CN105446280B

CN105446280B - 工业过程控制快速生成系统及实现方法

Info

Publication number: CN105446280B
Application number: CN201410423160.7A
Authority: CN
Inventors: 唐志
Original assignee: Sichuan Keli Technology Development Co Ltd
Current assignee: Tang Zhi
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2018-09-25
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: CN105446280A

Abstract

本发明公开一种工业过程控制快速生成系统及实现方法。工业过程控制快速生成系统，包括动作分解模块：用于将被控元件按照需要的动作进行动作分解；属性配置模块：用于将分解的动作进行属性配置，并将属性配置的结果转换为能被属性解释模块识别的数据表，所述属性包括固有属性、系统属性、连接属性；属性解释模块：用于依据地址寻址的方式执行数据表中的控制动作。本发明的工业过程控制快速生成系统，通过对被控元件进行动作的分解、属性的配置及控制的执行，完成对被控元件的控制，不必关心控制了多少被控元件，被控元件是什么，通过上述控制规则，实现了对所有不同类型的被控元件的通用控制。

Description

工业过程控制快速生成系统及实现方法

技术领域

本发明涉及工业控制系统领域，特别涉及一种工业过程控制快速生成系统及实现方法。

背景技术

在各行业飞速发展的今天，人们总希望高效快速的做好每一件事，工业过程控制系统领域也不例外，人们总是希望快速的实现实际控制任务，为此，全世界的工控产品供应商都在研究更好的软硬件产品，其产品的应用亦使世界工业得到飞速发展，同时也在不断的为降低产品应用复杂性而不断努力，并且经过几十年的不断发展已形成广为认同的控制模式。

目前，工业控制技术经过几十年的发展，已经非常成熟，特别是一些国际大公司，如西门子、施耐徳、ABB，在工业控制领域更是独占赘头，他们不但是在硬件上，而且在编程软件的集成上，亦使现场控制工程师使用越来越得心应手。然而，不论这些编程软件如何智能化，它们的应用对象都是控制工程师、程序设计工程师。控制工程师不断的向行业工艺设计师了解、熟悉工艺及需要控制的过程，然后，设计控制线路，编写控制PLC程序这是全世界众多工控公司以及数以万计的控制程序员的工作。控制工程师对工艺熟悉的深度已成为控制系统是否优良的先决条件之一。

然而，实际问题是：每个行业的工艺都有其特殊性，其行业工艺常常是一门专业技术，要在短时间让控制工程师了解其内涵并不容易；作为一个工厂，用户一般都具备熟悉工艺的人员，他们对控制系统希望达到的目标非常清楚，而且希望达到良好控制效果的心情较为迫切；控制工程师则不同,一般由工程控制公司人员组成,完成用户控制系统，常常是一项任务，以完成商业目标为目的；由控制工程师完成的系统，用户工厂的整个生命期内哪怕只是一点小小的改动、一点小小要求，都得依赖控制工程师完成，现实中，这种依赖是脆弱的，人员的流动、公司的兴衰这些与用户毫无关系的事情，却直接遏制着用户系统的正常运行，甚至成为用户抵制高技术系统应用的理由。

如果控制系统能够由工艺设计师为主导完成，其优点是不言而喻的：以上问题将不复存在。然而问题是：大量的工艺设计师并不懂得去完成PLC的控制程序。

发明内容

本发明的目的之一在于：解决现有技术中所有的控制任务都需要由专门的控制工程师编程控制而导致的对控制工程师过度依赖的技术问题，提供一种工业过程控制快速生成系统。

本发明提供的工业过程控制快速生成系统，包括如下模块：

动作分解模块：用于将被控元件按照需要的动作进行动作分解；

属性配置模块：用于将上述分解的动作进行属性配置，并将所述属性配置的结果转换为能被属性解释模块识别的数据表，所述属性包括固有属性、系统属性、连接属性；

属性解释模块：预置于控制器如PLC中的固定程序代码(非用户程序)，用于依据地址寻址的方式执行数据表中的控制动作。

本发明的工业过程控制快速生成系统，通过对被控元件进行动作的分解、属性的配置及控制的执行，完成对被控元件的控制，不必关心控制了多少被控元件，被控元件是什么，通过上述控制规则，实现了对所有不同类型的被控元件的通用快速控制。

作为一种举例，在所述属性配置模块之后还包括功能组织模块：用于选定上述控制动作在控制器例如PLC内何种模块下运行，如在主循环中执行或者在定时中断中执行等。

作为一种举例，在所述功能组织模块之后还包括仿真模块：用于仿真用户工程在控制器例如PLC中运行的全部过程。由于系统中已包含控制器例如PLC运行的全部数据，所以在脱离控制器例如PLC的情况，较为完整的仿真用户工程在控制器例如PLC中运行的全部过程。

作为一种举例，还包括远程组态功能模块，用于远程建立或维护用户的控制工程。

作为一种举例，所述数据表中组态了运行结果的地址，地址用于将属性解释模块运行的结果传递到被控元件。

本发明的又一目的在于：解决现有技术中所有的控制任务都需要由专门的控制工程师编程控制而导致的对控制工程师过度依赖的技术问题，提供一种工业过程控制快速生成方法。所述控制方法包括如下步骤：

动作分解步骤：将被控元件按照需要的动作进行动作分解；

属性配置步骤：将上述分解的动作进行属性配置，并将所述属性配置的结果转换为能被属性解释模块识别的数据表，所述属性包括固有属性、系统属性、连接属性；

执行步骤：依据地址寻址的方式执行数据表中的控制动作。

本发明的工业过程控制快速生成方法，通过对被控元件进行动作的分解、属性的配置及控制的执行，完成对被控元件的控制，而不必关心控制了多少被控元件，被控元件是什么，通过上述控制规则，实现了对所有被控元件的通用控制。

作为一种举例，在所述属性配置步骤之后还包括功能组织步骤：选定上述控制动作在控制器例如PLC内何种模块下运行，如在主循环中执行或者在定时中断中执行等。

作为一种举例，在所述功能组织步骤之后还包括仿真步骤：仿真用户工程在控制器例如PLC中运行的全部过程。由于系统中已包含控制器例如PLC运行的全部数据，所以在脱离控制器例如PLC的情况，较为完整的仿真用户工程在控制器例如PLC中运行的全部过程。

作为一种举例，还包括远程组态功能，用于远程建立或维护用户的控制工程。

附图说明

图1是本发明优选实施例的控制方法的流程图；

图2是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的模块示意图；

图3是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第一界面示意图；

图4是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第二界面示意图；

图5是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第三界面示意图；

图6是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第四界面示意图；

图7是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第五界面示意图；

图8是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第六界面示意图；

图9是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第七界面示意图；

图10是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第八界面示意图；

图11是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第九界面示意图；

图12是本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的第十界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

参照图1，本发明优选实施例的控制方法包括如下步骤：

动作分解步骤S101：将被控元件按照需要的动作进行动作分解；

属性配置步骤S102：将上述分解的动作进行属性配置，并将所述属性配置的结果转换为能被属性解释模块识别的数据表，所述属性包括固有属性、系统属性、连接属性；

执行步骤S103：依据地址寻址的方式执行数据表中的控制动作。

在本优选实施例的步骤S102中，固有属性是指：元件的DI(数字信号输入)、DQ(数字信号输出)、AI(模拟信号输入)、AQ(模拟信号输出)等属性，它是不需存在于任何系统已具备的基本属性，一个元件对象可以全部或部份具备这些属性，当溶入具体系统时，只需分配系统资源接口即可。

系统属性是指：一个元件在具体系统表现出来的属性，如：手自动属性、启停属性、禁启属性、互锁属性等。

连接属性是指：一个元件溶入系统后,总是会对其他元件的动作产生影响，或被其他元件影响，比如：一个开关在系统被定义为手自动转换，那么，这个开关对其他元件就应表现出转换状态属性。如果其他元件需要这一属性，可以把这一属性连接到自已，因此称为连接属性。

下面通过一个具体任务的完成来进一步说明本发明优选实施例。

有一个手自动开关，确定被控设备工作在手动还是自动状态；

有一个系统自动状态下的启动按钮，用于自动状态下启动设备；

有一个系统自动状态下的停止按钮，用于自动状态下停止设备；

有一个现场的反馈点，用于了解设备的状态；

一个被控对象：电动机；

一个手动转换输出点，用于现场通过启停按钮启停设备；

要完成的任务是：

电动机在系统自动状态时，自动状态下按下系统启动按钮，电动机被启动；自动状态下按下系统停止按钮，电动机被停止。

参照图2，示出了本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统的模块示意图，

本发明优选实施例的工业过程控制快速生成系统，包括如下模块：

动作分解模块201：用于将被控元件1200按照需要的动作进行动作分解；本优选实施例中电动机的动作可以分解为启动和停止。

属性配置模块202：用于将上述分解的动作进行属性配置，并将所述属性配置的结果转换为能被属性解释模块识别的数据表，所述属性包括固有属性、系统属性、连接属性；固有属性是指：元件的DI(数字信号输入)、DQ(数字信号输出)、AI(模拟信号输入)、AQ(模拟信号输出)等属性，它是不需存在于任何系统已具备的基本属性，一个元件对象可以全部或部份具备这些属性，当溶入具体系统时，只需分配系统资源接口即可。

属性解释模块203：预置于控制器如PLC中的固定程序代码(非用户程序)，用于依据地址寻址的方式执行数据表中的控制动作。

功能组织模块204：用于选定上述控制动作在控制器例如PLC内何种模块下运行，如在主循环中执行或者在定时中断中执行等；

功能模板管理器205：行业通用的固定功能模块，例如PID调节等。

系统仿真管理器206：由于系统中已包含控制器例如PLC运行的全部数据，所以在脱离控制器例如PLC的情况，较为完整的仿真用户工程在控制器例如PLC中运行的全部过程。

还包括远程组态功能模块(图中未示)，用于远程建立或维护控制工程。

报表生成管理器207：由用户根据需要设定相应的各种报表。

图形生成管理器208：根据行业需要配置自己的设备图形，用于组态时选用。

PLC资源管理器209：管理PLC中实际用于连接外部设备的硬件点和需要使用的一些内部点，分类列出，方便在配置对象属性是调用。

动态界面管理器210：由用户根据现场需要设定各种用户界面，例如：设备工艺流程界面，设备监视界面，各种模拟量监视界面，报表界面等。

用户权限管理器211：根据现场不同的操作权限，设定相应的角色。

OPC配置管理器212：配置与PLC通讯的工具。

OPC服务管理器213：配置与PLC通讯的工具。

二次线路214：工业现场的电气控制回路。

下表就是本优选实施例：在一个控制系统中一台电动机的数据表，想让这台电动机在条件成立的情况下启动：

属性项目	用户填写
		手动开关地址	系统手动开关地址
自动开关地址	系统自动开关地址
		禁启开关地址	系统禁启开关地址
启动开关地址	系统启动开关地址
		停止开关地址	系统停止开关地址
驱动输出点地址	电动机驱动输出点地址
		状态反馈点地址	电动机状态反馈点地址
判断条件	真

填写好这张表，下传到控制器例如PLC，PLC中的属性解释模块203扫描到这张表时，判断手动、自动开关状态，如果在自动状态，判断禁启开关状态，如果为允许启动，则判断启动、停止开关状态，如果为启动，而填写的判断条件为“真”，则向驱动输出点输出“1”，表示启动，电动机就可以启动，相应的状态反馈点则会得到电动机的状态值。数据表中记录了运行结果的地址，地址中的运行结果就是控制结果。

再参照图3，进入工业过程控制快速生成系统界面

参照图4，新建一个工程项目

在该界面左方工程目录上单击右键，然后在弹出菜单上选择“创建工程”系统添加一默认工程名的项目，如：工程1，并为该项目生成资源及界面。当然，所有这些命名都可以改变。

参照图5，对被控元件进行资源定义

击开工程1>资源分配，建立用到的资源。

对于该项目，我们的定义如下：

系统手自/动开关：电机手动[I0.0]电机自动[I0.1]

系统启停开关：电机启动[I0.2]电机停止[I0.3]

设备状态：电机反馈[I0.4]

手动输出：电机手动[Q0.0]

设备输出：电机驱动[Q0.1]

这些DI、DO点应根据实际配线定义，这里只是举例。

这些定义以后出现在“系统资源”中，供组态时选用。

参照图6，这一步不是必须的,只是为接口定义了一个好听好记的名字。

参照图7，为工程分配用户界面，单击工程1>界面管理，系统自动生成一个用户界面，如果需要更多的界面，可以动态添加。

将电动机映射到工业过程控制快速生成系统中：

参照图8，建立图形视图：双击打开创建的“示例界面子界面”，单击右边的设备图库>电动机，拖放到界面的合适位置,。

参照图9,为电动机配置手自动转换的系统功能，双击电机图标，点击SW+，出现图8所示界面：

在“系统资源”管理器中：

填入【系统名称】：电机启停示例(在工厂工艺系统中该台设备所在系统的名称)

填入【工艺名称】：1#电机；(在工厂工艺系统中该台设备的名称)

为这个配置取一个【名称】：1#电机手自转换

【电机手动】拖入【手动】位置；

【电机自动】拖入【自动】位置；

【电机反馈】拖入【反馈】位置；

【电机手动】拖入【手动电源】位置；

【电机输出】拖入【驱动输出】位置；

【EN】处置【1】，表示有效

点击保存，配置完成。电动机已具备手动状态和自动状态的特性，也就是说，将一个手自动转换开关与电动机进行了连接。当然，一个系统如果有多个手自动转换开关，可以与任意一个连接。

在这里用到了固有属性和系统属性。当“1#电机手自转换”配置被系统生成时，“1#电机手自转换”同时产生一个“1#电机自动”属性，这就是前面提到的连接属性。

参照图10，结合参照图11，动作分解及属性配置，单击I/O进入图10所示界面

电动机被分解为两个动作：运行、停止。

现在我们首先为“运行”配置属性；

为这个配置取一个【名称】：1#电机运行

因为是运行配置，选择【启动设置】

在【EN】处拖入【1#电机自动】连接属性

由于没有使用现场【禁启】，该位置置【1】

将【电机启动】拖入【启动】位置

将【电机停止】拖入【停止】位置

选择【按钮启停】

由于没有其他控制条件，【IN0】、【IN1】位置置【1】

选择输出：ON，表示条件成立时，电机运行。

输出及反馈与手自动中配置相同，被自动设置

根据需要设置时间，

单击保存，电机的“运行“动作被映射到了工业过程控制快速生成系统中。

配置“停止“属性：

与运行配置比较，仅有以下几点不同：

1：【名称】变为：1#电机停止

2：选择【停止设置】

3：选择输出：OFF，表示条件成立时，电机停止。

通过以上步序，这个电机对象的动作控制被完全映射到了工业过程控制快速生成系统中。

参照图12，功能组织

点击工程1>功能组织，进入功能组织界面。对于这个简单工程，我们只需将其放入“主循环”中即可，如果需要，也可放入“定时中断”等。

进行如下组织：

1：拖入【手自动转换功能】；

2：拖入【1#电机手自转换】属性配置；

3：拖入【DI/DO运行功能】；

4：拖入【1#电机运行】属性配置；

5：拖入【1#电机停止】属性配置。

完成功能组织后，点击“下传数据”，该电机的控制任务完成了。由于控制器(如：PLC)内执行了属性解释模块的功能，现在可以运行工程。

通过以上示例，可以看出如下这些特征：

1：整个工程的实现，用户没有任何程序操作；

2：整个工程的实现，用户都是围绕要实现的功能，工艺工程师对要实现的功能最了解不过；

一般来讲，过程控制硬件系统都是由工控PC+通迅+控制器(如：PLC)+控制对象构成，本发明的工业过程控制快速生成系统一样也是由这些单元构成。从过程控制软件系统来看，都是由组态软件+控制器程序构成。然而该系统的软件组成架构及模型却与传统系统大不一样，比较如下：

(1)、组态系统：

a、现有组态系统是针对数据进行组态的，而本发明的工业过程控制快速生成系统的组态是实际元件实例化过程，并对其功能进行组态。也就是说，一个受控元件对象可以被本发明的工业过程控制快速生成系统赋予系统功能。

b、现有组态系统从不关注受控元件的动作，因为这被认为是控制器(如：PLC)的事。对于本发明的工业过程控制快速生成系统，元件对象的动作在这里被分解，形成动作属性流，而不是将一个组合动作交控制器解析处理。非常复杂的过程可交模板处理。

c、现有组态系统从不关注受控元件的动作在控制器内在哪里执行。对于本发明的工业过程控制快速生成系统，元件对象的动作被特有的功能组织模块进行规化、组织，在不需对控制器程序进行任何变动情况下，即可由本发明的工业过程控制快速生成系统决定所组织的功能动作在控制器何处执行，如：主循环、定时中断等。

d、现有组态系统对控制器内多变的用户程序一无所知，是非常独立的两部份内容，因此根本无法脱离控制器进行仿真。对于本发明的工业过程控制快速生成系统，该系统具有独特的仿真模块，它可以脱离控制器进行工程系统级仿真，而不是数据级的仿真。

e、现有组态系统应用对象是控制工程师，因此对专业知识要求较高。对于本发明的工业过程控制快速生成系统，目标是提供给最终用户的工艺工程师使用，因此，同样的功能，不得出现如：数据库、脚本语言等专业描述语句，只能通过易懂的方法实现控制器(如：PLC)内置的全部功能。

f、现有组态系统如果用户需更改工艺流程，控制工程师必须到达控制现场进行处理，否则无能为力。因为，即使组态系统可远程更改，控制器程序也无法改变。对于本发明的工业过程控制快速生成系统，使用对象是用户的工艺工程师，即使用户变更也出现问题，也可通过远程将仿真后的文件传至用户，用户只需将文件放入工程，即可全面更改工艺流程。与控制器程序无关。

g、现有组态系统从来都认为故障处理是控制器的事，自已只是被动配合，对于本发明的工业过程控制快速生成系统，虽然故障处理由控制器执行，却拥有故障处理的织组权，也就是说，每一个被控元件或工艺过程中出现异常，需要控制器作出的反应都可以在本发明的工业过程控制快速生成系统中定义、组态。

(2)、控制器(如：PLC)

a、现有控制器的机制是由控制工程师不断变化控制器程序去适应各行各业千变万化的工艺过程，而本控制器针对各行各业千变万化的工艺过程只有一套固定程序，并且可被预置，就如同PC机的操作系统。

b、现有控制器的机制是针对被控元件的用户程序，主要是执行用户程序逻辑，驱动被控元件。而本控制内的被称为＂操作系统＂的程序是固定的，它执行的是固定逻辑，利用数据流的变化改变执行结果，并不针对具体的被控元件执行针对性程序。

c、与现有控制器机制不同，本控制器机制是一个事件管理器，包括事件的产生、事件的登录、事件的处理。因此，该控制器不仅是逻辑执行器，更是一个针对事件的控制器。

本发明的工业过程控制快速生成系统，通过对被控元件进行动作的分解、属性的配置及控制的执行，完成对被控元件的控制，不必关心控制了多少被控元件，被控元件是什么，通过上述控制规则，实现了对所有不同类型的被控元件的通用、快速控制。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种工业过程控制快速生成系统，其特征在于，包括如下模块：

属性配置模块：用于将上述分解的动作进行属性配置，并将所述属性配置的结果转换为能被属性解释模块识别的数据表，所述属性包括固有属性即元件自身已具备的基本属性、系统属性即元件在具体系统表现出来的属性、连接属性即元件溶入系统后,对其他元件的动作产生影响，或被其他元件影响的属性；

属性解释模块：预置于控制器中的固定程序代码即非用户程序，用于依据地址寻址的方式执行数据表中的控制动作。

2.根据权利要求1所述的工业过程控制快速生成系统，其特征在于，在所述属性配置模块之后还包括

功能组织模块：用于选定上述控制动作在控制器内何种模块下运行。

3.根据权利要求2所述的工业过程控制快速生成系统，其特征在于，在所述功能组织模块之后还包括

仿真模块：用于仿真用户工程在控制器中运行的全部过程。

4.根据权利要求3所述的工业过程控制快速生成系统，其特征在于，还包括远程组态功能模块，用于远程建立或维护控制工程。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的工业过程控制快速生成系统，其特征在于，系统通过属性解释模块解释数据表即动作属性中的内容，得到运行逻辑结果，通过地址寻址，向该地址的外部元件发布运行结果。

6.一种工业过程控制快速生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

动作分解步骤：将被控元件按照需要的动作进行动作分解；

属性配置步骤：将上述分解的动作进行属性配置，并将所述属性配置的结果转换为能被属性解释模块识别的数据表，所述属性包括固有属性即元件自身已具备的基本属性、系统属性即元件在具体系统表现出来的属性、连接属性即元件溶入系统后,对其他元件的动作产生影响，或被其他元件影响的属性；

执行步骤：依据地址寻址的方式执行数据表中的控制动作。

7.根据权利要求6所述的工业过程控制快速生成方法，其特征在于，在所述属性配置步骤之后还包括

功能组织步骤：选定上述控制动作在控制器PLC内何种模块下运行。

8.根据权利要求7所述的工业过程控制快速生成方法，其特征在于，在所述功能组织步骤之后还包括

仿真步骤：仿真用户工程在控制器中运行的全部过程。

9.根据权利要求8所述的工业过程控制快速生成方法，其特征在于，还包括远程组态步骤，用于远程建立或维护控制工程。

10.根据权利要求6、7、8或9所述的工业过程控制快速生成方法，其特征在于，系统通过属性解释模块解释数据表即动作属性中的内容，得到运行逻辑结果，通过地址寻址，向该地址的外部元件发布运行结果。