一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多領(lǐng)域工程對(duì)象模型的控制工程設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)，公開了一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建結(jié)構(gòu)體模板、算法模板、圖元模板的三維一體式模式，逐級(jí)構(gòu)建基礎(chǔ)元件、單元設(shè)備、行業(yè)裝備的多領(lǐng)域描述模型庫(kù)，以重用的方式搭建裝備模型。本發(fā)明降低了工程人員設(shè)計(jì)界面的難度，使他們能更加集中精力于維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)和增強(qiáng)軟件算法邏輯控制、縮短開發(fā)周期，把工程人員從重復(fù)的圖形編輯中解放出來(lái)，為工程人員節(jié)省了大量的工作時(shí)間。
【專利說(shuō)明】
一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及了一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]最初的工業(yè)過(guò)程控制是通過(guò)單元組合儀表采用原始分散控制，各控制回路相互獨(dú)立，其優(yōu)點(diǎn)是某一控制回路出現(xiàn)故障時(shí)，不影響其它回路的正常工作，缺點(diǎn)是硬件過(guò)多，自動(dòng)化程度不高，難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。隨后出現(xiàn)集中控制，它是通過(guò)計(jì)算機(jī)將控制回路的運(yùn)算、控制及顯示等功能集于一身，其優(yōu)點(diǎn)是硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，缺點(diǎn)是危險(xiǎn)集中，局部出現(xiàn)故障會(huì)影響整體。鑒于以上原因，人們開始研究集中分散控制，隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、圖像顯示技術(shù)的發(fā)展，70年代中期吸收原始分散控制和集中控制兩者優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)的集中分散控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。集散控制系統(tǒng)集中了連續(xù)控制、批量控制、順序邏輯控制和數(shù)據(jù)采集功能的計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)。其主要特征是:集中管理，分散控制。近年來(lái)，各類集散控制系統(tǒng)蓬勃發(fā)展，廣泛應(yīng)用于石油石化、冶金、煉油、紡織、制藥等各行業(yè)，均取得了很好的效果?？焖侔l(fā)展的集散控制系統(tǒng)和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)χ铝τ陂_發(fā)更先進(jìn)、更優(yōu)穩(wěn)的模塊提出了新的要求和挑戰(zhàn)。
[0003]1993年國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)正式頒布了可編程控制器的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 1131(以后改稱IEC 61131)，其中的第三部分關(guān)于編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了可編程控制器的編程語(yǔ)言及其基本元素。這一標(biāo)準(zhǔn)為可編程控制器軟件技術(shù)的發(fā)展，乃至整個(gè)工業(yè)控制軟件技術(shù)的發(fā)展，起了舉足輕重的推動(dòng)作用。它是全世界控制工業(yè)第一次制定的有關(guān)數(shù)字控制軟件技術(shù)的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。此前，國(guó)際上沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)有實(shí)際意義的，為制定通用的控制語(yǔ)言而開展的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。這顯然是注意到由于DCS(分散控制系統(tǒng))等以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的控制裝置在發(fā)展進(jìn)程中過(guò)于專有化，給用戶帶來(lái)的大量不便。可以說(shuō)，沒(méi)有編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化便沒(méi)有今天控制系統(tǒng)走向開放式系統(tǒng)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的梯形圖編程語(yǔ)言存在嚴(yán)重不足，它雖然遵從了廣大電氣自動(dòng)化人員的專業(yè)習(xí)慣，易學(xué)易用，但是也存在許多難以克服的缺點(diǎn):
[0004]1、不同廠商的PLC產(chǎn)品其梯形圖的符號(hào)和編程規(guī)則均不一致，程序的可移植性差；
[0005]2、程序可復(fù)用性差；
[0006]3、缺乏足夠的程序封裝能力；
[0007]4、不支持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
[0008]5、程序執(zhí)行具有局限性；
[0009]6.進(jìn)行順序控制功能編程時(shí)，一般只能為每一個(gè)順控狀態(tài)定義一個(gè)狀態(tài)位，難以實(shí)現(xiàn)選擇或并行等復(fù)雜順控操作。
[0010]解決好以上問(wèn)題，會(huì)大大地推動(dòng)控制系統(tǒng)編程工具的發(fā)展，推動(dòng)其開放性發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中移植性差、復(fù)用性差的缺點(diǎn)，提供了一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。
[0012]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決:
[0013]—種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)，根據(jù)用戶項(xiàng)目工程建立裝備自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)，其特征在于:所述裝備自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)包括結(jié)構(gòu)體模板、算法模板和圖元模板，在所述結(jié)構(gòu)體模板、所述算法模板和所述圖元模板內(nèi)分別構(gòu)建設(shè)備單元、子程序和圖元。
[0014]作為優(yōu)選，結(jié)構(gòu)體模板是工程對(duì)象模型基本物理信息的集合。
[0015]作為優(yōu)選，算法模板是一系列解決問(wèn)題的指令。
[0016]作為優(yōu)選，圖元模板屬于外設(shè)對(duì)象描述。
[0017]—種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征包括以下步驟:
[0018](I)基于系統(tǒng)基本算法塊組態(tài)而成的算法程序或者由外部導(dǎo)入的算法程序，把一系列具有相同類型或不同類型的數(shù)據(jù)集合，封裝成具有內(nèi)部聯(lián)系和實(shí)際邏輯意義的基本算法塊；
[0019](2)生成與算法編輯器中算法塊一一對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體模板組，與之對(duì)應(yīng)的算法模板則是以整個(gè)結(jié)構(gòu)體模板信息為基礎(chǔ)模擬實(shí)現(xiàn)具體功能的算法信息；
[0020](3)在圖庫(kù)中增加模板例屬性，進(jìn)行圖庫(kù)圖元與結(jié)構(gòu)體模板的連接，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體與算法、結(jié)構(gòu)體與圖庫(kù)的聯(lián)系；
[0021](4)通過(guò)人機(jī)界面對(duì)圖庫(kù)圖元的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)畫面與算法的間接聯(lián)系。
[0022]作為優(yōu)選，步驟(2)中模板組的建模方式為XML開放式描述語(yǔ)言與可視化模塊圖。
[0023]本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果:通過(guò)工程畫面組態(tài)軟件中已制作成型的圖素集合，集成圖庫(kù)制作、管理的操作，方便用戶直接調(diào)用或二次開發(fā)。為實(shí)現(xiàn)工程界面與工程人員的直接“對(duì)話”提供一個(gè)簡(jiǎn)明、直觀而內(nèi)容豐富的交流界面。使用圖庫(kù)開發(fā)工程界面至少有三方面的好處:一是降低了工程人員設(shè)計(jì)界面的難度，使他們能更加集中精力于維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)和增強(qiáng)軟件算法邏輯控制、縮短開發(fā)周期；二是用圖庫(kù)編輯器軟件具有統(tǒng)一的外觀，方便工程人員學(xué)習(xí)和掌握;最后，利用圖庫(kù)的開放性，工程人員可以生成自己的圖庫(kù)元素，“一次構(gòu)造，隨處使用”，節(jié)省了工程人員投資。
[0024]本發(fā)明建立典型控制方法庫(kù)，依托IEC61131標(biāo)準(zhǔn)，支持五種語(yǔ)言，允許用戶對(duì)每一個(gè)特定的任務(wù)選擇最適合的編程語(yǔ)言，還允許在同一個(gè)控制程序中其不同的軟件模塊用不同的編程語(yǔ)言編制。很好的繼承了原有的編程語(yǔ)言多樣性的現(xiàn)實(shí)，又為控制系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了足夠的空間。編程語(yǔ)言支持模塊化，將常用的程序功能劃分為若干單元，并加以封裝，構(gòu)成編程的基礎(chǔ)。在使用中模塊化時(shí)只設(shè)置必要的、盡可能少的輸入和輸出參數(shù)，盡量減少交互作用，盡量減少內(nèi)部數(shù)據(jù)交換。模塊化接口之間的交互作用，均采用顯性定義。將信息隱藏于模塊內(nèi)，對(duì)使用者來(lái)講只需了解該模塊的外部特性(即功能，輸入輸出參數(shù))，而無(wú)需了解模塊內(nèi)算法的具體實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)建立一個(gè)子程序集合的算法行業(yè)庫(kù)，封裝各種自控行業(yè)常用的算法，用戶在編程時(shí)可以直接在行業(yè)庫(kù)中選擇需要的算法，不用直接重新編寫類似功能的算法，大大地減少了編程的工作量。提供了可定制擴(kuò)展的控制工程行業(yè)算法庫(kù)，通過(guò)設(shè)計(jì)院、設(shè)備制造商、工程公司、行業(yè)用戶，不斷提煉專家知識(shí)與工程經(jīng)驗(yàn)，不斷豐富裝備自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)。以領(lǐng)域知識(shí)為主體，在資源可重用、系統(tǒng)可重構(gòu)的架構(gòu)平臺(tái)支撐下，在統(tǒng)一建模規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過(guò)繼承、派生、重用、重構(gòu)機(jī)制，顯著提高項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)與編程開發(fā)效率;控制工程行業(yè)算法庫(kù)兼具特定自動(dòng)化應(yīng)用行業(yè)的普適性與特殊性，將以控制工程行業(yè)算法包的形式定期發(fā)布，終端只需加載便可輕松擁有。
[0025]本發(fā)明引入結(jié)構(gòu)體模板例的概念，在圖庫(kù)編輯器中定義模板，同時(shí)設(shè)定各信息的使用。當(dāng)圖元在人機(jī)界面中被引用時(shí)，只需要通過(guò)鏈接算法塊引腳(系統(tǒng)默認(rèn)的結(jié)構(gòu)體模板組與算法編輯器中算法塊一一對(duì)應(yīng))，則其圖元信息直接與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息相對(duì)應(yīng)鏈接，不用再在制作畫面時(shí)進(jìn)行繁雜的引腳連接操作。把工程人員從重復(fù)的圖形編輯中解放出來(lái)，為工程人員節(jié)省了大量的工作時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法的運(yùn)行示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0029]實(shí)施例1
[0030]如圖1至圖2所示，一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)，根據(jù)用戶項(xiàng)目工程建立裝備自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)，所述裝備自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)包括結(jié)構(gòu)體模板、算法模板和圖元模板，在所述結(jié)構(gòu)體模板、所述算法模板和所述圖元模板內(nèi)分別構(gòu)建設(shè)備單元、子程序和圖元。
[0031 ]作為優(yōu)選，結(jié)構(gòu)體模板是工程對(duì)象模型基本物理信息的集合。
[0032]作為優(yōu)選，算法模板是一系列解決問(wèn)題的指令。
[0033]作為優(yōu)選，圖元模板屬于外設(shè)對(duì)象描述。
[0034]—種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征包括以下步驟:
[0035](I)基于系統(tǒng)基本算法塊組態(tài)而成的算法程序或者由外部導(dǎo)入的算法程序，把一系列具有相同類型或不同類型的數(shù)據(jù)集合，封裝成具有內(nèi)部聯(lián)系和實(shí)際邏輯意義的基本算法塊；
[0036](2)生成與算法編輯器中算法塊一一對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體模板組，與之對(duì)應(yīng)的算法模板則是以整個(gè)結(jié)構(gòu)體模板信息為基礎(chǔ)模擬實(shí)現(xiàn)具體功能的算法信息；
[0037](3)在圖庫(kù)中增加模板例屬性，進(jìn)行圖庫(kù)圖元與結(jié)構(gòu)體模板的連接，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體與算法、結(jié)構(gòu)體與圖庫(kù)的聯(lián)系；
[0038](4)通過(guò)人機(jī)界面對(duì)圖庫(kù)圖元的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)畫面與算法的間接聯(lián)系。
[0039]作為優(yōu)選，步驟(2)中模板組的建模方式為XML開放式描述語(yǔ)言與可視化模塊圖。
[0040]本發(fā)明以結(jié)構(gòu)體模板、算法模板、圖元模板三部分組成了裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ?，通過(guò)建立典型控制工程模型庫(kù)(靜動(dòng)態(tài)模型與工藝數(shù)據(jù))、控制方法庫(kù)(設(shè)備控制及過(guò)程優(yōu)化算法與運(yùn)行參數(shù))、顯示界面庫(kù)(顯示與操作面板)，逐級(jí)構(gòu)建基礎(chǔ)元件、單元設(shè)備、行業(yè)裝備的多領(lǐng)域描述模型庫(kù)，以重用的方式“搭建”裝備模型，以重構(gòu)的模式“構(gòu)建”運(yùn)行程序，通過(guò)對(duì)抽象、孤立、松散的數(shù)據(jù)(常數(shù)、參數(shù)、變量等)、函數(shù)(計(jì)算、語(yǔ)義等)、圖形(線條、多邊形、色塊等)進(jìn)行多領(lǐng)域統(tǒng)一建模，構(gòu)建起緊密關(guān)聯(lián)并具有物理意義的工程對(duì)象模型、協(xié)同工程控制策略與顯示操作面板，實(shí)現(xiàn)控制工程設(shè)計(jì)編程的形象直觀與高效穩(wěn)定。
[0041]總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)，根據(jù)用戶項(xiàng)目工程建立裝備自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)，其特征在于:裝備自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)包括結(jié)構(gòu)體模板、算法模板和圖元模板，在結(jié)構(gòu)體模板、算法模板和圖元模板內(nèi)分別構(gòu)建設(shè)備單元、子程序和圖元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)，其特征在于:結(jié)構(gòu)體模板是工程對(duì)象模型基本物理信息的集合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)，其特征在于:算法模板是一系列解決問(wèn)題的指令。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)，其特征在于:圖元模板屬于外設(shè)對(duì)象描述。5.—種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征包括以下步驟: (1)基于系統(tǒng)基本算法塊組態(tài)而成的算法程序或者由外部導(dǎo)入的算法程序，把一系列具有相同類型或不同類型的數(shù)據(jù)集合，封裝成具有內(nèi)部聯(lián)系和實(shí)際邏輯意義的基本算法塊； (2)生成與算法編輯器中算法塊一一對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體模板組，與之對(duì)應(yīng)的算法模板則是以整個(gè)結(jié)構(gòu)體模板信息為基礎(chǔ)模擬實(shí)現(xiàn)具體功能的算法信息； (3)在圖庫(kù)中增加模板例屬性，進(jìn)行圖庫(kù)圖元與結(jié)構(gòu)體模板的連接，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體與算法、結(jié)構(gòu)體與圖庫(kù)的聯(lián)系； (4)通過(guò)人機(jī)界面對(duì)圖庫(kù)圖元的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)畫面與算法的間接聯(lián)系。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于裝備多領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ偷淖詣?dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟(2)中模板組的建模方式為XML開放式描述語(yǔ)言與可視化模塊圖。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105930583SQ201610248721
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】王文海, 張穩(wěn)穩(wěn), 嵇月強(qiáng), 張益南, 許志正, 周偉, 毛琳琳
【申請(qǐng)人】杭州優(yōu)穩(wěn)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司