一种DCS逻辑组态画面连线的实时优化方法及系统与流程

本发明涉及电力控制系统，尤其涉及一种dcs逻辑组态画面连线的实时优化方法及系统。

背景技术：

1、随着我国电厂机组容量的提升以及发电技术的进步，电厂的分散控制系统控制逻辑日趋复杂，对分散控制系统算法组态软件的要求也越来越高。复杂的控制系统通常需要数百页的功能块图来实现，为提高功能块图的制作效率，对于功能块之间的连线的自动路由方式提出了较高的要求。比如连线采用直角布局，要智能地避障并绕开功能块、保证连线交点最少，画面版面美观并且算法应具有较短的计算时间使连线工作快速进行，最大程度减少人工干预调整的工作量，提高工作效率，优化显示效果。但在当前国内外各厂家的dcs控制系统中，各过程控制子系统组态使用的图形编辑软件对于元素布局及连线的处理方法较简单，没有对于连线进行以上各方面的优化处理，且部分系统连线不具有避障功能，功能块布局移动后连线不会随之变化，需要手动调整以达到整齐的效果，当连线非常复杂的情况下，软件提供的手动调节功能也收效甚微。连线线路的杂乱会造成现场工作人员检查复杂逻辑组态造成巨大困难，对过程控制站乃至整个电厂的安全运行埋下隐患，也会占用组态人员的图形编辑时间，降低组态可读性。

2、图形之间的连线路由算法大致有下面几种：拐点路由、最短路路由和曼哈顿路由。其中曼哈顿路由算法是常见的正交连线算法。曼哈顿路由可以最大程度地减少线长和交叉点，但如何按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局和仍然需要一些规则和智能算法的辅助，且当连线线路中插入其他图形时，曼哈顿算法需要重新计算路径，增加了计算时间。常用的路径规划方法大致可分为三类：传统算法(dijkstra算法、a*算法等)、智能算法(pso算法、遗传算法、强化学习等)、传统与智能相结合的算法。智能算法计算时间长，计算复杂度高，不适用于图形的快速连线。传统算法中d*通过维护一个优先队列(openlist)来对场景中的路径节点进行搜索，d*不是由起始点开始搜索，而是以目标点为起始，通过将目标点置于openlist中来开始搜索，直到当前位置节点由队列中出队为止，如果中间某节点状态有动态改变，只需在变化节点之后重新寻路，相较于dijkstra算法、a*算法此方法提高了寻路效率，所以是一个动态寻路算法。而在当前流行的流程图编辑应用软件中，连线路由功能的代码体量较大，逻辑复杂。离线操作组态软件时，连线路径计算时间过长会影响软件使用体验，延长工程时间。当组态软件在线调试时对计算机cpu性能要求较高，在线修改拥有庞大计算量和几十万个信号量的控制系统组态逻辑是一项危险的操作，由于操作同时连线需要随功能块位置变化动态改变，此时连线过程占用的时间和cpu内存过多会对其他过程造成影响。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。因此，本发明提供了一种dcs逻辑组态画面连线的实时优化方法，用来解决实际问题中，连线无法兼顾自适应功能块位置、过程占用时间长以及过程占用cpu内存过多影响其他进程的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种dcs逻辑组态画面连线的实时优化方法，包括：

5、利用ocr算法生成图形连接点之间的正交网络，通过建立规则判断画面变化场景；

6、根据变化场景将d*算法的主函数process_state和modify_cost分别在原始图形坐标和正交寻路网络坐标中调用计算路径；

7、所述计算路径完成后变换坐标为原始坐标系。

8、作为本发明所述的dcs逻辑组态画面连线的实时优化方法的一种优选方案，所述通过建立规则判断画面变化场景，包括：

9、根据画面变化类型，判断是否需要重新规划路径；

10、从前端获取画面信息，若画面中的连线端点坐标发生变化或页面大小发生变化，则需重新规划路径；若画面中的连线线路上放置功能块及其他图形，则无需重新规划路径。

11、作为本发明所述的dcs逻辑组态画面连线的实时优化方法的一种优选方案，还包括：

12、若需要重新规划路径，则调用图形信息，利用ocr算法生成图形连接点之间的正交寻路网络；获得目标点坐标，在原始坐标中利用d*算法，进行该条路径的首次计算；计算过程中保存路径原始坐标并变换为vectorpoint坐标；保存计算过程中每点生成的代价函数值h(x)及k(x)存为该路径代价矩阵h；计算代价函数过程中规定了正交网络的生成以及拐点数计算的规则；

13、若无需重新规划路径，则通过调用该路径代价矩阵中保存的代价函数值，调用d*算法的代价修改函数，在正交寻路网络坐标下修改断点及周围邻接点的代价函数，以断点为起始点重新计算路径，重新保存计算后的路径；将路径坐标变换为原始坐标。

14、作为本发明所述的dcs逻辑组态画面连线的实时优化方法的一种优选方案，其中：利用ocr算法生成图形连接点之间的正交寻路网络，包括：

15、图形设置，设置图纸的大小为长l×宽w，则图中每点的坐标为(x，y)，其中(0<x<l，0<y<w)，画面中所有点的坐标组成一个二维数组，将其命名为barrier，并通过所述数组建立图形对象；

16、在获取有效图形对象后，将连接点坐标加入连接点集合，连接点的x值集合为xi＝{x1，x2，…，xlenx}，连接点的y值集合为yi＝{y1，y2，…，yleny}；

17、对xi和yi分别进行处理，删除其中的重复值，并将集合中的值按照从小到大排序；

18、根据以上的处理结果，计算xi和yi的笛卡尔积，生成原始正交网络，公式为：

19、xi×yi＝{(xi,yj)|xi∈xi,yj∈yi}

20、＝{(x1,y1),(x1,y2),…,(x1,yleny),(x2,y1),(x2,y2),…,(x2,yleny),…,(xlenx,yleny)}

21、其中，lenx为xi的长度，leny为yi的长度；

22、变换原始正交网络坐标为正交寻路网络矩阵坐标，正交寻路网络矩阵坐标x值集合为y值集合为

23、计算两者的笛卡尔乘积为：

24、初始化连接点，在生成原始正交网络时，同时判断网络内坐标点的所有原始坐标(xi,yj)是否落在有效区域内，若落于有效区域(非障碍物区域)则将该点进行坐标转换为正交寻路网络内的坐标点(i,j)，加入寻路矩阵vectorpoint。

25、作为本发明所述的dcs逻辑组态画面连线的实时优化方法的一种优选方案，其中：在原始坐标中利用d*算法，进行该条路径的首次计算，包括：

26、初始化目标点g与起始点s，从目标点g开始，把所述目标点g加入到一个由有效连接点组成的openlist中，g的h(x)＝k(x)＝0；

27、扩展所述目标点g的周围节点，查找与其相邻的连接点x，如果有则计算该点的h(x)和k(x)，保存于路径代价矩阵h中；

28、其中，路径代价矩阵为一维数组格式为：h(x)＝{(xi，xj，h(x)，k(x))}，xi为该点横坐标，xj为该点纵坐标，h(x)，k(x)为该点代价函数；

29、执行函数process_state()的逻辑，若t(x)＝new,那么k(x)＝h(x)；若t(x)≠new，表示节点的k已经有代价，需继续判断；

30、将终点g放入close list里面，即不再遍历；找出代价最小的节点作为新节点，重复搜索直到起始点s从openlist中弹出进入了close list；从起点开始找父节点，一直搜索到终点将路径中的每个节点保存在该路径path数组中；

31、将path数组中的坐标变换为正交寻路矩阵中的坐标。

32、作为本发明所述的dcs逻辑组态画面连线的实时优化方法的一种优选方案，其中：表示节点的k已经有代价，需继续判断，包括：

33、当k_old<h(x)，则该节点x处于raise状态，说明原路径不是最优路径；若在x周围能够找到一个点y，使得h(y)+c(x，y)更小，则修改x的父节点为y，重置其h(x)的值，并更新路径代价矩阵h；

34、当k_old＝h(x)，则该节点x处于lower的状态，说明并没有受到障碍影响，或者还在初始遍历的阶段。

35、在原始坐标网络下，障碍处坐标属性value＝0，查找障碍物处的路径点x，x的h值变为无穷大；通过计算b(x)，找到其父节点y；此时的寻路方向是从(s—y—x—g)。

36、作为本发明所述的dcs逻辑组态画面连线的实时优化方法的一种优选方案，其中：计算路径完成后变换坐标为原始坐标系，包括：

37、调用ocr算法重新生成正交寻路网络坐标，但保留原始坐标的属性；

38、变换(s—y)路径为新的正交寻路网络坐标，并在该坐标下调用代价修改：modify_cost()，将节点y重新放入openlist中；

39、modify_cost()的逻辑为，若父节点value＝0，y点h值会变为无穷大，则将其放入到openlist中；此时该节点的k还是是原来的h值，需重新计算y走邻域的点到终点g的代价，h(y)＝c(y，z)+h(z)，找到最小值z变为其父节点；同时将周围y的子节点的h值更新，h(u)＝更新过后的h(y)-c；

40、直到k_min(openlist中所有节点最小的k值)>＝hx(当前点x的h值)，计算过程更新的h值保存至路径代价矩阵h；

41、重新执行process_state()的逻辑计算路径，获得修改后的路径，修改后路径坐标为正交寻路网络坐标，通过查找反向查找每点坐标属性值，将坐标转换后保存至path中。

42、第二方面，本发明提供了dcs逻辑组态画面连线的实时优化系统，其包括：

43、规则建立模块，利用ocr算法生成图形连接点之间的正交网络，通过建立规则判断画面变化场景；

44、调用处理与计算模块，根据变化场景将d*算法的主函数process_state和modify_cost分别在原始图形坐标和正交寻路网络坐标中调用计算路径；

45、替换模块，所述计算路径完成后变换坐标为原始坐标系。

46、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的任一步骤。

47、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的任一步骤。

48、与现有技术相比，发明有益效果为：本发明利用ocr算法生成图形连接点之间的正交网络，通过建立规则判断画面变化场景；根据变化场景将d*算法的主函数process_state和modify_cost分别在原始图形坐标和正交寻路网络坐标中调用计算路径；并在计算路径完成后变换坐标为原始坐标系；本发明方法能够在保证连线正交的同时对连线进行多目标优化，通过在连线较少的交点及较少的拐点中综合取优，以及连线路径具有自动和动态避开不可通行区域的特点，大幅度减少了人工操作；且相较于其他正交路径规划算法具有功能全面，算法体量小，时间复杂度低的优点。