CN113495535B - 一种通过配置实现生产运行控制的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种通过配置实现生产运行控制的方法，属于智能控制领域。本发明包括：构建中心，用于将初始设备的接入数据构建设备变量关系图并根据设备变量关系图中的设备结点、变量结点以及计算结点管理模块构建的计算结点构建成执行逻辑；生产运行控制逻辑运行实例，是工厂内设备的执行逻辑，运行时可以识别此执行逻辑进行设备工作；运行时，用于执行生产运行逻辑。本发明在构建生产运行控制逻辑的过程中，全程无代码，使用者无需编程基础，通过图形化的方式构建实现控制逻辑，降低企业软件开发，运维成本。

Description

一种通过配置实现生产运行控制的方法及系统

技术领域

本发明涉及了一种通过配置实现生产运行控制的方法及系统，属于智能控制领域。

背景技术

随着社会的发展，生产水平不断提高，技术更新越来越快，生产模式的转变也越来越频繁，逐渐从过去的大批量单一品种生产转为变批量多品种的柔性生产，传统的生产运行控制系统的搭建方式面临着严峻挑战，生产运行控制系统的搭建方式正迎来全新的变革。

传统的生产运行控制系统的搭建方式为PLC电气工程师根据现场工艺工程师的工艺设计描述，进行PLC代码程序编写。PLC电气工程师代码编写完成后，需要与现场工艺工程师共同完成测试，逻辑修改。在这个过程中，存在效率低下问题，生产工艺的设计人员与实际的代码开发人员为两个专业的人员，不同专业的人员沟通存在分歧，在构建生产控制系统过程中浪费大量时间在沟通交流之中。而且，普通的生产工艺设计者，无法参与到生产控制逻辑的定制中，如果一旦需要修改生产逻辑，需要联系PLC电气工程师进行程序维护，大大提高了维护成本，降低生产利润。

本发明提出了一种通过配置实现生产运行控制的方法。首先构建初始设备变量关系图，建立工厂内所有关系数据库的设备变量关系图。接着构建计算结点，将所需设备的变量通过计算结点建立关系，输入变量通过计算结点的计算公式计算输出值，输出到输出计算结点，从而构建触发关系。最后构建运行实例，将某个控制所需的计算结点进行组合，构建一个闭环逻辑，从而构建了最终的生产运行控制逻辑。本发明还设计了运行时系统，运行时执行生产运行控制逻辑，达到最终生产运行控制的目的。本发明中，构建生产运行控制的全过程，均为无代码，全配置，图形化的构建方式，这样普通的生产工艺人员可以加入到生产运行控制实现中，不必再让技术人员花费大量时间来调整逻辑代码，降低了生产成本。

发明内容

本发明针对传统生产运行控制系统搭建方式的局限性，难以应对变批量多品种的柔性生产，无法让普通的生产工艺人员加入到生产运行控制系统的代码实现中，耗费人力成本较高，影响开发进度，提出了一种通过配置实现生产运行控制的方法。通过构建初始设备变量关系图，构建计算结点，构建运行实例四个步骤来构建生产运行控制逻辑，同时针对本发明的生产运行控制逻辑，设计实现了运行时系统，执行生产运行控制逻辑。在整个生产运行控制逻辑的构建实现过程中，均为无代码，拖拽配置的方式实现控制逻辑，使得不懂得代码实现的普通生产工艺人员能够自己实现生产运行控制逻辑，从而降低了企业的人力成本，提高了工作效率。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种通过配置实现生产运行控制的系统，包括：

构建中心，用于将待接入设备的接入数据构建设备变量关系图并根据设备变量关系图中的设备结点、变量结点以及计算结点管理模块构建的计算结点构建生产运行控制逻辑并根据生产运行控制逻辑生成生产运行控制逻辑运行实例；

运行时，用于识别生产运行控制逻辑运行实例。

所述构建中心包括：

数据融合模块，用于将初始设备的接入数据进行适配器驱动转换，转换为设备表和变量表；

图管理模块，用于根据数据融合模块所生成的设备表和变量表构建设备与设备的变量的关系，即构建设备变量关系图；

计算结点管理模块，用于构建计算结点；

运行实例管理模块，用于将图管理模块构建的设备变量关系图中的设备结点、变量结点以及计算结点管理模块构建的计算结点构建生产运行控制逻辑。

所述接入数据包括：结构化数据，即关系数据库；非结构化数据，即文档类数据；半结构化数据，即表格类数据。

所述计算结点是设备变量关系图中的一种类型结点，用于将不同设备的设备变量相关联。

计算结点与一个或多个设备的设备变量构成输入关系；计算结点与通过计算公式计算后的设备变量构成输出关系；计算公式为计算结点的属性，储存在图数据库中，一个计算公式有多个输入变量，只有一个输出变量。

所述运行时包括：

执行监听模块，用于全局监听系统内的生产运行控制逻辑运行实例的运行状态，针对生产运行控制逻辑中的计算结点，调用计算解析模块。

计算解析模块，用于解析计算结点中的计算公式并将解析后的计算公式输出发送给输出控制模块；

输入监听模块，用于监听生产运行控制逻辑运行实例中的计算结点输入变量的值并反馈给计算解析模块；

输出控制模块，用于将计算结点的计算公式计算后的设备变量值写入输出变量中；

一种通过配置实现生产运行控制的方法，包括以下步骤：

1)构建初始设备的设备变量关系图；

2)根据设备变量关系图构建计算结点，关联不同的设备变量；

3)将计算结点进行组合，构建生产运行控制逻辑生成生产运行控制逻辑运行实例；

4)启动运行时；

5)运行生产运行控制逻辑运行实例。

步骤1)包括：

1.1)建立数据融合模块通过适配器转换后生成的设备表、变量表的关系数据库储存设备变量信息；

1.2)通过适配器进行接入数据抽取；

1.3)建立图数据库；

1.4)根据图数据库构建设备变量关系图。

步骤2)包括：

2.1)新建计算结点，构建输入关系；

2.2)构建输出关系；

2.3)编辑计算结点属性并根据结点属性关联不同的设备变量。

步骤3)包括：

3.1)将计算结点、设备结点和变量结点的集合构成一个逻辑闭环，从而构建了生产运行控制逻辑；

3.2)根据生产运行控制逻辑生成生产运行控制逻辑运行实例。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.无代码，图形化方式实现生产控制逻辑。本发明在构建生产运行控制逻辑的过程中，全程无代码，使用者无需编程基础，通过图形化的方式构建实现控制逻辑，降低企业软件开发，运维成本。

2.生产运行控制逻辑的快速重构。生产运行控制的逻辑实现不再是企业外的PLC电气工程师，而是企业内的生产工艺人员，在生产运行控制逻辑需要修改时，企业内部即可快速通过图形化界面进行修改，快速重构，从而节省大量时间成本。

附图说明

图1是本发明的整体框架示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面参照附图进行详细说明。说明分为两部分，第一部分是系统整体架构以及实现。第二部分是使用者的具体操作过程。

第一部分本发明的系统整体架构及实现。

一种通过配置实现生产运行控制的方法。构建中心是本发明的核心模块之一，是生产运行控制逻辑执行的基础，构建中心能够通过无代码化的图形化配置方式，构建生产运行控制逻辑的运行实例。

所述构建中心，包括数据融合，图管理模块，计算结点管理模块，运行实例管理模块。四个模块相互配合，共同实现图形化的配置构建生产运行控制逻辑运行实例。

所述生产运行控制逻辑运行实例，是通过构建中心，利用图形化配置自动生成的生产运行逻辑，是生产运行控制的核心执行逻辑。

运行时模块是本发明的核心模块之一，负责生产运行控制逻辑的执行。对运行逻辑进行解析，监听变量的输入，解析控制逻辑的计算公式，并对输入的参数进行公式计算，输出到指定的输出变量，从而达到生产运行控制的目的。

所述运行时，包括计算解析，输入监听，输出控制以及执行监听模块，各个模块相互配合共同实现生产运行逻辑代码的执行。

本发明的系统整体架构，通过构建中心实现生产运行控制逻辑运行实例的自动构建，通过运行时，执行生产运行控制逻辑运行实例。构建中心与运行时互相配合，共同完成通过配置实现生产运行控制的目的。

本发明的系统架构的实现采用如下步骤来完成的实现：

1)构建中心实现

2)运行时实现

所述构建中心的实现包括以下步骤：

步骤1)数据融合模块的实现；

步骤2)图管理模块的实现；

步骤3)计算结点管理模块的实现；

步骤4)运行实例管理模块的实现；

所述运行时的实现包括以下步骤：

步骤1)执行监听模块的实现

步骤2)计算解析模块的实现；

步骤3)输入监听模块的实现；

步骤4)输出控制模块的实现；

参见附图1，是本发明的系统整体架构图，架构分为三个层次，分别为构建中心、生产运行控制逻辑运行实例以及运行时。生产运行控制逻辑运行实例是构建中心的输出，同时是运行时的输入。

下面，针对本发明的系统整体架构实现作详细说明。

首先，构建中心的实现。构建中心的功能是实现无代码图形化配置构建生产运行控制逻辑运行实例。

步骤1数据融合模块的实现。数据融合模块的功能是实现工厂内所有设备、变量数据的获取，对各种异构数据的兼容解析，实现所有格式数据的正常接入融合。

步骤1.1兼容异构数据。工厂数据的存储结构多种多样，分为三种类型，分别是结构化数据，非结构化数据以及半结构化数据。结构化数据即关系数据库，但是关系数据库也分为多种，包括mysql、oracle以及SQLServer等。非结构化数据，即为文档类数据，word、pdf等。半结构化数据是一些表格类数据，如excel数据。数据融合模块采用适配器设计模式的思想，针对每种类型的数据接入，设计特定的是适配器驱动转换，构建了一个适配器驱动库。用户可以在针对不同的工厂数据存储格式，在适配器库中选择不同的适配器，从而实现异构数据的兼容。

步骤1.2数据抽取存储格式。利用上述步骤1.1中的适配器将工厂内不同类型数据兼容，接入读取。适配器将各种不同类型的数据进行抽取转换为系统所需的存储格式的数据。数据的存储格式为mysql数据库表结构，分为设备表以及变量表。设备表的字段包括设备名称，设备id，设备的功能描述，出厂信息等。变量表的字段包括变量名称，变量的读取Restful路径，变量的写入Restful路径，变量所属设备的外键，变量的功能描述。

步骤2图管理模块的实现。图管理模块的功能是根据步骤1构建的存储格式的数据，自动构建设备变量关系图。本发明系统中的关系存储采用图数据库存储，图数据库相对于关系数据库的优点，是能够快速定位两个对象之间的关系，图数据库在本系统中能够发挥大优势。在图数据库中设备和变量信息作为结点存储，设备名称和变量名称分别是设备结点与变量结点的结点名称，设备表中的字段信息为设备结点的属性值。变量表中的字段信息为变量结点的属性值。设备表与属性表的外键关系对应于图数据中的“拥有”关系，表示的对应关系为设备拥有变量。通过上述的转换关系，根据设备、变量表，自动构建了设备变量关系图。

步骤3计算结点管理模块的实现。计算结点管理模块的功能是构建计算结点。上述步骤2已经建立了设备变量关系图，但是图中的设备与变量之间有“拥有关系”，不同设备之间，不同设备的变量之间没有对应关系，计算结点的目的是将不同设备的变量之间建立关联关系，构建一个工厂内完整的设备关系图。设备与设备之间的关系不是直接关联，而是通过不同设备拥有的变量之间建立联系。计算结点与变量之间的关系包括“输入”关系，“输出”关系，计算结点的属性包括计算公式。

步骤3.1输入关系与输入变量。计算结点是设备变量关系图中的一种类型结点，将不同设备的变量相互连接，计算结点与输入变量的关系为“输入”关系。后续在运行时执行过程中，程序会不断根据输入变量的属性读取路径读取变量值，作为计算结点的输入。计算结点可以与多个变量构建输入关系。

步骤3.2输出关系与输出变量。计算结点与输出变量的关系为“输出”关系。后续在运行时执行过程中，程序会将计算公式的输出值，通过输出变量的属性写入路径写入输出变量。

步骤3.3计算公式的实现。计算结点的计算公式作为计算结点的属性，存储于图数据库中。计算公式中的参数个数表示输入变量的个数，不同的输入变量对应不同的参数名，不同的参数经过计算公式的计算得到的数值，作为输出值，写入到输出变量。一个计算公式有多个输入值，但只有一个输出值。

步骤4运行实例管理模块的实现。上述步骤3构建了计算结点，将设备、变量之间建立了执行计算关联。运行实例是计算结点、设备结点以及变量结点的集合，构建了一个执行逻辑闭环。计算结点监听输入变量值，通过计算公式计算得到输出值，写入到输出变量中。在后续的运行时中，运行实例中的所有计算结点相互协作，构建了一个执行逻辑，通过不断的监听，写入变量值，从而操作变量所属设备，达到生产运行控制的目的。

步骤4.1运行实例的存储。运行实例是计算结点的集合。运行实例的存储实现采用关系数据库存储，运行实例表存储内容即为计算结点的id号。在运行时执行过程中，读取运行实例表，获取当前运行实例的计算结点的id，再利用图数据库搜索确定计算结点与变量的对应关系。

接着，运行时的实现。运行时的功能是对构建中心自动生成的生产运行控制逻辑运行实例的执行模块。

步骤1执行监听模块的实现。上述通过构建中心，系统生成了生产运行控制逻辑运行实例。工厂内同时具有多个运行实例，运行实例的状态为运行以及停止，执行监听模块实现的功能是不断监听可运行的逻辑实例，解析运行实例的计算结点，构建线程启动计算解析模块逻辑。

步骤2计算解析模块的实现。上述步骤1执行监听模块，针对运行实例中的计算结点启动对应计算解析模块。计算解析模块的功能是对计算结点的计算公式的在线解析。当前支持的计算运算包括四则运算，逻辑运算。

步骤3输入监听模块的实现。上述步骤2的计算解析模块的计算公式的在线解析，需要公式的输入值，输入监听模块的功能是向计算公式提供实时输入值，监听计算结点的输入变量的值，不断读取输入变量值。读取路径来自存储的关系数据库中的变量的读取Restful路径。

步骤4输出控制模块的实现。通过步骤2以及步骤3，计算结点得到计算公式的输出值，此步骤是对输出值的写入控制。输出控制模块将计算结点计算公式计算的数据写入到输出变量中，写入路径来自存储的关系数据库中的变量的写入Restful路径。

第二部分是使用者的具体操作过程。

使用者利用本系统通过配置实现生产运行控制逻辑。利用构建中心进行无代码，图形化配置自动构建生产运行逻辑实例。在运行时模块执行生产运行逻辑实例，从而完成了从实现到运行的生产运行控制的过程。

本发明通过配置实现生产运行控制的操作过程采用如下步骤：

1)构建生产运行控制实例；

2)运行生产运行控制实例；

所述构建生产运行控制实例包括以下步骤：

步骤1)构建初始设备变量关系图

步骤2)构建计算结点

步骤3)构建运行实例

所述运行生产运行控制实例包括以下步骤：

步骤1)启动本发明的运行时系统；

步骤2)启动特定的生产运行实例；

下面，针对本发明的使用过程作详细说明。

首先，构建生产运行控制实例。生产运行控制实例是本发明的核心，是通过配置，无代码图形化自动配置构建。

步骤1构建初始设备变量关系图。针对工厂内不同种类的数据，选择不同的适配器驱动抽取数据，并自动构建初始图数据库，即设备变量关系图。

步骤1.1建立关系数据库表存储设备变量信息。在图形化界面，将mysql数据库的配置信息配置到本发明系统中，包括驱动路径，用户名，密码，访问的ip地址，端口。

步骤1.2选择合适适配器进行数据抽取。针对工厂内不同种类的数据，选择不同的适配器，将抽取源的数据访问信息配置到适配器配置中。执行适配器自动抽取数据，将结果数据库存储到步骤1.1已经配置到mysql数据库中。

步骤1.3建立图数据库存储设备变量关系图。在图形化界面，将图数据库的配置信息配置到本发明系统中，包括访问的路径，访问用户名，密码，ip地址和端口。

步骤1.4运行执行构建设备变量关系图。

步骤2构建计算结点。上述步骤1已经生成构建了设备变量关系图。此步骤的目的是构建计算结点，将不同设备的变量进行关联。

步骤2.1新建计算结点，构建输入关系。在设备关系图预览中，新建计算结点，通过拖拽“箭头连线”,将某个变量与计算结点关联，“箭头”指向计算结点，由此建立了输入关系。一个计算结点可以与多个变量构建输入关系。

步骤2.2构建输出关系。在上述步骤2.1的基础上，通过拖拽“箭头连线”，将当前计算结点与某个变量关联，“箭头”指向变量，由此建立了输出关系。一个计算结点只可以与一个变量构建输出关系。

步骤2.3编辑计算结点属性。计算结点属性包括参数名，以及公式。参数名为当前计算结点的输入变量对应到计算公式中的参数名。公式即为包含参数的计算公式。例如计算结点的两个输入关系变量1,变量2，对应配置的参数名为a,b,配置计算公式为a+b,表示的含义为变量1与变量2的读取值相加，输出写入到输出变量中。

步骤3构建运行实例。通过上述步骤，在图数据库中已经建立了多个计算结点，将不同设备变量进行了关联。此步骤为对计算结点的组合，构建运行实例。

步骤3.1在运行实例构建的界面的计算结点栏中，显示当前数据库中的所有计算结点。用户拖拽多个计算结点至画布中，构成一个逻辑闭环，从而构建了运行实例。

步骤3.2保存构建的运行实例至关系数据库中，从而生成了生产运行控制逻辑实例。

接着，运行生产运行控制实例。上述步骤构建了生产运行控制实例，下面是执行逻辑实例。

步骤1启动本发明的运行时系统。本发明的运行时系统为可移植的程序，能够运行在多种操作系统。启动运行时服务，运行时不断执行监听，当前系统需要执行的逻辑实例。

步骤2启动特定的生产运行实例。在系统界面中，选择需要运行的生产运行实例，运行时系统会自动识别解析当前运行实例的信息，进行生产运行控制。

以上内容阐述了一种通过配置实现生产运行控制的方法的系统架构实现以及操作过程。本发明针对传统产线的难以应对变批量多品种的柔性生产，无法让普通的生产工艺人员加入到生产运行控制系统的代码实现中，耗费人力成本较高，影响开发进度，提出了一种通过配置实现生产运行控制的方法。使得编程方式更加简单，减少了企业人力成本。

Claims (7)

1.一种通过配置实现生产运行控制的系统，其特征在于，包括：

构建中心，用于将待接入设备的接入数据构建设备变量关系图并根据设备变量关系图中的设备结点、变量结点以及计算结点管理模块构建的计算结点构建生产运行控制逻辑并根据生产运行控制逻辑生成生产运行控制逻辑运行实例；

运行时，用于识别生产运行控制逻辑运行实例；

所述构建中心包括：

数据融合模块，用于将初始设备的接入数据进行适配器驱动转换，转换为设备表和变量表；

图管理模块，用于根据数据融合模块所生成的设备表和变量表构建设备与设备的变量的关系，即构建设备变量关系图；

计算结点管理模块，用于构建计算结点；

运行实例管理模块，用于将图管理模块构建的设备变量关系图中的设备结点、变量结点以及计算结点管理模块构建的计算结点构建生产运行控制逻辑；

所述计算结点是设备变量关系图中的一种类型结点，用于将不同设备的设备变量相关联；

计算结点与一个或多个设备的设备变量构成输入关系；计算结点与通过计算公式计算后的设备变量构成输出关系；计算公式为计算结点的属性，储存在图数据库中，一个计算公式有多个输入变量，只有一个输出变量。

2.根据权利要求1所述的一种通过配置实现生产运行控制的系统，其特征在于，所述接入数据包括：结构化数据，即关系数据库；非结构化数据，即文档类数据；半结构化数据，即表格类数据。

3.根据权利要求1所述的一种通过配置实现生产运行控制的系统，其特征在于，所述运行时包括：

执行监听模块，用于全局监听系统内的生产运行控制逻辑运行实例的运行状态，针对生产运行控制逻辑中的计算结点，调用计算解析模块；

计算解析模块，用于解析计算结点中的计算公式并将解析后的计算公式输出发送给输出控制模块；

输入监听模块，用于监听生产运行控制逻辑运行实例中的计算结点输入变量的值并反馈给计算解析模块；

输出控制模块，用于将计算结点的计算公式计算后的设备变量值写入输出变量中。

4.一种通过配置实现生产运行控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建初始设备的设备变量关系图；

2)根据设备变量关系图构建计算结点，关联不同的设备变量；

3)将计算结点进行组合，构建生产运行控制逻辑生成生产运行控制逻辑运行实例；

4)启动运行时；

5)运行生产运行控制逻辑运行实例；

构建中心包括：

数据融合模块，用于将初始设备的接入数据进行适配器驱动转换，转换为设备表和变量表；

图管理模块，用于根据数据融合模块所生成的设备表和变量表构建设备与设备的变量的关系，即构建设备变量关系图；

计算结点管理模块，用于构建计算结点；

运行实例管理模块，用于将图管理模块构建的设备变量关系图中的设备结点、变量结点以及计算结点管理模块构建的计算结点构建生产运行控制逻辑；

所述计算结点是设备变量关系图中的一种类型结点，用于将不同设备的设备变量相关联；

计算结点与一个或多个设备的设备变量构成输入关系；计算结点与通过计算公式计算后的设备变量构成输出关系；计算公式为计算结点的属性，储存在图数据库中，一个计算公式有多个输入变量，只有一个输出变量。

5.根据权利要求4所述的一种通过配置实现生产运行控制的方法，其特征在于，步骤1)包括：

1.1)建立数据融合模块通过适配器转换后生成的设备表、变量表的关系数据库储存设备变量信息；

1.2)通过适配器进行接入数据抽取；

1.3)建立图数据库；

1.4)根据图数据库构建设备变量关系图。

6.根据权利要求4所述的一种通过配置实现生产运行控制的方法，其特征在于，步骤2)包括：

2.1)新建计算结点，构建输入关系；

2.2)构建输出关系；

2.3)编辑计算结点属性并根据结点属性关联不同的设备变量。

7.根据权利要求4所述的一种通过配置实现生产运行控制的方法，其特征在于，步骤3)包括：

3.1)将计算结点、设备结点和变量结点的集合构成一个逻辑闭环，从而构建了生产运行控制逻辑；

3.2)根据生产运行控制逻辑生成生产运行控制逻辑运行实例。

Images