CN115185508A - 一种基于图元的算法组态工具和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于图元的算法组态工具，包括：部件编辑子模块，用于生成算法部件，其使用基本图元组合形成部件外观，并实现部件的计算引脚的定义；画面编辑子模块，用于通过可视化手段，由算法部件相连形成的具备调用关系的图形化文件，若干个画面经过组合、编译后可生成算法模块；算法模型编译模块，用于使用编译工具编译算法模型，并根据配置生成动态库或者可执行程序。本发明还提供了一种基于图元的算法组态方法。本发明提供的基于图元的算法组态工具和方法，可有效降低开发工作量，方便工程师快速生成所需要的组态文件。
Description
技术领域
本发明涉及核电组态文件技术领域，尤其涉及一种基于图元的算法组态工具和方法。
背景技术
组态文件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态文件是由算法组态工具生成，算法工程师根据核电厂逻辑确认需求(例如：设备状态计算、报警计算、工况计算等需要后台周期性计算)后，经由算法组态工具生成对应的组态文件。
目前组态文件开发时多采用人工建模的方法，由工程师依据核电站的控制逻辑图纸进行正向组态建模。这种方法主要缺点在于开发工作量大，组态错误率高，验证任务重。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种基于图元的算法组态工具和方法，可有效降低开发工作量，方便工程师快速生成所需要的组态文件。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于图元的算法组态工具，包括：
部件编辑子模块，用于生成算法部件，其使用基本图元组合形成部件外观，并实现部件的计算引脚的定义；
画面编辑子模块，用于通过可视化手段，由算法部件相连形成的具备调用关系的图形化文件，若干个画面经过组合、编译后可生成算法模块；
算法模型编译模块，用于使用编译工具编译算法模型，并根据配置生成动态库或者可执行程序。
进一步地，所述部件编辑子模块包括：
部件绘制单元，提供一套基本图元库，用户通过所述基本图元组态形成部件外观；
部件属性配置单元，用于对已选中的所述基本图元进行属性配置，包括自定义属性、图元属性；
I/O配置单元，用于对已选中的基本图元的输入、输出变量、静态值进行配置，包括变量数量、变量类型、变量顺序、形参名称的配置；
部件代码编辑单元，用于编辑已选中的基本图元对应函数并进行统一封装以生成算法部件。
进一步地，所述基本图元库包括直线、矩形、文本、曲线、三角形、多边形、圆形、弧、椭圆图元模板。
进一步地，所述部件编辑子模块还包括部件离线调试单元，用于试运行生成的算法部件以提供正确性检查。
进一步地，所述画面编辑子模块包括：
画面绘制单元，用于通过对已有的算法部件进行拖拽等方式建立各算法部件之间的连接关系以使得多个算法部件配合形成一个具有特定功能的算法画面；
画面属性配置单元，用于对生成的算法画面进行配置以及对图形中的部件属性进行配置；
算法模型生成单元，用于管理、调整在同一个算法模块内不同画面之间的调用顺序，将多个算法画面进行调用顺序的配置后生成一个算法模型中模块。
进一步地，所述画面属性配置单元对生成的算法画面进行配置，包括图形属性和以及图形中的部件属性进行配置；对图形中的部件属性进行配置包括部件的执行顺序、部件名称、输入输出引脚的初始值或测点。
进一步地，所述画面编辑子模块还包括离线仿真单元，用于算法模型运行调试以及算法模型结果展示。
进一步地，所述算法组态工具还包括算法模型管理子模块，用于算法模型运行日志查看、下装、下线、暂停以及启动。
一种基于图元的算法组态方法，包括：
通过部件编辑子模块生成算法部件；
通过画面编辑子模块生成算法模块；
通过模型编辑子模块生成算法模型；
生成算法模型后，对所述算法模型中的各个算法画面进行画面转换，以得到源码，并生成编译所需的配置文件；对所述的源码进行合规性检查，包含逻辑合规性和数据合规性；通过合规性检查后，对所述源码进行编译，根据所述配置文件生成与所述算法模型模块对应的动态库或者可执行程序；
基于图元的算法组态工具通过预编译，Fscan工具将算法模型对应的文件编译成源码，源码包含s.*，*.c,*.cpp,*.h文件；
将基于图元的算法组态工具编译后的源码文件下装至指定目录；
对所述源码文件进行数据合规性检查与逻辑合规性检查；
检查通过后，Fscan工具将源码编译成目标码文件.o；
进一步地，所述数据合规性检查包括如下步骤：
判断本组待检测图形数据是否存在对应的点配置文件，所述点配置文件为预先设置的，若未找到对应的点配置文件的，则判断该组图形数据未定义，对外报错；若有，则转入步骤：Linker工具将目标码文件.o文件编译成.exe或.so动态库；
判断关键属性是否符合，若通过检测，则转入下一组数据的判断，直至全部的图形数据均通过检测，判断该组态文件数据通过数据合规性检查；若其中任意一组数据未通过检测，则判断该组态文件数据未通过数据合规性检查。
进一步地，所述逻辑合规性检查包括如下类型的检查，若待检查的逻辑数据中存在如下一种或多种情况，则判断该组逻辑数据未通过逻辑合规性检查，对外报错；若待检查的逻辑数据不存在如下任意一种情形，则判断该组逻辑数据通过逻辑合规性检查：
a)程序调用出现死循环；
b)模块存在未定义的输入或者输出；
c)输入输出方向错误；
d)程序入口是否存在；
e)算法模块的输入引脚不应出现多意性。
检查通过后，Fscan工具将源码编译成目标码文件.o；
Linker工具将目标码文件.o文件编译成.exe或.so动态库。
与现有技术相比，本发明提供的基于图元的算法组态工具和方法具有以下有益效果：
本发明提供的基于图元的算法组态工具，其通过可视化的手段实现时序数据的算法编辑、算法管理、算法下装等功能，可有效降低开发工作量，方便工程师快速生成所需要的组态文件。
本发明根据用户的算法组态请求，可基于图形直接在线进行算法组态，得到多个算法模块，然后将多个算法模块进行预处理，以将算法模块转换为可执行的程序或者动态库以进行下装，其中，通过画面形式生成算法模型，降低了工程师的编程要求，提高了组态效率，降低开发成本。此外，还对组态得到的所有算法模块进行仿真运行，以实现对所有算法模块的验证。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所提供的功能模块设计示意图；
图2为本发明实施例所提供的组态流程设计示意图；
图3为本发明实施例所提供的基于图元的算法组态工具提供的部件图形化编辑界面；
图4为本发明实施例所提供的基于图元的算法组态工具提供的画面编辑界面。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供了一种基于图元的算法组态工具，用于对基本图元经由可视化方法编辑生成算法模块，其包括：部件编辑子模块、画面编辑子模块以及算法模型编译模块。
其中，部件编辑子模块用于生成算法部件，其使用基本图元组合形成部件外观，并实现各个部件的计算引脚的定义，部件引脚可定义为输入引脚，输出引脚，静态标量。画面编辑子模块用于通过可视化手段，由算法部件相连形成的具备调用关系的图形化文件，其中，若干个画面经过组合、编译后可生成算法模块；算法模型编译模块用于使用编译工具编译算法模块，并根据配置生成动态库或者可执行程序。
需要说明的是，算法部件:算法部件是图形化建模的最小单元，一般对应了一个特定的功能函数。例如：触发器，逻辑AND计算，四选二算法等。算法画面:通过可视化手段，由算法部件相连形成的具备调用关系的图形化文件。若干个画面经过组合、编译后可生成算法模块。算法画面经解释器需生成相同格式的源码文件(只支持编译型语言：C/C++、Fotran)，以及相同的算法调度配置文件(RTT/XML文件)；算法模块:算法模块是一个可以独立完成某项业务计算的单元及其配置文件，最终可以编译成一个动态库或者可执行程序。例如：报警计算模块，氙毒预测模块，热功率计算模块等。
本发明中，经由部件编辑子模块生成各算法部件，部件编辑子模块包括：
部件绘制单元：其提供一套基本图元库，包括直线、矩形、文本、曲线、三角形、多边形、圆形、弧、椭圆等图元模板，用户通过这些基本图元组态形成部件外观。
部件属性配置单元：用于对已选中的基本图元进行属性配置，包括自定义属性、图元属性；如可进行边框颜色、填充颜色等的配置。
I/O配置单元：用于对已选中的基本图元的输入、输出变量(引脚)进行配置，包括变量数量、变量类型、变量顺序、形参名称的配置。如可定义引脚个数、引脚位置、引脚名字、类型等。
部件代码编辑单元：用于编辑已选中的基本图元对应函数并进行统一封装以生成算法部件；部件代码编辑单元提供统一的算法实现函数封装，是用户需要编辑算法的函数体实现。
如图3所示，左侧提供基本图元、模板库窗口，以提供基础图元供用户组合成任意形状的部件。当进行部件生成时，可包括如下操作：第一、可先经由部件检索功能，通过条件快速找到已有部件；第二、选中右侧的属性设置，输入属性参数以对部件中的基础图元进行属性配置，如边框颜色、填充颜色等；第三、选中右侧变量，对部件的输入输出变量(引脚)进行配置，如引脚个数、引脚位置、引脚名字、类型等；第四、选中右侧算法，根据用户需要编辑部件对应的算法并进行函数封装算法实现函数封装。此外，部件生成完毕后，还可通过部件测试单元进行算法部件正确性检查，用户手动填写部件的输入参数，并观察对应的输出是否正确，若结果与预期相符，则说明该部件通过检测。
此外，部件编辑子模块还包括部件离线调试单元，用于试运行生成的算法部件以提供正确性检查。画面编辑子模块提供基础部件库、自定义部件供开发人员画图。其包括画面绘制单元、画面属性配置单元以及算法模型生成单元。画面绘制单元用于通过对已有的算法部件进行拖拽等方式建立各算法部件之间的连接关系以使得多个算法部件配合形成一个具有特定功能的算法画面；画面属性配置单元用于对生成的算法画面进行配置，包括图形属性和以及图形中的部件属性进行配置，其中，对图形进行配置包括图形大小、背景色等；对图形中的部件属性进行配置，包括部件的执行顺序(索引)、部件名称、输入输出引脚的可行性、初始值或测点等；算法模型生成单元，用于管理、调整在同一个算法模块内不同画面之间的调用顺序，将多个算法画面进行调用顺序的配置后生成一个算法模型模块。
如图4所示，当基于算法部件生成算法模块时，首先可以通过图形检索功能，依据条件快速找到已有图形。然后利用已有的部件，进行组态模型图及连接关系的设置，最后设置算法模块的属性，然后通过新建多个算法画面，然后将多个算法画面进行调用顺序的配置后，即可生成一个算法模块，之后再通过重复上述方法，即可生成多个算法模块。
作为优选方案，画面编辑子模块还包括离线仿真单元，用于算法模型运行调试以及算法模型结果展示。算法模型运行调试用于离线状态调试通过图形化组态生成的算法模块，算法模型调试运行过程，不能对算法模型进行修改，只能修改算法模型中部件的输入输出变量值，离线状态调试时，可以设置断点和查看变量。算法模型运行和调试过程输出结果信息，一方面实时显示算法模型的相关变量的参数值，另一方面，可定制相关变量的历史曲线图，方便用户观察变量的变化。
为了保证计算效率，本系统所有的算法必须由面向编译的语言编写，编译成二进制文件后执行。故本实施例中，生成算法模块(组态文件)后，还经由算法模型编译模块编译成二进制文件后执行，包括将算法模型转换成Fotran/C/C++源码，并生编译需要的配置文件；以及相同的算法调度配置文件(RTT/XML文件)；使用编译工具编译Fotran/C/C++源码，根据配置生成动态库或者可执行程序。
优选的，基于图元的算法组态管理工具还包括算法模型管理子模块，用于算法模型运行日志查看、下装、下线、暂停以及启动。算法组态管理工具对各个算法模块的运行状态进行监控，并生成监控日志，为了实现对各个算法模块的监控，保证各个算法模块能够工作于正常情况，所述时序数据算法组态方法还包括：对各个算法模块的运行状态进行监控，并生成监控日志。工作人员可通过监控日志来判断各个算法模块是否运行正常，从而可以适时的进行修改和调整，以保证算法模块的正常运行。同时，算法组态管理工具还用于接受外部指令，进行单个算法模型的下装、下线以及暂停管理。
此外，本发明还提供了一种基于图元的算法组态方法，具体包括如下步骤：
通过部件编辑子模块生成算法部件，其使用基本图元组合形成部件外观，并实现各个部件的计算引脚的定义；
通过画面编辑子模块生成算法模块，通过可视化手段，由算法部件相连形成的具备调用关系的图形化文件，其中，若干个画面经过组合、编译后可生成算法模型模块；
生成算法模型模块后，对所述算法模型模块中的各个算法画面进行画面转换，以得到源码，并生成编译所需的配置文件；
将基于图元的算法组态工具生成的源码和配置文件下装至指定目录；
Fscan工具根据组态生成文件编译目标码文件.o；本实施例中，源码文件为cpp、.h文件等一种或多种格式，目标码文件为obj格式，源码文件的格式无法被系统所识别并使用，故需要对其进行转换为系统最终可直接调用并执行的格式，作为一优选方案，经由fscan或CSCAN工具将源码文件转换为目标码文件，具体而言，根据核电数据的逻辑特性预先编制一个驱动表，fscan或CSCAN工具读取读取图形文件数据的对应的逻辑以及数据后，依据驱动表将进行转换obj格式，以形成目标码文；
对所述源码进行编译后，Linker工具根据所述配置文件生成与所述算法模型模块对应的动态库或者可执行程序；
作为一优选方案，本实施例中，获取源码之后还包括数据合规性检查的步骤，所述数据合规性检查包括如下步骤：
判断本组待检测图形数据是否存在对应的点配置文件，所述点配置文件为预先设置的，若未找到对应的点配置文件的，则判断该组图形数据未定义，对外报错；若有，则转入步骤c)；
判断关键属性是否符合，所述关键属性包括数据类型、长度、取值范围、范围等一种或多种的组合，其存储在点配置文件中；若通过检测，则转入下一组数据的判断，直至全部的图形数据均通过检测，判断该组态文件数据通过数据合规性检查；若其中任意一组数据未通过检测，则判断该组态文件数据未通过数据合规性检查。
并且获取源码后，对所述源码文件依次进行数据合规性检查与逻辑合规性检查。若所述源码文件通过所述检查，则对所述源码进行编译；所述数据合规性检查用于判断源码文件中的图形数据是否正确；所述逻辑合规性检查用于判断所述源码文件中的逻辑数据是否正确。
其中，数据合规性检查包括如下步骤：
判断本组待检测图形数据是否存在对应的点配置文件，所述点配置文件为预先设置的，若未找到对应的点配置文件的，则判断该组图形数据未定义，对外报错；若有，则转入步骤c)；
判断关键属性是否符合，所述关键属性包括数据类型、长度、取值范围、范围等一种或多种的组合，其存储在点配置文件中；若通过检测，则转入下一组数据的判断，直至全部的图形数据均通过检测，判断该组态文件数据通过数据合规性检查；若其中任意一组数据未通过检测，则判断该组态文件数据未通过数据合规性检查。
逻辑合规性检查包括但不限于如下类型的检查，若待检查的逻辑数据中存在如下一种或多种情况，则判断该组逻辑数据未通过逻辑合规性检查，对外报错；若待检查的逻辑数据不存在如下任意一种情形，则判断该组逻辑数据通过逻辑合规性检查。
a)程序调用出现死循环；
b)模块存在未定义的输入或者输出；
c)输入输出方向错误；
d)程序入口是否存在；
e)算法模块的输入引脚不应出现多意性。
因此，本发明根据用户的算法组态请求，可基于图形直接在线进行算法组态，得到多个算法模块，然后将多个算法模块进行预处理，以将算法模块转换为可执行的程序或者动态库以进行下装，其中，通过画面形式生成算法模型，降低了工程师的编程要求，提高了组态效率，降低开发成本。此外，还对组态得到的所有算法模块进行仿真运行，以实现对所有算法模块的验证。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种基于图元的算法组态工具，其特征在于，包括：
部件编辑子模块，用于生成算法部件，其使用基本图元组合形成部件外观，并实现部件的计算引脚的定义；
画面编辑子模块，用于通过可视化手段，由算法部件相连形成的具备调用关系的图形化文件，若干个画面经过组合、编译后可生成算法模块；
算法模型编译模块，用于使用编译工具编译算法模型，并根据配置生成动态库或者可执行程序。
2.根据权利要求1所述的基于图元的算法组态工具，其特征在于，所述部件编辑子模块包括：
部件绘制单元，提供一套基本图元库，用户通过所述基本图元组态形成部件外观；
部件属性配置单元，用于对已选中的所述基本图元进行属性配置，包括自定义属性、图元属性；
I/O配置单元，用于对已选中的基本图元的输入、输出变量、静态值进行配置，包括变量数量、变量类型、变量顺序、形参名称的配置；
部件代码编辑单元，用于编辑已选中的基本图元对应函数并进行统一封装以生成算法部件。
3.根据权利要求2所述的基于图元的算法组态工具，其特征在于，所述基本图元库包括直线、矩形、文本、曲线、三角形、多边形、圆形、弧、椭圆图元模板。
4.根据权利要求2所述的基于图元的算法组态工具，其特征在于，所述部件编辑子模块还包括部件离线调试单元，用于试运行生成的算法部件以提供正确性检查。
5.根据权利要求1所述的基于图元的算法组态工具，其特征在于，所述画面编辑子模块包括：
画面绘制单元，用于通过对已有的算法部件进行拖拽等方式建立各算法部件之间的连接关系以使得多个算法部件配合形成一个具有特定功能的算法画面；
画面属性配置单元，用于对生成的算法画面进行配置以及对图形中的部件属性进行配置；
算法模型生成单元，用于管理、调整在同一个算法模块内不同画面之间的调用顺序，将多个算法画面进行调用顺序的配置后生成一个算法模型模块。
6.根据权利要求5所述的基于图元的算法组态工具，其特征在于，所述画面属性配置单元对生成的算法画面进行配置，包括图形属性和以及图形中的部件属性进行配置；对图形中的部件属性进行配置包括部件的执行顺序、部件名称、输入输出引脚的初始值或测点。
7.根据权利要求1所述的基于图元的算法组态工具，其特征在于，所述画面编辑子模块还包括离线仿真单元，用于算法模型运行调试以及算法模型结果展示。
8.根据权利要求1所述的基于图元的算法组态工具，其特征在于，所述算法组态工具还包括算法模型管理子模块，用于算法模型运行日志查看、下装、下线、暂停以及启动。
9.一种基于图元的算法组态方法，其特征在于，包括：
通过部件编辑子模块生成算法部件；
通过画面编辑子模块生成算法模块；
通过模型编辑子模块生成算法模型；
生成算法模型后，对所述算法模型中的各个算法画面进行画面转换，以得到源码，并生成编译所需的配置文件；对所述源码进行编译后，根据所述配置文件生成与所述算法模型模块对应的动态库或者可执行程序；
基于图元的算法组态工具生成算法模型后，Fscan工具将算法模型对应的文件编译成源码，源码包含s.*，*.c,*.cpp,*.h文件；
将基于图元的算法组态工具编译后的源码文件下装至指定目录；
对源码进行数据合规性检查和逻辑合规性检查；
检查通过后，Fscan工具将源码编译成目标码文件.o；
Linker工具将目标码文件.o文件编译成.exe或.so动态库。
10.根据权利要求9所述的基于图元的算法组态方法，其特征在于，所述数据合规性检查包括如下步骤：
判断本组待检测图形数据是否存在对应的点配置文件，所述点配置文件为预先设置的，若未找到对应的点配置文件的，则判断该组图形数据未定义，对外报错；若有，则转入步骤：Linker工具将目标码文件.o文件编译成.exe或.so动态库；
判断关键属性是否符合，若通过检测，则转入下一组数据的判断，直至全部的图形数据均通过检测，判断该组态文件数据通过数据合规性检查；若其中任意一组数据未通过检测，则判断该组态文件数据未通过数据合规性检查。
11.根据权利要求9所述的基于图元的算法组态方法，其特征在于，所述逻辑合规性检查包括如下类型的检查，若待检查的逻辑数据中存在如下一种或多种情况，则判断该组逻辑数据未通过逻辑合规性检查，对外报错；若待检查的逻辑数据不存在如下任意一种情形，则判断该组逻辑数据通过逻辑合规性检查：
a)程序调用出现死循环；
b)模块存在未定义的输入或者输出；
c)输入输出方向错误；
d)程序入口是否存在；
e)算法模块的输入引脚不应出现多意性。
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