CN117075497A - 一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统，包括控制程序编辑模块、编译模块、运行模块、数据模块、驱动模块以及模型展示模块；所述控制程序编辑模块用于为设备提供逻辑控制的程序编辑；所述编译模块用于接收所述控制程序编辑模块的逻辑控制，数据模块用于读取所述运行模块所解释的数据，并将变化的状态数据发送给所述驱动模块；所述驱动模块用于对状态数据进行封装，得到动作信号；所述模型展示模块用于监听所述动作信号，并根据所述动作信号对模型执行相应的动作。可以帮助控制程序开发人员进行控制系统的快速迭代和优化，模拟设备故障和异常情况，帮助工程师进行故障分析和调试，这有助于设备控制系统的设计与开发更加高效、可靠，具有可持续性。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟仿真技术领域，特别是一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统及方法。
背景技术
针对工业物理设备控制系统调试成本昂贵的问题，在现有的解决方案中，一般都是采用虚拟仿真进行设备的调试，以减少调试的成本。但是采用虚拟仿真存在有以下的缺点：
1)复杂性和成本：集成大型虚拟控制软件和虚拟显示软件过程复杂复杂，并且可能导致高昂的成本，包括硬件和软件投资以及开发和维护费用。2)集成难度：将大型虚拟控制软件和虚拟显示软件进行有效集成是一项复杂的任务，可能涉及到多个厂商的软件和技术，需要解决兼容性和接口问题。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统及方法。以减低虚拟控制软件和虚拟显示软件的集成度，便于使用者进行开发使用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统，包括控制程序编辑模块、编译模块、运行模块、数据模块、驱动模块以及模型展示模块；
所述控制程序编辑模块用于为设备提供逻辑控制的程序编辑；
所述编译模块用于接收所述控制程序编辑模块的逻辑控制，并将逻辑控制所用的梯形图转化为AOV图；
所述运行模块用于在控制模型时，接收所述AOV图，并对AOV图进行解释；
所述数据模块用于读取所述运行模块所解释的数据，并将变化的状态数据发送给所述驱动模块；
所述驱动模块用于对状态数据进行封装，得到动作信号；
所述模型展示模块用于监听所述动作信号，并根据所述动作信号对模型执行相应的动作。
优选的，所述编译模块在转化梯形图前，会对梯形图的正确性进行验证。
优选的，所述动作信号包括平移信号、旋转信号、碰撞信号中的一种或多种的组合。
一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真方法，使用所述一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统，包括以下步骤：
步骤S1：基于设备的工作流程，构建出设备的动作，并对动作进行封装；
步骤S2：控制程序编辑模块接收封装后的动作信号，并根据动作进行逻辑控制的编译，得到相应动作的梯形图；
步骤S3：编译模块获取梯形图，并将梯形图传入编译器中，转化为AOV图；
步骤S4：数据模块读取所述AOV图，对AOV图进行解释；
步骤S5：所述驱动模块用于对状态数据进行封装，得到动作信号；
步骤S6：模型展示模块周期性获取所述动作信号，并根据所述动作信号对模型执行相应的动作。
优选的，步骤S3中将梯形图转化为AOV图的规则如下：
将梯形图中连接上下两行或多行的竖线抽象为AOV图中的虚结点；
将梯形图中的母线抽象为AOV图中的母线虚结点；
将梯形图中的元件抽象为AOV图中非虚结点；
将连接梯形图元件的横线抽象为AOV图中的弧。
优选的，所述步骤S4中，对AOV图进行解释的步骤如下：
从AOV图的母线虚结点开始进行访问，并设置前输入能流为True，依次根据出弧链访问下一结点；
判断下一结点是否为另一母线虚结点，若是母线虚结点，则结束访问，若非母线虚结点，则判断下一结点是否为非虚结点，若是非虚结点，则对梯形图图元进行解释执行，根据前置输入布尔变量值计算结点内置函数，并输出布尔结果，传递给下一结点，并继续访问当前结点的下一结点；
若为虚结点，则对当前虚结点的出弧链的每个图结点进行解释执行。
优选的，对AOV图进行解释遵循如下规则：
访问顺序从左至右，从上至下的顺序对AOV图进行访问。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：通过使用本发明，进行工业设备的仿真与虚拟控制实验，可以快速验证设备控制程序的正确行和可行性，减少物理设备的试验时间和成本，降低开发周期和试验风险。此外，本发明还可以帮助控制程序开发人员进行控制系统的快速迭代和优化，在进行仿真虚拟时，开发人员无需进行额外的动作语言编程。在进行仿真虚拟时，只需要按照原来的控制逻辑编辑好梯形图。然后所述编译模块会将梯形图转化为AOV图，AOV图简洁，便于模块之间的传递。然后再通过解析所述AOV图得到对应仿真模拟的动作信号。快速实现模型的动作编译。可以帮助控制程序开发人员进行控制系统的快速迭代和优化，模拟设备故障和异常情况，帮助工程师进行故障分析和调试，这有助于设备控制系统的设计与开发更加高效、可靠，具有可持续性。
附图说明
图1是本发明的一个实施例中的流程图。
图2是本发明的一个实施例的结构示意图。
图3是本发明的一个实施例中梯形图与AOV图的转化关系图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的实施方式的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1～3所示，一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统，包括控制程序编辑模块、编译模块、运行模块、数据模块、驱动模块以及模型展示模块；
所述控制程序编辑模块用于为设备提供逻辑控制的程序编辑；
所述编译模块用于接收所述控制程序编辑模块的逻辑控制，并将逻辑控制所用的梯形图转化为AOV图；
所述运行模块用于在控制模型时，接收所述AOV图，并对AOV图进行解释；
所述数据模块用于读取所述运行模块所解释的数据，并将变化的状态数据发送给所述驱动模块；
所述驱动模块用于对状态数据进行封装，得到动作信号；
所述模型展示模块用于监听所述动作信号，并根据所述动作信号对模型执行相应的动作。
通过使用本发明，进行工业设备的仿真与虚拟控制实验，可以快速验证设备控制程序的正确行和可行性，减少物理设备的试验时间和成本，降低开发周期和试验风险。此外，本发明还可以帮助控制程序开发人员进行控制系统的快速迭代和优化，在进行仿真虚拟时，开发人员无需进行额外的动作语言编程。在进行仿真虚拟时，只需要按照原来的控制逻辑编辑好梯形图。然后所述编译模块会将梯形图转化为AOV图，AOV图简洁，便于模块之间的传递。然后再通过解析所述AOV图得到对应仿真模拟的动作信号。快速实现模型的动作编译。可以帮助控制程序开发人员进行控制系统的快速迭代和优化，模拟设备故障和异常情况，帮助工程师进行故障分析和调试，这有助于设备控制系统的设计与开发更加高效、可靠，具有可持续性。
优选的，所述编译模块在转化梯形图前，会对梯形图的正确性进行验证。
在执行图形的转化前，对梯形图的正确性进行验证，能够避免后续的空座出错，导致内存无法进行释放，最终可能使得程序卡死。在一个实施例中，所述编译模块内置有Step7 microwin smart，在进行梯形图的正确性验证时，可以先对梯形图进行保存，然后在进行编译操作，若梯形图无误时，不会报错，若存在错误时，则会进行报错。根据该些报错的信号即可判断出梯形图的正确性。
优选的，所述动作信号包括平移信号、旋转信号、碰撞信号中的一种或多种的组合。
一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真方法，使用所述一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统，包括以下步骤：
步骤S1：基于设备的工作流程，构建出设备的动作，并对动作进行封装；
基于设备工作流程，根据物理设备的驱动原理进行设备的控制信号设计。比如一个机械臂可以在X轴正方向和负方向上运动、停止。可以设计两个信号来表示，一个BOOL信号表示驱动器正转或反转，机械臂则沿正方向或负方向运动，一个信号BOOL表示驱动器启动或者关闭，机械臂则是运动或者停止。传感器信号则是通过碰撞检测来反馈运动模型与传感器模型是否发生碰撞，反馈一个BOOL信号到模型驱动模块。在虚拟设备模型中，每一个具有独立动作的部分都应通过一个信号来进行驱动，最终根据设备驱动原理设计出一个信号表。
然后根据设计好的端口控制信息编写模型设备的基本动作逻辑，将模型的动作属性进行封装，抛出对应的信号接口，该信号接口与所述控制程序编辑模联接，由外部的开发人员进行操控。当信号处于激活状态时，对应的设备动作则应该启动，反之信号处于休眠状态，设备动作则处于停止或复位。
步骤S2：控制程序编辑模块接收封装后的动作信号，并根据动作进行逻辑控制的编译，得到相应动作的梯形图；
计好的设备信号注入控制程序编辑模后，用户可根据设备的具体工作逻辑，为设备模型设计相应的逻辑控制程序，并在编辑模块中绘制相应的梯形图；
步骤S3：编译模块获取梯形图，并将梯形图传入编译器中，转化为AOV图；
步骤S4：数据模块读取所述AOV图，对AOV图进行解释；
步骤S5：所述驱动模块用于对状态数据进行封装，得到动作信号；
步骤S6：模型展示模块周期性获取所述动作信号，并根据所述动作信号对模型执行相应的动作。
通过使用本发明，进行工业设备的仿真与虚拟控制实验，可以快速验证设备控制程序的正确行和可行性，减少物理设备的试验时间和成本，降低开发周期和试验风险。此外，本发明还可以帮助控制程序开发人员进行控制系统的快速迭代和优化，在进行仿真虚拟时，开发人员无需进行额外的动作语言编程。在进行仿真虚拟时，只需要按照原来的控制逻辑编辑好梯形图。然后所述编译模块会将梯形图转化为AOV图，AOV图简洁，便于模块之间的传递。然后再通过解析所述AOV图得到对应仿真模拟的动作信号。快速实现模型的动作编译。可以帮助控制程序开发人员进行控制系统的快速迭代和优化，模拟设备故障和异常情况，帮助工程师进行故障分析和调试，这有助于设备控制系统的设计与开发更加高效、可靠，具有可持续性。
优选的，步骤S3中将梯形图转化为AOV图的规则如下：
将梯形图中连接上下两行或多行的竖线抽象为AOV图中的虚结点；
将梯形图中的母线抽象为AOV图中的母线虚结点；
将梯形图中的元件抽象为AOV图中非虚结点；
将连接梯形图元件的横线抽象为AOV图中的弧。
其中定义的AOV图数据结构如下所示：
Struct Vertex{
String id；//结点ID
Object Data；//顶点数据，梯形图图元相关信息
Integer Flag；//顶点标志，0:表示结点为虚结点，1:结点为实结点
Arc FirstInArc；//第一条入弧
Arc FirstOutArc；//第一条出弧
}
Struct Arc{
Vertex TailVertex；//尾结点
Vertex HeadVertex；//头结点
Arc NextArcOfTail；//弧尾相同的下一条出弧
Arc NextArcOfHead；//弧头相同的下一条入弧
}
如图3所示，在图3中A部分为梯形图，当进行AOV图转化时，从左到右开始进行转化，其中在梯形图中最左侧为母线，此时则抽象为母线虚结点，如图3中B的最左侧所示，然后对应连接的X0、X1、X2三个元件，此时则将三个元件抽象为非虚结点，而母线虚结点与非虚结点之间使用弧来进行连接，X1与X2之间存在有连接该连个结点的竖线，将该竖线抽象为虚结点。以此类推，从左到右将梯形图转化为AOV图。
优选的，所述步骤S4中，对AOV图进行解释的步骤如下：
从AOV图的母线虚结点开始进行访问，并设置前输入能流为True，依次根据出弧链访问下一结点；
判断下一结点是否为另一母线虚结点，若是母线虚结点，则结束访问，若非母线虚结点，则判断下一结点是否为非虚结点，若是非虚结点，则对梯形图图元进行解释执行，根据前置输入布尔变量值计算结点内置函数，并输出布尔结果，传递给下一结点，并继续访问当前结点的下一结点；
若为虚结点，则对当前虚结点的出弧链的每个图结点进行解释执行。
一个梯形图元件抽象为一个图结点，图结点中内置一个运行函数，输入是梯形图图元的前置输入布尔变量，以及一个状态控制器，函数输出是经过该图元计算后输出的布尔结果，函数的具体逻辑对应梯形图元件的具体功能。输入的布尔变量负责判断该图结点是否要被激活，状态控制器负责控制程序、流程控制等指令的实现。AOV图中虚结点则是内置一个布尔值Value，表示当前虚结点是否有能流经过。虚结点被激活时，内置的布尔值与输入值进行或运算，运算结果赋值给内置布尔值并输出。
在读取AOV图时，应该按序执行相应运行函数，对相应的梯形图图元进行解释。访问顺序主要基于从左至右，从上至下的顺序原则。首先从母线虚节点开始访问，设置前输入能流为True，依次从出弧链访问下一节点。若下一节点为非虚图结点，即对梯形图图元进行解释执行，根据前置输入布尔变量值计算结点内置函数，并输出布尔结果，传递给下一结点，并继续访问当前节点的下一节点。若下一节点是虚节点，即遇到了并联块，优先对并联块进行求解，既对虚节点的入弧链访问结束，再对当前虚节点的出弧链的每个图节点进行解释执行。具体表现为将虚节点内置布尔值与前置输入布尔值进行或运算，并赋值给虚结点布尔值。要注意的是只有当虚结点所有的入弧链计算结束，才可从当前虚节点开始访问每一条出弧链。并重复该些步骤，直至下一个结点为母线虚结点，此时就说明AOV的读取结束。
优选的，对AOV图进行解释遵循如下规则：
访问顺序从左至右，从上至下的顺序对AOV图进行访问。
在进行AOV图的解读时，也需要按照梯形图编译的规则进行解读，避免造成动作的解读失误。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统，其特征在于，包括控制程序编辑模块、编译模块、运行模块、数据模块、驱动模块以及模型展示模块；
所述控制程序编辑模块用于为设备提供逻辑控制的程序编辑；
所述编译模块用于接收所述控制程序编辑模块的逻辑控制，并将逻辑控制所用的梯形图转化为AOV图；
所述运行模块用于在控制模型时，接收所述AOV图，并对AOV图进行解释；
所述数据模块用于读取所述运行模块所解释的数据，并将变化的状态数据发送给所述驱动模块；
所述驱动模块用于对状态数据进行封装，得到动作信号；
所述模型展示模块用于监听所述动作信号，并根据所述动作信号对模型执行相应的动作。
2.根据权利要求1所述的一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统，其特征在于，所述编译模块在转化梯形图前，会对梯形图的正确性进行验证。
3.根据权利要求1所述的一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统，其特征在于，所述动作信号包括平移信号、旋转信号、碰撞信号中的一种或多种的组合。
4.一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真方法，使用权利要求1～3任一项所述一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：基于设备的工作流程，构建出设备的动作，并对动作进行封装；
步骤S2：控制程序编辑模块接收封装后的动作信号，并根据动作进行逻辑控制的编译，得到相应动作的梯形图；
步骤S3：编译模块获取梯形图，并将梯形图传入编译器中，转化为AOV图；
步骤S4：数据模块读取所述AOV图，对AOV图进行解释；
步骤S5：所述驱动模块用于对状态数据进行封装，得到动作信号；
步骤S6：模型展示模块周期性获取所述动作信号，并根据所述动作信号对模型执行相应的动作。
5.根据权利要求4所述的一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真方法，其特征在于，步骤S3中将梯形图转化为AOV图的规则如下：
将梯形图中连接上下两行或多行的竖线抽象为AOV图中的虚结点；
将梯形图中的母线抽象为AOV图中的母线虚结点；
将梯形图中的元件抽象为AOV图中非虚结点；
将连接梯形图元件的横线抽象为AOV图中的弧。
6.根据权利要求4所述的一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真方法，其特征在于，所述步骤S4中，对AOV图进行解释的步骤如下：
从AOV图的母线虚结点开始进行访问，并设置前输入能流为True，依次根据出弧链访问下一结点；
判断下一结点是否为另一母线虚结点，若是母线虚结点，则结束访问，若非母线虚结点，则判断下一结点是否为非虚结点，若是非虚结点，则对梯形图图元进行解释执行，根据前置输入布尔变量值计算结点内置函数，并输出布尔结果，传递给下一结点，并继续访问当前结点的下一结点；
若为虚结点，则对当前虚结点的出弧链的每个图结点进行解释执行。
7.根据权利要求6所述的一种面向虚拟设备的逻辑控制仿真方法，其特征在于，对AOV图进行解释遵循如下规则：
访问顺序从左至右，从上至下的顺序对AOV图进行访问。
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