一种生成可视化工业组态交互图形的方法

技术领域

本发明涉及了一种生成可视化工业组态交互图形的方法，属于工业物联网领域。

背景技术

“组态”的概念是伴随着集散型控制系统(Distributed Control System简称DCS)的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术不断发展和应用的过程中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位，以各种直观的方式提供给用户使用，用户可以通过使用组态软件轻松实现各种监控系统，因此也被广泛应用于机械、石油、化工、水循环处理以及过程控制等诸多领域。

在工业4.0(第四次工业革命)和《中国制造2025》这个大背景下，随着自动化、信息化的快速发展，推动了工业互联网以及模拟工业过程控制系统的需求和开发。工业过程与传统的信息化系统的连接越来越紧密，而组态软件也越来越成熟，工业组态概念也就应运而生。

工业组态提供对下位机设备数据的实时监控，提供各种固定的组件元素用来模拟各种工业现场产线的工艺流程，提供给用户一种简单的模拟仿真界面，并通过绑定数据库实现与现场设备数据点的连接，实现互通，以方便用户可以通过组态软件了解现场设备参数，以及工艺流程，并且方便利用记录设备的实时运行工况数据和历史数据，可以对系统设备故障原因等进行分析定位，责任追查等。

目前，大部分工业过程控制是针对特定领域特定流程进行模拟，属于定制化开发，没有通用的组件库，如果需要一个特殊组件可能需要由多个组件组合而成，缺乏组件库的通用性和扩展性，同时也没有各种交互手段让用户与虚拟场景以及数据图表之间进行交互行为，缺乏用户体验感，难以对现场设备进行更有效的控制。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种生成可视化工业组态交互图形的方法。该生成可视化工业组态交互图形的方法，不但模拟了真实工业产线设备运行工况场景，而且还具有界面人性化，交互性强，操作方便，可自定义组件库等优点。

本发明的技术方案如下：一种生成可视化工业组态交互图形的方法，包括以下步骤：

建立虚拟模型组件，构成工艺组件库；

在组态页面中选择虚拟模型组件并进行数据源绑定；

利用websocket协议，在建立工艺组件库与数据源的连接时，开启一个线程对数据库中的数据进行轮询，数据库向组态页面推送数据，实现组态页面与数据库的交互。

所述建立虚拟模型组件，包括以下步骤：

定义节点模板和管道模板；

将节点模板与其绑定的至少一个组态数据文本框构成虚拟模型组件；所述虚拟模型组件的节点上设有用于连接管道的端口。

所述在组态页面中选择虚拟模型组件并进行数据源绑定，包括以下步骤：

从工艺组件库中拖拽虚拟模型组件到组态页面，每个虚拟模型组件分配有唯一的组件key值；

根据工艺流程通过管道模板连接表示设备的虚拟模型组件，构成工艺流程图；

虚拟模型组件绑定数据源，根据数据源ID返回属性名称和属性值，通过所述虚拟模型组件的组态数据文本框显示。

所述利用websocket协议，在建立工艺组件库与数据源的连接时，开启一个线程对数据库中的数据进行轮询，数据库向组态页面推送数据，包括以下步骤：

通过websocket协议建立组态页面和后端数据源的双向数据连接，从后端数据源返回的若干条数据中根据查找到组态页面中对应的组件key值，再根据key值找到key值相应的属性值，实现组态页面和后端数据源双向绑定，在组态页面中实时显示返回的属性值。

通过网关采集设备数据，实时更新数据源数据，用于组态页面的数据响应。

在组态页面中，当某个组态数据超过阈值时，该组态数据文本框进行颜色变化，用于提示数据报警。

在组态页面图层上建立某虚拟模型组件的组态数据历史趋势图；从虚拟模型组件绑定的数据源ID中获取组态数据进行显示；所述组态数据历史趋势图表示历史设定时间段内的时间与组态数据的对应关系。

本发明的有益效果及优点：

1.便于用户在浏览器上实现自定义式工业组态交互式图表，通过自定义的组态图源和布局构建，用户可以根据自身需求增加任意节点属性，从而增加了图表的灵活度。

2.本发明允许在配置过程中根据用户需求来对组态中的组件库进行有效调整(增加，删除，修改)，解决了现有组态软件组件库单一的问题，种类丰富，灵活度高，同时可为组件绑定数据源，添加鼠标交互事件，增加交互效果。

3.本发明可以响应真实工业现场的场景，画面更丰富形象，生动模拟工业设备运行状况，实用性强，易于操作，直观形象。

附图说明

图1是可视化工业组态的配置运行关系图；

图2是可视化工业组态的配置流程图；

图3是实际绘制工业产线中的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点等更加清楚明确，在这里举出实际例子并参考附图进行进一步的说明。

本发明是一种生成可视化工业组态交互图形的方法，通过从自定义组件库中，选取虚拟对象组件进行和数据库与现场数据点绑定，用于模拟实际设备的可视化交互工业组态图形方法，实现对于工业组态图形的快速搭建。其流程主要包括：上传自定义组态图源、生成虚拟模型组件、定义节点模板、定义管道模板、绑定数据源、设备报警、查看历史趋势图。其特点主要包括，通过自定义的模板和布局组件构建简化操作，监听用户鼠标操作，随时做出相应事件处理，从而增加组态图的交互性。本发明可以对工业组态进行自定义调整，灵活度高，通用性强，展示更为直观，可以良好的模拟工业过程控制系统的生产设备状况。

一种生成可视化工业组态交互图形方法，包括以下步骤，如图1所示：

建立模型概念；

这种方法的思维过程要求研究设备对象的特征，需要建立其下的组态数据文本框数量，建立与之相对应的简化抽象的模型概念，通过模型思维进行组件库中类型的区分，进而完善工业组态图形模型概念。

上传自定义组态图源；

在此方法中，用户可根据自己的需求上传符合需要的组态图源模拟对应虚拟对象。其中图源可以支持上传.png、.jpg、.jpeg、.svg多种图片格式，但是建议上传.svg矢量图片，因为svg是基于可扩展标记语言(标准通用标记语言的子集)，用于描述二维矢量图形的一种图形格式，在放大或者改变尺寸情况下，其图片质量不会有所损失。

工业组态图(虚拟图)的配置；

在可视化的工程页面中，用户从组件库中选取虚拟模型组件对象(所述的虚拟模型组件对象是在工业组态展示界面中操作的广义对象图形，广义对象包含设备以及设备下属性)，通过拖拽的方式展现出来，之后可对此图标进行大小尺寸调整，旋转，删除，绑定等操作进行合理布局，接着对此图标绑定所需数据源，可以选择数据库中某一数据表数据列下的某一个设备，绑定数据源，添加用户交互行为，并将其用工业管道进行连接，建立用于模拟实际设备场景的虚拟图。

实时数据运行；

建立运行机制，生成运行数据，可在建立完成的组态页面上观察到网关实时采集上的仿真数据，通过websocket推送数据，保证数据的连续性，自动连接对应设备，实时观察数据的滚动更新。

历史数据查看；

对已建立完成的工业组态页面，可根据设备相关数据查看某一时间段的历史数据，绘制数据历史趋势图，直观的对比趋势走向以及数据运行波动状况。

保存预览功能；

对已建立完成，并绑定数据源的工业组态图形，用户可保存并预览，形成完整的一套组态页面，用户可直接独立运行此工业组态页面，无需再进行重新配置。

设备报警机制；

高效的报警机制可以帮助用户快速、准确的定位设备故障点位，减少事故事件，提高生产效率。当某个数据超过阈值时，报警指示灯进行颜色变化，监控设备发生异常的时候，第一时间提供给监控人员设备报警信息，操作人员可及时做出相应对策。建立报警日志，对报警内容时间以及应对措施进行记录，方便日后维护工作顺利进行。

一种生成可视化工业组态交互图形方法，配置流程包括以下步骤：

首先需要梳理一下绘制可视化工业组态方法的整个流程，如图2所示：通过配置流程，展现本方法实现思路。

首先，建立虚拟模型组件，可以用GraphObject来创建各种元素，将模型下的组态数据和模型进行有效的绑定，通过添加成员方法，展开其绑定的至少一个的组态数据文本框，将给定集合中的组态数据文本框添加为该组的成员，其中每个虚拟模型组件分配有唯一的组件key值。

定义节点模板和管道模板，每一个节点和管道都是通过模板来描述他们的文本、形状、颜色等信息以及交互行为。通过数据模型来填充和确定节点模板和管道模板的所属关系的，通过可视化的方式，将其在浏览器中渲染出来。每个模板其实就是一个面板，模板的节点上设有用于连接管道的端口，可以将各种元素自由组合在它里面，也可以在它里面添加各种交互行为，所述交互行为包括：拖拽、复制、粘贴、选择、鼠标右键事件、剪切、文本编辑、删除、撤销、查看信息、模板、数据源绑定、事件处理程序、调色板、自动布局、添加画布或者节点的监听事件等操作。

根据用户所需组件类型，从组件库中拖拽一个虚拟模型组件到组态页面，其中，创建虚拟模型组件时，可以理解成一个画笔，把组态页面理解成画布，将尺寸属性设置为实数时，它将作为其自然大小设置节点的大小属性，不考虑拉伸情况，以及将位置属性设置成初始位置，使用管道模板将其连线，形成完整的可视化的工业组态交互图形，接着为节点模板添加交互行为；所指添加交互行为，就是为节点添加鼠标事件，实现鼠标事件和节点以及节点下的属性相互绑定的关系。

依照工业场景从数据库中选取数据源分别给每一个虚拟模型组件进行绑定，虚拟模型组件对象通过设置组态数据的方式获取相关数据；如果要从画布上所有虚拟模型组件集合中添加或删除节点数据，需要调用添加成员或移除成员等方法；如果只想要修改某个节点模板对象，需要结合设置属性方法来修改模型数据，给定命名属性和新值的字符串后，此覆盖可以更改/删除节点数据或数据的某些属性的值，并且可以自动恢复所有绑定。

运行此组态页面，通过websocket协议和后端数据源进行双向数据连接，从后端数据源返回的若干条数据中根据查找虚拟模型组件key值方法查找到组态页面中对应的组件的key值，再根据key值找到对应组态数据，来实现组态数据和后端数据源双向绑定，该方法不仅可以将值从源传递到目标，还可以将目标对象中的值传递回源数据，以此来观察此设备属性的实时运行数据。

保存到数据库后，预览展示，可以根据数据源Id查询到设备某一时间段的历史值，绘制成历史趋势折线图，较为直观展示设备数据项随时间推移的趋势或变化。

下面以水煤浆气化工艺原理为例，如图3所示：详细说明绘制工业组态图工艺流程：

水煤浆气化反应是一个很复杂的物理和化学反应过程，水煤浆和氧气喷入气化炉后经历煤浆升温及水分蒸发、煤热解挥发、残炭气化和气体间的化学反应等过程，最终形成以CO、H2为主要成分的组合气体。

步骤1：建立水煤浆气化工艺组件库，选择水煤浆气化工艺类型下的工艺组件，以组件图形为绘图单元，根据工业过程现场设备分布情况等比缩放工艺组件，依照气体流向顺序合理布局在画布区域内，通过用管道将其进行连接，复刻现场工艺流程图。

步骤2：将每一个虚拟模型组件绑定数据源，以JSON对象作为数据模型，如：气化炉图源绑定数据库中气化炉的数据，设置射流区，管流区和回流区三个区域，水煤浆在不同区域分别完成复杂的物理和化学过程。洗涤塔要绑定数据库中洗涤塔的数据，洗涤塔的作用是提供水浴和气液的分离空间，利用四块塔板的气液相传质作用，使合成气中的固体颗粒分离出来，起到洗气的作用，同时还能降低合成气的温度，保证合成气的水气比满足生产要求。

步骤3：通过网关采集设备数据，来对数据库不断更新数据，然后利用websocket协议，在建立连接的时候开启一个线程对数据库中的数据进行轮询，数据源主动向组态页面推送信息，实现消息互通。协议连接成功后，在websocket方法中对接收到的消息进行过滤处理，输出到组态数据文本框中用于更新页面信息，如果某个组态数据超过阈值时，该组态数据文本框进行颜色变化，用于提示数据报警。通过观察设备上温度，压力等数值，判断对合成气体的影响，对于放热反应，一般是降低温度有利于反应的进行，相反，对于吸热反应，升高温度有利于反应的进行。而压力高反应物的浓度就会增加，反应速率就快，气化炉的生产能力也就相应有所提高，根据此运行数据模拟现场气化工艺原理。

步骤4：查看整个工业组态页面中某一组态数据的历史数据趋势走向图，如气化反应温度历史趋势图，因为它是一个很重要的工艺运行参数，所以如果反应温度高，可提供较多的热量，用来提高气化反应效果，影响合成气各组分含量。相反，如果反应温度过高，也是会缩短气化炉的使用寿命，达不到长期稳定运行的效果。因此，观察反应温度在一定范围内波动运行是水煤浆气化工艺至关重要的一环。

综上所述，本发明的方法，针对工业产线流程进行组态模拟仿真，提高了工业组态的灵活性和通用性。主要从自定义组态模型灵活度入手，详细阐述了从用户上传组态图源，组态交互图的配置，绑定数据源，到最后投入使用的完整过程。从而使得灵活度交互性更高，操作简单，使用学习成本较低。