CN112068534B - 一种工业控制逻辑的图形化展示系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于过程控制及工业自动化领域，其公开了一种工业控制逻辑的图形化展示系统及方法，方便现场维护人员快速定位故障原因，减少维护时间，减少对生产进度的影响。系统包括：OPC采集层、组件封装层、逻辑链路层和终端显示层；本发明将控制单元内部的逻辑结构通过终端显示屏幕用图形化的形式展示出来，显示逻辑关系中各节点的实时状况和设备运转参数、工艺标准等相关数据，使现场维护人员对设备的运行逻辑更加熟悉，了解设备的运行状态。终端显示的内容不可修改，能防止操作编程软件时可能产生的误操作，导致原有程序被破坏，有效保护用户程序的正确性和完整性。在工艺流程中设备出现问题时，设备维护人员通过图形显示终端能快速找到故障原因，减少设备维护时间。

Description

一种工业控制逻辑的图形化展示系统及方法

技术领域

本发明涉及工业控制逻辑的图形化展示系统及方法，属于过程控制及工业自动化领域。

背景技术

工业控制系统(如PLC、FCS、DCS等)是根据用户编写的程序逻辑来实现对各种设备及工艺的过程控制和自动化控制，用户程序的逻辑关系和过程参数对生产现场设备尤其是自动化设备的运行尤为重要。随着工业设备自动化和智能化的不断发展，对安全性能、动作可靠性、工艺参数的要求越来越严格，也使得程序逻辑越来越复杂。

为保障用户程序的安全性和完整性，多数生产企业现场设备的程序修改和调试一般都由技术人员使用安装了专业软件的移动电脑来完成。普通维护人员不具备相应资源和权限，因此无法对程序代码或逻辑关系进行查看和监控。在设备或工艺过程出现问题时，往往无法快速找到原因，导致产品质量下降或造成生产停滞，影响生产进度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种工业控制逻辑的图形化展示系统及方法，方便现场维护人员快速定位故障原因，减少维护时间，减少对生产进度的影响。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种工业控制逻辑的图形化展示系统，包括：

OPC采集层，用于利用现场总线将各种现场设备连接至OPC采集通道，以汇聚生产现场各类信号和数据并进行记录；

组件封装层，用于利用基础图元对虚拟对象进行功能封装，获得一系列能够显示特定状态、可变更连接对象的图元功能组件，组成系统图元组件库；

逻辑链路层，用于对控制单元的控制逻辑进行简化，抽取与IO信号有关联的逻辑关系，用不同的图元功能组件和线条进行链接，形成与设备状态和工艺数据相符并能正确表达设备之间关系和功能的逻辑链路；

终端显示层，用于在终端设备上通过人机交互方式选取相应设备或工艺，并通过不同颜色显示出所选对象的信号状态及数据变化。

作为进一步优化，所述现场设备包括：各种输入输出元件、自动控制单元、数据采集器件和电机控制器。

作为进一步优化，所述自动控制单元包括不同类型PLC(可编程逻辑控制器)、DCS(分散控制系统)、FCS(现场总线控制系统)、数控设备或工业机器人；所述数据采集器件包括智能仪表、传感器或编码器；所述电机控制器包括变频器、调速器、软启动器、步进驱动器或伺服驱动器。

作为进一步优化，所述OPC采集通道是在OPC采集软件中根据现场设备的网络地址和类型分别建立的相关连接通道，采用不同的传输协议和网络参数与现场设备进行数据交换，并将采集到信号和数据汇聚到服务器。

作为进一步优化，所述图元功能组件是将多个基础图元分别进行功能定义后进行组合封装，用不同颜色显示离散量状态，用不同形状显示指令状态，用数字和字母显示各种设备数据和工艺参数。

作为进一步优化，所述设备数据和工艺参数包括压力、温度、液位、频率、速度、位移和各类代码。

此外，本发明还提供了一种工业控制逻辑的图形化展示方法，包括：

A、收集生产现场各现场设备的类型、网络地址以及采集的各类信号和数据；

B、利用基础图元对虚拟对象进行功能封装，获得一系列能够显示特定状态、可变更连接对象的图元功能组件，组成系统图元组件库；

C、对控制单元的控制逻辑进行简化，仅提取与输入输出相关的逻辑关系进行梳理；

D、在界面布置功能组件，根据逻辑节点的类型从图元组件库中选取相应的图元功能组件，并进行数据链接和参数设置；

E、构建单一设备逻辑链路，根据简化后的控制逻辑中的逻辑关系，采用连接线将相关图元组件连接起来，使之能正确表达单链路逻辑关系，且能通过不同颜色显示出节点状态及逻辑结果；

F、重复步骤C-E，分别构建各自的设备逻辑链路，在相应的界面进行布署并制作链接；

G、梳理所有设备间的逻辑关系，结合设备运转数据、工艺参数和仪表数据构建系统整体的逻辑结构；

H、通过编译软件将项目所有界面生成对应的目标文件，将目标文件部署到服务器，通过服务器的发布功能进行发布；

I、当通过监控显示终端访问并运行项目时，用户可获得工业控制逻辑的图形化展示。

作为进一步优化，步骤C中，简化后的控制逻辑具有以下特征：

与设备状态和工艺数据相符，并能正确表达设备各部件之间以及设备相互之间的关系和功能。

作为进一步优化，步骤E中，所述连接线为线条或者箭头。

作为进一步优化，步骤I中，所述用户获得工业控制逻辑的图形化展示，包括：通过人机交互方式选取相应设备或工艺，并通过不同颜色显示出所选对象的信号状态及数据变化。

本发明的有益效果是：

将控制单元内部的逻辑结构通过终端显示屏幕用图形化的形式展示出来，显示逻辑关系中各节点的实时状况和设备运转参数、工艺标准等相关数据，使现场维护人员对设备的运行逻辑更加熟悉，了解设备的运行状态。

终端显示的内容不可修改，能防止操作编程软件时可能产生的误操作，导致原有程序被破坏，有效保护用户程序的正确性和完整性。在工艺流程中设备出现问题时，设备维护人员通过图形显示终端能快速找到故障原因，减少设备维护时间。

附图说明

图1为本发明实施例中的图形化展示系统结构框图；

图2为生成单一设备逻辑链路的流程图；

图3为系统整体逻辑结构示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种工业控制逻辑的图形化展示系统及方法，方便现场维护人员快速定位故障原因，减少维护时间，减少对生产进度的影响。本发明将控制单元内部的程序逻辑关系、工艺数据和设备参数用图形和数字的方法通过终端显示屏幕展示出来，实现设备状态监控、数据显示、逻辑链关键节点提示、设备报警记录等功能。

实施例：

以对PLC的控制逻辑实现图形化展示为例，如图1所示，本实施例中的图形化展示系统结构包括：OPC(OLE for Process Control)采集层、组件封装层、逻辑链路层、终端显示层；

①OPC采集层：

该层使用现场总线将各种输入输出元件、自动控制单元、数据采集器件、电机控制器连接至OPC采集通道，用于汇聚生产现场各类信号和数据并进行记录。

所述数据采集器件包括智能仪表、传感器、编码器，所述电机控制器包括变频器、调速器、软启动器、步进驱动器、伺服驱动器等设备。

所述OPC采集通道，是在OPC采集软件中根据设备网络地址和类型分别建立相关的连接通道，采用不同的传输协议和网络参数与现场设备进行数据交换，并将采集到信号和数据提交到服务器。

②组件封装层：

该层将基础图元针对虚拟对象进行功能封装，得到一系列能够显示特定状态、可变更连接对象的图元功能组件，组成系统图元组件库。

上述图元功能组件是将多个基础图元分别进行功能定义后进行组合封装，用不同颜色显示离散量状态，用不同形状显示指令状态，用数字和字母显示各种设备数据和工艺参数，包括压力、温度、液位、频率、速度、位移和各类代码。

③逻辑链路层：

该层将PLC执行的程序结构进行简化，抽取与IO信号有关联的逻辑关系，用不同的图元功能组件和线条进行链接，形成与设备状态和工艺数据相符并能正确表达设备之间关系和功能的逻辑链路。

④终端显示层：

该层在终端设备上通过人机交互方式选取相应设备或工艺并通过不同颜色显示出所选对象的信号状态及数据变化。此处的终端设备包括工业触摸控制屏、台式或移动电脑和手机、平板等手持式智能终端。

基于上述系统，本实施例实现的工业控制逻辑的图形化展示方法包括以下步骤：

步骤(1)、汇总生产现场各PLC类型、网络地址、采集的各类信号和数据及智能仪表信息。在OPC采集软件中按照不同的传输协议和网络参数建立不同的通道，并在各个通道中分别进行相应设备的添加。在设备中建立与该设备相关的且数量和类型相符的多个变量，分别与采集数据一一对应；

步骤(2)、定义图元功能组件，将多个基础图元分别进行功能定义后进行组合封装，最后组成系统图元组件库。图元功能组件的特征是：

①能够显示特定状态：用不同颜色显示离散量状态，用不同形状显示指令状态，用数字和字母显示各设备数据和工艺参数，包括压力、温度、液位、频率、速度、位移和各类代码。

②可变更连接对象：对应同一类型图元，可使用同一功能组件，只需更改连接对象为OPC中定义的相应实例对象即可。

步骤(3)、进行逻辑关系简化，只提取与输入输出相关的逻辑关系进行梳理和简化，构造相对更直观的逻辑结构。简化后的逻辑结构的特征是：与设备状态和工艺数据相符并能正确表达设备各部件之间以及设备相互之间的关系和功能；

步骤(4)、在界面布置功能组件，根据逻辑节点的类型从图元组件库中选取相应的图元功能组件，设定尺寸位置并进行排列和调整，对每一个图元组件进行数据链接和参数设置；

步骤(5)、构建单一设备逻辑链路，根据简化后的梯形图或结构化编程语言表述的逻辑关系，使用简单的线条或箭头将相关图元组件连接起来，使之能正确表达单链路逻辑关系，且能通过不同颜色显示出节点状态及逻辑结果；

步骤(6)、对每台设备分别按照上述步骤(3)-(5)，分别构建各自的设备逻辑链路，流程如图2所示，并在相应的界面进行布署并制作链接；

步骤(7)、梳理所有设备间的逻辑关系，结合设备运转数据、工艺参数和仪表数据并构建系统整体的逻辑结构，如图3所示，应注意的是设备间逻辑关系不应进行简化，且所涉及的逻辑节点状态或数据值均应在相关界面进行显示，并以此作为数据验证依据和测试设备相互间通讯状态；

步骤(8)、通过编译软件将项目所有界面生成对应的目标文件，将目标文件部署到服务器，通过服务器的发布功能进行发布，供计算机、手持终端和现场监控触摸屏访问。

Claims (10)

1.一种工业控制逻辑的图形化展示系统，其特征在于，包括：

OPC采集层，用于利用现场总线将各种现场设备连接至OPC采集通道，以汇聚生产现场各类信号和数据并进行记录；

组件封装层，用于利用基础图元对虚拟对象进行功能封装，获得一系列能够显示特定状态、可变更连接对象的图元功能组件，组成系统图元组件库；

逻辑链路层，用于对控制单元的控制逻辑进行简化，抽取与IO信号有关联的逻辑关系，用不同的图元功能组件和线条进行链接，形成与设备状态和工艺数据相符并能正确表达设备之间关系和功能的逻辑链路；

终端显示层，用于在终端设备上通过人机交互方式选取相应设备或工艺，并通过不同颜色显示出所选对象的信号状态及数据变化。

2.如权利要求1所述的一种工业控制逻辑的图形化展示系统，其特征在于，

所述现场设备包括：各种输入输出元件、自动控制单元、数据采集器件和电机控制器。

3.如权利要求2所述的一种工业控制逻辑的图形化展示系统，其特征在于，

所述自动控制单元包括不同类型PLC、DCS、FCS、数控设备或工业机器人；所述数据采集器件包括智能仪表、传感器或编码器；所述电机控制器包括变频器、调速器、软启动器、步进驱动器或伺服驱动器。

4.如权利要求1所述的一种工业控制逻辑的图形化展示系统，其特征在于，

所述OPC采集通道是在OPC采集软件中根据现场设备的网络地址和类型分别建立的相关连接通道，采用不同的传输协议和网络参数与现场设备进行数据交换，并将采集到信号和数据汇聚到服务器。

5.如权利要求1所述的一种工业控制逻辑的图形化展示系统，其特征在于，

所述图元功能组件是将多个基础图元分别进行功能定义后进行组合封装，用不同颜色显示离散量状态，用不同形状显示指令状态，用数字和字母显示各种设备数据和工艺参数。

6.如权利要求5所述的一种工业控制逻辑的图形化展示系统，其特征在于，

所述设备数据和工艺参数包括压力、温度、液位、频率、速度、位移和各类代码。

7.一种工业控制逻辑的图形化展示方法，其特征在于，包括：

A、收集生产现场各现场设备的类型、网络地址以及采集的各类信号和数据；

B、利用基础图元对虚拟对象进行功能封装，获得一系列能够显示特定状态、可变更连接对象的图元功能组件，组成系统图元组件库；

C、对控制单元的控制逻辑进行简化，仅提取与输入输出相关的逻辑关系进行梳理；

D、在界面布置功能组件，根据逻辑节点的类型从图元组件库中选取相应的图元功能组件，并进行数据链接和参数设置；

E、构建单一设备逻辑链路，根据简化后的控制逻辑中的逻辑关系，采用连接线将相关图元组件连接起来，使之能正确表达单链路逻辑关系，且能通过不同颜色显示出节点状态及逻辑结果；

F、重复步骤C-E，分别构建各自的设备逻辑链路，在相应的界面进行布署并制作链接；

G、梳理所有设备间的逻辑关系，结合设备运转数据、工艺参数和仪表数据构建系统整体的逻辑结构；

H、通过编译软件将项目所有界面生成对应的目标文件，将目标文件部署到服务器，通过服务器的发布功能进行发布；

I、当通过监控显示终端访问并运行项目时，用户可获得工业控制逻辑的图形化展示。

8.如权利要求7所述的一种工业控制逻辑的图形化展示方法，其特征在于，

步骤C中，简化后的控制逻辑具有特征：与设备状态和工艺数据相符，并能正确表达设备各部件之间以及设备相互之间的关系和功能。

9.如权利要求7所述的一种工业控制逻辑的图形化展示方法，其特征在于，

步骤E中，所述连接线为线条或者箭头。

10.如权利要求7-9任意一项所述的一种工业控制逻辑的图形化展示方法，其特征在于，

步骤I中，所述用户获得工业控制逻辑的图形化展示，包括：通过人机交互方式选取相应设备或工艺，并通过不同颜色显示出所选对象的信号状态及数据变化。

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