一种基于元数据模型的功能块图在线调试方法技术

本发明专利技术提供一种基于元数据模型的功能块图在线调试方法，包括：a)将工业控制过程中的典型实时数据点及其相关必备属性封装成具有统一结构的元数据模型；b)以元数据模型为基础，定义并实现各类功能块；c)在控制指令集和元数据集的基础上，引入各类功能块的图元信息元素；d)组态软件基于上述组态文件结构生成算法组态文件，下载到工业控制器中运行后，通过周期性读取其中的元数据集，即可实现在线调试中的在线监视功能；e)组态软件通过修改元数据集，实现在线置值功能。本发明专利技术提高了通讯的高效性，完善了实时控制数据的安全性，为控制策略的在线实时调试提供极大的便利。

A method of on-line debugging of functional block diagram based on metadata model

The invention provides a debugging method, block diagram, online metadata model based on the function include: a) the typical real-time data in the industrial process and its essential attributes encapsulated into a metadata model with uniform structure; b) model based on metadata, the definition and implementation of various functional blocks; c) based on the control instruction set and set of metadata on the introduction of all kinds of information elements primitive function block configuration software; d) the configuration file structure generation algorithm based on configuration file, download to run in an industrial controller, by periodically reads the metadata set, can realize online monitoring function on-line debugging; E) configuration software by modifying the metadata set online set function. The invention improves the efficiency of communication, improves the security of real-time control data, and provides great convenience for the on-line real-time debugging of control strategy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于元数据模型的功能块图在线调试方法
本专利技术属于工业自动化控制领域，尤其涉及用于工业过程控制系统中功能块图的在线调试。
技术介绍
在工业过程控制领域中，控制需求往往因被控对象特性的不同而有所差异，从而导致其算法逻辑必须具备可编程组态的功能。在项目实施初期，由工程实施人员根据现场具体情况进行算法组态，并联机调试运行。在项目投入运行之后，用户需要根据现场实际情况，对组态逻辑进行在线调试，包括在线监视指定控制逻辑单元的运算执行趋势，修改整定控制逻辑中的重要参数。为了满足上述需求，工业过程控制领域常常以功能块图（FBD）作为主要的编程语言。IEC61131-3工业标准中，对功能块图（FBD）进行了系统的定义和实现描述，满足了工业过程控制系统的算法组态基本需求。然而标准中的功能块图方法，仅仅列出了功能块图的必要实现因素，并没有说明功能块图的实现方法。在IEC6113103工业标准推行初期，很多工控厂家鉴于控制器存储器和内存的容量限制，将程序和数据耦合定义，仅预定义较少的全局变量，以节省存储空间。然而这种机制大大增加了在线调试的难度，一方面使得监视控制器内变量数据的变化趋势，过程变得复杂，必须经由反复的索引和定位才能得到对应的实时数据；另一方面很多中间态实时数据无法监视查看，不利于深入在线调试。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于元数据模型的功能块图在线调试方法，该方法从工业控制系统内的程序和数据组织形式着手，定义元数据模型。并以此实现各类通用算法功能块，满足工业控制逻辑组态的需要。在此基础上，实现一种组态文件的结构，集成控制指令集和元数据集。不仅将全局的程序和数据按照逻辑实现分割为多个有序的程序组织单元，而且利用各页的元数据集，引入扩展控制逻辑的中间变量数据，大大增加了可供在线监视和调试的数据量，进一步完善了在线调试功能。具体包含以下步骤：S1,将工业控制过程中的典型实时数据点及其相关属性封装成具有统一结构的元数据模型；S2,以所述元数据模型为基础，定义并实现各类功能块，满足工业控制逻辑组态的需要，任一程序组织单元均可以分解为控制指令集和元数据集；S3,在控制指令集和元数据集的基础上，引入各类功能块的图元信息元素，图元信息元素包括坐标和连线信息，形成组态文件结构；S4,组态软件基于所述组态文件结构生成算法组态文件，下载到工业控制器中运行后，通过周期性读取算法组态文件的元数据集，实现在线调试中的在线监视功能；S5,基于在线监视的前提下，组态软件通过修改元数据集，实现在线置值功能,具体方法是下发修改元数据集中某数据值及其强置使能位来实现。元数据模型包括数据实时值、数据类型、数据品质、强置使能位和备用位。步骤S2)中的控制指令集为由各类功能块及功能块可操作的元数据集索引、功能块引脚间的连线关系所定义的中间层指令语言。步骤S3)中的组态文件结构包括控制指令集、元数据集、功能块图形化信息和内容注释。步骤S3)进一步包括：组态软件从工业控制器内手动或者自动上召所有组态文件，并还原组态SAMA图、变量初始值和注释信息。步骤S4组态软件和控制器间采用基于TCP或者UDP报文通讯，辅以充分完备的心跳和应答机制，保证双方通讯的可靠性，并具备断线重连及智能诊断功能。步骤S4实现所述在线监视功能包括以下步骤：301，利用组态软件打开控制器对应的组态工程；302，建立组态软件和目标控制器的网络连接；303，打开需要在线监视的组态文件，组态软件自动发送在线监视请求包，进入等待回应状态；304，判断是否收到应答报文：在超时时间内，若组态软件成功收到在线监视的应答包，则进入步骤305；否则进入步骤307。305，判断在线监视应答包是否合法，若合法，则进入步骤306，否则进入步骤308；306，在收到合法报文后，将应答报文中的实时元数据集，显示在相应的功能块图元引脚或变量栏，本次在线监视通讯成功完成。等待监视周期的时间后，转入步骤303，进入下一周期在线监视；307，等待时间超时后，仍未收到在线监视的应答包，重新检测网络连接，判断网络是否存在故障，转入步骤302，开启下一次连接和在线监视；308，收到的报文不合法,弹出警告，供用户参考，用户更新组态文件后转入步骤303，进入下一次在线监视。步骤S5实现在线置值包括以下步骤：401，组态软件对目标控制器中指定组态页面建立在线监视；402，打开需要置值的功能块变量列表；骤403，检查需要强置的变量是否为可编辑态，若是可编辑态，则进入步骤404；若不是可编辑态，则进入步骤405；404，输入新值，并下发置值报文；405，下发强制报文，强制功能块为非使能状态，成功后则变量将变为可编辑态，再转入步骤404。与现有技术方法相比，本专利技术的优点是：将数据及其属性封装为元数据模型，从根本上保证了单个数据点的信息完整性。而将全局数据和局部数据同等对待，统一分布在各组态页内的元数据集区域，简化了在线调试过程的查找和索引，丰富了在线监视数据信息的全面性，提高了通讯的高效性，完善了实时控制数据的安全性，为控制策略的在线实时调试提供极大的便利。本专利技术按照面向对象的方法，将工控系统中的实时变量数据值及所有相关必备属性，封装成具有统一结构的元数据模型。由此进一步定义所有算法类功能块，将其中的变量值或指针引用均利用元数据模型替代定义，实现将组态文件精简为元数据集和控制指令集两大核心部分。在此基础上，在线调试功能的实现，省略了繁复的数据索引定位环节，简化为直接对指定元数据集的读取和写入。附图说明图1元数据结构组成示意图；图2控制器内逻辑组态文件结构示意图；图3组态页面在线监视功能流程图；图4实时变量在线置值功能流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述内容、特征和优点能够更加清晰易懂，下面结合附图对本专利技术的详细实施步骤做具体的说明。本专利技术按照面向对象的方法，将工控系统中的实时变量数据值及所有相关必备属性，封装成具有统一结构的元数据模型。由此进一步定义所有算法类功能块，将其中的变量值或指针引用均利用元数据模型替代定义，实现将组态文件精简为元数据集和控制指令集两大核心部分。在此基础上，在线调试功能的实现，省略了繁复的数据索引定位环节，简化为直接对指定元数据集的读取和写入。一种基于元数据模型的功能块图的在线调试方法，包括以下步骤：S1,将工业控制过程中的典型实时数据点及其相关属性封装成具有统一结构的元数据模型。工业控制器内关键信息，主要包括程序和数据两大类。程序是控制策略经由组态解析后得到的代码集合，在控制器中周期循环执行。数据则是控制器操纵管理的变量集合，涵盖变量实时值、变量实时状态等多种信息，是控制器运行状态的动态反应。在控制器执行运行控制功能过程中，控制程序不再变化。而数据却随着控制程序的周期循环执行和IO通讯而不断刷新变化。在线调试功能的关注焦点就是控制器内数据的演变趋势，进而判定控制程序，即控制策略的有效性。因此，对于工业过程控制系统，数据的组织和定义显得非常重要。它不仅关系控制程序的组织方式，而且关系到控制器内数据的实时观测性能，即在线调试功能的实现方法。更进一步，随着应用需求的不断增加，用户除了需要在线监视实时变量值之外，还需要在线监视实时变量品质等诸多属性的变化。因此，实时变量值和状态等一系列附属属性，是不可分割本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于元数据模型的功能块图的在线调试方法，其特征是，包括以下步骤：S1,将工业控制过程中的典型实时数据点及其相关属性封装成具有统一结构的元数据模型；S2,以所述元数据模型为基础，定义并实现各类功能块任一程序组织单元均可以分解为控制指令集和元数据集；S3,在控制指令集和元数据集的基础上，引入各类功能块的图元信息元素，形成组态文件结构；S4,组态软件基于所述组态文件结构生成算法组态文件，下载到工业控制器中运行后，通过周期性读取算法组态文件的元数据集，实现在线调试中的在线监视功能；S5,基于在线监视的前提下，组态软件通过修改元数据集，实现在线置值功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于元数据模型的功能块图的在线调试方法，其特征是，包括以下步骤：S1,将工业控制过程中的典型实时数据点及其相关属性封装成具有统一结构的元数据模型；S2,以所述元数据模型为基础，定义并实现各类功能块任一程序组织单元均可以分解为控制指令集和元数据集；S3,在控制指令集和元数据集的基础上，引入各类功能块的图元信息元素，形成组态文件结构；S4,组态软件基于所述组态文件结构生成算法组态文件，下载到工业控制器中运行后，通过周期性读取算法组态文件的元数据集，实现在线调试中的在线监视功能；S5,基于在线监视的前提下，组态软件通过修改元数据集，实现在线置值功能。2.根据权利要求1所述的基于元数据模型的功能块图在线调试方法，其特征在于，所述元数据模型包括数据实时值、数据类型、数据品质、强置使能位和备用位。3.根据权利要求1所述的基于元数据模型的功能块图在线调试方法，其特征在于，所述步骤S2)中的控制指令集为由各类功能块及功能块可操作的元数据集索引、功能块引脚间的连线关系所定义的中间层指令语言。4.根据权利要求1所述的基于元数据模型的功能块图在线调试方法，其特征在于：所述步骤S3)中的组态文件结构包括控制指令集、元数据集、功能块图形化信息和内容注释。5.根据权利要求1所述的基于元数据模型的功能块图在线调试方法，其特征在于：其中步骤S3)进一步包括：组态软件从工业控制器内手动或者自动上召所有组态文件，并还原组态SAMA图、变量初始值和注释信息。6.根据权利要求1所述的基于元数据模型的功能块图在线调试方法，其特征在于：其中步骤S4)组态软件和工业控制器间采用基于TCP或者UDP报文通讯。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴波，牛洪海，徐卫峰，蔡丹，臧峰，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32