的運動平台(XY-Table)、CCD檢測儀器，以及日漸盛行的網際網路來完成工廠自動化中結合網路與運動控制的『遠端控制生產設備系統』以及結合運動控制與影像檢測的『視覺導引搜尋與定位系統』的整合性應用實例。

Graphic-Monitor software on market always emphasizes a friendly User-Interface, many types of controllers or devices support, convenient Network-Communication and to communicate with related Database. Nevertheless, I/O control interface cards are not supported by the Graphic-Monitor software. Only Programmable Logic Controllers and Distributed Input/Output modules are supported. In addition, although it provides many basic functions to set devices’ action process, it doesn’t allow user to write complex motion control program. This limits the flexibility of motion control. The solution in the academia is to use various kinds of programming language like C++ Builder or LabVIEW as the development tools. And then, depends on the demand of the hardware to develop Human Machine Interfaces of production devices. Although these programming languages are very powerful, they are too expensive and platform-dependent.

In this thesis, a platform independent and cost-free programming language, Java, is adopted to develop a human-machine-interface of an automatic production system integrated with various kinds of I/O control cards. This HMI has the following features:

-- Consists of data monitoring, motion control, image inspection, and network communication modules;
-- Can run under any operation system;
-- Cost-effective.

Two integrated examples are implemented with this HMI in the lab. One is ‘Production system remote control’ that combines the motion control and network communication modules; another is ‘Vision introduce search and positioning system’, in which the motion control and image inspection modules are used.

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
總目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅹ
第一章 序論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 3
1.3研究步驟 3
第二章 文獻回顧 5
2.1圖控軟體介紹 5
2.1.1圖控軟體的基本功能與特性 6
2.1.2 Lab-LINK圖控軟體之介紹 7
2.1.3 FIX圖控軟體之介紹 10
2.1.4 圖控軟體於工廠自動化應用之優缺點 12
2.2人機介面介紹 14
2.2.1人機介面於生產設備中所扮演的角色 14
2.2.2人機介面的定義與功能架構 16
2.3當前人機介面開發工具之介紹 18
2.4 Java於開發人機介面之特性介紹 24
2.5 Java原生方法介面—Java Native method Interface 27
2.5.1 JNI的架構與功能介紹 28
2.5.2 JNI的執行步驟與範例 29
第三章 自動化系統人機介面之設計規劃 33
3.1驅動層之設計規劃 34
3.2共通介面層之設計規劃 37
3.3功能模組層之設計規劃 39
3.3.1參數設定模組之設計 40
3.3.2資料監控模組之設計 42
3.3.3運動控制模組之設計 44
3.3.4影像檢測模組之設計 47
3.3.5網路通訊模組之設計 49
3.4使用者畫面層之設計規劃 52
第四章 實驗結果 54
4.1實驗設備介紹 54
4.2人機介面功能模組成果展示 55
4.2.1主操作畫面展示 55
4.2.2參數設定模組展示 56
4.2.3資料監控模組展示 57
4.2.4運動控制模組展示 58
4.2.5影像檢測模組展示 59
4.2.6網路通訊模組展示 61
4.3整合性應用實例 62
4.3.1手機遠端控制X-Y平台定位範例 62
4.3.2視覺導引搜尋與定位系統範例 63
第五章 貢獻與未來展望 71
第六章 參考文獻 73

圖目錄
圖2. 1 LAB-LINK之基本架構 7
圖2. 2 動態資料交換之架構 9
圖2. 3 FIX之基本架構 10
圖2. 4 流程資料庫之處理程序 12
圖2. 5 圖控軟體於運動控制應用的架構圖 12
圖2. 6 一般生產設備的控制架構 14
圖2. 7 射出成型機之人機介面 16
圖2. 8 輸煤機系統之人機介面 16
圖2. 9 人機介面的功能架構 17
圖2. 10 C++ Builder的視覺化開發環境 20
圖2. 11 LabVIEW的視覺化開發環境 20
圖2. 12 控制單元介面所扮演的角色 28
圖2. 13 JNI的架構 28
圖2. 14 開發JNI機制的Java程式編輯流程 29
圖2. 15 JNI之Hello World範例程式發展流程 30
圖2. 1 HelloWorld.java程式碼 30
圖2. 2 HelloWorldImp.c 31
圖2. 3 Native Language的含意 31
圖3. 1 人機介面整體架構圖 33
圖3. 2 驅動層架構 35
圖3. 3 驅動層流程範例 36
圖3. 4 共通介面層架構 37
圖3. 5 共通介面層與驅動層溝通的流程 38
圖3. 6 功能模組層的動作流程 39
圖3. 7 參數設定模組的動作流程 41
圖3. 8 資料監控模組之動作流程 43
圖3. 9 Z-N閉迴路響應法 45
圖3. 10 閉迴路步階響應法之參數定義 45
圖3. 11 運動控制模組之動作流程 46
圖3. 12 3´3的像素集合 48
圖3. 13 低通濾波示意圖 48
圖3. 14 影像檢測模組動作流程 48
圖3. 15 網路主從式架構示意圖 50
圖3. 16 網路通訊模組之動作流程 51
圖3. 17 Java GUI類別套件顯示內容 52
圖4. 1 實驗設備架構圖 54
圖4. 2 主操作畫面一 55
圖4. 3 主操作畫面二 55
圖4. 4 參數設定模組畫面 56
圖4. 5 I/O訊號測試頁畫面—AI訊號測試 57
圖4. 6 純文字模式與資料表格模式 57
圖4. 7 曲線圖模式 58
圖4. 8 Auto-tuning畫面 59
圖4. 9 PID定位控制畫面 59
圖4. 10 影像檢測模組畫面—邊緣檢測結果 60
圖4. 11 影像檢測模組畫面—圓形物體檢測結果 60
圖4. 12 伺服端網路通訊功能開啟畫面 61
圖4. 13 手機遠端操作X-Y平台定位控制的動作流程圖 63
圖4. 14 手機模擬器的操作畫面 63
圖4. 15 沒有障礙物的地形圖 64
圖4. 16 有障礙物的簡單地形圖 64
圖4. 17 有障礙物的複雜地形圖 64
圖4. 18 平台移動方向的先後順序 65
圖4. 19 視覺導引搜尋定位系統動作流程圖 66
圖4. 20 可能行走的路徑圖一 66
圖4. 21 可能行走的路徑圖二 66
圖4. 22 可能行走的路徑圖三 67
圖4. 23 視覺導引搜尋定位系統操作畫面與執行過程一 67
圖4. 24 視覺導引搜尋定位系統操作畫面與執行過程二 68
圖4. 25 陶瓷基版的自動檢測 68
圖4. 26 墨點是為了兩片LCD基板貼合時當作定位的標準 69
圖4. 27 LCD基板組合裝置—運動平台 69
圖4. 28 LCD基板組合裝置—檢測裝置 70

表目錄
表2. 1各程式語言版本的價格比較表 20
表3. 1 Z-N閉迴路法控制器參數設定準則 45

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