多工业控制系统组态数据信号流的图谱展示方法和装置与流程

1.本发明涉及工业控制系统技术领域，特别涉及一种多工业控制系统组态数据信号流的图谱展示方法和装置。


背景技术：

2.随着工厂规模以及工艺复杂的程度不断提高，大规模厂区的控制需要基于多套控制系统进行工艺管理，例如安全仪表系统(sis)负责工程控制系统中的报警和联锁部分，对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或主动停机控制，是工程企业自动控制的重要组成部分；集散控制系统(dcs)采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而治之和综合协调的设计原则实现控制系统多层分级、合作自治的方式实现操作员对工艺系统的监视和控制。
3.通常情况下，一套装置会包含一套安全仪表系统、一套集散控制系统、以及其他辅助控制系统，而各系统内部存在仪表、通道、控制逻辑、上位机监控画面显示等信号流节点经过的数据节点，同时各系统之间也会存在信号数据的交集。目前如果要查看这样一套完整的信号流是没有方法的，需要工程师在各个系统查看仪表数据、硬件配置数据、控制逻辑数据、上位机监控画面组态数据，并在自己的想象空间中自行组织起这样一个完整的信号流，为工程师的故障定位和排查带来了巨大的障碍。


技术实现要素：

4.本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种多工业控制系统组态数据信号流的图谱展示方法和装置，从装置的角度展示完整的从仪表数据、到硬件通道、到控制逻辑、再到监控视图显示。展示装置内部多系统之间的跨系统的信号流图谱，可以帮助工程师了解当前装置的信号流状态，为故障定位和排查提供依据。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案，
6.本发明的第一个方面提供了一种多工业控制系统组态数据信号流的图谱展示方法，具体包括：获取装置组态数据信号流数据作为输入数据；将多种输入数据归约化为统一的数据结构并进行存储；基于存储的数据结构绘制信号流图谱。
7.将装置的各控制系统内部的数据组织在一起，支持通用的形式展示信号流，将组态数据转换为信号流图，应用行业和场景更广泛和应用。
8.进一步的，装置组态数据信号流数据至少包括：工业控制系统之间的通讯映射关系、现场仪表与控制系统内部输入输出通道位号的映射关系、输入位号进入控制逻辑程序后的运算逻辑程序以及与输出位号和逻辑位号之间的关系、监控画面与位号之间的包含关系。
9.进一步的，获取装置组态数据信号流数据作为输入数据，具体包括：基于工业控制系统之间的通讯映射关系，得到控制系统之间的通信位号映射关系的数据；基于现场仪表与控制系统内部输入输出通道位号的映射关系，得到现场仪表位号与控制系统输入输出位
号的映射关系的数据；基于输入位号进入控制逻辑程序的运算逻辑程序以及与输出位号和逻辑位号之间的关系，得到功能块与控制系统位号之间的数据；基于监控画面与位号之间的包含关系，得到监控画面与位号之间的数据。
10.得到关系与位号相关的数据，为后续绘制信号流图谱做为依据。
11.进一步的，将多种输入数据归约化为统一的数据结构并进行存储，具体包括：基于位号的唯一性将输入数据转换为与位号相关的数据结构；将数据结构按照数据库或者文件的存储方式进行存储。
12.进一步的，基于存储的数据结构绘制信号流图谱，具体包括：基于存储的数据结构，以及，基于控制系统之间的数据块映射关系、控制系统与位号之间、功能块与位号之间、监控画面和位号之间的关系，按照数据的流向，串联得到多系统的信号流图谱。
13.进一步的，信号流图谱的图形块类型至少分为现场仪表、控制系统位号、功能块位号以及监控画面。
14.进一步的，信号流图谱中的任一图形块至少包括头部、中间部分以及脚部显示区域，其中图形块的头部至少包括对应的数据块的名称、类型、类型名字以及归属，中间部分至少包括数据块的流入流出或位号,脚部至少包括数据块类型和附加信息。
15.对于图形块的显示采用通用的数据块形式，明确了数据块各部分具体的含义，在图形显示方式上更合理。
16.进一步的，信号流图谱的输入输出信号流采用回环线表示循环回路。
17.对于信号循环回路，采用回环线形式展示，更加直观。
18.进一步的，基于当前图形块分别扩展上行和下行的图形块的信号流图谱，直至分别扩展至上行信号和下行信号的端点。
19.本发明的第二个方面提供了一种多工业控制系统组态数据信号流的图谱展示装置，用于运行上述多工业控制系统组态数据信号流的图谱展示方法。
20.本发明的有益效果是：
21.1、输入的数据无需为固定的pdf或cad格式，直接从控制系统内部获取需要的组态数据；
22.2、将装置各控制系统内部的数据组织在一起，支持通用的形式展示信号流，可以通过通用行业的安全仪表系统(sis)、集散控制系统(dcs)等控制系统的组态数据转换为信号流图，应用行业和场景更广泛和应用；
23.3、有利于工程师对工艺分析和信号流流转数据的分析提供帮助；
24.4、无需将装置内部数据转换，直接从控制系统内获取需要的组态数据；
25.5、对于信号循环回路，采用回环线形式展示，更加直观；
26.6、定义了通用的数据块形式，明确了数据块各部分具体的含义，在图形显示方式上更合理；
27.7、除了引入现场仪表设备、控制系统输入输出位号等硬件之外，还引入了功能块控制逻辑、监控视图等逻辑数据块，在数据类型定义上更丰富。
附图说明
28.图1为本发明实施例图谱展示方法的流程图；
29.图2为本发明实施例多工业控制系统之间的通讯映射关系；
30.图3为本发明实施例现场仪表与控制系统之间的数据；
31.图4为本发明实施例功能块和位号之间的图形关系；
32.图5为本发明实施例功能块和控制系统位号之间的数据；
33.图6为本发明实施例监控画面与位号之间的图形关系；
34.图7为本发明实施例监控画面与位号之间的数据；
35.图8为本发明实施例数据归约后的数据块结构；
36.图9为本发明实施例信号流图谱示意图。
具体实施方式
37.为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
38.在描述本发明的一种多工业控制系统组态数据信号流的图谱展示方法和装置之前，首先对一些专有名词进行解释：
39.生产设备：能够完成一个指定生产工艺(例如炼化、化工等)的一整套设备。
40.工业控制系统：基于计算机技术、通信技术以及控制技术实现的一套控制系统，能够实现对生产设备信号数据的采集，控制逻辑的运算，以及再通过信号对生产设备进行控制的功能。
41.装置：能够完成一个指定生产工艺(例如炼化、化工等)的一整套生产设备以及配套的工业控制系统，统称为一套装置。
42.组态数据：控制系统为了实现对生产设备的数据采集和控制，需要预设对生产设备的模拟数据，编写控制逻辑程序，等预先设置好的数据，这些数据被称为组态数据。
43.信号流：组态数据描述了控制系统内部的控制逻辑，以及数据如何从生产设备传感器到控制系统逻辑，再到控制系统数据显示的完整数据流向以及计算逻辑。
44.现场仪表：指安装在生产现场，用于测量各种工艺过程参数、执行各种控制指令或转换信号并实现通讯的仪表。
45.位号：控制系统内部的用于指代一个数据的定义，例如液氮产品流量、编号xxxx高压氧泵速度等工艺参数，控制系统内部通常可以分为输入位号、输出位号、通讯位号、逻辑位号等类型。其中输入位号指代从现场仪表接入的数据信号，输出位号指代控制系统反写回现场仪表的数据信号，通讯位号指本控制系统与外部其他控制系统或软件进行通讯交互后的接入位号点，逻辑位号指控制系统内部用于控制逻辑运算、监控画面展示等功能的位号。
46.功能块：也称为function block，用于控制系统内部定义控制逻辑的一种方式，可以通过图形的方式定义控制逻辑，控制系统可以将这些对应的逻辑进行运算并做进一步的处理。
47.监控画面：控制系统内部用于展示工艺或其他信息的画面，例如流程图用于展示现场工艺设备模拟以及对应的位号和信号数据，趋势图用于展示位号在某一个时间段的历史变化趋势曲线。
48.基于以上解释，以下是对本发明的技术方案进行详细描述。
49.如图1所示，本实施例所述的一种多工业控制系统组态数据信号流的图谱展示方法的流程图，包括如下步骤：
50.步骤s1，获取装置组态数据信号流数据作为输入数据。
51.获取的数据主要是与装置的组态数据信号流相关的数据。基于工业控制系统之间的通讯映射关系，得到控制系统之间的通信位号映射关系的数据；基于现场仪表与控制系统内部输入输出通道位号的映射关系，得到现场仪表位号名与控制系统输入输出位号的映射关系的数据。基于输入位号进入控制逻辑程序的运算逻辑程序以及与输出位号和逻辑位号之间的关系，得到功能块和控制系统位号之间的数据。基于监控画面与位号之间的包含关系得到，得到监控画面与位号之间的数据。
52.在本发明的一个实施例中，当获取的数据为工业控制系统的通讯映射关系，具体的是指代两个控制系统之间的通讯位号硬件配置数据以及系统之间的映射关系。以图2所示为例，两个控制系统分别为sis系统和dcs系统为例。
53.两个控制系统采用modbus通讯，因此需要给出控制系统内部的modbus的数据偏移和通讯位号的对应关系，然后根据对应关系识别出控制系统之间的通讯位号映射关系。
54.如果sis系统和dcs系统通过串口通讯的硬件卡件进行通讯，通讯卡件的数据包括：控制器地址、通讯模块地址、机架地址、通讯设备地址、数据块长度等信息，用来标识双方通讯数据块。同时由控制器地址、通信模块地址、机架地址、通信设备地址等各地址信息，可以生成系统内唯一的设备标识，例如图中所示生成的[001][002][003][004]。然后需要数据块内部的数据信息偏移信息标识各逻辑数据，最后可以通过一组sis系统和dcs系统之间的设备标识映射来确定两个系统之间的数据关联。
[0055]
在本发明的一个实施例中，当获取的数据为现场仪表与控制系统(dcs或sis)内部输入输出通道位号的映射关系，现场仪表一般有一个仪表位号名，同时输入输出通道位号也有一个位号名，位号名通常使用一组英文字母、数字、下划线等常用符号定义，具备与工艺相关的特殊含义。这组关系定义的是现场仪表位号名与控制系统输入输出位号的简单映射关系。以图3所示为例的数据结构，包括了仪表设备的id,现场仪表设备位号，控制系统位号、上线时间、设备身份码、仪表厂商、设备类型、协议名称、协议版本、控制站地址、io卡地址、通道地址、节点地址、机架地址、域地址、系统类型和系统工程名称。这样一个数据结构定义了一个现场仪表设备位号与控制系统位号之间一对一的映射关系，多个这样的数据结构可以定义多个现场仪表设备位号与控制系统io位号之间的映射关系。
[0056]
在本发明的一个实施例中，当获取的数据为输入位号进入控制逻辑程序后的运算逻辑程序，以及与输出位号、逻辑位号之间的关系，通常一个功能块实例化后可以在其输入引脚和输出引脚上分别关联一个位号，或者将引脚空置亦可，这样的关系可以图形化为下图4显示的结构。则对应的数据结构定义为如图5所示。包括了名称，输入引脚和输出引脚。输入引脚包括引脚名、引用的块名、引用的块引脚名。输出引脚包括引脚名、引用的块名、引用的块引脚名。
[0057]
在本发明的一个实施例中，当获取的数据为监控画面与位号之间的包含关系，以如图6所示的监控画面和位号之间的关系为例。对应的数据结构定义如7所示，包括了监控名称以及引用位号的位号名。
[0058]
步骤s2、将多种输入数据归约化为统一的数据结构并进行存储。
[0059]
工业控制系统之间的通讯映射关系、现场仪表与控制系统内部输入输出通道位号的映射关系、输入位号进入控制逻辑程序的运算逻辑程序以及与输出位号和逻辑位号之间的关系、监控画面与位号之间的包含关系，都与位号有关；
[0060]
位号名可以用“[系统][区域][硬件地址or逻辑地址]”来确定唯一标识，上述关系均与位号名有关，因此可以通过位号名的唯一标识，将上述的各种关系串联起来，从而可以形成可多个系统的信号流图谱，以及得到信号流图谱内的图形块名称。
[0061]
因此，现场仪表设备数据、位号数据、功能块数据、监控画面数据统一转化与位号有关的如图8所述的统一归约后的数据块结构，并存入存储设备，可以是以数据库或文件系统的形式。
[0062]
其中，数据块的类型可以分为：现场仪表、位号、功能块、监控画面；数据块归属信息格式为：[系统][区域][硬件地址or逻辑地址]；底部类型的附加信息分类如下：现场仪表类型显示为“仪表厂商 通讯协议”；位号显示为位号类型，例如“模拟量输入”、“模拟量输出”、“开关量输入”、“开关量输出”；功能块类型显示为功能块的名称，例如“pid”等，监控画面则按类型显示为“流程图”或者“趋势图”。
[0063]
步骤s3、基于存储的数据结构绘制信号流图谱。
[0064]
将所有归约后的数据依次读取出来，以信号流图谱的形式按照固定的展示形式进行展示。信号流图谱展示的效果如图9所示，每个图形块分为头部、中间部分、脚部三部分显示区域。头部内容显示为两行，第一行为图形块的名称，第二行为图形块的归属以及块的类型；中间部分按左右两部分显示，左边为信号流的流入引脚，右边为信号流的流出引脚，如果没有流入流出引脚，则显示为一个完整的位号或其他名称内容；脚部分两行显示，第一行为图形块类型的附加信息，第二行为图形块的描述信息。
[0065]
其中图形块的类型可以分为：现场仪表、位号、功能块、监控画面；数据块归属信息格式为：[系统][区域][硬件地址or逻辑地址]；底部类型的附加信息分类如下：现场仪表类型显示为“仪表厂商 通讯协议”；位号显示为位号类型，例如“模拟量输入”、“模拟量输出”、“开关量输入”、“开关量输出”；功能块类型显示为功能块的名称，例如“pid”等，监控画面则按类型显示为“流程图”或者“趋势图”。
[0066]
例如图9所示信号流图谱的中间部分的图形块，头部显示的第一行，块的名称为0202fic1101b，块的归属为ecs
‑
700_运行二部控制域，块的类型为function block。中间区域的左侧一列，显示的为信号流的流入引脚，分别为bkin、bkiinerr、pv、pverr,右侧一列显示的为信号流的流出引脚，分别为mv、bkout、bkouterr。脚部分显示的第一行为附加信息pid，第二行为块的描述信息为提升管反应器顶部房焦蒸汽b流量。
[0067]
各数据块之间在中间部分按照信号流向使用箭头连接，最左边为数据流向的起始，最右边为数据流向的终点。支持点击数据块左上角和右上角的 号分别对当前数据块的流入和流出进行扩展，直到扩展至信号流的起始和终点。
[0068]
另外涉及到循环回路的信号流，通过回环线的方式进行绘制，并不会重复绘制图形块，不仅实现了现场仪表设备、控制系统输入输出位号等硬件之外，引入了功能块控制逻辑、监控视图等逻辑数据块，在数据类型定义上更丰富。
[0069]
通过完全展开的数据信号流，可以查看跨系统的完整组态数据信号流，在一个画面中查看完整的装置的信号流图。避免了到各个控制系统的组态软件查看的步骤。通常厂
区内各控制系统在物理位置上不在同一个地方，可能分布在各个不同的主控室。另外控制系统内部的组态数据信号流也有可能是分布在各个不同的软件查看界面上，通过此方法将各数据组织在一起，以一个通用的形式展示信号流，可有利于工程师针对工艺分析和信号流流转数据的分析提供有效的帮助。
[0070]
以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。