CN117331614A - 航空制造业生产现场在线检测组态文件管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业化控制技术领域，公开了航空制造业生产现场在线检测组态文件管理方法，在本方法中智能设备单元联接系统本体，通信控制单元根据组态配置文件结构进行数据解析、参数控制和协议管理，将参数控制值和描述的通信协议进行打包，传输至底层可组态传感器控制节点；态配置文件模块根据系统参数，通过系统配置文件、全局点文件、点文件和控制策略文件组态生成下载文件，控制站生成全局点映射表，配置文件站点、文件模板、文件全局点文件和点文件控制策略文件，将数据空间分配分为布尔空间和浮点空间，调整数据的上传周期，对在线可配置的文件进行组态，实现工业控制基本控制逻辑，将其处理后通过人机界面显示给用户。

Description

航空制造业生产现场在线检测组态文件管理方法

技术领域

本发明涉及工业化控制技术领域，具体涉及一种主要用于物联网信息节点间信息交互、人机与各信息节点间在线组态文件配置系统及航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法。

背景技术

伴随着计算机的发展，出现了最早的组态软件，至今已经涌现了相当数量的组态软件产品。组态软件是一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法。在使用工控软件中，经常提到组态一词“Configuration”，简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如DCS(集散控制系统)组态、可编程控制器（PLC）梯形图组态等。DCS本身也是仪表控制系统和计算机控制系统的结合体。常用的工业控制方式通常为PLC控制和DCS系统，而两者具有各自的局限性。程序中的系统数据指的是PLC的组态文件系统数据块（SDB）由各种应用程序创建，有时甚至由CPU自行创建。人机界面生成软件就叫工控组态软件。系统数据块SDB是CPU中的数据区。程序的写入是指将程序由编程计算机送入PLC，读出则是将PLC内的程序传送到计算机中。常用组态软件DDE配置，在使用DDE采集WinCC中的数据时，需要将Ddeserv.exe添加到启动项中，需要将iFix软件自带的DMDDE.exe添加到工程启动项里，才能利用DDE采集iFix工程中的数据。采集组态王工程中的数据时，必须保证该数据允许“DDE访问”。DDE交换可以发生在单机或网络中不同计算机的应用程序之间。开发者还可以定义定制的DDE数据格式，进行应用程序之间特别目的IPC，它们有更紧密耦合 的通信要求。大多数基于Windows的应用程序都支持DDE。但DDE有个明显的缺点就是，通信效率低下，当通信量较大时数据刷新速度慢，在数据较少时 DDE较实用。无论是PLC控制还是DCS系统，虽然都具有各自的优势，而且得到了广泛的应用，但是也都有着其各自的局限性。目前普遍采用的基于PLC、DCS、工控机和工业网络的控制系统中，位于底层、嵌于设备中的计算资源，或多或少都是边缘计算的资源。只是目前这些资源比较纷杂、独立、低效，未能充分实现互联、互通、互操作，未能充分标准化和平台化，难以满足现代应用场景在实时、安全、大容量、高速度、自适应计算和通信等方面对它的要求。PLC控制对于连续的模拟量而言相对薄弱，而且PLC本身的存储数据能力较低，人机界面相对不够直观；DCS系统成本较高，各个厂家的DCS系统的开发性还较低，用户难以自由选择软硬件。在网络边缘应用对智能功能的需求不断上升的背景下，尤其是在寻求AI商业化的道路上，要实现技术的落地，不仅需要性能优越的算法模型和可靠的硬件支持，还需要把AI技术和硬件环境进行有机结合，再应用到具体的实际场景中。无论是早期的继电器控制，还是最新的PLC或DCS系统，其本质都是获取现场信息，进行信息处理，将处理结果反馈到现场控制中。组态文件管理通常用于统一管理组态文件，实现多人同时组态以及多人同时修改组态的功能。保证不同的用户不能同时修改同一个文件，由此保证组态文件版本的唯一性。其实在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序。组态（Configure）的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。业先进控制软件KB-APC在线组态说明KB-APC软件用于工业过程控制时，有跟踪、输出、分组通讯、控制器连锁等特殊设置，KB-APC软件中，跟踪设计有两大目标：一是实现先进控制系统与DCS控制系统的无扰动切换，二是实现模型预估和校正，因此设计了多种跟踪方式：几种跟踪需求：控制器输出；开环时需跟踪实际手动输出，这样投入闭环运行时才能做到无扰动切换。跟踪是解决线性模型的基准计算点的方法之一，一般用于计算信号。输出跟踪信号：跟踪时输出值跟踪被跟踪信号。该项跟踪主要是为实现无扰动切换。随着通信系统的集成化、数字化、移动化和多媒体化，对组成通信系统的电路提出了更高的要求。但随着飞机制造业的快速发展，飞机设备不断更新，各种智能化的仪表和其他高技术含量的装备大量增加，飞机总体性能要求不断提高，以及生产规模的迅速扩大，导致了原有测试设备已经很难满足当前试验的要求，无论是系统测试技术，还是测试装备都已经落后，甚至出现无法对某些新装备进行模拟测试的情况。在航空数控系统的开发过程中，对每个控制对象及不同硬件平台分别编制相应的控制软件，编程工作量大、开发周期长、使用率低、难以维护。这对飞机生产来说是一个急需解决的瓶颈问题，严重影响和制约了企业的发展。目前还没有能直接应用于航空制造业控制软件设计的组态软件。具有类似用途的商业组态软件也不多，如采用WindowsCE操作系的HMFSCADA软件、北京昆仑通态的MCGS、亚控公司的组态王以及根据Simulink框图生成源码的SCADE等。这些通用软件在用于飞机控制软件的设计中有较大的局限性：对系统资源耗费大，不完全支持国内大部分发动机控制器的硬件平台，不能满足发动机控制软件代码生成的所有需求。同时，商业组态软件的源码与实现细节是保密的，安全性受制于人。

近年来进行的在线组态方法的研究以及相关嵌入式系统研究，主要是针对人与设备之间的信息交互，系统框图界面的组态，普遍存在仅对建成上报的数据进行简单关联、底层设备实用性较差等缺点，很难达到动态在线基于物理硬件重组底层传感控制器的链路功能，其主要原因在于组态文件与底层传感器控制器设备交互的技术细节少有涉及或公开。另一方面无效传感器数据、物联网底层可组态传感器控制节点决策逻辑因工程环境的变化需要动态升级，特别是安装部署后较为困难的工作环境，尤其是作为飞机生产过程中必不可少的装备组成部分，这些设备或工作于环境恶劣的工业生产现场，或工作于需要尽可能不中断生产的情况下更新升级执行逻辑，由于检测力度不足，产品质量难以严格把控，良品率波动较大。普遍采用抽检模式，质量追溯能力有限，缺乏有效的全检技术手段。虽然制造现场监测与控制技术在流程性生产企业和流水线生产线中以SCADA(数据采集与监视控制系统)形式得到深人应用，但在航空制造业，目前制造现场监测与控制检测的应用主要在单元级，如数控机宋、试验设备和库房等，数控设备分布式数字控制 (DNC)制造数据采集和状态监控(MDC)管理功能往往作为制造执行系统 (MES)的子模块出现，对系统在线监测的要求也越来越高，检验检测机构现场文件管理遇到新的问题和挑战。现在，工业现场需求不断变换和增加，若通过传统方法从需求论证、设备生产、安装等常规方法进行底层逻辑更新升级则严重影响生产效率与生产成本。

例如中国专利申请号201810331499.2公开了“分布式工业在线监测系统及方法”，描述的系统包括组态服务端、组态客户端、监视客户端以及数据库,根据服务端中数据库的测点数据和或所述组态服务端的组态文件进行画面组态,通过组态文件进行的画面监测。通过描述的信息进行监测画面与系统的组态，主要进行的系统监测画面的绘制与数据趋势的描述，并不能实现底层监测逻辑控制器的动态逻辑组态。

又例如中国专利申请号为201710729740.2的公开文献公开了“一种核电厂控制系统临时控制变更在线管理方法”，通过将组态数据转换为组态文本信息,将功能图纸从格式文件转换为图片格式建立信号映射关系、组态数据模块状态表建立仪控设备相关风险的数据表,确定仪表对应软件模块状态与设备状态之间的风险知识规则对数据和图纸以信号映射关系、组态数据模块状态表为关系模型进行整合，通过将上报的数据与系统框图进行关联，实现上报数据与系统结构进行绑定，实现数据与系统框图的关联，仍然未能将动态组态的方法将逻辑信息重新下达到底层上报数据的传感器中，仅为上层界面呈现的系统图与数据的绑定。

进一步地，中国专利申请号为201610247143.1的公开文献公开了“一种实现算法在线组态、运行和调试的方法”就基于控制策略集成编程开发环境,包括算法块封装、数据驱动与事件触发的分布式算法调度,控制算法的在线组态、运行和调试,包括以下步骤基本算法块运行基本算法块封装程序运行数据驱动事件触发。通过采用发明中讲述的方法实现的是在线通过编写逻辑代码实现程序的即时调试与运行，主要描述是为编程开发环境，并未采用简单有效的组态文件进行底层逻辑控制器的逻辑改变，同时也未涉及讲述组态文件的组织形式。不能解决当前边缘计算服务端、底层设备间通用性不广、应用领域间信息不对称等问题。

发明内容

本发明提出了一种能够提升生产效率，提高产品质量，完善生产管理流程，并且安全性强、可靠性高、通用性强、成本低的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，以解决当前边缘计算服务端、底层设备间通用性不广、应用领域间信息不对称等问题。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

一种航空制造业生产现场在线检测组态文件管理方法，包括如下步骤：

步骤S1.边缘计算云端边缘网关在采集到生产现场数据后，基于航空制造业生产现场在线检测系统数据构成的组态文件，根据在线组态配置文件系统预置的规则对检测设备的运行进行自动反馈控制；边缘设备通过控制站现场总线结合云计算与边缘计算在本地边缘节点与中心节点实现数据同步后，在工业互联网边缘层形成一个数据采集、协议转换、边缘处理的在线组态配置文件系统云、边协同的闭环，在线检测系统本体的信息处理端组态配置软件结合工程实际应用，利用预先配备了满足需求的组态功能组件和控制算法组件，通过人机交互接口、智能设备单元和通信控制单元与基于文件配置的在线组态系统进行组态全局数据通信，通过云部分的控制节点和边部分所运行的节点共同将用户管理信息、系统管理信息、底层传感器管理信息通过系统本体，赋予配置信息管理和权限管理，并采集物联网传感器节点、工业控制器和数据传输交换设备配置的管理信息及输出通道与组态配置软件中实时数据库变量的对应关系，使用权限管理关联信息和系统管理参数信息与系统本体进行通信，通过物联网传感器将检测数据转换成合适的电信号发送到检测模块，并设定其状态特征属性参数，对系统本体的基本信息进行有效的人机交互和监控对象的特征，按照用户指定的周期时间，循环执行策略块内的自动调动变量内容；

步骤S2.智能设备单元连接系统本体，通过传感器节点和控制器节点与底层可组态传感器控制节点进行通信；通信控制单元与底层可组态传感器控制节点进行通信，并根据组态配置文件结构和节点数据配置文件进行数据解析、参数控制和协议管理，根据用户或程序指令，将参数控制值和描述的通信协议进行打包，传输至底层可组态传感器控制节点，可组态传感器控制节点输入信号通过逻辑处理器对应的输出端口输出信息；

步骤S3.组态配置文件模块根据系统参数、模拟量参数和整型量参数，通过系统配置文件、全局点文件、点文件和控制策略文件组态生成下载文件，控制站生成全局点映射表，配置文件站点、配置文件模板，配置文件全局点文件和点文件控制策略文件，将节点数据配置文件数据空间分配分为布尔空间和浮点空间，调整数据的上传周期，控制周期的整数倍最小旁路功能，强制设置功能块的输入输出管脚的值，按照神经网络权值与专家规则对设备故障进行智能诊断预报；

步骤S4.图形组态模块对在线可配置的文件进行组态，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源，实现工业控制、危险环境、部署的环境中基本控制逻辑，将检测数据编译本地指定的文件锁定保存在控制站和服务器本地的存储器数据库中；

步骤S5.现场检测设备通过各种IO接口，将检测数据传送到实时数据库将其处理后的图形化数据通过人机界面显示给用户。

本发明的有益效果：

1、本发明安全性强，结合工程实际应用，利用功能强大的组态配置软件，在下位机硬件设备的支持下，采用在云端服务器或物理服务器搭建的系统本体和包含业务参数、组态参数及系统参数的组态配置文件，在不影响系统安全性的基础上，通过更新配置文件的各自定义即可完成机动的系统组建，将多系统功能有机结合，完成更加复杂的功能。具有动态灵活更新节点控制逻辑，在不需要改造物理硬件工作环境的前提下可实现工业控制、危险环境、部署的环境中基本控制逻辑，其硬件结构具有属性继承、身份识别、信息传递等特点，满足了当前物联网迅速发展的需求，为构建当下边缘计算技术远程动态更新底层硬件逻辑、特别是维护更新存在困难的工程环境，提供了信息节点与信息节点、信息节点与用户安全性操作依据。通过在线可配置的文件进行组态，优点在于具有动态灵活更新节点控制逻辑，同时在不需要改造物理硬件工作环境的前提下可实现工业控制、危险环境、困难部署的环境中基本控制逻辑的改变。能够对新装备进行全面测试。具有试验模块化程度高，通用性好，硬件设备维护性好，对环境适应能力强，试验自动化程度高，操作简单，工作强度小等特点；可以测试数据网络共享，实现远程监控；系统扩展性能好，满足后续扩展要求；试验数据可实时分析处理；具有报表生成、数据存储等功能，提高生产自动化水平。该系统具备在新一代飞机研制生产中实施数字化设计、试验、制造和管理的工程能力，必将对飞机制造业的发展起到很大的推动作用。以及推动企业信息化进程也具有重要意义。

2、本发明可靠性高，本发明根据需要根据系统情况编写具有特定格式的组态配置文件，通过上传至边缘服务云端，对其进行解析，边缘服务端将解析后的配置文件所包含的信息用于对底层可组态传感器控制节点进行数据解析、参数执行、组态逻辑升级更新、数据存储等功能。采用智能设备单元联接系统本体与底层可组态传感器控制节点进行通信；通信控制单元与底层可组态传感器控制节点进行通信，并根据组态配置文件结构进行数据解析，根据用户或程序指令，将参数控制值和描述的通信协议进行打包，传输至底层可组态传感器控制节点，控制节点的逻辑处理器对应的输入输出端口信息，通过在线可配置的文件进行组态，实现工业控制、危险环境、部署环境中基本控制逻辑，可以对各信息节点的信息进行高效的利用，既能完成预定工作任务，同时与外来系统形成可靠性高的信息交流和互动。从而解决了当前边缘计算服务端、底层设备间通用性不广、应用领域间信息不对称等问题。配置文件或者叫组态档是用一种建构软件专用的特殊编程语言写的 CMake 脚本。使用组态档能改变程序的设置，而不用重新编译程序。

3、本发明通用性强、成本低。本发明的系统本体的信息处理端通过人机交互接口、智能设备单元、通信控制单元与基于文件配置的在线组态系统进行通信，人机交互接口将用户管理信息、底层可组态传感器控制节点采集物联网传感器节点、工业控制器和数据传输交换设备配置信息管理、使用权限关联信息、系统理，可根据现有的在线检测组态文件重复高效的多次部署安装硬件节点，达到批量、规模化的生产要求，大大的节约了生产与研发成本。组态配置软件一方面降低了功能模块间的耦合性，另一方面减小了算法与数据的相关度，具有控制算法可升级、设计容易修改和扩充方便等优点。所以用户在此平台上做进一步开发就轻松很多，可以节省大量时间，进一步降低了成本。现场设备通过各种IO接口，将数据传送到实时数据库，实时数据库将其处理后通过人机界面（View）显示给用户，用户也可以将操作命令下置给实时数据库，进而通过数据库下置到现场设备中。在这种架构中相对于用户，其不必了解实时数据库是如何和不同的现场设备进行通讯的，只需通过人机界面进行相关的设定就行了。还可以依据用户的要求通过脚本或者在界面上的一些设定自动的控制现场设备的运行。也可以将多套组态软件组合成一个分布式的网络构架，先将现场数据采集到单套组态软件中，一方面依据需求可以监控本地的设备，另一方面起到采集服务器的作用，可以将数据传送到充当服务器的组态软件或实时数据库中，做进一步的汇总处理。这样，用户就拥有了最大的选择余地，几乎可以任意的选择各家硬件产品来组合成自己所需的控制系统；这样就构成了以组态软件为控制核心的监控系统。可以在对 Labview环境下数据库访问各种实现方式研究的基础上，利用ADO 技术与结构化查询语言（SQL）相结合实现数据库访问的可行性和特点，实现 Labview 环境下对本地数据库和远程数据库的操作，并应用到飞机地面测试系统中，对测试系统数据进行有效的组织和管理。利用物联网终端的嵌入式计算能力，并与云计算结合，通过云端的交互协作，实现系统整体的智能化，提升了生产效率，提高产品质量。

4、本发明主要适用于工业控制环境下采用云端配置文件的组态方法的边缘计算服务端的物联网信息节点间信息交互、人与各信息节点间的信息交互系统，以及用于物联网信息节点间信息交互、人机与各信息节点间的信息交互系统。并可引用到飞机地面测试系统设计中，配合飞机地面测试系统下位机的相应硬件设备，对飞机性能进行综合测试。基于RS-232／485 串口和二级编码识别机制实现同下位机的通信，具有测试数据智能化管理、工作记录存档和自动生成报表等功能，较好的满足了工程应用要求。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本发明本发明在线组态配置文件系统工作原理示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明发明目的的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的实施例提出了一种航空制造业生产现场在线检测组态文件管理方法参照说明书附图1，所述管理方法按照下列步骤实施。

步骤S1：边缘计算云端边缘网关在采集到生产现场数据后，基于航空制造业生产现场在线检测系统数据构成的组态文件，根据在线组态配置文件系统预置的规则对检测设备的运行进行自动反馈控制；边缘设备通过控制站现场总线结合云计算与边缘计算在本地边缘节点与中心节点实现数据同步后，在工业互联网边缘层形成一个数据采集、协议转换、边缘处理的在线组态配置文件系统云、边协同的闭环，在线检测系统本体的信息处理端组态配置软件结合工程实际应用，利用预先配备了满足需求的组态功能组件和控制算法组件，通过人机交互接口、智能设备单元和通信控制单元与基于文件配置的在线组态系统进行通信，通过云部分的控制节点和边部分所运行的节点共同将用户管理信息、系统管理信息、底层传感器管理信息通过系统本体，赋予配置信息管理和权限管理，并采集物联网传感器节点、工业控制器和数据传输交换设备配置的管理信息及输出通道与组态配置软件中实时数据库变量的对应关系，使用权限管理关联信息和系统管理参数信息与系统本体进行通信，通过物联网传感器将检测数据转换成合适的电信号发送到检测模块，并设定其状态特征属性参数，对系统本体的基本信息进行有效的人机交互和监控对象的特征，按照用户指定的周期时间，循环执行策略块内的自动调动变量内容。

步骤S2：智能设备单元联接系统本体，通过传感器节点、控制器节点与底层可组态传感器控制节点进行通信；通信控制单元与底层可组态传感器控制节点进行通信，并根据组态配置文件结构和节点数据配置文件进行数据解析、参数控制和协议管理，根据用户或程序指令，将参数控制值和描述的通信协议进行打包，传输至底层可组态传感器控制节点，可组态传感器控制节点输入信号通过逻辑处理器对应的输出端口输出信息.

步骤S3：组态配置文件模块根据系统参数、模拟量参数和整型量参数，通过系统配置文件、全局点文件、点文件和控制策略文件组态生成下载文件，控制站生（在线检测系统本体）成全局点映射表，配置文件站点、配置文件模板，配置文件全局点文件和点文件控制策略文件，将节点数据配置文件数据空间分配分为布尔空间和浮点空间，调整数据的上传周期，控制周期的整数倍最小旁路功能，强制设置功能块的输入输出管脚的值，按照神经网络权值与专家规则对设备故障进行智能诊断预报。

步骤S4：图形组态模块对在线可配置的文件进行组态，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源，实现工业控制、危险环境、部署的环境中基本控制逻辑，将检测数据编译本地指定的文件锁定保存在控制站和服务器本地的存储器数据库中。

步骤S5：现场检测设备通过各种IO接口，将检测数据传送到实时数据库将其处理后的图形化数据通过人机界面（View）显示给用户。云作为控制平面，边作为计算平台，云可以通过控制边来影响端，实现云、边、端协同。边部分作为运行在边缘节点的管理程序，管理在边缘节点上应用负载的资源、运行状态和故障。云、边、端协同通过云部分的控制节点下发指令到边部分的边缘集群，云部分控制节点沿用云部分原有的数据模型，保持原有的控制、数据流程不变，云部分所运行的节点在云部分上呈现出一个普通节点。云部分可以像管理普通节点一样管理边部分所运行的节点。

所述线组态配置文件系统包括：在云端服务器或物理服务器信息处理端搭建的系统本体，信息处理端系统本体共点相连的人机交互接口、智能设备单元和通信控制单元，包含业务参数、组态参数及系统参数配置文件模块，组态配置文件包含：系统参数、整型量参数和模拟量参数，其中，系统参数包含了系统浮点类型的参数名称、系统参数变量、系统参数I/O口信息和系统模拟量参数，整型量参数包含了整型参数名称、整型参数变量和整型参数I/O口信息，模拟量参数包含了模拟量参数名称、模拟量参数变量和模拟量参数I/O口信息，浮点类型的数字量参数。

在线组态系统结构包括：具有特定结构的配置文件和系统本体两部件构成。特定结构的配置文件主要包括业务参数、组态参数及系统参数。系统本体主要是在云端服务器或物理服务器搭建的信息处理端。组态配置软件的将控制算法按功能划分为若干算法模块，然后对其进行“封装”；在人机界面上，算法模块“封装”为图形组件，支持拖拽、连接、配置及删除等操作；在组态配置软件内部，算法模块以数据记录的形式“封装”在算法组件表中；而算法源代码则以文件的形式“封装”在数据硬盘上。因此，组态配置软件可划分为图形组态层、系统组态层和代码组态层等三个层次，同时，通过图形连接器确定图形组件的拓扑关系和算法组件的执行顺序，图形组件通过数据指针与算法组件连接，算法组件通过数据端口进行数据传递，算法组件通过地址指针与代码组件连接。

组态配置软件针对图形组态层、系统组态层及代码组态层三个层次结构进行详细设计：图形组态模块，控制算法组件、驱动程序组件、定义管理模块、在线仿真模块及代码生成模块，将上述各个功能模块及组件穿插其三个层次结构中。其中，图形组态模块运行于图形组态层，定义管理模块、在线仿真模块及代码生成模块运行于系统组态层，控制算法组件、驱动程序组件及用户自定义编辑器运行于代码组态层。图形组态模块设有各种图元、图符、组合图形及动画构件的位图图符，利用这些最基本的图形元素，可以制作出任何复杂的图形，根据控制算法组件与驱动程序组件，以图形组态的方式构造航空控制软件的控制回路、调节计划。控制算法组件管理各种算法、控制回路及调节计划等算法组件，支持数据库操作；驱动程序组件库管理各种硬件设备驱动和数据采集程序，支持数据库操作；在线仿真模块提供数字仿真功能，验证其控制效果，得到最佳控制参数；代码生成模块根据图形组态设计，组合各种算法源代码得到对应硬件平台的控制软件。图形组态层服务于图形组态设计，派生出图形组态的各个子类对应每个图形组件，将组件拓扑图转化并保存为逻辑表；系统组态层的功能为接收并转化图形组态设计，将其保存在对应的数据结构中，从接口组件表获取组件配置信息与逻辑关系，查询系统组件库类，实例化系统组件表对象，并通过在线仿真类和代码生成类完成其组态功能；代码组态层通过相关功能模块的调用，实现控制软件的在线仿真与代码生成。

作为优选地一种实施方式，所述信息处理端主要包含人机交互接口、智能设备单元、通信控制单元。组态配置文件包含：系统参数、整型量参数和模拟量参数，其中，系统参数包含了系统浮点类型的参数名称、系统参数变量、系统参数I/O口信息和系统模拟量参数，整型量参数包含了整型参数名称、整型参数变量和整型参数I/O口信息，模拟量参数包含了模拟量参数名称、模拟量参数变量和模拟量参数I/O口信息，浮点类型的数字量参数。变量类型包括：数值型、字符型、事件型和组对象。组对象是具有相同属性的多个变量的集合，是对有关联的某一类数据对象的整体表示方法。

作为优选地一种实施方式，所述参数名称为传感器所包含的参数名称。

作为优选地一种实施方式，所述参数I/O口信息为底层可组态传感器控制节点的逻辑处理器对应的输入输出端口信息。

作为优选地一种实施方式，所述参数变量为传感器所包含的参数对应的唯一变量名称。

作为优选地一种实施方式，系统参数包括了连接系统本体的底层处理器节点参数信息。

作为优选地一种实施方式，通信控制单元以轻量级的数据交换格式JSON文件结构或可扩展标记语言XML(Extensible Markup Language)文件配置文件信息的任意形式文件，解析上传的JSON文件或XML文件。XML提供统一的方法来描述和交换独立于应用程序或结构化数据。

作为优选地一种实施方式，所述的联接方式主要是指通过4G/WIFI/有线的网络线或串口通信总线的方式进行联接。

作为优选地一种实施方式，所述底层处理器节点参数信息主要包含了代表底层可组态传感器控制节点参数的参数名称、参数变量和参数I/O口信息。

作为优选地一种实施方式，所述人机交互接口是系统对系统的用户管理信息、底层可组态传感器控制节点使用权限关联信息、传感器基本配置信息、系统参数重要信息的基本信息进行有效的人机交互接口。

作为优选地一种实施方式，所述底层可组态传感器控制节点与本体系统直联，采集物联网传感器节点、工业控制器、数据传输交换设备的节点数据。

在本实施例中，系统本体通过4G/WIFI/有线的网络线或串口通信总线联接智能设备单元，与底层可组态传感器控制节点进行通信，提供用户登录注销服务和用户管理服务；自动运行读取用户信息文件，通过协议接收发送的登录信息用户名和口令，验证登录信息，若成功将改动保存到文件，息返回登录成功信息并返回授权，若失败返回登录失败信息，用户文件不作任何改动。通过协议接收发送的添加用户信息，用户名口令级别，用户描述添加新用户。

在本实施例中，通信控制单元(CCU)是计算机网络中负责主机与终端之间通信的设备，它控制与远端数据设备连接的全部通信信道，实现包括差错控制、中断接入控制、确认控制、传输顺序和串并转换等功能。通信控制单元减少了主机的负荷，大大地提高了主机处理数据的效率。通信控制单元兼容各种通信方式 特性 支持开放式现场网络， 简化了配线，例如，主装置、扩展装置组合，从各自的放大器输出 HH/High/Go/Low/LL5种信号至PLC。通信控制单元通过数据处理单元随机分布集成传感器，以自组织的方式构成无线网络的传感网。通信控制单元内置无线网络协议，根据约定的通信规则，通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置协同工作进行数据通信，实现信息交换和资源共享，并通过物联网传输层的串口Wi-Fi模块，将串口或TTL电平转为符合Wi-Fi无线网络通信标准的嵌入式模块。通信控制单元将网络体系进行分层，是把复杂的通信网络协调问题进行分解，再分别处理，使复杂的问题简化，以便于网络的理解及各部分的设计和实现。

在本实施例中，组态配置文件模块接收系统配置文件全局点文件和文件，监视系统中所有控制站的硬件状态和模板状态，提供运行时进行数据交互的功能。

在本实施例中，云端服务器或物理服务器，通过接口站为外部的其它系统提供接口统与其它系统可以使用协议进行双向的数据交换开机后自动运行，从以太网上接收控制站传送的硬件状态数据包，将硬件状态数据解包辨别硬件状态变化，若发现硬件状态有变化生成一个数据库的记录，将记录插入到数据库中，若没有发现硬件状态变化则不作任何操作。

在本实施例中，每个控制站中有以太网口，以太网接口对应一个口地址，地址位于不同网段的模板，每个模板含有网地址可取范围，控制站中任意两个模板的地址相异，且总线地址空间是相互独立的。组态配置文件模载入控制器组态，读取系统本体配置文件、模拟量配置文件、控制回路配置开关量配置文件、站间引用文件、全局点设置文件、下载在线检测组态文件和功能块数据文件，将下载文件保存在控制器本地的存储器上。下载时可以选择是否自动重启控制器。重启控制器。用户可以在站上手动重启控制器。控制器与上位机时间服务器同步。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的阻碍。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的阻碍，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.航空制造业生产现场在线检测组态文件管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1.边缘计算云端边缘网关在采集到生产现场数据后，基于航空制造业生产现场在线检测系统数据构成的组态文件，根据在线组态配置文件系统预置的规则对检测设备的运行进行自动反馈控制；边缘设备通过控制站现场总线结合云计算与边缘计算在本地边缘节点与中心节点实现数据同步后，在工业互联网边缘层形成一个数据采集、协议转换、边缘处理的在线组态配置文件系统云、边协同的闭环，在线检测系统本体的信息处理端组态配置软件结合工程实际应用，利用预先配备了满足需求的组态功能组件和控制算法组件，通过人机交互接口、智能设备单元和通信控制单元与基于文件配置的在线组态系统进行组态全局数据通信，通过云部分的控制节点和边部分所运行的节点共同将用户管理信息、系统管理信息、底层传感器管理信息通过系统本体，赋予配置信息管理和权限管理，并采集物联网传感器节点、工业控制器和数据传输交换设备配置的管理信息及输出通道与组态配置软件中实时数据库变量的对应关系，使用权限管理关联信息和系统管理参数信息与系统本体进行通信，通过物联网传感器将检测数据转换成合适的电信号发送到检测模块，并设定其状态特征属性参数，对系统本体的基本信息进行有效的人机交互和监控对象的特征，按照用户指定的周期时间，循环执行策略块内的自动调动变量内容；

步骤S2.智能设备单元连接系统本体，通过传感器节点和控制器节点与底层可组态传感器控制节点进行通信；通信控制单元与底层可组态传感器控制节点进行通信，并根据组态配置文件结构和节点数据配置文件进行数据解析、参数控制和协议管理，根据用户或程序指令，将参数控制值和描述的通信协议进行打包，传输至底层可组态传感器控制节点，可组态传感器控制节点输入信号通过逻辑处理器对应的输出端口输出信息；

步骤S3.组态配置文件模块根据系统参数、模拟量参数和整型量参数，通过系统配置文件、全局点文件、点文件和控制策略文件组态生成下载文件，控制站生成全局点映射表，配置文件站点、配置文件模板，配置文件全局点文件和点文件控制策略文件，将节点数据配置文件数据空间分配分为布尔空间和浮点空间，调整数据的上传周期，控制周期的整数倍最小旁路功能，强制设置功能块的输入输出管脚的值，按照神经网络权值与专家规则对设备故障进行智能诊断预报；

步骤S4.图形组态模块对在线可配置的文件进行组态，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源，实现工业控制、危险环境、部署的环境中基本控制逻辑，将检测数据编译本地指定的文件锁定保存在控制站和服务器本地的存储器数据库中；

步骤S5.现场检测设备通过各种IO接口，将检测数据传送到实时数据库将其处理后的图形化数据通过人机界面显示给用户。

2.根据权利要求1所述的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，其特征在于，所述在线组态配置文件系统包括：在云端服务器或物理服务器信息处理端搭建的系统本体，信息处理端系统本体共点相连的人机交互接口、智能设备单元和通信控制单元，包含业务参数、组态参数以及系统参数配置文件模块，组态配置文件包含：系统参数、整型量参数和模拟量参数，其中，系统参数包含了系统浮点类型的参数名称、系统参数变量、系统参数I/O口信息和系统模拟量参数，整型量参数包含了整型参数名称、整型参数变量和整型参数I/O口信息，模拟量参数包含了模拟量参数名称、模拟量参数变量和模拟量参数I/O口信息，浮点类型的数字量参数。

3.根据权利要求2所述的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，其特征在于，所述参数名称为传感器所包含的参数名称，参数变量为传感器所包含的参数对应的唯一变量名称，参数I/O口信息为底层可组态传感器控制节点的逻辑处理器对应的输入输出端口信息。

4.根据权利要求2所述的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，其特征在于，系统参数包括了连接系统本体的底层处理器节点参数信息。

5.根据权利要求1所述的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，其特征在于，通信控制单元以轻量级的数据交换格式JSON文件结构或可扩展标记语言XML文件配置文件信息的任意形式文件，解析上传的JSON文件或XML文件。

6.根据权利要求1所述的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，其特征在于，系统本体通过4G、WIFI、有线网络或串口通信总线其中的任意一种联接智能设备单元，与底层可组态传感器控制节点进行通信，提供用户登录注销服务和用户管理服务；自动运行读取用户信息文件，通过协议接收发送的登录信息用户名和口令，验证登录信息，若成功将改动保存到文件，返回登录成功信息并返回授权，若失败返回登录失败信息，用户文件不作任何改动，通过协议接收发送的添加用户信息，用户名口令级别，用户描述添加新用户。

7.根据权利要求1所述的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，其特征在于，底层处理器节点参数信息包含了代表底层可组态传感器控制节点参数的参数名称、参数变量和参数I/O口信息，底层可组态传感器控制节点与系统本体直联，采集物联网传感器节点、工业控制器、数据传输交换设备的节点数据。

8.根据权利要求1所述的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，其特征在于，人机交互接口是相关系统对相关系统的用户管理信息、底层可组态传感器控制节点使用权限关联信息、传感器基本配置信息、系统本体参数重要信息的基本信息进行有效的人机交互接口。

9.根据权利要求1所述的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，其特征在于，云端服务器或物理服务器，通过接口站为外部的其它系统提供接口，可以使用协议进行双向的数据交换，开机后自动运行，从以太网上接收控制站传送的硬件状态数据包，将硬件状态数据解包辨别硬件状态变化，若发现硬件状态有变化生成一个数据库的记录，将记录插入到数据库中，若没有发现硬件状态变化则不作任何操作。

10.根据权利要求1所述的航空制造业生产现场在线检测组态文件的管理方法，其特征在于，组态配置软件针对图形组态层、系统组态层及代码组态层三个层次结构进行详细设计：图形组态模块，控制算法组件、驱动程序组件、定义管理模块、在线仿真模块及代码生成模块和用户自定义编辑器，将上述各个功能模块及组件穿插其三个层次结构中；其中，图形组态模块运行于图形组态层，定义管理模块、在线仿真模块及代码生成模块运行于系统组态层，控制算法组件、驱动程序组件及用户自定义编辑器运行于代码组态层，并且图形组态模块设有各种图元、图符、组合图形及动画构件的位图图符，利用这些最基本的图形元素，制作出任何复杂的图形，根据控制算法组件与驱动程序组件，以图形组态的方式构造航空控制软件的控制回路、调节计划；控制算法组件管理各种算法、控制回路及调节计划。