【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业控制系统图纸识别和信息提取领域，涉及一种plc接线图自动识别与物理信息提取方法、装置及设备。
技术介绍
1、可编程逻辑控制器(programmable logic controller,plc)是工业控制领域广泛应用的自动化控制设备，主要由电源单元、输入输出模块(i/o)、处理器构成。通过周期性重复1)扫描监测输入模块信号，2)执行用户编写的逻辑运算程序和3)通过输出模块控制物理设备，plc可以执行各种工业自动化任务，例如离散制造产线控制、仓储和物流、化工过程控制等。
2、plc通过输入输出模块直接控制物理设备，其程序的控制逻辑也直接受到对应物理设备特性的影响。因此，plc的接线方式直观地反映了整个工业控制系统的控制逻辑。其中，plc接线图纸是一种常见的用于详细描述plc系统中各个组件(如传感器、执行器、plc本身等)之间的物理连接和电气连接方式的电气图纸。在工业控制系统的设计、部署、维护和更新等各个阶段，plc接线图纸可以帮助工程师和开发人员高效、准确地熟悉系统，完成各种生产和维护计划，发挥了关键的作用。
3、然而，阅读plc接线图纸需要具有一定的电气知识，因为它们通常包含了特定的符号、标记以及各种电气系统的细节。同时，不同于文本或者表格易于机器处理，plc接线图纸属于半结构化数据，这导致了直接将图纸用作各类工具的输入存在一定的不便。而自动化图纸识别技术可以利用计算机视觉和文本处理技术将图纸转化为数字化格式，使得图纸的内容更便于和plc编程工具等其他工程管理系统集成，处理相关数据，提高
4、现阶段，已有相关的自动识别技术应用于电网接线图纸和通信工程图纸[1-4]，但应用于plc接线图纸时依旧存在不足：现有的图纸自动识别技术主要关注图元(图像符号的类别和位置)的识别[1-2,4]以及图纸拓扑关系的提取和存储[3]，主要涉及图像处理技术，缺少对图纸文本的处理。plc接线图纸的图元除了几何形状(如连接线、元件符号等)外，还包括文本(如i/o地址，i/o描述等)。只有综合图纸的图像和文本信息，才能充分提取出plc接线图中的工业控制系统的物理信息(i/o和设备映射，被控设备状态等)。
5、[1]湖南应超智能计算研究院有限责任公司.基于人工智能的电网接线图元件和线路识别系统及方法:cn202111661655.x[p].2022-04-08.
6、[2]华南理工大学.基于重叠滑窗机制与yolov4的电网接线图图元识别方法:cn202111587313.8[p].2022-04-15.
7、[3]国网山东省电力公司莱芜供电公司,国家电网有限公司.一种电网厂站接线图自动识别与转换存储方法:cn202210633919.9[p].2022-09-20.
8、[4]中国移动通信集团广东有限公司,中国移动通信集团有限公司.通信工程图纸识别方法及装置:cn202111320690.5[p].2023-05-12.
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种plc接线图自动识别与物理信息提取方法、装置及设备，利用机器视觉和文本解析技术分别处理图纸中的图像和文本，分析图元间的拓扑，提取工业系统的物理信息，具有实际应用价值。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、根据本说明书的第一方面，提供一种plc接线图自动识别与物理信息提取方法，包括：
4、s1，将plc接线图导出成pdf格式文件，通过解析pdf提取文本信息，将提取的文本分为四个类别：plc属性、元件文字符号、i/o地址、i/o描述，得到四个类别对应的文本-文本框集合；
5、s2，通过匹配i/o地址类别以及i/o描述类别对应的文本-文本框集合之间的元素，得到i/o地址和i/o描述之间的映射关系，提取每个i/o地址的i/o地址值和i/o数据类型，对每个i/o描述进行语法解析提取物理设备信息，包括设备名、设备id、执行动作和监测状态，获得i/o地址-物理设备信息集合；
6、s3，将plc接线图的pdf格式文件进行文本内容删除后，转换成图片格式，并进行二值化处理，得到预处理后的图纸图像；
7、s4，通过形态学开运算提取仅含有水平线的图像和仅含有垂直线的图像，利用线段检测器提取图像中线段位置，通过筛除能够构成矩形的线段集合，得到连接线集合；
8、s5，利用元件文字符号引导的多尺度窗口机制，结合目标检测模型检测并定位图纸图像中的元件，并通过聚类和投票机制匹配元件的文字符号和图像符号，输出元件信息集合；
9、s6，对i/o地址-物理设备信息集合、连接线集合以及元件信息集合三者的拓扑关系进行分析，根据连通性提取并输出plc接线图的物理信息表。
10、进一步地，s1中对提取的文本信息进行分类，具体为：
11、通过检索plc数据库，筛选出属于plc属性类别的文本-文本框集合；
12、通过检索电气元件数据库，筛选出属于元件文字符号类别的文本-文本框集合；
13、通过正则匹配法，筛选出属于i/o地址类别的文本-文本框集合；
14、剩余的文本内容构成属于i/o描述类别的文本-文本框集合。
15、进一步地，s2的具体步骤如下：
16、根据文本框的最小距离匹配i/o描述和i/o地址；
17、利用正则匹配法解析i/o地址，提取i/o地址的二元组信息<i/o地址值，i/o数据类型>；
18、利用i/o描述语言对应的语法解析器解析每个i/o描述，提取物理设备的四元组信息<设备名，[设备id]，[执行动作]，[监测状态]>；
19、输出i/o地址-物理设备信息集合，集合中的每个元素包含以下6个字段的元组信息：i/o地址值、i/o数据类型、设备名、设备id、执行动作、监测状态，以及对应的文本框位置。
20、进一步地，设计符合巴科斯-诺尔范式且符合开发人员习惯的i/o描述语言，利用该语言指导开发人员编写i/o描述，并利用该语言对应的语法解析器自动解析每个i/o描述。
21、进一步地，s5的具体步骤如下：
22、对每个元件文字符号，计算其文本框的中心点坐标，以此坐标为中心点，在图纸图像中裁剪多尺寸的局部图像，得到局部图像集合；
23、遍历局部图像，利用预训练的yolov5模型检测局部图像中的元件，检测结果包括各元件的类别、边界框坐标和置信度得分；遍历局部图像集合，得到检测结果集合；
24、利用边界框交并集作为度量对检测结果进行聚类，得到聚类后的集合；
25、对聚类后获得的簇，计算簇中每个元件类别得分的总和，投票选取总分最高的元件类别作为该簇的检测结果，针对该类别检测结果的所有边界框，筛选出最高置信度的边界框作为最终边界框；获得该元件文字符号对应的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种PLC接线图自动识别与物理信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中对提取的文本信息进行分类，具体为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，设计符合巴科斯-诺尔范式且符合开发人员习惯的I/O描述语言，利用该语言指导开发人员编写I/O描述，并利用该语言对应的语法解析器自动解析每个I/O描述。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S5的具体步骤如下：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S6的具体步骤如下：
7.一种PLC接线图自动识别与物理信息提取装置，其特征在于，包括：
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的PLC接线图自动识别与物理信息提取方法。
9.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处
...【技术特征摘要】
1.一种plc接线图自动识别与物理信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中对提取的文本信息进行分类，具体为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，设计符合巴科斯-诺尔范式且符合开发人员习惯的i/o描述语言，利用该语言指导开发人员编写i/o描述，并利用该语言对应的语法解析器自动解析每个i/o描述。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s5的具体步骤如下：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：姚铖焘，赵成成，杨泽域，程鹏，陈积明，邵新光，贾宁波，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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