CN103229117A - 用于促进工业系统控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于在三维视图中显示二维图像的方法。二维图像由表示工业系统的元件的多个对象形成。三维视图在工业系统的控制系统的显示器上显示，其中至少一个对象与参数值相关联，该参数值与工业系统中的相应元件的状态有关。所述方法包括：确定(S0)用于所述至少一个对象的参数值；将参数值映射(S1)到深度层，该深度层定义三维视图的部分；以及在深度层中显示(S2)至少一个对象(27)。本文中还提出了相应的控制系统。

Description

用于促进工业系统控制的方法和系统

技术领域

本公开内容总体上涉及工业系统，并且具体而言涉及用于监视和控制工业系统的显示技术。

背景技术

用于工业控制系统、过程控制系统、监测控制和数据采集(SCADA)系统等的显示用来向监视工业系统的操作员显示工业系统的图表。

操作员从而能够识别出工业系统中的告警和趋势，因此采取措施以解决引起告警和趋势的问题。

图1示出了电网中的配电系统1的部分的单线图的示例。在与它表示的配电系统有关的单线图中有许多不同的信息。一些元件和设备用不同的颜色表示以指示不同类型的信息。

该图示出两条母线，线A和线B，其每一个供应多个变压器、底板和多个子系统或子站。

由用于发电机3的图形符号指示变压器，并且由发电机符号指示变压器3。在发电机对象旁边，用于-44.4MVAr的无功功率或者电抗效应的值也用针对示意图的其余部分中显示的其他值的颜色的对比色显示。因此操作员的注意力被吸引到用对比色显示的减少的和选定的数目的值。因此，不同于预设状态或者值的状态或值可以用示出该状态或值与预设值不同的方式来显示。

然而，用于电力网络控制系统的部分的二维表示的示例性过程图仍然是稍微杂乱的。在一个单过程图中通常布置状态和值的大量的数字显示，带给操作员的挑战是既难以掌握概览，也难以特别集中注意力于一个或多个值或设备状态。

专利申请US2008/0049013公开了用于预测电功率系统的健康度、可靠性和性能的实时高级可视化的系统和方法。特别是，公开了用于电气系统的实时三维可视化的系统。虚拟系统建模引擎预测用于电气系统的数据输出。三维可视化引擎将虚拟系统模型和预报的方面转换为三维可视化模型。

然而，为了监测和控制计算机控制的配电系统以及一些其他的工业过程和自动化操作的目的，已知的显示系统和方法存在缺陷。

发明内容

本公开内容的总体目标是提供一种便于工业系统的操作员监视和控制工业系统的方法和控制系统。

在本公开内容的第一方面中，上述目标通过提供一种用于在三维视图中显示二维图像的方法来实现，所述二维图像由多个表示工业系统的元件的对象形成，所述三维视图在所述工业系统的控制系统的显示设备上显示，其中至少一个对象与参数值相关联，该参数值与所述工业系统中的相应元件的状态有关，其中所述方法包括：确定用于所述至少一个对象的参数值，

将所述参数值映射到深度层，所述深度层定义所述三维视图的部分，以及

在所述深度层中显示所述至少一个对象。

因此，至少一个对象可以在如下深度层中显示，该深度层可以便利于用户检测工业系统中的元件或设备的状态何时改变，从而它应当将引起监视工业系统的操作员的注意。

在本发明的一个方面中，因而基于每个对象的参数值而不是基于工业系统的相应元件或设备的地形位置，用在不同深度层中显示的对象来显示三维视图，。

对象在本文中被定义为表示在二维图像和三维视图中的工业系统中的元件或设备。

由于深度层通常意味着可以形成用于定义三维视图的三维图像的部分的二维层。为此，一个深度层可以和其他深度层一起形成三维视图，每个深度层表示在例如用于定义三维视图的三维图像的预定义深度处的横截面。

一个实施例可以包括：如果该映射确定另一个深度层，则重复所述确定和映射步骤；在所述另一个深度层中显示所述至少一个对象。因此，该过程重复地评估参数值，以便以通过在适当的深度层中显示该对象或者那些对象而应当引起控制系统的操作员的注意的方式，确定工业系统中的元件或设备的状态是否已经改变。

映射步骤可以包括：当参数值偏离与所述工业系统中的相应元件相关联的标准时，将至少一个对象映射到在三维视图的近场中的深度层。通过将参数值映射到近场深度层并且在近场深度层中显示对象，经由显示设备监视工业系统的操作员将容易地检测到工业系统中的相应元件或设备的表现中的偏离。

映射步骤可以包括：将至少一个对象的参数值与和工业系统中的相应元件相关联的标准进行比较。

标准在本文中被定义为元件或设备的可接受的表现。可接受的表现可以例如是在工业系统中的相应元件或设备处测量的一系列可接受的测量值。

显示步骤可以包括将至少一个对象从深度层可视地移动到另一个深度层。因而操作员可以更容易地检测到例如在工业系统中的元件或设备的状态的变化的事件。

一个实施例可以进一步包括：确定与至少一个对象相关联的对象类别，所述对象类别与该工业系统中的元件的类别有关；以及基于对象类别将至少一个对象映射到深度层。

一个实施例可以包括：将参数值的范围与深度层相关联。因而参数值可以被映射到具有该范围内的参数值的深度层。

每个参数值可以对应于工业系统的动态过程。

二维图像可以是所述工业系统的示意图。

三维图像可以是立体视图。

根据本公开内容的第二方面，提供一种用于控制工业系统的控制系统，所述控制系统包括：

显示设备，被配置为在三维视图中显示二维图像，所述二维图像由表示工业系统的多个对象形成，其中至少一个对象与如下参数值相关联，该参数值与工业系统中的相应元件的状态有关，

处理器，被配置为确定用于至少一个对象的参数值，并且将参数值映射到深度层，所述深度层定义三维视图的部分，

所述显示设备被配置为在所述深度层显示至少一个对象。

附加特征和优势将在下文中公开。

附图说明

现在将参考附图通过非限制性示例的方式来描述本发明及其优势，附图中：

图1示出根据现有技术的二维单线图。

图2示出根据本发明的控制系统的示例的示意性框图。

图3a示意性示出根据本发明的示例的二维图像的三维视图。

图3b示出在三维视图中的对象、参数值和工业系统中的实际设备之间的关系的示例。

图4a-b示出对应于工业系统中的由于工业系统的相应元件状态的变化而改变深度层的元件的对象的示例。

图5a-c示出根据本发明的方法的示例的流程图。

具体实施方式

图2示出与工业系统11连接的控制系统10的示例。工业系统可以是任何种类的工业系统，诸如发电厂、工厂中的自动化过程、局部配电网络、或者电气网络的较大部分。

控制系统10包括显示设备13和与显示设备13连接的处理器15。处理器15适配为从工业系统11接收数据。典型地，可以借助于如下接口将处理器15连接到工业系统11，该接口包括适合于从工业系统11向处理器15传送数据的数据输入单元。这样的设备对本领域技术人员将是清楚的，并且因此在此不做进一步详述。

显示设备13典型地可以是计算机屏或者类似的能够图形化地呈现数据的设备。在优选的实施例中，显示设备是当前正在由诸如Philips

和Sony

公司研发的立体显示器。

可替换地，显示设备13是能够呈现传统三维图像的传统显示屏。

将注意到贯穿本文的全部原理总体上适用于立体呈现和传统的三维呈现。

处理器15可以被配置为在显示屏13上呈现二维图像(诸如单线图)的三维视图。单线图可以表示诸如配电网络的工业系统。在下文中，将借助于配电网络来例示工业系统11，然而，如上文已经提到的，工业系统通常可以涉及任何种类的工业系统或者工业过程。

借助于配电网络的一部分的示意性透视图来例示图2中的工业系统11，配电网络的该部分包括变压器27、输电塔和电力线。

单线图可以典型地表示多个电力线、子系统以及包括多个发电器、变压器和保护继电器的子站的视图。这些对象中的每一个对象对应于工业系统中的元件或设备。在单线图中表示的对象的至少一些对象与各自的参数值相关联，该参数值涉及配电网络中的相应元件或设备的状态。例如，单线图中的变压器对象可以与在配电网络中的变压器的初级侧或次级侧测量的电流相关联。可以在单线图中显示测量的电流值。

如上文所述，在现有技术中，与变压器的可接受值或者表现的偏离导致例如对于操作员而言的表示电流值的数值的颜色的变化。

根据本发明的一个示例，处理器15可以被配置成接收测量的变压器的电流值，其中当该测量值偏离变压器的可接受值或可接受表现时，处理器15将在单线图的三维视图的近场深度层中显示该变压器或者电流值。当然，处理器典型地还能够接收和处理来自变压器的电流测量值之外的其他数据。进一步的示例将在下文中阐述。

图3a示意性示出诸如单线图的二维图像的三维视图。预期为在近场深度层N中在显示屏13上显示表示工业系统11中的出于某些原因将受到操作员的关注的元件或设备的对象。在特定时刻较不重要的对象被在远场深度层F中显示。通常，近场深度层可以被解释为在立体视图或者传统三维视图中最靠近观察者17显示的深度层，或者被认为最靠近观察者17。因而，观察者的注意力将被吸引到讨论中的对象。

通常，处理器15可以被配置为确定用于与参数值相关联的那些对象的参数值。参数值在以后将被映射到深度层。因此执行参数值的映射，其中和参数值有关的对象将被分配给适当的深度层。

三维视图可以是立体视图。可替换地，三维视图可以是传统的三维透视图。

图3b示出通过变压器符号例示的对象27、与对象相关联的参数值21(诸如测量的变压器的电流值)和配电网络中的元件或设备(变压器23)之间的关系。

图4a-b示出根据本发明的示例的三维视图的动态的示例。

图4a示出三维视图的第一状态25-1。示出了深度层D，在该深度层中示出与工业系统有关的所有信息。在三维视图中显示的对象是变压器对象27、发电机对象29和电力线系统对象31。

在本发明的范围内，也可能将具有不同电压的每条电力线定义为单独的对象，或者使同一电力线的不同部分定义单独的对象。

为了简单起见，在本示例中，示出了最多两个深度层，即，近场深度层N和远场深度层F。然而，将要理解可以同时显示多个深度层，每个层表示至少一个对象。

在立体三维视图的第一级25-1中，所有的参数值是使得它们的相应对象27、29和31被映射到同一深度层D。

在图4b中，用于变压器对象27和发电机对象29的参数值已经改变。具体而言，它们表示的元件或设备经受到应当引起监视工业系统的操作员的关注的告警和趋势。因此，对象的各自的参数值不符合与在单线图中它们所表示的变压器和发电机相关联的标准。作为示例，在配电网络中存在故障，使得在变压器和发电机处测量的电流值增加。

因此，处理器将与引入的来自工业系统的测量数据有关的参数值映射到近场深度层N，并且在近场深度层N中显示变压器对象27和发电机对象29。电力线系统对象31具有符合系统需求的参数值。因此，电力线系统对象31保持在现在作为远场深度层F的深度层D中。

在一个实施例中，如上文所述，与告警等相关联的那些对象被映射到近场深度层，并且符合系统需求或标准的对象被保持在它们先前的层中，该先前的层变为远场深度层。

在可替换的实施例中，与告警等相关联的那些对象保持在深度层D中，并且符合系统需求或标准的对象被映射到远场深度层。因此，深度层D变为近场深度层。在这种情形下，当参数值保持恒定或者在可接受的标准之内时，映射函数动态地改变以便允许相同的参数值被映射到不同的深度层，或者相反。

在图4c中，用于变压器对象27的参数值已经改变并且现在符合配电网络中的用于变压器的标准。这可以作为在变压器所位于的配电网络的部分中的故障状态被解决的结果而出现。变压器对象27因此被显示在远场深度层F中。用于发电机对象29的参数值仍然不符合将要由配电网络中的发电机达到的标准。因此，发电机对象29仍然在近场深度层N中呈现。

电力线系统对象31具有达到系统需求或标准的参数值，并且被显示在远场深度层F中。

为了进一步说明上文描述的方法的示例，现在将参考示出本发明的变形的流程图的图5a-c。

为了清楚起见，借助于至少一个对象而不是参考多个对象来例示过程。然而，将要理解，将在下文中描述的类似过程适用于与参数值相关联的任何对象。对于多个这样的对象，过程例如可以并行地执行。

参考图5a，在步骤S0中，确定至少一个对象的参数值。参数值可以与该参数值所涉及的设备的测量的数量有关。可替换地，参数值可以与工业系统中的计算的参数有关。

在步骤S1中，根据映射函数将参数值映射到深度层，深度层定义三维视图的部分。确定S0和映射S1的步骤可以典型地由图2的处理器15来实现。

在步骤S2中，由显示设备13在深度层中显示至少一个对象。

上述步骤S0-S2可能有利地被连续不断地重复，以便允许在参数值取如下值的情形下更新三维视图，该值可以指示将引起监视工业系统的操作员的关注的告警或趋势。

在一个实施例中，如果确定从上一次映射和显示以来用于至少一个对象的参数值没有改变，则可能不需要执行步骤S1和S2。

将参数值映射到深度层的步骤S1在一些实施例中包括当参数值偏离与工业系统中的相应元件相关联的标准时，将参数值映射到三维视图的近场深度层。

映射的步骤S1可以可选地包括如下步骤S1-1：将至少一个对象的参数值与和工业系统中的相应元件相关联的标准进行比较。

在一个实施例中，在参数值偏离标准的情形下，从显示对象的当前深度层中移除至少一个对象。

随后，在步骤S2中在另一个深度层中显示该至少一个对象。另一深度层可以典型地是近场深度层。

在一个实施例中，取代从先前的深度层(即，上述文字中当前深度层)移除对象，该对象可以仍然在先前的深度层中显示，而同时也被显示在另一个深度层中。因而，可以及时地跟踪对象的表现。

从深度层移除至少一个对象的步骤S1-2以及显示的步骤S2可以通过将至少一个对象从该深度层可视地移动到另一个深度层来实施。

在一个实施例中，在任何时候任何对象改变深度层时，可以在深度层之间可视地移动对象。

在一个实施例中，一些对象或者全部对象可以进一步与对象类别相关联。对象类别例如可以识别对象的关于其表示的工业系统中的元件或设备的类型。

一个实施例可以包括步骤S0-1，在该步骤中，确定与至少一个对象相关联的对象类别。步骤S0-1可以与上述任何其他步骤并行地执行。可替换地，步骤S0-1可以在上述步骤的任何步骤之间执行。

当已经确定了对象类别，基于参数在步骤S1-3中将至少一个对象映射到深度层。步骤S1-3中的映射可以是与步骤S1中的映射相同的映射，或者可以是利用不同于步骤S1中的映射函数的另一个映射函数的单独的映射步骤。

在一个实施例中，在步骤S0-1中，值的范围与至少一个深度层相关联。因而映射函数可以确定是否基于参数值将对象映射到该深度层，例如通过将该对象的参数值与和深度层相关联的值的范围进行比较。总体而言，对于多个深度层，可以执行相关联的步骤S0-1。

实施例的详细列表

1.一种用于在三维视图中显示二维图像的方法，所述二维图像由表示工业系统11的元件的多个对象27，29，31形成，所述三维视图在所述工业系统11的控制系统10的显示设备13上显示，其中至少一个对象27与参数值21相关联，该参数值与所述工业系统中的相应元件23的状态有关，其中所述方法包括：

确定S0用于所述至少一个对象27的所述参数值21，

将所述参数值21映射S1到深度层N，所述深度层N定义所述三维视图的部分，以及

在所述深度层N中显示S2所述至少一个对象27。

2.根据项目1所述的方法，包括：

如果所述映射确定另一个深度层，则重复所述确定S0和映射S1步骤，

在所述另一个深度层中显示S2所述至少一个对象27。

3.根据前述项目中的任一项所述的方法，其中所述映射S1步骤包括：当所述参数值偏离和所述工业系统中的相应元件相关联的标准时，将所述至少一个对象映射到所述三维视图的近场中的深度层。

4.根据项目3所述的方法，其中所述映射S1步骤包括：将所述至少一个对象27的所述参数值21与和所述工业系统11中的所述相应元件相关联的所述标准进行比较S1-1。

5.根据项目2至4中的任一项所述的方法，其中所述显示(S2)步骤包括将所述至少一个对象(27)从所述深度层(N)可视地移动到所述另一个深度层(F)。

6.根据前述项目中的任一项所述的方法，包括：

确定S0-1与所述至少一个对象相关联的对象类别，所述对象类别与所述工业系统中的该元件的类别有关，以及

基于所述对象类别将所述至少一个对象映射S1-3到深度层。

7.根据前述项目中的任一项所述的方法，包括将参数值的范围与所述深度层相关联。

8.根据前述项目中的任一项所述的方法，其中每个参数值对应于所述工业系统的动态过程。

9.根据前述项目中的任一项所述的方法，其中所述二维图像是所述工业系统的示意图。

10.根据前述项目中的任一项所述的方法，其中所述三维图像是立体视图。

11.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序在被运行时执行项目1至10中的任一项的步骤。

12.一种用于控制工业系统(11)的控制系统(10)，所述控制系统(10)连接到所述工业系统(11)，所述控制系统(10)包括：

显示设备(13)，被配置为在三维视图中显示二维图像，该二维图像由表示所述工业系统(11)的多个对象(27、29、31)形成，其中至少一个对象(27)与参数值(21)相关联，该参数值与所述工业系统(11)中的相应元件(23)的状态有关，

处理器(15)，被配置为确定用于至少一个对象(27)的参数值，并且将所述参数值(21)映射到深度层(N)，该深度层(N)定义所述三维视图的部分，

所述显示设备(13)被配置为在所述深度层(N)中显示所述至少一个对象(27)。

本领域技术人员认识到本发明绝不限制于以上描述的实施例。相反，在所附权利要求的范围内的许多修改和变形是可能的。

Claims (12)

1.一种用于在三维视图中显示二维图像的方法，所述二维图像由表示工业系统(11)的元件的多个对象(27、29、31)形成，所述三维视图在所述工业系统(11)的控制系统(10)的显示设备(13)上显示，其中至少一个对象(27)与参数值(21)相关联，所述参数值与所述工业系统中的相应元件(23)的状态有关，其中所述方法包括：

确定(S0)用于所述至少一个对象(27)的所述参数值(21)，

将所述参数值(21)映射(S1)到深度层(N)，该深度层(N)定义所述三维视图的部分，以及

在所述深度层(N)中显示(S2)所述至少一个对象(27)。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

如果所述映射确定另一个深度层，则重复所述确定(S0)和所述映射(S1)步骤，

在所述另一个深度层中显示(S2)所述至少一个对象(27)。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述映射(S1)步骤包括：当所述参数值偏离和所述工业系统中的相应元件相关联的标准时，将所述至少一个对象映射到所述三维视图的近场中的深度层。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述映射(S1)步骤包括：将所述至少一个对象(27)的所述参数值(21)与和所述工业系统(11)中的所述相应元件(23)相关联的所述标准进行比较(S1-1)。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，其中所述显示(S2)步骤包括将所述至少一个对象(27)从所述深度层(N)可视地移动到所述另一个深度层(F)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括：

确定(S0-1)与所述至少一个对象相关联的对象类别，所述对象类别与所述工业系统中的元件的类别有关，以及

基于所述对象类别将所述至少一个对象映射(S1-3)到深度层。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括将参数值的范围与所述深度层相关联。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中每个参数值对应于所述工业系统的动态过程。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述二维图像是所述工业系统的示意图。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述三维图像是立体视图。

11.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序，所述计算机程序在被运行时执行权利要求1至10中的任一项的步骤。

12.一种用于控制工业系统(11)的控制系统(10)，所述控制系统(10)包括：

显示设备(13)，被配置为在三维视图中显示二维图像，该二维图像由表示所述工业系统(11)的多个对象(27、29、31)形成，其中至少一个对象(27)与参数值(21)相关联，所述参数值(21)与所述工业系统(11)中的相应元件(23)的状态有关，

处理器(15)，被配置为确定用于至少一个对象(27)的参数值，并且将所述参数值(21)映射到深度层(N)，该深度层(N)定义所述三维视图的部分，

所述显示设备(13)被配置为在所述深度层(N)中显示所述至少一个对象(27)。

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