一种设备驱动控制器组件的实现方法及系统与流程

本发明涉及工业自动化软件控制技术领域，尤其涉及一种设备驱动控制器组件的实现方法及系统。

背景技术：

目前，许多大型工业控制系统项目需求多变、控制功能复杂，其硬件系统往往集成了大量的工程设备，所涉及的工程数据点的数量也十分庞大，特别是在我国的大型火力发电厂中，随着机组容量不断增大，工程中物理输入输出点的数量多达几十万甚至上百万，为了满足工业生产设备级安全可靠的控制需求，现场工程设备的驱动控制器主要是通过将相应的控制逻辑关联到指定的输入输出数据点来实现，所谓的设备驱动控制器指的就是一种可驱动设备完成特定控制操作的控制逻辑单元，其主要功能是对用户的输入命令进行一定的逻辑运算，做出一系列的连锁判断，确定输入命令是否发生且满足所有执行条件，从而产生相应的输出指令。该控制器是衔接用户编写的设备控制逻辑指令和工程物理输入输出点的所必需的功能组件，同时也是工程设备能否正确、安全运行的重要保证，对工业控制系统的安全生产起到非常重要的作用。

然而，目前现有技术中控制系统设备驱动控制器的开发和应用主要存在以下几个问题：

1、组件封闭。如图2所示，由于组态软件设计规范、使用习惯等原因，现有的设备驱动控制器组件通常都是在厂家出厂组态软件产品时，以功能块等形式预先封装好，供工程师编写逻辑组态时调用，比如HOLLiAS MACS产品的顺控设备功能块HSSCS。这种方式具有很大的局限性，工程师在开发系统工程逻辑过程中，若发生硬件故障或产生新的控制需求变更，而原有组件又无法满足工程应用需要，就必须交由厂家重新优化，这种方式严重影响了控制逻辑的开发效率及其应用的灵活性。

2、通用性差。许多大型工厂的控制系统集成了多种不同厂家来源的DCS系统或PLC系统，例如某火电厂发电机组的输煤系统采用OMRON CS1D系列PLC，锅炉系统使用SIEMENS S7400系列PLC，除灰系统采用AB-ControlLogix系列PLC。虽然不同厂家自带的组态软件编程原理大同小异，但编程方式及其指令格式存在很大的差异，也造成其自带的设备驱动控制器组件无法通用，复用能力差。

3、无法可视化。目前，许多厂家的设备驱动控制器只作为单个逻辑运算组件使用，工业生产用户无法在组态软件中直接进行设备驱动控制器的逻辑设计工作，也无法了解该组件内部的逻辑运算过程，大大影响了用户的工程开发体验，特别是对于工程仿真培训应用来说极为不利。

有鉴于此，有必要提出一种通用的、可视化的设备驱动控制器的实现方法以解决上述问题。本发明正是基于现有技术的不足，提出了一种可以将设备驱动控制器组件转化为可执行的通用控制逻辑图的方法，该方法采用单元模块的组态方式来开发设备驱动控制器的逻辑，并给出一种通用控制逻辑的设计规范，具有开放性好、可视化、可重构、通用性强、编程简单且可读性好等特点，可以显著地提高设备驱动控制器应用的灵活性，从而提升控制系统逻辑建立的效率和质量，降低开发和维护的成本及风险。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种设备驱动控制器组件的实现方法，既克服了传统设备驱动控制器组件封闭、可视化程度差、无法重构修改的缺陷，也解决了现有技术中设备驱动控制器存在通用性不足、灵活性差、可读性差，且难以在不同硬件体系之间移植与共享，难满足工程应用多变的控制要求的技术问题。

本发明要解决的技术问题之一是这样实现的：一种设备驱动控制器组件的实现方法，包括如下步骤：

步骤10、设计、编辑设备驱动控制器的控制逻辑图，所述控制逻辑图通过数据交互接口读取原工程系统的用户控制指令和输出设备驱动控制器的控制逻辑指令，完成与原工程系统的连接；所述数据交互接口由所述控制逻辑图对应的输入输出单元模块构成；

步骤20、通过中间件组件将设备驱动控制器的控制逻辑图的逻辑算法转换成当前硬件平台及其指令系统所支持的可执行程序，运行所述逻辑算法，并将运算结果数据关联到对应的物理输入输出点上。

进一步的，所述步骤10进一步包括：

步骤11、设计和编辑通用的控制逻辑模板，所述控制逻辑模板包括单元模块、连接线和箭头；

步骤12、通过多个单元模块的图形化组态得到所需的控制逻辑图，或选择对应的控制逻辑模板，调整得到所需的控制逻辑图，所述调整包括增加、删除、修改单元模块的计算顺序；

步骤13、通过输入端的数据交互接口读取原工程系统的用户控制指令，所述输入端的数据交互接口由所述控制逻辑图中对应的输入单元模块构成；

步骤14、通过输出端的数据交互接口输出设备驱动控制器的控制逻辑指令，所述输出端的数据交互接口由所述控制逻辑图中对应的输出单元模块构成。

进一步的，所述单元模块内部包含可供调用的特定算法函数，外部显示单元模块的下标号和当前值，且每个单元模块的下标号为自定义，所述下标号用以区分控制逻辑图中多个同类的单元模块，且在同一逻辑回路中同类的单元模块的下标号不重复，所述当前值用数字和颜色区分。

进一步的，所述控制逻辑模板根据开关量和模拟量设备及其输入输出点进行分类，具体为：根据所使用的物理输入输出点的类型和数量不同，对控制系统中涉及的开关量设备和模拟量设备进行分类，并根据常用的开关量和模拟量设备所实现的功能，进一步将其所需的物理输入输出点按照逻辑功能的不同进行分类。

进一步的，所述开关量设备和模拟量设备通过转化物理输入输出点的类型和数量，选择和调用不同的控制逻辑模板进行灵活应用，并通过将若干个相同的输入信号合并成同一个信号，然后赋给不同下标的临时数字量或模拟量单元模块来减少控制逻辑模板所使用的输入输出点的数量。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种设备驱动控制器组件的实现系统，提高设备驱动器的通用性、灵活性和可读性，并实现设备驱动控制器在不同硬件体系之间移植和共享。

本发明要解决的技术问题之二是这样实现的：一种设备驱动控制器组件的实现系统，包括控制逻辑设计器和算法执行器：

所述控制逻辑设计器用于设计、编辑设备驱动控制器的控制逻辑图，所述控制逻辑图通过数据交互接口读取原工程系统的用户控制指令和输出设备驱动控制器的控制逻辑指令，完成与原工程系统的连接；所述数据交互接口由所述控制逻辑图对应的输入输出单元模块构成。

所述算法执行器用于通过中间件组件将设备驱动控制器的控制逻辑图的逻辑算法转换成当前硬件平台及其指令系统所支持的可执行程序，运行所述逻辑算法，并将运算结果数据关联到对应的物理输入输出点上。

进一步的，所述控制逻辑设计器进一步包括：

模板设计单元，用于设计和调用设备驱动控制器的控制逻辑模板，并提供通用的控制逻辑模板，所述控制逻辑模板包括单元模块、连接线和箭头；

控制逻辑图绘制单元，用于设计和编辑设备驱动控制器的图形控制逻辑，通过多个单元模块的图形化组态得到所需的控制逻辑图，或选择对应的控制逻辑模板，调整得到所需的控制逻辑图，所述调整包括增加、删除、修改单元模块的计算顺序，并用于将原工程系统的用户控制指令连接到对应的输入单元模块中，实现用户控制指令的读取，将设备驱动控制器的控制逻辑指令连接到对应的输出单元模块中，实现设备驱动控制器指令的输出。

进一步的，所述单元模块内部包含可供调用的特定算法函数，外部显示单元模块的下标号和当前值，且每个单元模块的下标号为自定义，所述下标号用以区分控制逻辑图中多个同类的单元模块，且在同一逻辑回路中同类的单元模块的下标号不重复，所述当前值用数字和颜色区分。

进一步的，所述控制逻辑模板根据开关量和模拟量设备及其输入输出点进行分类，具体为：根据所使用的物理输入输出点的类型和数量不同，对控制系统中涉及的开关量设备和模拟量设备进行分类，并根据常用的开关量和模拟量设备所实现的功能，进一步将其所需的物理输入输出点按照逻辑功能的不同进行分类。

进一步的，所述开关量设备和模拟量设备通过转化物理输入输出点的类型和数量，选择和调用不同的控制逻辑模板进行灵活应用，并通过将若干个相同的输入信号合并成同一个信号，然后赋给不同下标的临时数字量或模拟量单元模块来减少控制逻辑模板所使用的输入输出点的数量。

本发明具有如下优点：

1、采用模块组态的方式取代传统编码封装的方法实现设备驱动控制器，具有很好的开放性，操作简单，同时具有运行过程可视化的特点，工业生产操作人员不仅可以洞察组件内部的构成，自行修改组件内部的控制逻辑，无须向厂家求助，还可以实时地、动态地监测组件内部逻辑的运行情况；

2、通过本发明实现的设备驱动控制器的控制逻辑具有很强的通用性，适用于不同行业、不同厂家的控制系统，特别是对集成了多种异构控制站的大型工业控制系统而言，用户可以在不同硬件平台之间轻松地实现控制逻辑程序的移植与共享，显著地提高工程逻辑的开发效率；

3、针对设备驱动控制器提供了通用的控制逻辑模板，应用十分灵活，所提供的控制逻辑模板不仅可读性强，还支持逻辑可重构操作，用户可以通过调用模板，自主修改控制逻辑来满足不同工艺过程的应用要求，使用方便且可维护性高；

4、本发明方法既适用于仿真控制系统的开发过程，也可以应用于实际工程系统中，能够很好地满足工程系统中设备驱动控制逻辑开发和维护的需求。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种设备驱动控制器组件的实现方法执行流程图。

图2为现有技术中设备驱动控制器实现的原理示意图。

图3为本发明设备驱动控制器实现的原理示意图。

图4为本发明一种开关量设备的控制逻辑模板示例图。

具体实施方式

如图1和图3所示，一种设备驱动控制器组件的实现方法，包括如下步骤：

步骤10、设计、编辑设备驱动控制器的控制逻辑图，所述控制逻辑图通过数据交互接口读取原工程系统的用户控制指令和输出设备驱动控制器的控制逻辑指令，完成与原工程系统的连接；所述数据交互接口由所述控制逻辑图对应的输入输出单元模块构成，所述步骤10进一步包括步骤11至步骤14：

步骤11、设计和编辑通用的控制逻辑模板，所述控制逻辑模板包括单元模块、连接线和箭头，所述单元模块内部包含可供调用的特定算法函数，外部显示单元模块的下标号和当前值，且每个单元模块的下标号为自定义，所述下标号用以区分控制逻辑图中多个同类的单元模块，且在同一逻辑回路中同类的单元模块的下标号不重复，所述当前值用数字和颜色区分。所述控制逻辑模板根据开关量和模拟量设备及其输入输出点进行分类，具体为：根据所使用的物理输入输出点的类型和数量不同，对控制系统中涉及的开关量设备和模拟量设备进行分类，并根据常用的开关量和模拟量设备所实现的功能，进一步将其所需的物理输入输出点按照逻辑功能的不同进行分类；其中，开关量设备和模拟量设备可以通过转化物理输入输出点的类型和数量，选择和调用不同的控制逻辑模板进行灵活应用；输入输出点的数量可以通过将若干个相同的输入信号合并成同一个信号，然后赋给不同下标的临时数字量或模拟量单元模块来减少；

步骤12、通过多个单元模块的图形化组态得到所需的控制逻辑图，或选择对应的控制逻辑模板，调整得到所需的控制逻辑图，所述调整包括增加、删除、修改单元模块的计算顺序；

步骤13、通过输入端的数据交互接口读取原工程系统的用户控制指令，所述输入端的数据交互接口由所述控制逻辑图中对应的输入单元模块构成；

步骤14、通过输出端的数据交互接口输出设备驱动控制器的控制逻辑指令，所述输出端的数据交互接口由所述控制逻辑图中对应的输出单元模块构成；

步骤20、通过中间件组件将设备驱动控制器的控制逻辑图的逻辑算法转换成当前硬件平台及其指令系统所支持的可执行程序，运行所述逻辑算法，并将运算结果数据关联到对应的物理输入输出点上。

本发明一种设备驱动控制器组件的实现系统，包括控制逻辑设计器和算法执行器：

所述控制逻辑设计器用于设计、编辑设备驱动控制器的控制逻辑图，所述控制逻辑图通过数据交互接口读取原工程系统的用户控制指令和输出设备驱动控制器的控制逻辑指令，完成与原工程系统的连接；所述数据交互接口由所述控制逻辑图对应的输入输出单元模块构成，所述控制逻辑设计器进一步包括一模板设计单元、一控制逻辑图绘制单元。

所述模板设计单元，用于设计和调用设备驱动控制器的控制逻辑模板，并提供通用的控制逻辑模板，所述控制逻辑模板包括单元模块、连接线和箭头，所述单元模块内部包含可供调用的特定算法函数，外部显示单元模块的下标号和当前值，且每个单元模块的下标号为自定义，所述下标号用以区分控制逻辑图中多个同类的单元模块，且在同一逻辑回路中同类的单元模块的下标号不重复，所述当前值用数字和颜色区分。所述控制逻辑模板根据开关量和模拟量设备及其输入输出点进行分类，具体为：根据所使用的物理输入输出点的类型和数量不同，对控制系统中涉及的开关量设备和模拟量设备进行分类，并根据常用的开关量和模拟量设备所实现的功能，进一步将其所需的物理输入输出点按照逻辑功能的不同进行分类；其中，开关量设备和模拟量设备可以通过转化物理输入输出点的类型和数量，选择和调用不同的控制逻辑模板进行灵活应用；输入输出点的数量可以通过将若干个相同的输入信号合并成同一个信号，然后赋给不同下标的临时数字量或模拟量单元模块来减少；

所述控制逻辑图绘制单元，用于设计和编辑设备驱动控制器的图形控制逻辑，可通过多个单元模块的图形化组态得到所需的控制逻辑图，或选择对应的控制逻辑模板，调整得到所需的控制逻辑图，所述调整包括增加、删除、修改单元模块的计算顺序，并用于将原工程系统的用户控制指令连接到对应的输入单元模块中，实现用户控制指令的读取；将设备驱动控制器的控制逻辑指令连接到对应的输出单元模块中，实现设备驱动控制器指令的输出；

所述算法执行器用于通过中间件组件将设备驱动控制器的控制逻辑图的逻辑算法转换成当前硬件平台及其指令系统所支持的可执行程序，运行所述逻辑算法，并将运算结果数据关联到对应的物理输入输出点上。

下面结合一具体实施方式对本发明做进一步说明：

本发明系统包括控制逻辑设计器和算法执行器，用户可以借助该系统的控制逻辑设计器自主地设计、开发和运行设备驱动控制器的控制逻辑图，并通过算法执行器运行所述控制逻辑图。使用时只需要将原工程系统的用户控制指令接入到该系统的输入端，由该系统驱动触发指定物理输入输出点执行相应的操作。

所述控制逻辑设计器主要用于：设计和编辑设备驱动控制器的控制逻辑图，同时提供多种通用的控制逻辑模板，供用户灵活调用，并提供数据交互接口，用于读取原工程系统的用户控制指令，连接到对应的输入端单元模块，所述设备包括开关量设备和模拟量设备两大类型，所述设备驱动控制器的逻辑图由单元模块、连接线和箭头构成(如图4，为一种通用的控制逻辑模板的示例图)，用于存放设备驱动控制器的逻辑组态信息，并且可动态地显示每个单元模块的计算数据，还可以通过自主增加、删减和调整单元模块的计算顺序来修改逻辑的控制功能，具有编程简单、计算透明和逻辑可重构的特点。其中，每个单元模块内部包含特定的算法函数可供调用，外部可以直观、动态地显示模块的下标号和当前值，且每个单元模块的下标号均可自定义，下标号用以区分控制逻辑图中多个同类的单元模块，且在同一逻辑回路中同类的单元模块的下标号不能重复，所述控制逻辑图在运行状态下，可以实时显示每个单元模块的当前值，当输出值为模拟量时，用数字显示其当前值，当输出值为数字量时，除了用0或1显示其当前值外，还使用不同的颜色进行区分。

由于不同的设备在工业生产某些工艺过程中的物理输入输出点或相同、或不同，即使同一种设备在不同的工艺过程中也具有不同的物理输入输出点。输入输出信号不同，开关设备所实现的功能随之不同，从而控制逻辑也不尽相同，因此通用的控制逻辑模板是在分析各输入输出信号之间逻辑关系的基础上设计的。不同设备驱动控制的逻辑不同主要体现在输入指令和输出指令不同，因此控制逻辑模板可以根据开关量和模拟量设备及其输入输出点进行预分类，具体的，根据所使用的物理输入输出点的类型和数量不同，对控制系统中涉及的开关量设备和模拟量设备进行分类，并根据常用的开关量和模拟量设备所实现的功能，进一步将其所需的物理输入输出点按照逻辑功能的不同进行分类。以开关量设备为例，可以根据所使用的输入输出点类型和数量的不同，将开关量设备分为单输入-单输出、双输入-双输出、单输入-双输出、双输入-单输出四种类型；可以根据常用开关量设备所实现的功能，可将其输入输出点进一步分为状态反馈、由控制逻辑向物理设备或仿真模型发出的命令、命令产生的条件、通过手动操作实现的功能、自动状态下可实现的功能、具有保护设备的功能、开/关超时报警信号以及反映设备当前状态的设备状态信号等几大类。

本发明中控制逻辑模板提供了一组常规的设备驱动控制功能，在实际工程项目应用时，能够根据现场工艺需求的不同，处理好各个物理输入输出点的对应关系，使得不同类别的设备驱动控制逻辑之间可以互相转化而不影响控制过程，从而实现模板的灵活应用。

以某脱硫系统电动门设备为例，该设备为双输入-双输出设备，开发该设备驱动控制逻辑时，既可以使用双输入-双输出设备的通用控制模板，也可以在单输入-单输出通用控制模板的基础上，通过正确对应输入输出点来实现。具体来说，单输入型开关量设备，一般表现为开状态取非作为关状态，或者关状态取非作为开状态；单输出型开关量设备，一般表现为只有一个启停命令，指令为1则设备打开，否则关闭。对于双输入-双输出开关量设备，开/关状态也可以通过开状态取非作为关状态，或者关状态取非作为开状态来实现，因此可以将此类设备当作单输入-单输出类型的设备来处理，这样不仅使控制逻辑更加简洁，而且减少了控制逻辑所使用的物理输入输出点的数量。

本发明中控制逻辑模板设计时，为了保证功能完善的情况下，尽量减少所使用的物理输入输出点的数量，同时提供清晰、易用的对外接口供系统调用、调试。例如，针对某设备的通用控制逻辑，通过将几个相同的输入信号合并成同一个信号，然后赋给不同下标的临时数字量或模拟量单元模块，可以减少输入数据点下标修改的工作量，而且从整体上看，也可以有效地减少逻辑所使用的输入输出点的数量。

所述控制逻辑模板的使用过程如下：

步骤S1、分析系统的控制需求，明确用户输入输出控制指令之间的逻辑关系，判断是否有可以直接使用的模板，若是，则调用对应的逻辑控制模板，进入步骤S3，否则，进入步骤S2；

步骤S2、判断已有的模板是否符合控制功能需求，若是，则进入步骤S3，否则，选取一功能接近的逻辑控制模板，在其基础上进行删减、添加单元模块，或者调整单元模块的连接顺序的方法，对逻辑控制模板进行重构、修改，进入步骤S3；

步骤S3、将含编辑好的控制逻辑图的逻辑组态系统接入到原控制系统工程中，同时确保系统的用户控制指令与控制逻辑图的输入端接口相对应；

步骤S4、运行控制系统，观测设备驱动控制逻辑图的内部单元模块的运行情况，并及时调试。

所述算法执行器主要用于执行设备驱动控制器的逻辑算法，并将运算结果数据关联到对应的物理输入输出点上，该执行器可装载于包括PC、工控机或PLC在内的具有一定运算能力的计算器件中，所述算法执行器内部集成有一中间件组件，用于将设备驱动控制器的控制逻辑算法转化为不同硬件平台及其指令系统所支持的可执行程序，通过中间件组件转化成当前可执行程序后进行运行，从而有效地提高控制逻辑程序在不同类型硬件之间的可移植性和共享能力。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。