CN111414440B - 一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法及系统，属于软件技术领域，解决了现有的方法执行效率低和验证质量差等问题。分别对功能图和算法组态图进行算法组态信息辨识，获得功能图信息和算法组态图信息；根据所述功能图信息和算法组态图信息，分别生成功能图信息表和算法组态图信息表，所述功能图信息表和算法组态图信息表均包括点信息、块信息和数据流信息；根据V&V验证库规则验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点信息、块信息和数据流信息是否分别对应一致；若一致，则正确；若不一致，则错误。提高了执行效率及验证质量，保证了控制系统后期运行的安全性。

Description

一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法及系统
技术领域
本发明涉及软件技术领域，尤其涉及一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法及系统。
背景技术
控制系统是核电站运行、操作与监控的中枢神经系统，是确保核电站安全可靠运行的重要装备，并帮助调整应对核电站运行和维护的需要。目前，全世界约40％的运行反应堆已全部更新或包含部分数字化控制系统。目前在建的核电站或将兴建的核电站，都将使用数字化控制系统。
目前，功能图和算法组态图以自然语言和半形式化表现为主，V&V工作都是以人工为主执行，V&V工作量巨大，导致存在部分任务执行效率不高和验证质量差等问题。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法及系统，用以解决现有的方法执行效率低和验证质量差等问题。
本发明提供了一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法，包括以下步骤：
分别对功能图和算法组态图进行算法组态信息辨识，获得功能图信息和算法组态图信息；
根据所述功能图信息和算法组态图信息，分别生成功能图信息表和算法组态图信息表，所述功能图信息表和算法组态图信息表均包括点信息、块信息和数据流信息；
根据V&V验证库规则验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点信息、块信息和数据流信息是否分别对应一致；若一致，则正确；若不一致，则错误。
进一步，所述功能图信息和算法组态图信息均包括变量的名称及类型、算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点；
基于所述变量的名称及类型对应得到点的名称及类型；
基于所述算法块的名称及类型对应得到块名称及类型；
基于所述逻辑连线的起点及终点对应得到数据流的起点及终点；
得到点信息、块信息和数据流信息。
进一步，所述点信息包括点标识、点类型和点名称；
所述块信息包括块标签、块类型和块名称；
所述数据流信息包括数据流标签、数据流起点和数据流终点。
进一步，所述验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点、块和数据流是否对应一致，具体包括如下步骤：
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同点标识对应的点名称和点类型，验证所述点名称和点类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同块标签对应的块类型和块名称，验证所述块名称和块类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同数据流标签对应的数据流起点和数据流终点，验证所述数据流起点和数据流终点是否对应一致。
进一步，保存验证结果，生成记录单并输出；
若验证正确，生成验证记录单并输出；若验证错误，生成异常问题记录单并输出。
本发明的另一个实施例，提供了一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的系统，该系统包括：
算法信息提取模块，用于分别对功能图和算法组态图进行算法组态信息辨识，获得功能图信息和算法组态图信息；
算法信息同构模块，用于根据所述功能图信息和算法组态图信息，分别生成功能图信息表和算法组态图信息表，所述功能图信息表和算法组态图信息表均包括点信息、块信息和数据流信息；
算法信息对比模块，用于根据V&V验证库规则验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点信息、块信息和数据流信息是否分别对应一致；若一致，则正确；若不一致，则错误。
进一步，所述功能图信息和算法组态图信息均包括变量的名称及类型、功能算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点；
基于所述变量的名称及类型对应得到点的名称及类型；
基于所述功能算法块的名称及类型对应得到块名称及类型；
基于所述逻辑连线的起点及终点对应得到数据流的起点及终点；
得到点信息、块信息和数据流信息。
进一步，所述点信息包括点标识、点类型和点名称；
所述块信息包括块标签、块类型和块名称；
所述数据流信息包括数据流标签、数据流起点和数据流终点。
进一步，所述算法信息对比模块还包括如下流程：
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同点标识对应的点名称和点类型，验证所述点名称和点类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同块标签对应的块类型和块名称，验证所述块名称和块类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同数据流标签对应的数据流起点和数据流终点，验证所述数据流起点和数据流终点是否对应一致。
进一步，该系统还包括结果输出模块，用于保存验证结果，生成记录单并输出；
若验证正确，生成验证记录单并输出；若验证错误，生成异常问题记录单并输出。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、本发明提供的一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法，解决了人工验证效率低和验证质量差等问题，实现了数据流同构的自动化验证，提高了验证效率，保证了验证质量。
2、通过将获得的功能图信息和算法组态图信息同构为点信息、块信息和数据流信息，实现了功能图信息和算法组态图信息的形式化，为后期的验证提供了基础支撑，提高了工作效率。
3、通过一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的系统，该系统利用数据流同构技术，实现了算法软件需求的形式化转换和算法组态图的反编译，将同构后的功能图特性信息与算法组态软件信息进行一致性比对验证。在此基础上算法信息映射关系可配置，提高了验证系统的通用性。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为一个实施例中一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法流程图；
图2为一个实施例中功能图示例；
图3为一个实施例中算法组态图示例；
图4为另一个实施例中一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
控制系统是核电站的核心，功能图和算法组态图是上下游的关系，它们都是控制系统的软件开发过程中的输出文件，功能图从控制系统的供应商处获得。控制系统设计人员根据控制系统算法组态图，将存储在控制器中的各种基本控制算法，按照生产工艺的控制方案顺序连接起来，并填进相应的参数后下装给控制器。功能图和算法组态图的一致性将影响控制系统的安全性，因此需要验证功能图与算法组态图的一致性。
本发明的一个具体实施例，公开了一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法，如图1所示。包括如下步骤：
S1、基于功能图和算法组态图，获得功能图信息和算法组态图信息。
具体的，功能图可以是各种结构化格式的文件，包括CAD、visio等；算法组态图包括xml格式和FBD格式。本实施例中以如图2所示的visio格式的功能图和如图3所示的xml格式的算法组态图为例。
功能图信息包括外部输入变量的名称及类型、外部输出变量的名称及类型、子系统内部页间跳转输入变量的名称及类型、子系统内部页间跳转输出变量的名称及类型、参数变量的名称及类型、功能算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点。
算法组态图信息包括外部输入变量的名称及类型、外部输出变量的名称及类型、内部输入变量的名称及类型、内部输出变量的名称及类型、参数变量的名称及类型、功能算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点。
获得的上述功能图信息和算法组态图信息，即代表了控制系统在运行过程中一个完整的运算流程，其中，外部输入变量和内部输入变量为控制系统的输入量，当在此基础上叠加参数变量后，相当于进行了逻辑运算，即可得到运算结果，该运算结果即为外部输出变量或内部输出变量。同时，功能算法块是控制系统逻辑运算过程中必不可少的功能模块；逻辑连线即是外部输入变量和内部输入变量进行逻辑运算的牵引线。故只要验证上述功能图信息和算法组态图信息的一致性，即验证了控制系统运行过程中完整的流程，其他未参与运算的次要信息可不必进行验证一致性。
基于得到的visio格式的功能图，利用FD2DB工具获得功能图信息，具体包括如下步骤：
识别visio图形单元，对所有visio图形单元进行分类及编号，得到外部输入变量、外部输出变量、子系统内部页间跳转输入变量、子系统内部页间跳转输出变量、参数变量、功能算法块和逻辑连线；其中，外部输入变量和外部输出变量均包括硬接线变量和网络变量。识别方法可采用计算机编程实现；
分别获取外部输入变量的名称及类型、外部输出变量的名称及类型、子系统内部页间跳转输入变量的名称及类型、子系统内部页间跳转输出变量的名称及类型、参数变量的名称及类型、功能算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点；
得到功能图信息，如下表1所示，并按照编号存放至数据库。
表1功能图信息对照表
基于得到的xml格式的算法组态图，利用RD2DB工具获得算法组态图信息，具体包括如下步骤：
识别xml图形单元，对所有xml图形单元进行分类及编号，得到外部输入变量、外部输出变量、内部输入变量、内部输出变量、参数变量、功能算法块和逻辑连线；识别方法可采用计算机编程实现；
分别获取外部输入变量的名称及类型、外部输出变量的名称及类型、内部输入变量的名称及类型、内部输出变量的名称及类型、参数变量的名称及类型、功能算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点；
得到算法组态图信息，如下表2所示，并按照编号存放至数据库。
表2算法组态图信息获得表
S2、根据所述功能图信息和算法组态图信息，生成功能图信息表和算法组态图信息表，所述功能图信息表和算法组态图信息表均包括点信息、块信息和数据流信息。
具体的，功能图信息表中的点信息和功能图信息中的变量信息对应一致；功能图信息表中的块信息和功能图信息中的算法块信息对应一致；功能图信息表中的数据流信息和功能图信息中的逻辑连线信息对应一致。
S3、根据V&V验证库规则验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点信息、块信息和数据流信息是否对应一致；若一致，则正确；若不一致，则错误。
具体的，V&V验证库规则为验证与确认规则，主要根据算法块相关信息的映射关系验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点信息、块信息和数据流信息的一致性。
与现有技术相比，本实施例提供的一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的方法，解决了人工验证效率低和验证质量差等问题，实现了数据流同构的自动化验证，提高了验证效率，保证了验证质量。
优选地，所述功能图信息和算法组态图信息均包括变量的名称及类型、算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点；
基于所述变量的名称及类型对应得到点的名称及类型；
基于所述算法块的名称及类型对应得到块名称及类型；
基于所述逻辑连线的起点及终点对应得到数据流的起点及终点；
得到点信息、块信息和数据流信息。
优选地，所述点信息包括点标识、点类型和点名称；
所述块信息包括块标签、块类型和块名称；
所述数据流信息包括数据流标签、数据流起点和数据流终点。
具体的，由功能图信息和算法组态图信息得到点信息、块信息和数据流信息的过程，实际上是对功能图信息和算法组态图信息的进一步归类，即分别将功能图信息中所有的变量归类为点，其中，变量名称对应点名称，变量类型对应点类型；将功能图信息中的所有算法块归类为块，其中，算法块名称对应块名称，算法块类型对应块类型；将功能图中的所有逻辑连线归类为数据流。
其中，数据流的起点和终点均包括数据流标签；块名称中包括块标签。
功能图信息中包括的外部输入变量、外部输出变量、子系统内部页间跳转输入变量、子系统内部页间跳转输出变量和参数变量归类为点，其中，每个变量的类型对应相应点的类型，每个变量的名称对应相应点的名称，即得到了所有变量对应的所有点信息；功能图中的功能算法块归类为块，算法功能块的名称对应块的名称，算法功能块的类型对应块的类型；逻辑连线归类为数据流，逻辑连线的起点对应数据流的起点，逻辑连线的终点对应数据流的终点。得到功能图信息表，如下表3所示。
表3功能图信息表
同理，将算法组态图中的外部输入变量、外部输出变量、内部输入变量、内部输出变量和参数变量归类为点，每个变量的类型对应相应点的类型，每个变量的名称对应相应点的名称，即得到了所有变量对应的所有点信息；功能图中的功能算法块归类为块，算法功能块的名称对应块的名称，算法功能块的类型对应块的类型；逻辑连线归类为数据流，逻辑连线的起点对应数据流的起点，逻辑连线的终点对应数据流的终点。得到功能图信息表，如下表4所示。
表4算法组态图信息表
通过将获得的功能图信息和算法组态图信息同构为点信息、块信息和数据流信息，实现了功能图信息和算法组态图信息的形式化，为后期的验证提供了基础支撑，提高了工作效率。
优选地，所述验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点、块和数据流是否对应一致，具体包括如下步骤：
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同点标识对应的点名称和点类型，验证所述点名称和点类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同块标签对应的块类型和块名称，验证所述块名称和块类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同数据流标签对应的数据流起点和数据流终点，验证所述数据流起点和数据流终点是否对应一致。
详细的验证功能图信息表和算法组态图信息表中的点信息、块信息和数据流信息是否对应一致，如下表5所示。
表5功能图信息和算法组态图信息验证对照表
具体的，上述验证规则属于V&V验证库规则，基于功能图信息表和算法组态图信息表，验证控制系统算法组态图与上游功能图的一致性。对于功能图和算法组态图中的算法块的一致性验证，当验证对象增加算法块类型或者改变属性设置时，只需要修改“算法块匹配规则”配置文件，验证工具就可以对新验证对象进行验证，不需要修改工具代码。
通过分别验证功能图信息表和算法组态信息表中对应的点信息、块信息和数据流信息的一致性，提高了验证的效率及正确率。
优选地，保存验证结果，生成记录单并输出；
若验证正确，生成验证记录单并输出；若验证错误，生成异常问题记录单并输出。
具体的，算法组态图与上游文件进行验证对比后，需要记录验证结果并输出。其中，对于验证结果正确的，系统输出验证记录单；对于验证结果错误的，系统输出异常问题记录单至工程人员，用于核查错误所在并及时纠正，解决功能图与算法组态图的不一致问题导致的验证质量差的问题，提高控制系统的安全性。
本发明的另外一个实施例，如图4所示，公开了一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的验证系统，该系统包括：
算法信息提取模块，用于基于功能图和算法组态图，获得功能图信息和算法组态图信息；
算法信息同构模块，用于根据所述功能图信息和算法组态图信息，生成功能图信息表和算法组态图信息表，所述功能图信息表和算法组态图信息表均包括点、算法块和数据流；
算法信息对比模块，用于验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点、算法块和数据流是否对应一致，若一致，则验证正确，若不一致，则验证错误。
通过一种利用数据流同构验证控制系统算法组态图的验证系统，该系统利用数据流同构技术，实现了算法软件需求的形式化转换和算法组态图的反编译，将同构后的功能图特性信息与算法组态软件信息进行一致性比对验证。在此基础上算法信息映射关系可配置，提高了验证系统的通用性。
优选地，所述功能图信息和算法组态图信息均包括变量的名称及类型、算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点；
基于所述变量的名称及类型对应得到点的名称及类型；
基于所述算法块的名称及类型对应得到块名称及类型；
基于所述逻辑连线的起点及终点对应得到数据流的起点及终点；
得到点信息、块信息和数据流信息。
优选地，所述点包括点标识、点类型和点名称；
所述算法块包括算法块标签、算法块类型和算法块名称；
所述数据流包括数据流起点和数据流终点。
通过将获得的功能图信息和算法组态图信息同构为点信息、块信息和数据流信息，实现了功能图信息和算法组态图信息的形式化，为后期的验证提供了基础支撑，提高了工作效率。
优选地，所述算法信息对比模块还包括如下流程：
基于所述点标识找到功能图信息表和算法组态图信息表相对应的点，验证所述点名称和点类型是否对应一致；
基于所述算法块标签找到功能图信息表和算法组态图信息表相对应的算法块，验证所述算法块名称和算法块类型是否对应一致；
验证所述功能图信息表和算法组态图信息表中的数据流起点和数据流终点是否一致。
通过算法信息对比模块，分别验证功能图信息表和算法组态信息表中对应的点信息、块信息和数据流信息的一致性，提高了验证的效率及正确率，保证了后期控制系统运行的安全。
优选地，该系统还包括结果输出模块，用于保存验证结果，生成记录单并输出；
若验证正确，生成验证记录单并输出；若验证错误，生成异常问题记录单并输出。
通过结果输出模块，实现了验证结果的输出，为工程人员提供了修改依据，提高了控制系统的工作效率。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。

Claims (6)

1.一种利用数据流同构验证核电站控制系统算法组态图的方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别对功能图和算法组态图进行算法组态信息辨识，获得功能图信息和算法组态图信息；
所述功能图信息和算法组态图信息均包括变量的名称及类型、功能算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点；
基于所述变量的名称及类型对应得到点的名称及类型；
基于所述功能算法块的名称及类型对应得到块名称及类型；
基于所述逻辑连线的起点及终点对应得到数据流的起点及终点；
得到点信息、块信息和数据流信息；根据所述功能图信息和算法组态图信息，分别生成功能图信息表和算法组态图信息表，所述功能图信息表和算法组态图信息表均包括点信息、块信息和数据流信息；
所述功能图信息表的信息内容包括：设备编号、序号、CPU名称、外部输入变量、外部输出变量、功能算法块、子系统内部页间跳转输入变量、子系统内部页间跳转输出变量、参数变量、逻辑连线；
所述算法组态图信息表的信息内容包括：外部输入变量、外部输出变量、内部输入变量、内部输出变量、算法块名称、参数变量、逻辑连线；
根据V&V验证库规则验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点信息、块信息和数据流信息是否分别对应一致；若一致，则正确；若不一致，则错误；所述V&V验证库规则为验证与确认规则，包括：根据算法块相关信息的映射关系验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点信息、块信息和数据流信息的一致性；所述验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点、块和数据流是否对应一致，具体包括如下步骤：
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同点标识对应的点名称和点类型，验证所述点名称和点类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同块标签对应的块类型和块名称，验证所述块名称和块类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同数据流标签对应的数据流起点和数据流终点，验证所述数据流起点和数据流终点是否对应一致。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点信息包括点标识、点类型和点名称；
所述块信息包括块标签、块类型和块名称；
所述数据流信息包括数据流标签、数据流起点和数据流终点。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，保存验证结果，生成记录单并输出；
若验证正确，生成验证记录单并输出；若验证错误，生成异常问题记录单并输出。
4.一种利用数据流同构验证核电站控制系统算法组态图的系统，其特征在于，该系统包括：
算法信息提取模块，用于分别对功能图和算法组态图进行算法组态信息辨识，获得功能图信息和算法组态图信息；
所述功能图信息和算法组态图信息均包括变量的名称及类型、功能算法块的名称及类型和逻辑连线的起点及终点；
基于所述变量的名称及类型对应得到点的名称及类型；
基于所述功能算法块的名称及类型对应得到块名称及类型；
基于所述逻辑连线的起点及终点对应得到数据流的起点及终点；
得到点信息、块信息和数据流信息；
算法信息同构模块，用于根据所述功能图信息和算法组态图信息，分别生成功能图信息表和算法组态图信息表，所述功能图信息表和算法组态图信息表均包括点信息、块信息和数据流信息；
所述功能图信息表的信息内容包括：设备编号、序号、CPU名称、外部输入变量、外部输出变量、功能算法块、子系统内部页间跳转输入变量、子系统内部页间跳转输出变量、参数变量、逻辑连线；
所述算法组态图信息表的信息内容包括：外部输入变量、外部输出变量、内部输入变量、内部输出变量、算法块名称、参数变量、逻辑连线；算法信息对比模块，用于根据V&V验证库规则验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点信息、块信息和数据流信息是否分别对应一致；若一致，则正确；若不一致，则错误；V&V验证库规则为验证与确认规则，包括：根据算法块相关信息的映射关系验证功能图信息表和算法组态图信息表中的所述点信息、块信息和数据流信息的一致性；所述算法信息对比模块还包括如下流程：
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同点标识对应的点名称和点类型，验证所述点名称和点类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同块标签对应的块类型和块名称，验证所述块名称和块类型是否对应一致；
分别从功能图信息表和算法组态图信息表中获得相同数据流标签对应的数据流起点和数据流终点，验证所述数据流起点和数据流终点是否对应一致。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述点信息包括点标识、点类型和点名称；
所述块信息包括块标签、块类型和块名称；
所述数据流信息包括数据流标签、数据流起点和数据流终点。
6.根据权利要求4或5的系统，其特征在于，该系统还包括结果输出模块，用于保存验证结果，生成记录单并输出；
若验证正确，生成验证记录单并输出；若验证错误，生成异常问题记录单并输出。
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