CN107111748B - 用于基于工程图形对象来配置控制系统的装置的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在各方面，本发明公开一种使用配置服务器来配置工厂中的控制系统的装置的方法。该方法包括导入工程图形对象，检测多个文本元素和图形元素，将文本元素集合和图形元素集合识别为图例，将图形元素集合与对应文本元素关联并且将文本元素集合与对应图形元素关联，使用图形元素集合和文本元素集合来更新符号词汇表和装置标签词汇表，把来自多个图形元素和多个文本元素的一个或更多个图形元素和一个或更多个文本元素与对应装置关联，基于关联图形元素和关联文本元素来确定装置的控制信息，并且基于控制信息来生成多个工程制品。

Description

用于基于工程图形对象来配置控制系统的装置的方法和系统

技术领域

本发明涉及配置控制系统的方法，以及更具体来说，本发明涉及从现有工程图和过程图形相对控制系统自动生成各种工程制品。

背景技术

工业工厂和对应控制系统的设计、工程和调试是复杂和费时过程。要简化所涉及的复杂度，工程常常通过自动化服务提供商的各种人员使用各种工具分阶段进行。初始阶段涉及了解客户要求，并且由自动化服务提供商来生成工厂规范。自动化服务提供商通过显示预期工程图(例如过程流程图、过程和仪表(通常称作P&I)图等)来进行销售建议。预期工程图一般基于如标准所规定的符号定义，并且用作到限定系统架构、网络图、逻辑图、大小确定计算、材料帐单等的主要输入步骤。

在后续阶段，基于预期工程图，各种工程制品(例如I/O列表、常规工厂拓扑图等)通过添加关键细节并且执行必要操作(其在控制工程和操作的上下文中是相关的)来创建。这些工程制品由控制工程师在控制系统的装置的配置和调试期间来使用。

按常规，来自预期工程图的工程制品的生成通过自动化和控制工程师手动进行。生成工程制品的任务要求对控制工程师部分的域知识，并且因此涉及高技能相关成本。另外，装置的转换以及后续配置和调试的这个任务常常包括许多基本配置，其是冗余和重复的，当前手动执行，由此引起大规模工程项目的低效交付策略。

因此，根据以上论述，需要解决上述问题的系统和方法。

发明内容

通过阅读和理解以下说明书将会理解到，本文解决上述缺陷、缺点和问题。

在一个方面，本发明提供一种使用连接到数据资料库的配置服务器来配置工厂中的控制系统的一个或更多个装置的方法。数据资料库包括一个或更多个工程图形对象，其包括：按光栅图像格式的与工厂关联的一个或更多个工程图，以及按光栅图像格式的与控制系统关联的一个或更多个过程图形。

该方法包括基于预定标准从数据资料库来导入工程图形对象，分别通过使用文本检测和系统检测来检测工程图形对象中的多个文本元素和多个图形元素，基于预定标准分别从多个文本元素和多个图形元素来识别作为图例的文本元素集合和图形元素集合，基于空间接近性把来自图形元素集合的各图形元素与来自多个文本元素的文本元素关联，基于空间接近性把来自文本元素集合的各文本元素与来自多个图形元素的图形元素关联，分别使用图形元素集合和对应关联文本元素以及文本元素集合和对应关联图形元素来更新符号词汇表和装置标签词汇表，基于已更新的符号词汇表和已更新的装置标签词汇表把来自多个图形元素和多个文本元素的一个或更多个图形元素和一个或更多个文本元素与控制系统的对应一个或更多个装置关联，基于关联一个或更多个图形元素和关联文本元素来确定来自控制系统的一个或更多个装置的装置的控制信息，并且基于装置的控制信息来生成多个工程制品，包括控制逻辑以及系统拓扑图、控制逻辑图、人机接口的面板中的至少一个。

本文描述可变范围的系统和方法。除了本概述中所述的方面和优点之外，通过参照附图以及参照以下详细描述，其他方面和优点将会变得显而易见。

附图说明

下文中将参照附图示出的优选示范实施例更详细地说明本发明主题，在附图中：

图1示出按照本发明的各种实施例、用于配置控制系统的装置的系统；

图2示出按照本发明的各种实施例、用于配置控制系统的装置的方法；

图3示出如示范工程图中使用的系统图例和符号格式；

图4示出按照本发明的各种实施例的管路和仪表图的一个或更多个检测图形元件；

图5示出按照本发明的各种实施例的两个图形元素连同工程图中的关联文本元素；以及

图6示出按照本发明的各种实施例、属于功能区域CWS的相互邻近的文本元素的聚类；

图7示出按照本发明的各种实施例、指示流量传送器的连接的工程图的区段；以及

图8示出按照本发明的各种实施例、指示流量传送器的连接的工程图的区段。

具体实施方式

在以下详细描述中，参照形成其部分的附图，附图中通过举例说明的方式示出可实施的具体实施例。充分详细地描述这些实施例，以使本领域的技术人员能够实施实施例，并且要理解，可利用其他实施例，并且可进行逻辑、机械、电气和其他变更，而不背离实施例的范围。因此，以下详细描述并不是要理解为限制性的。

图1示出按照本发明的各种实施例、用于配置控制系统的装置的系统100。系统100包括多个数据资料库(图1中示为数据资料库140、数据资料库150、数据资料库160和数据资料库170)，其连接到配置服务器120，以用于控制系统100的配置和工程。数据资料库140和150包括由大量人员在工程的各种阶段和步骤期间所生成的多个工程图形对象(例如工程图、过程图形等)。

工程图包括诸如过程流程图、过程和仪表图等的简图。这些简图提供关于工厂中沿其I/O连接、布线、工厂中的位置等使用的各种测量和过程设备的信息。工程图和过程图形等按光栅图像格式来存储在数据资料库上。

多个数据资料库通过通信网络来连接到配置服务器120。配置服务器120确定来自工程图形对象的控制信息，并且随后将控制信息用于生成一个或更多个工程制品。术语“工程制品”包括工厂或设施的系统拓扑图、控制逻辑图、控制器的配置文件、智能电子装置、人机接口等。

在生成工程制品之后，配置服务器120部署对应装置(图1中示为流量计的智能电子装置115、控制器117和人机接口119)上的配置文件。其余工程制品(例如系统拓扑图、控制逻辑图等)存储在数据资料库160和170中。如果类似工程图形对象存在于数据资料库160或数据资料库170中，则配置服务器120根据所生成的工程制品来更新数据资料库(160或170)中的工程图形对象。

在一实施例中，以数据为中心方式由配置服务器120用来存储其余工程制品或者更新数据资料库中的工程数据。多个数据资料库通过发送一个或更多个预订请求向配置服务器120注册。相应地，配置服务器120向一个或更多个数据资料库发布一个或更多个工程制品。

在一实施例中，在对持久工程制品进行变更时，配置服务器120配置成接收与变更有关的通知，并且能够通过检查变更与其他工程制品是冲突还是一致来验证变更。通过这样做，配置服务器120能够去除工程图形对象与多个数据资料库上存储的工程制品之间的异常和冲突。

配置服务器120连接到工程工作站105。工程师能够使用工程工作站105来交互和配置该配置服务器120。在图2的描述中使用示例进一步说明相对配置服务器120的方面。

图2示出按照本发明的各种实施例、配置工厂中的控制系统100的一个或更多个装置的方法200。在步骤210，配置服务器120从数据资料库140来导入工程图形对象。

在步骤220，配置服务器120使用多个文本检测和符号检测技术来检测工程图形对象中的多个文本元素和图形元素。

在一实施例中，工程图形对象使用本领域的技术人员已知的多个图像重构技术来重构。多个图像重构技术包括但不限于过滤反投影、文本检测、符号检测的混合、如逆的图像过滤器、以及轮廓，例如被从声音基准所选以供检测的区域所包括的对象。一旦识别简图的某个质量，适当重构过程应用于来自同一工厂或客户的所有简图。

在一实施例中，符号使用霍夫圆(Hough Circle)和边缘检测技术来检测。基于纵横比和大小检验，滤出不相干符号。例如，如图4所示，配置服务器120确定相干符号(采用黑圆圈指示)。在一实施例中，当检测图形元素时，图形元素则裁剪成所检测的圆圈或轮廓中存在的文本节段。来自圆圈内部的图像这时用来从符号图像(其是预期文本区域)中提取节段。这时，将这些文本节段传递到基于过程符号的光学字符识别预测方案，其将嵌入节段中的文本作为文本元素返回。

在步骤230，配置服务器120基于预定标准分别从多个文本元素和多个图形元素中识别作为图例的文本元素集合和图形元素集合。这使用图3所示的工程图305进一步说明。

在一实施例中，把来自多个图形元素的各图形元素与符号词汇表文件中限定的符号进行比较。在一实施例中，将图形元素的轮廓与符号词汇表进行比较并且检查。符号词汇表包括多个符号连同对应描述。在一实施例中，符号词汇表包括支持向量机训练数据。如果比较图形元素的形状和方面与来自符号词汇表的符号相同，则比较图形元素没有识别为图例。如果比较图形元素的形状和方面与符号词汇表的符号的任一个不相同，则比较图形元素识别为图例，并且被包括在图形元素集合中。例如，当符号词汇表没有包括闸阀的符号或者具有闸阀的不同符号时，图形元素310(指示闸阀)识别为图例。

在另一个实施例中，来自多个图形元素的图形元素基于图形元素的位置和界定来识别为图例。如果图形元素通过连续线条来界定在框或表形区域中，则图形元素识别为图例并且被包括在图形元素集合中。例如，图形元素310位于工程图305的左上角邻近，以及处于界定图例表中，并且因此识别为图例。

在又一个实施例中，来自多个图形元素的图形元素基于将图形元素与另一个连接图形元素相连接的线条的数量来识别为图例。当图形元素断开连接、即没有连接到图形元素的任何线条时，图形元素识别为图例，并且被包括在图形元素集合中。例如，图形元素310没有将图形元素310连接到任何其他连接图形元素的任何线条，并且因此分类为图例元素。

在一实施例中，上述所有标准用于判定特定图形元素是否合格作为图例。权重能够指配给各标准，以优先化该标准。

类似地，在一实施例中，把来自多个文本元素的各文本元素与标签词汇表中限定的装置标签进行比较。如果比较文本元素与来自标签词汇表的装置标签相同，则比较文本元素未被识别为图例。否则，比较文本元素识别为图例，并且被包括在文本元素集合中。例如，当词汇表没有包括装置标签“闸阀”或者具有闸阀的不同标记或者包括不同语言的“闸阀”时，文本元素315“闸阀”识别为图例。

在另一个实施例中，来自多个文本元素的文本元素基于文本元素的位置和边界来识别为图例。如果文本元素通过连续线条来界定在框或表形区域中，则文本元素识别为图例并且被包括在图形元素集合中。例如，文本元素315位于工程图305的左上角邻近，以及处于界定图例表中，并且因此识别为图例。

在一实施例中，上述所有标准用于判定特定文本元素是否合格作为图例。权重能够指配给各标准，以优先化该标准。

在步骤240，在将图形元素识别为图例之后，配置服务器120确定识别为图例的图形元素邻近之内的对应文本元素。配置服务器120创建图形元素与文本元素之间的关联。例如，配置服务器120将文本元素315确定为处于图形元素310邻近之内，并且将文本元素315与图形元素310关联。如果在图形元素邻近之内存在多于一个文本元素，则具有离图形元素310最小距离的文本元素被确定为对应文本元素。在一实施例中，将标记所确定文本元素与图形元素之间的关联(在该处该确定基于接近性)，以解决冲突。

类似地，在步骤250，在将文本元素识别为图例之后，配置服务器120确定识别为图例的文本元素邻近之内的对应图形元素。配置服务器120创建图形元素与文本元素之间的关联。例如，配置服务器120将文本元素325确定为处于图形元素320邻近之内，并且将文本元素325与图形元素320关联。如果在文本元素邻近之内存在多于一个图形元素，则具有离文本元素320最小距离的图形元素被确定为对应图形元素。

在步骤260，配置服务器120基于识别为图例的文本元素集合和图形元素集合来更新符号词汇表和标签词汇表。在一实施例中，配置服务器120通过包括作为新符号的图形元素集合来更新符号词汇表。与图形元素关联的文本元素作为图形元素的符号定义来存储在符号词汇表中。类似地，在一实施例中，配置服务器120通过包括作为新装置标签的文本元素集合来更新标签词汇表。与识别为图例的文本元素关联的图形元素的符号定义作为文本元素的定义来存储在装置标签中。另外，在符号词汇表中，附加关联图形元素的符号定义，以包括识别为图例的文本元素。

在一实施例中，在更新符号词汇表和标签定义词汇表之前，配置服务器120基于在操作站105来自自动化工程师的用户输入来检验识别为图例的文本元素集合与对应图形元素之间的关联。类似地，在一实施例中，在更新符号词汇表和标签定义词汇表之前，配置服务器120基于来自自动化工程师的用户输入来检验识别为图例的图形元素集合与对应文本元素之间的关联。

在步骤270，配置服务器120基于已更新符号词汇表和已更新装置标签词汇表把来自多个图形元素的一个或更多个图形元素和来自多个文本元素的一个或更多个文本元素与控制系统的对应一个或更多个装置关联。配置服务器120利用符号定义和装置标签定义来确定图形元素或文本元素是否与控制系统的装置关联。

在一实施例中，配置服务器120在符号定义或装置标签定义中执行装置的名称和类型的语义和语音查找，以及如果在定义中记载装置的名称或类型，则配置将图形或文本元素与装置关联。例如，符号320在其符号定义中包括字“泵”，并且因此与泵装置关联。

在步骤280，配置服务器120基于与关联的一个或更多个图形元素关联的关联的一个或更多个图形元素和文本元素来确定来自控制系统的一个或更多个装置的装置的控制信息。控制信息包括装置的功能区域、对/从装置的过程输入和输出等。

装置的功能区域基于与对应图形元素关联的文本元素(即，装置标签)来确定。例如，如图5所示，标记为510的区域中的阀包括关联文本元素1C-ACW-V-001，指示功能区域辅助冷却水(ACW)。在一实施例中，配置服务器120从文本元素的一个或更多个聚类来识别一个或更多个功能区域。例如，如图6所示，配置服务器120基于文本元素610、620、630、640、650、660和670(其相互紧邻)中的公用短语(CWS；其代表功能区域冷却水站)来识别文本元素605的聚类。基于聚类605，配置服务器120将CWS识别为功能区域。相应地，对于阀615，配置服务器120基于聚类605来确定阀615属于功能区域CWS。

装置的输入和输出能够基于从其他连接图形元素到对应图形元素的入局和出局连接(通过工程图中的线条所示)来确定。例如，如图7所示，流量传送器720连接到控制元件710(其是控制阀致动器)并且连接到阀740和730。基于连接，配置服务器能够确定流量传送器具有到控制元件710以及到阀740和730的I/O链接。在一实施例中，配置服务器120能够基于连接到与装置关联的图形元素的对应图形元素的装置标签定义和符号定义来确定连接到装置的I/O的类型。例如，流量传送器720的装置标签定义指示流量传送器具有模拟输入类型。相应地，由于流量传送器720连接到控制元件710，所以配置服务器120确定控制元件(其是控制阀致动器)710包括模拟输出。

在步骤290，配置服务器120基于控制系统的一个或更多个装置的控制信息来生成多个工程制品，其包括控制逻辑以及系统拓扑图、控制逻辑图、人机接口的面板中的至少一个。控制信息由配置服务器120用来创建仪表列表、信号列表和I/O列表，其是对工程的关键输入，并且按照电子表或逗号分隔值或类似格式来提供。连同I/O列表一起，HMI元件或设备列表也采用与装置关联的图形元素的图形(X, Y)位置来创建。配置服务器120基于I/O列表从控制器、操作员站和服务器来例示多个控制装置。这涉及模拟I/O的数量、控制器的数字I/O能力、其通信能力及其接口以及操作员站及其接口和网络拓扑以及信息和通信的基于功能区域的组织。

基于设备列表以及到新HMI元件的映射，例示新HMI元件。通过准备控制功能块、基于控制资料库创建功能块的网络并且调度这些功能块以按控制信息中所述的定时要求进行响应，来准备控制逻辑。所创建的HMI元件固定在相干页面上或者为视觉改进重新组织。所准备的控制逻辑这时连接到I/O，使得控制逻辑能够获取来自现场的输入并且通过输出/致动器进行响应。

在一实施例中，配置服务器120能够执行基于对应图形元素的连接对识别为图例的文本元素与对应图形元素的关联的检验。

例如，如图7所示，流量传送器符号720连接到控制元件710和阀740、730。文本元素1C-JLK-FT处于流量传送器符号720的近邻之内，并且因此与流量传送器符号720关联。基于文本元素的聚类，配置服务器120确定功能区域为ACW。然而，与流量传送器符号720关联的文本元素1C-JLK-FT没有包括所识别功能区域“ACW”。基于此，配置服务器120确定文本元素1C-JLK-FT与流量传送器符号720不正确地关联。

在一实施例中，配置服务器120能够基于对应图形元素以及到图形元素的连接来检验与装置关联的控制原则。例如，如图8所示，流量传送器符号820连接到控制元件810和阀840、830。基于流量传送器820与控制元件810之间的连接，配置能够确定与流量传送器关联的控制原则是闭环控制。

在一实施例中，配置服务器120能够将简图迁移到新标准。例如，工程图可具有一个或更多个图形元素，其不再是实际的并且采用按照新标准的符号来取代。配置服务器基于与待取代图形元素关联的文本元素采用如标准中定义的新符号来取代图形元素。

在一实施例中，配置服务器120能够将简图翻译成不同语言。例如，工程图可具有按照第一语言的一个或更多个文本元素。配置服务器基于与待取代文本元素关联的图形元素采用按照第二语言的文本元素来取代文本元素。

本发明增强用于改型、用于维护、用于合规与监管的工厂的检测过程。设备检测从所定义图形或HMI页面来取得，以创建用于操作员体验的图形元素/符号。设备检测与过程检测共同集成，并且也可同时运行。

本书面描述使用示例来描述包括最佳模式的本主题，并且还使本领域的技术人员能够进行和使用本主题。本主题的专利范围由权利要求书来限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则预计它们落入权利要求的范围之内。

Claims (5)

1.一种使用连接至数据资料库的配置服务器(120)来配置工厂中的控制系统的一个或更多个装置的方法，其中所述数据资料库包括一个或更多个工程图形对象，其中一个或更多个工程图形对象包括与所述工厂关联的按光栅图像格式的一个或更多个工程图以及与所述控制系统关联的按光栅图像格式的一个或更多个过程图形，所述方法包括：

a. 从数据资料库导入工程图形对象；

b. 分别通过使用文本检测和符号检测来检测所述工程图形对象中的多个文本元素和多个图形元素；

c. 基于预定标准分别从所述多个文本元素和多个图形元素中将文本元素集合和图形元素集合识别为图例；

d. 基于空间接近性把来自所述图形元素集合的各图形元素与来自所述多个文本元素的文本元素关联；

e. 基于空间接近性把来自所述文本元素集合的各文本元素与来自所述多个图形元素的图形元素关联；

f. 分别使用所述图形元素集合和对应关联文本元素以及所述文本元素集合和对应关联图形元素来更新符号词汇表和装置标签词汇表，其中所述符号词汇表包括多个符号连同所述多个符号的对应描述，且在所述装置标签词汇表中限定装置标签；

g. 分别基于已更新的符号词汇表和已更新的装置标签词汇表把来自所述多个图形元素和所述多个文本元素的一个或更多个图形元素和一个或更多个文本元素与所述控制系统的对应一个或更多个装置关联；

h. 基于关联的一个或更多个图形元素和关联文本元素来确定来自所述控制系统的所述一个或更多个装置的装置的控制信息；以及

i. 基于所述装置的所述控制信息来生成多个工程制品，所述工程制品包括控制逻辑以及系统拓扑图、控制逻辑图、人机接口的面板中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述符号词汇表包括多个符号连同用于所述多个符号的对应描述。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装置的控制信息包括与所述装置关联的功能区、所述装置的输入和输出。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述关联的一个或更多个图形元素和关联文本元素来确定来自所述控制系统的所述一个或更多个装置的装置的控制信息包括

j. 基于来自一个或更多个连接图形元素、与所述装置关联的对应图形元素的入局和出局连接来确定所述装置的所述输入和输出；以及

k. 基于与所述装置关联的对应文本元素邻近之内的文本元素聚类来确定与所述装置关联的所述功能区。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述图形元素与一个或更多个连接图形元素之间的连接来检验识别为图例的图形元素与关联文本元素之间的关联。

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