CN116997871A - 一种嵌入分散控制系统的工厂服务器及其安全网络结构 - Google Patents
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Abstract
一种嵌入分散控制系统的工厂服务器及其安全网络结构，服务器（2）至少包括二维模块（1）和三维模块（3），二维模块（1）：用于以二维的方式显示被控对象，以便操作方控制其状态；三维模块（3）：用于以三维的方式显示被控对象，以便操作方显示其当前控制或查看的被控对象，被控对象的二维图形部件与被控对象的三维图形部件之间以映射的方式相关联，使得操作方能够在三维视图中定位到二维图形部件，当操作方在二维视图上划定景深区域时，三维模块（3）按照指定的景深区域来显示被控对象的三维图形部件；景深区域是指能够清晰显示被控对象的三维图形部件的距离范围；能够将二维视图与三维视图同步显示，便于操作人员有目标地巡视工厂。
Description
本发明涉及数字孪生技术领域，尤其涉及一种嵌入分散控制系统的工厂服务器及其安全网络结构。
数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
数字孪生是个普遍适应的理论技术体系，可以在众多领域应用，目前在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用较多。目前在国内应用最深入的是工程建设领域，关注度最高、研究最热的是智能制造领域。
中国专利CN107817777A公开了一种电站集控操作台二三维及视频画面联动监控系统，包括分散控制系统、电厂一体化数据平台和数字化三维装置，在操作台设置第一显示设备和第二显示设备，第一显示设备连接分散控制系统操作员站，第二显示设备连接电厂一体化数据平台操作员站；三维模型数据库、SIS系统数据库和视频监视数据库分别连接至电厂一体化数据平台的主干网；分散控制系统的以太网与电厂一体化数据平台的主干网之间设置有物理隔离装置和接口机。但是，该发明仅将数据平台与三维装置进行数据通信，没有将二维画面与三维画面进行同步的实时数据传输和订阅。
专利CN110324224A公开了一种核电机组安全级DCS网络结构，包括构成环网的人机数据总线、安全总线和安全系统总线，核电机组安全级DCS布置在环网中；人机数据总线内的节点的布置位置、安全总线内的节点的布置位置、及安全系统总线内的节点的布置位置满足：具有同盘台的多个子机柜的布置节点相邻、具有同路电源的多个子机柜的布置节点相邻，可最大限度避免具有同盘台、同路电源的子机柜在断电或者维修脱网时对安全级DCS其他设备造成影响；提升安全级DCS调试检修工作效率、调试效率、降低调试工期；降低了单个控制站或单列控制柜停盘维护的影响范围，提高了系统的可维修性和可靠性。但是该网络结构不适用于当前的在分散控制系统集成可视化数字工厂。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
现有技术没有置景深区域的划定方式，操作方在操作员站查看三维视图的设备时，三维模块无法确定操作方下一步即将查看的设备，只能将当前三维视图内的所有设备均以高清的方式来显示。然而实际中，有很多设备的三维图形及其属性，操作方不会详细查看。这就导致了三维模块向操作员站发送了过量的不必要的数据，导致操作员站的数据延迟以及三维图形更新缓慢，影响操作员站的画面更新速度。
针对现有技术之不足，本发明提供了一种嵌入分散控制系统的工厂服务器，至少包括二维模块和三维模块，二维模块：用于以二维的方式显示被控对象，以便操作方控制其状态；三维模块：用于以三维的方式显示所述被控对象，以便操作方显示其当前控制或查看的被控对象，所述被控对象的二维 图形部件与所述被控对象的三维图形部件之间以映射的方式相关联，使得操作方能够在三维视图中定位到所述二维图形部件，其中，当操作方在二维视图上划定景深区域时，三维模块按照指定的景深区域来显示被控对象的三维图形部件；景深区域是指能够清晰显示被控对象的三维图形部件的距离范围。
本发明，通过设置景深区域来将二维视图中的被控对象在三维视图中有重点地显示。随着操作方的操作来调节被控对象的清晰度，使得被控对象的三维图形部件的清晰度基于操作的需要而变化。如此，操作方能够有计划地、有目标地对景深区域内的被控对象进行查看，避免了无目标的漫游查看行为。
优选地，所述被控对象的属性能够响应于操作方的操作以二维和三维方式并行地显示，当操作方在显示的二维视图上以不限定的几何形状划定三维视图的景深区域，所述二维模块将景深信息发送至所述三维模块；所述三维模块响应于景深信息，将景深区域内的被控对象以三维图形进行展示。
优选地，当操作人员查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作人员查看内容超出景深区域。
优选地，当操作人员在三维视图中划定景深区域时，三维模块能够根据景深区域搜索数据，并且给出景深区域内的设备的表单；操作人员根据表单来查看需要的信息。
本发明通过景深区域的指定，三维模块能够减少向查看的显示设备的输送数据的数据量。三维模块基于二维模块发送的景深区域以及景深区域内的设备名单筛选三维图形及其属性数据的高清数据，并且发送至显示设备。即，三维模块能够基于景深区域有目标的筛选和输送数据，从而减少大量的不必要数据的发送。
优选地，三维模块以预设角度初步显示被控对象的三维图形；其中，响应于操作方的点选信息或显示角度请求，三维模块调节被控对象的显示角度至指定角度。
优选地，所述三维模块与至少一个图形服务器建立通信连接，
所述图形服务器将被控对象的三维数据与属性数据融合形成显示被控对象属性的三维图形。
本发明还提供一种嵌入分散控制系统的安全网络结构，至少包括数据服务层、数据应用层和操作监控层，所述数据应用层设置在位于第二层网络的操作监控层和位于第三层网络的数据服务层之间，其中，所述数据应用层包括至少一个二维模块和至少一个三维模块，被控对象的属性分别由所述二维模块和所述述三维模块以二维和三维的方式并行地显示为二维图形部件和三维图形部件，被控对象的所述二维图形部件和所述三维图形部件以映射的方式设置，使得操作方能够在用于显示三维图像部件的三维视图中定位到所述二维图形部件。
优选地，所述数据应用层还包括图形服务器，所述图形服务器将被控对象的三维数据与被控对象的属性融合形成能够实时更新的三维图形部件，并且发送至所述三维模块。
优选地，在被控对象的二维视图被按照自定义的几何形状划分景深区域的情况下，所述三维模块响应于第一操作站发送的景深区域信息并显示在所述景深区域内的被控对象的三维图形部件。
优选地，所述数据服务层的第二防火墙装置与所述操作监控层的第一防火墙装置之间通过至少一个第一网络交换装置建立通信连接，其中，所述数据应用层通过至少一个第二网络交换装置与所述操作监控层建立通信连接，
所述第二网络交换装置与所述第一网络交换装置之间设置有至少一个第三防火墙装置。
优选地，所述操作监控层包括至少一个第一操作站，所述第一操作站用于并行地查看和控制被控对象的二维图形部件和三维图形部件，在被控对象的二维图形部件被点选的情况下，所述三维模块响应于第一操作站发送的点选操作信息，按照操作方对二维图形部件的预先设置来显示与所述被控对象 的二维图形部件对应的三维图形部件。
本发明的安全网络结构，设置有三层防火墙，既能够防止网络攻击，又能够有利于二维模块与三维模块的并行显示和以景深区域为重点范围清晰显示，二维视图和三维视图的变化响应更快。
本发明还提供一种嵌入分散控制系统的工厂服务器的被控对象显示方法，所述方法至少包括：所述被控对象的二维图形部件与所述被控对象的三维图形部件之间以映射的方式相关联，使得操作方能够在三维视图中定位到所述二维图形部件，其中，被控对象的属性能够响应于操作方的操作以二维和三维方式并行地显示，当操作方在二维视图上划定景深区域时，三维模块按照指定的景深区域来显示被控对象的三维图形部件；景深区域是指能够清晰显示被控对象的三维图形部件的距离范围。
优选地，当操作方在显示的二维视图上以不限定的几何形状划定三维视图的景深区域，二维模块将景深信息发送至所述三维模块；三维模块响应于景深信息，将景深区域内的被控对象以三维图形进行展示。
优选地，当操作人员查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作人员查看内容超出景深区域。
优选地，三维视图以预设角度初步显示被控对象的三维图形；其中，响应于操作方的点选信息或显示角度请求，三维视图中的被控对象的显示角度调节至指定角度。
本发明还提供的嵌入分散控制系统的工厂服务器的被控对象显示方法，通过景深区域的指定，三维模块能够减少向查看的显示设备的输送数据的数据量。三维模块基于二维模块发送的景深区域以及景深区域内的设备名单筛选三维图形及其属性数据的高清数据，并且发送至显示设备。即，三维模块能够基于景深区域有目标的筛选和输送数据，从而减少大量的不必要数据的发送。
图1是本发明的孪生工厂服务器的结构示意图；
图2是本发明的分散控制系统的结构示意图；
图3是本发明的某个被控对象的二维图形和三维图形的对比显示的示意图；
图4是本发明的二维图形部件的示意图；
图5是本发明的三维图形部件的一个被控对象的其中一个角度的示意图；
图6是本发明的三维图形部件的一个被控对象的另一个角度的示意图；
图7是本发明的三维图形部件的其中一个示意图。
附图标记列表
1：二维模块；2：图形服务器；3：三维模块；4：控制装置；5：操作终端；F1：生产运行管理层；F2：数据服务层；F3：数据应用层；F4：操作监控层；F5：过程控制层；11：人员定位系统；12：数据库系统；13：高级应用终端；14：WEB客户端；21：调度站；22：生产分析客户端；23：WEB服务器；24：防护服务器；44：数据库；45：时间同步器；50：被控对象；51：第一操作站；52：第二操作站；53：工程师站；61：第一防火墙；62：第二防火墙：63：第三防火墙。
下面结合附图进行详细说明。
本发明中，二维图形不是现有技术中象征性的二维模型或二维标识，而是能够显示被控对象属性的二维图形。
本发明中的三维模型是能够显示被控对象属性的三维图形，即三维图形与属性的融合。
本发明中的被控对象的属性，至少包括被控对象的尺寸、型号、位置、关联组件、工作状态、运行状态、环境状态等等。例如，显示被控对象属性的二维图形，其部件尺寸大小是与被控对象的真实 尺寸呈一定比例的，其部件连接位置是与真实情况一致的。特别地，被控对象属性的二维图形，其三维的部件结构的设置与被控对象的真实部件结构设置完全一致，在被控对象的某个部件移动或者打开时，三维图形的对应部件处于移动或者打开状态。
本发明中的画面频流是指：能够形成画面的视频流。视频流是指视频数据的传输，例如，它能够被作为一个稳定的和连续的流通过网络处理。
实施例1
针对现有技术中的不足，本发明提供一种嵌入分散控制系统的工厂服务器，也可以称为一种基于数字孪生工厂的嵌入分散控制系统。
本发明的一种嵌入分散控制系统的工厂服务器，如图1所示，至少包括二维模块1和三维模块3。二维模块与三维模块与优先或无线的方式建立通信连接。二维模块、三维模块可以是专用集成芯片、服务器、处理器、服务器群组、云服务器中的一种或几种。二维模块1和三维模块3均与至少一个操作终端5建立通信连接。二维模块1和三维模块3通过操作终端5显示所要显示的二维视图和三维视图，并且通过操作终端5接收操作方的操作指令。
工厂服务器与控制装置4连接，从而控制装置对被控对象的监测数据和控制状态信息传输至工厂服务器中。具体地，二维模块和三维模块同时通过控制装置接收被控对象的实时数据。本发明中的控制装置用于对设备进行控制。
操作终端包括至少一个操作员站，用于显示二维模块或者三维模块的二维视图或者三维视图，并且接受操作方的输入信息以便二维模块和三维模块对输入信息进行响应。
二维模块1用于以二维的方式显示被控对象的二维视图，使得操作方能够在二维视图查看和控制被控对象的状态。优选的，二维模块能够显示被控对象的生产过程中的所有变量的参数和属性数据，能够以声光报警方式告知操作方生产过程中的意外情况，可以通过任意组合或单点模式显示过程数据的实时或历史趋势图，可以获知过程安全联锁保护状态等。优选的，二维模块中存储的数据为二维数据。例如二维模块中定义了被控对象及被控对象各个部件的编号、功能、用途、设定值、输入/输出数据、报警以及相关的各类工程设计图形、数据等。二维模块仅存储二维数据的优势在于，不占用其他服务器的资源，有利于减轻三维模块的工作负荷，从而提高三维模块的处理效率。
响应于操作方在操作终端5的操作，二维模块调节二维视图中的显示位置，从而显示不同的被控对象的运行状态。
本发明的三维模块用于以三维的方式显示被控对象，并且响应于操作方的操作显示、控制和查看当前被控对象。优选的，三维视图中的被控对象以渲染的方式显示，有利于操作方从各个角度清楚地查看被控对象的各个部件。优选的，三维视图中的指定的被控对象以标亮的颜色显示从而便于操作方快速发现指定的被控对象。优选的，三维模块从图形服务器3接收三维图形并进行渲染，即本发明的三维模块不需要进行三维模型的轻量化处理，从而为三维图形的选取和调用减少了处理量，减轻了三维模块的工作负荷。
优选的，图形服务器3用于存储静态数据，包括既包括非图形类工程数据，例如数据表、规格书、说明书等，又包括图形类工程数据。图形类工程数据例如是流程图、设备制造图、平面布置图等等。本发明中图像数据指图形方式的数据，而非描述图形的数据。优选的，图形服务器还用于将被控对象的属性数据与图形数据融合形成被控对象的三维图形。现有技术中，传统的三维图形，被控对象的三维图形仅仅是与真实设备按照一定比例设置的三维模型，该三维模型在三维视图中仅仅起到示例作用，三维模型无法根据被控对象的属性变化进行实时变化。本发明通过图像服务器将被控对象的图形部件与实时的属性数据相融合，形成被控对象的实时状态的三维图形，使得操作方能够通过三维视图 中的三维图形部件的变化直接查看到被控对象的实时状态。
如此设置的优势在于，图形服务器先将图形数据与属性数据进行融合，供三维模块直接调用，能够减少三维模块的获得三维图形的处理时间和处理量，使得具有属性数据的三维图形能够直接渲染显示。相比于具有角度局限的视频设备，本发明的被控对象的三维图形能够以任意视角进行查看和控制被控对象。
优选的，图形服务器接收控制装置发送的实时数据，并且基于实时数据实时变更三维图形中的属性数据。
本发明中的被控对象及其各个部件，是按照预定义的统一编码规则进行编码。并且，被控对象的属性是以部件为单位各自单独赋值的。
如此设置的优势在于，每个部件都具有唯一的编码。二维模块和三维模块中的相同被控对象采用同一个编码。各部件的编码为唯一调用各类部件的唯一接口。本发明的二维模块和三维模块在调取被控对象的各类部件时，依据编码能够快速、准确地调取属性数据，不容易出错，不需要再对数据进行关系检索、分析、筛选等操作，对被控对象的属性数据的调取速度快、调用效率高。
本发明中，被控对象的二维图形部件是被映射到被控对象的三维图形部件的，使得操作方能够在三维视图中定位到二维图形部件。优选的，操作方能够在二维视图中通过点选被控对象来跳转至被控对象的三维图形部件。或者，操作方能够在三维视图中通过点选被控对象来跳转至被控对象的二维图形部件。即通过映射关联设置，操作方能够准确地同时在二维和三维视图中定位被控对象，并且基于需要进行二维图形部件和三维图形部件之间的跳转，便于操作方同时通过二维视图和三维视图查看和控制被控对象。
优选的，响应于操作方的操作指令，被控对象的属性能够以二维和三维的方式并行地显示。在被控对象的属性信息被操作方改变后，二维模块和三维模块中的属性会同步实时发生改变，从而二维模块和三维模块始终以属性一致的实时显示方式显示被控对象。相比于现有技术中的二维模块与三维模块串行的工作模式，本发明的二维模块与三维模块并行的工作模式，不占用控制网络带宽，工作负荷小，减少三维模块和二维模块的数据延迟显示现象，图形显示的工作效率明显提高。
本发明中，控制装置将被控对象的属性数据实时发送至二维模块和图像服务器，使得形成的二维图形与三维图形的属性都是实时的，更有利于操作方对被控对象的实时控制。
本发明的服务器嵌入分散控制系统，形成能够实时控制孪生数字工厂的分散控制系统，即集散控制系统。如图2所示为本发明的分散控制系统。如图2所示，本发明的分散控制系统至少包括生产运行管理层F1、数据服务层F2、数据应用层F3、操作监控层F4和控制层F5。操作监控层F4与控制层F5通过第一网关设备连接。数据应用层F3与操作监控层F4通过第二网关设备连接。数据服务层F2与数据应用层F3通过第三网关设备连接。其中，第一网关设备与第三网关设备之间设置有第一防火墙装置61。第三网关设备和生产运行管理层F1之间设置有第二防火墙装置62。第二网关设备与第三网关设备之间设置有第三防火墙装置63。防火墙的设置，能够避免本发明的关键服务器被从外部入侵，保护本发明的服务器的数据安全。优选的，本发明的孪生数字工厂服务器设置在数据应用层F3中。本发明的操作终端5为操作监控层F4，至少包括第一操作员站51、第二操作员站52、工程师站53。其中，操作终端中的操作员站的数量和工程师站的数量，不限于图2中示例的数量，可以更多。优选的，操作监控层F4还包括数据库44，用于存储控制装置采集的数据为历史数据。优选的，操作监控层F4还包括时间同步器45。
优选的，控制装置4通过单元模块与若干被控对象50进行数据连接，从而对被控对象的数据进行采集和传输至服务器。
优选的，本发明的数据服务层F2至少包括调度站21、生产分析客户端22、WEB服务器23和防护服务器24。
调度站21用于操作方对被控对象的生产调度，用于输入调度操作指令。生产分析客户端22用于操作方对工厂的生产过程进行生产分析。WEB服务器23用于提供Web信息浏览服务。防护服务器24用于侦听网络上的其他计算机提交的服务请求，并提供相应的服务。生产运行管理层F1至少包括人员定位系统11、数据库系统12、高级应用终端13和WEB客户端14。
人员定位系统11用于基于工作人员携带或者佩戴的定位装置进行人员定位信息的获取，并且将人员定位信息发送至二维模块、图形服务器和/或三维模块。二维模块将人员定位信息与二维图形融合形成实时的、处于真实位置的人员漂移位置以及漂移轨迹。
图形服务器基于实时的人员定位信息，将人员位置与三维图形融合形成具有实时人员定位的三维图形。操作人员能够通过三维视图实时查看工作人员的属性和实时位置信息。工作人员的属性至少包括姓名、图像、工作职务、等信息。
优选的，人员定位装置按照预设的时间间隔将实时位置数据发送至二维模块、图形服务器和/或三维模块。
在人员定位装置为智能穿戴设备的情况下，二维模块响应于智能穿戴设备的实时位置信息在智能穿戴设备的显示屏幕显示距离实时位置指定范围内的被控对象的二维视图。例如，在工作人员到达A区域时，通过智能穿戴设备发出查看附近5m范围内的二维视图的请求。二维模块响应于智能穿戴设备的请求在指定显示屏幕显示工作人员的实时位置5m范围内的被控对象的实时二维视图。优选的，可穿戴设备包括智能眼镜、增强现实设备、智能手环、智能胸牌中的一种或几种。
在人员定位装置为智能穿戴设备的情况下，三维模块响应于智能穿戴设备的实时位置信息在智能穿戴设备的显示屏幕显示距离实时位置指定范围内的被控对象的三维视图。例如，在工作人员到达A区域时，通过智能穿戴设备发出查看附近5m范围内的三维视图的请求。三维模块响应于智能穿戴设备的请求在指定显示屏幕显示工作人员的实时位置5m范围内的被控对象的实时三维视图。有利于工作人员在实体工厂内实时查看附近的被控对象的生产情况、安全情况并进行控制被控对象。
二维模块或三维模块响应于智能穿戴设备对指定被控对象的查看请求，在指定显示屏幕显示被控对象的实时的二维视图或三维视图。通过智能穿戴设备的配合使用，工作人员能够在被控对象附近就可以查看被控对象的具有属性信息的二维视图或三维视图，从而掌握被控对象的真实属性情况，便于工作人员巡查被控对象的生产情况。
其中，响应于可穿戴设备输入的被控对象的编码信息，本发明的可视化数字孪生工厂服务器向所述可穿戴设备反馈被控对象的二维图形和/或与被控对象关联的三维图形。
响应于可穿戴设备对被控对象的二维图形的点选，本发明的可视化数字孪生工厂服务器向可穿戴设备反馈被控对象的实时的三维图形。即工作人员在可穿戴设备的显示屏幕上能够像操作员站一样进行类似操作，随时查看被控对象的真实实时情况。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本实施例提供一种安全网络结构，如图2所示，包括生产运行管理层F1、数据服务层F2、数据应用层F3、操作监控层F4和控制层F5。为了不影响操作监控层与过程控制层的网络通信，且还要保证与上层网络隔离，数据应用层F3设置在2.5层网络，即数据应用层F3设置在操作监控层F4和数据服务层F2之间。数据服务层F2的第二防火墙装置62与操作监控层F4的第一防火墙装置60之间通过至少一个第一网络交换装置建立通信连接。数据应用层F3通过至少一个第二网络交换装置 与操作监控层F4建立通信连接。第二网络交换装置与第一网络交换装置之间设置有至少一个第三防火墙装置63。操作监控层F4与控制层F5通过至少一个第三网络交换装置连接。
控制层F5包括若干被控对象50、I/O单元和控制装置4。I/O单元设置在若干被控对象50与控制装置4之间。I/O单元用于从真实现场的被控对象实时采集数据并传输给控制装置4，还可用于将控制装置4的输出指令实时传送给真实现场的被控对象。在真实现场设有若干类型传感器的被控对象50，通过电缆分别连接到控制室内部的I/O单元上，再通过数据总线将检测信号上传至控制装置4。例如，真实现场某被控对象装有一台温度变送器，当被控对象内温度升高时，变送器输出电流信号4～20mA增大，电流信号通过电缆传输至控制室内的I/O单元中，经模/数A/D转换后，数据上传至控制装置4，供各操作站、二级服务器调用。
优选的，操作监控层F4包括至少一个操作站、工程师站和数据库53。优选的，控制装置4将真实现场的实时数据发送至数据库进行转存和存储，形成与时间相关的历史数据。
优选的，操作监控层F4的时钟同步器45与控制装置4连接。数据应用层F3包括二维模块1、图形服务器32和三维模块3。数据服务层F2包括调度站21、生产分析客户端22、WEB服务器23和防护服务器24。优选的，生产运行管理层F1至少包括人员定位系统11、数据库系统12和WEB客户端14。其中，生产运行管理层F1分别与数据服务层F2、数据应用层F3和操作监控层F4建立通信连接。
控制装置4用于从真实现场的被控对象实时采集数据，还可用于将操作站的输出指令实时传送给真实现场的被控对象。控制装置4将数据同步传输至二维模块1和/或三维模块3。I/O单元可以是采集各种被控对象数据、被控对象状态以及环境数据的装置。例如，各种仪表设备，用于采集和监测温度、流量、液位、压力等过程参数值的变化；阀门的打开或关闭状态；电机的启动或停止状态等；被控对象的出口介质物性组分的实时数据；可燃气体检测探头监测到的浓度；有毒气检测探头监测到的有毒气体浓度；现场摄像头监测的到的实时视频画面等等。I/O单元还可以是各种执行元件，例如控制阀、开关阀、各类执行机构、电气控制回路等等。
二维模块1用于以二维的方式显示被控对象，以便操作方控制其状态。优选的，如图4所示，二维模块2用于以二维的方式显示被控对象及其属性。二维模块中定义了各类被控对象的编号、功能、用途、设定值、输入/输出数据、报警以及相关的各类工程设计图形、颜色、数据等，如图7所示。二维模块中可显示工程中所有变量的参数和属性，可以以声光报警方式告知操作方过程意外情况，可以通过任意组合或单点模式显示过程数据的实时或历史趋势图，可以获知过程安全联锁保护状态等。
优选的，二维模块1仅存放二维数据信息，从而不占用其他服务器的资源，有利于减轻三维模块的工作负荷，从而提高三维模块的处理效率。
三维模块3：用于以三维的方式显示被控对象，以便操作方显示其当前控制或查看的被控对象，如图3～7所示。其中，三维模块仅用于三维图形渲染，不对三维图形进行轻量化，有利于减轻三维模块的工作负荷，从而提高三维模块的处理效率。三维模块将被控对象的三维模型渲染完成后推送至至少一个操作员站进行显示。操作员站不进行三维模型的渲染工作。优选的。操作员站在显示三维模型时，同时显示实时的实时数据、报警数据和/或被控对象数据。
其中，被控对象的属性能够响应于操作方的操作以二维和三维方式并行地得以显示。优选的，在被控对象的属性信息被操作方改变后，二维模块和三维模块中的相关模块属性参数会同步发生改变，从而二维模块和三维模块始终以属性信息一致的实时展示方式展示被控对象。相比于现有技术中的二维模块与三维模块串行的工作模式，本发明的二维模块与三维模块并行的工作模式，不占用控制网络带宽，工作负荷小，减少三维模块和二维模块的数据延迟显示现象，图形显示的工作效率明显提高， 从而实现二维图形和三维图形的并行实时显示。优选的，二维图形和三维图形并行同步显示。
第一操作站51用于并行地查看和控制被控对象的二维图形部件和三维图形部件。其中，第一操作站包括并行的两个显示屏，一个用于查看和控制被控对象的二维图形部件，另一个用于查看和控制被控对象的三维图形部件。并行的显示屏可以是上下设置，也可以是左右设置，还可以是按照任意的方式进行排布。
优选的，被控对象的三维图形部件映射至被控对象的二维图形部件，即被控对象的三维图形部件与二维图形部件存在映射关联，使得操作方能够在三维视图中定位到二维图形部件。在操作方在二通维模块的显示器点选某个部件时，二级模块响应于对被控对象的二维图形部件之点选，根据操作方对二维图形部件的预先设定，按照预先设定来显示与被控对象的二维图形部件对应的三维图形部件。
在被控对象的二维图形部件被点选的情况下，三维模块3响应于第一操作站51发送的点选操作信息，按照操作方对二维图形部件的预先设置来显示与被控对象的二维图形部件对应的三维图形部件。
例如，通过二维显示画面跳转三维显示画面的其中一种方式为：通过鼠标右键点击二维画面上的被控对象或部件，选择三维定位，跳转至三维画面中的关联设备。通过输入对应编码从二维显示画面跳转至三维显示画面中的关联设备。
通过报警列表跳转至三维显示画面的方式为：通过点选报警列表来定位至出现报警的三维显示画面上的被控对象及其部件。
优选的，对于双屏操作站，本发明可以实现下屏操作，上屏显示，或者上屏操作，下屏显示。优选的，双屏设置不限于上下、左右的相对位置的设置，双屏可以是任意位置的设置，以操作方觉得舒适即可。
优选的，三维模块的显示是以画面频流的方式来自于图形服务器。其中，还用于存储被控对象的静态数据，既包括非图形类工程数据，例如数据表、规格书、说明书等，又包括图形类工程数据，例如流程图、设备制造图、平面布置图等等。
图形服务器用于将三维数据与被控对象的属性数据进行融合。其中：被控对象的属性是以部件为单位各自单独赋值的。例如，被控对象的各个部件按照预定义的统一编码规则进行编码。优选的，二维模块和三维模块中的相同被控对象采用同一个编码。优选的，各部件的编码为唯一调用各类部件的唯一接口。通过在需要本发明通过将编码作为调用对象，不需要再对数据进行关系检索、分析、筛选等操作，对被控对象的属性数据三维调取速度快、调用效率高。
优选的，本发明的生产运行管理层F1至少包括人员定位系统11。人员定位系统至少包括蓝牙定位系统、GPS定位系统、北斗定位系统等等。为了位置信息的精确，优选为蓝牙定位系统。人员定位系统11基于操作方携带的至少一个定位装置确定操作方在工厂内的实时位置信息。二维模块将实时位置信息与被控对象的二维图形部件在二维视图中融合显示，和/或三维模块将实时位置信息与被控对象的三维图形部件在三维视图中融合显示。响应于二维视图中的操作方的实时位置信息之点选，三维模块在至少一个操作站显示与二维的实时位置信息对应的三维实时位置信息。相比于仅通过查看三维视图来查看被控对象，由于若干被控对象都是连接的，且连接关系复杂，操作方在查看的过程中容易出现无目的查看的漫游弊端，操作方在操作员站同时查看二维视图和三维视图，能够在查看三维视图的被控对象的三维图形部件的同时了解被控对象所在的区域，从而参照二维的区域顺序进行查看，避免了无目的的漫游查看现场。
实施例3
本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。
现有技术中，工厂的被控对象的数量是巨大的，由于没有二维视图的参照，操作方根据连接关系进行查找和查看被控对象，很容易将查看的主要目标进行印象模糊，从而查看的被控对象越来越多，导致了查看的效率降低。
优选的，本发明的三维视图按照在二维场景中指定的景深区域请求数据，给出处于景深区域内的含有被控对象以及与被控对象关联的设备的三维视图。
本发明的景深区域是指能够清晰显示被控对象的三维图形部件的距离范围。
在二维视图上划定的面积可以是指定的景深区域。景深区域内包含有若干被控对象。在操作方划定景深区域时，三维视图按照能够指定的景深区域来显示被控对象的三维图形部件。
例如，操作方在显示的二维视图上以不限定的几何形状划定三维视图的景深区域，则二维模块将景深信息发送至三维模块。三维模块响应于景深信息，将景深区域以三维图形进行展示。
当操作人员查看指定景深区域内的三维图形及其属性时，画面是清晰的。当操作人员查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作人员查看内容超出景深区域，使得操作人员能够重新规划查看的景深区域，避免无清晰目标的查看。
优选的，对于属性异常的设备，二维图形以突出的颜色和/或标识显示发出报警信息的设备的二维图形，以及与该设备的异常问题关联的至少一个其他设备。即操作人员在二维视图上，就能够明显的看到发出报警的设备以及与报警相关的关联设备。操作人员能够通过在二维视图上划定含有报警设备以及关联设备的景深区域，在三维视图上以高清晰度的方式详细查看报警设备及其关联设备的三维图形及其属性信息。即通过对报警设备及其关联设备的突出显示，操作人员能够快速确定需要重点查看的设备，避免了无目的的排查设备以找出报警原因的弊端。
如若不设置景深区域的划定方式，操作人员在显示设备查看三维视图的设备时，三维模块无法确定操作人员下一步即将查看的设备，只能将当前三维视图内的所有设备均以高清的方式来显示。然而实际中，有很多设备的三维图形及其属性，操作人员不会详细查看。这就导致了三维模块向显示设备发送了过量的不必要的数据，导致显示设备端的数据延迟以及三维图形更新缓慢，影响显示设备的画面更新速度。优选的，显示设备包括二维显示器、三维显示器和可佩戴设备的显示装置。
本发明通过景深区域的指定，三维模块能够减少向查看的显示设备的输送数据的数据量。三维模块基于二维模块发送的景深区域以及景深区域内的设备名单筛选三维图形及其属性数据的高清数据，并且发送至显示设备。即，三维模块能够基于景深区域有目标的筛选和输送数据，从而减少大量的不必要数据的发送。
优选的，景深区域不仅能够设置二维视图中，也能够设置在三维视图中。当操作人员在三维视图中划定景深区域时，三维模块能够根据景深区域搜索数据，并且给出景深区域内的设备的表单。操作人员根据表单来查看自己需要的信息。
优选的，本发明以预设角度初步显示被控对象的三维图形。其中，响应于操作方的点选信息或显示角度请求，三维模块调节被控对象的显示角度至指定角度。如此显示，有利于操作方查看被控对象的各个角度的运行情况，避免查看角度的局限性。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。
Claims (15)
- 一种嵌入分散控制系统的工厂服务器，至少包括二维模块和三维模块，二维模块：用于以二维的方式显示被控对象，以便操作方控制其状态；三维模块：用于以三维的方式显示所述被控对象，以便操作方显示其当前控制或查看的被控对象，其特征在于，所述被控对象的二维图形部件与所述被控对象的三维图形部件之间以映射的方式相关联，使得操作方能够在三维视图中定位到所述二维图形部件，其中，当操作方在二维视图上划定景深区域时，三维模块按照指定的景深区域来显示被控对象的三维图形部件；景深区域是指能够清晰显示被控对象的三维图形部件的距离范围。
- 根据权利要求1所述的嵌入分散控制系统的工厂服务器，其特征在于，所述被控对象的属性能够响应于操作方的操作以二维和三维方式并行地显示，当操作方在显示的二维视图上以不限定的几何形状划定三维视图的景深区域，所述二维模块将景深信息发送至所述三维模块；所述三维模块响应于景深信息，将景深区域内的被控对象以三维图形进行展示。
- 根据权利要求1或2所述的嵌入分散控制系统的工厂服务器，其特征在于，当操作人员查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作人员查看内容超出景深区域。
- 根据权利要求1～3任一项所述的嵌入分散控制系统的工厂服务器，其特征在于，当操作人员在三维视图中划定景深区域时，三维模块能够根据景深区域搜索数据，并且给出景深区域内的设备的表单；操作人员根据表单来查看需要的信息。
- 根据权利要求1～4任一项所述的嵌入分散控制系统的工厂服务器，其特征在于，三维模块以预设角度初步显示被控对象的三维图形；其中，响应于操作方的点选信息或显示角度请求，三维模块调节被控对象的显示角度至指定角度。
- 根据权利要求1～5任一项所述的嵌入分散控制系统的工厂服务器，其特征在于，所述三维模块与至少一个图形服务器建立通信连接，所述图形服务器将被控对象的三维数据与属性数据融合形成显示被控对象属性的三维图形。
- 一种嵌入分散控制系统的安全网络结构，至少包括数据服务层(F2)、数据应用层(F3)和操作监控层(F4)，其特征在于，所述数据应用层(F3)设置在位于第二层网络的操作监控层(F4)和位于第三层网络的数据服务层(F2)之间，其中，所述数据应用层(F3)包括至少一个二维模块(1)和至少一个三维模块(3)，被控对象的属性分别由所述二维模块(1)和所述述三维模块(3)以二维和三维的方式并行地显示为二维图形部件和三维图形部件，被控对象的所述二维图形部件和所述三维图形部件以映射的方式设置，使得操作方能够在用于显示三维图像部件的三维视图中定位到所述二维图形部件。
- 根据权利要求7所述的安全网络结构，其特征在于，所述数据应用层(F3)还包括图形服务器(2)，所述图形服务器(2)将被控对象的三维数据与被控对象的属性融合形成能够实时更新的三维图形部件，并且发送至所述三维模块(3)。
- 根据权利要求7或8所述的安全网络结构，其特征在于，在被控对象的二维视图被按照自定义的几何形状划分景深区域的情况下，所述三维模块(3)响应于第一操作站(51)发送的景深区域信息并显示在所述景深区域内的被控对象的三维图形部件。
- 根据权利要求7～9任一项所述的安全网络结构，其特征在于，所述数据服务层(F2)的第二防火墙装置(62)与所述操作监控层(F4)的第一防火墙装置(60)之间通过至少一个第一网络交换装置建立通信连接，其中，所述数据应用层(F3)通过至少一个第二网络交换装置与所述操作监控层(F4)建立通信连接，所述第二网络交换装置与所述第一网络交换装置之间设置有至少一个第三防火墙装置(63)。
- 根据权利要求7～10任一项所述的安全网络结构，其特征在于，所述操作监控层(F4)包括至少一个第一操作站(51)，所述第一操作站(51)用于并行地查看和控制被控对象的二维图形部件和三维图形部件，在被控对象的二维图形部件被点选的情况下，所述三维模块(3)响应于第一操作站(51)发送的点选操作信息，按照操作方对二维图形部件的预先设置来显示与所述被控对象的二维图形部件对应的三维图形部件。
- 一种嵌入分散控制系统的工厂服务器的被控对象显示方法，其特征在于，所述方法至少包括：所述被控对象的二维图形部件与所述被控对象的三维图形部件之间以映射的方式相关联，使得操作方能够在三维视图中定位到所述二维图形部件，其中，被控对象的属性能够响应于操作方的操作以二维和三维方式并行地显示，当操作方在二维视图上划定景深区域时，三维模块按照指定的景深区域来显示被控对象的三维图形部件；景深区域是指能够清晰显示被控对象的三维图形部件的距离范围。
- 根据权利要求12所述的被控对象显示方法，其特征在于，当操作方在显示的二维视图上以不限定的几何形状划定三维视图的景深区域，二维模块将景深信息发送至所述三维模块；三维模块响应于景深信息，将景深区域内的被控对象以三维图形进行展示。
- 根据权利要求12或13所述的被控对象显示方法，其特征在于，当操作人员查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作人员查看内容超出景深区域。
- 根据权利要求12～14任一项所述的被控对象显示方法，其特征在于，三维视图以预设角度初步显示被控对象的三维图形；其中，响应于操作方的点选信息或显示角度请求，三维视图中的被控对象的显示角度调节至指定角度。
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