CN108280876A - 一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控*** - Google Patents

一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其技术方案要点是包括导入接口配置为从三维模型库中接收用户选择的多个模型组件；工作界面配置为显示多个模型组件；模型配置模块配置为对多个模型组件进行文本化转换以生成模型文本，在模型文本的节点位置配置对应模型组件的基本事件，其中，所述基本事件包括模型组件的三维空间参数、以及外接设备的响应参数；视角切换模块配置为捕捉外接设备的响应事件以实现多个模型组件在工作界面中的三维变换。本申请能够对现场设备三维建模，以呈现整体三维场景，从而有效提升用户的体验。

Description

一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***
技术领域
本发明涉及工业控制领域，特别涉及一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***。
背景技术
工业自动化控制主要利用电子、电气、机械、软件组合实现，使工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化，并具有可控性及可视性。其中，工业监控***是工业自动化的重要组成部分，广泛应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
工业监控***主要包括工业现场的数据采集、传输、存储和显示等，且工业监控***是对工业现场设备运行状态进行远程监视和控制的主要手段。通过设置在设备上的传感器、变送器等检测装置通过A/D转换采集数据，可编程控制器将传感器采集到的数据进行转换后输送到上位机***，上位机***在显示屏上对数据进行展示。同时上位机***可下发控制指令给控制器，控制器通过D/A转换传递给现场设备执行机构，用以控制现场设备。
目前，传统工业监控***只能添加平面贴图，动画局限于平面显示，将现场设备的整体部件在平面上进行显示，场景呈现较为平面化。其中，部分软件仅仅支持单一三维模型零件形式呈现，但视角固定，缺乏整体三维场景呈现与整体视角变换的功能，导致对于工业监控的用户体验感较低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，能够对现场设备三维建模，达到整体三维场景呈现的目的。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，包括：
导入接口，配置为从三维模型库中接收用户选择的多个模型组件；
工作界面，配置为显示多个模型组件；
模型配置模块，配置为对多个模型组件进行文本化转换以生成模型文本，在模型文本的节点位置配置对应模型组件的基本事件，其中，所述基本事件包括模型组件的三维空间参数、以及外接设备的响应参数；
视角切换模块，配置为捕捉外接设备的响应事件以实现多个模型组件在工作界面中的三维变换。
优选的，模型配置模块，还被配置为在模型文本的节点位置配置对应模型组件获取现场对应设备的运行参数的通讯接口。
优选的，动画生成模块，配置为：
建立对应于每个模型组件的多个动画贴图、动画运行参数，以及
基于动画贴图、动画运行参数和所述通讯接口获取的现场设备运行参数，以与模型组件动态绑定并在工作界面中动态显示。
优选的，该***还包括：
标签生成模块，配置为：
建立对应于每个模型组件的标签浮窗，所述标签浮窗中具有显示区域，所述显示区域用于实时显示现场对应设备的运行参数；
标签跟随模块，配置为：
基于每一次外接设备的响应事件，以在工作界面中每个模型组件的预设间距重新绘制所述标签浮窗。
优选的，所述标签跟随模块包括：
获取模块，配置为获取外接设备的响应事件以输出跟随指令；
跟随模块，配置为：
基于跟随指令以获取经过三维变换后每个模型组件的三维空间参数的原点在工作界面中的初始二维坐标，在工作界面的二维平面上间隔初始二维坐标的预设间距上生成跟随二维坐标，根据所述跟随二维坐标重新绘制所述标签浮窗。
优选的，所述标签浮窗为矩形的标签浮窗，所述标签浮窗其中一个边角或中心的二维坐标与所述跟随二维坐标对应。
优选的，该***还包括：
范围映射模块，配置为：
基于每个模型组件的三维空间参数，将每个模型组件的三维空间参数映射在工作界面的二维坐标中，形成每个模型组件在工作界面中的模型二维区域；
指令窗生成模块，配置为：
基于外接设备响应事件中的点击操作，获取所述点击操作在工作界面二维坐标中的点击点位，以及
判断所述点击点位是否落在其中一个模型组件在工作界面中的模型二维区域中，若所述点击点位落在工作界面中的模型二维区域中，则生成用于控制与该模型组件对应现场设备动作的指令窗。
优选的，该***还包括：
建立关联模块，配置为：
建立每个现场设备运行参数中故障信息的报警帮助信息规则，以及
将报警帮助信息规则与对应模型组件在工作界面中的预设视角进行关联链接绑定；
故障定位模块，配置为：
获取现场设备的运行参数，判断运行参数是否发生异常，若是，则基于故障信息生成所述报警帮助信息规则的文本集合，以及
接收外接设备响应事件在文本集合中报警帮助信息规则的点击操作，在工作界面中变换至与该报警帮助信息规则对应模型组件的预设视角。
优选的，所述基本事件还包括用于该模型组件在工作界面中隐藏或显示的选择事件。
优选的，所述外接设备包括鼠标、键盘和/或触控屏。
综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：
1、本申请能够对现场设备三维建模，以呈现整体三维场景，以有效提高用户的体验，并且基于动态三维模型呈现，可在工作界面实时操作变换三维模型，通过触摸模型组件可对实际设备进行数据监视与设备控制；
2、本申请支持根据现场设备的运行参数动态变换模型组件，模型组件动态改变材质贴图；
3、本申请可根据需要配置三维的模型组件的隐藏与添加，并且具备模型组件动态变换后标签浮窗跟随显示功能；
4、本申请具备现场设备故障信息与模型组件绑定，达到动态视角定位故障模型组件的功能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例一工业监控***与现场设备的连接示意图；
图2为实施例一工作界面的展示图；
图3为实施例一中工业监控***的第一***框图；
图4为实施例二中工业监控***的第二***框图；
图5为实施例二中标签跟随模块的***框图；
图6为实施例三中工业监控***的第三***框图；
图7为实施例四中工业监控***的第四***框图。
附图标记：100、标签浮窗。
具体实施方式
为了更好的使本发明的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
本实施例应用在传统的工业监控***之上，如图1所示，通过设置在现场设备上的传感器采集现场设备的运行数据，控制器将传感器、变送器等采集到的运行数据转换成运行参数上传至上位机***，于此同时，上位机***下发控制信号给控制器以控制现场设备运行。
由此，本申请为应用在工业控制领域的上位机***，以基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***。
在本申请的实施例中，上位机***、控制器和现场设备采用工业总线或以太网进行通讯连接。控制器可采用可编程控制器PLC或DCS，上位机***的计算机可采用工控机、服务器以及触控一体机，本申请不具体限定上位机***的具体形式。
基于上述内容，结合图2和图3所示，本实施例提出了一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，包括导入接口、工作界面、模型配置模块、视角切换模块和动画生成模块。
导入接口配置为从三维模型库中接收用户选择的多个模型组件。多个模型组件预先通过三维建模的方式被建立在三维模型库中，工作人员通过本***的导入接口与三维模型库进行对接，只需要将三维模型库中的模型组件进行加载即可。具体地，模型组件根据现场设备的情况，进行等比例缩放和局部隐藏，以建立现场设备的三维物理模型，并为三维物理模型渲染和材质贴图后形成模型组件存储在三维模型库中。
工作界面配置为显示多个模型组件，多个模型组件为用户通过导入接口从三维模型库中接收的，工作界面在上位机***的操作屏上进行显示，主要用于模型组件的动态显示、以及现场设备运行参数的显示。
多个模型组件在工作界面中时，多个模型组件为处于静止的模型，此时，就需要为多个模型组件配置初始参数，具体的配置方式通过模型配置模块进行。模型配置模块配置为对多个模型组件进行文本化转换以生成模型文本，多个模型组件生成一个模型文本，每个模型组件只对应模型文本的节点位置。
在模型文本的节点位置配置对应模型组件的基本事件、以及配置对应模型组件获取现场对应设备的运行参数的通讯接口；其中，基本事件包括模型组件的动态材质贴图、三维空间参数、以及外接设备的响应参数。基本事件中配置有模型组件的基本参数。
具体地，工作界面为一显示平面，对工作界面进行分割，在工作界面中建立基准原点，以在工作界面中形成二维坐标，基本事件中还包括模型组件在工作界面的二维坐标位置，具体地，模型组件的二维坐标位置为模型组件三维空间参数的原点位置。
值得说明的是，若上位机***的计算机为传统工控机或服务器，外接设备包括鼠标和/或键盘，若上位机***为触控一体机，外接设备包括鼠标、键盘和/或触控屏。外接设备的响应事件包括鼠标或触控屏点击操作、鼠标或触控屏点击拖动操作、鼠标滚***作、键盘按键操作等，由此，外接设备的响应参数为针对于外接设备的响应事件，模型组件在工作界面中进行的动作。
由此，视角切换模块配置为捕捉外接设备的响应事件以实现多个模型组件在工作界面中的三维变换。如外接设备的响应事件为鼠标滚***作，将外接设备的响应参数配置为模型组件在工作界面中的缩放。外接设备的响应事件为鼠标点击拖动操作，视角切换模块将记录鼠标点击后拖动的距离，视角切换模块将对多个配置有外接设备响应参数的模型组件进行相应的三维变化，该三维变化的具体方式为，通过鼠标点击后拖动的距离，以将多个模型组件绕预设的基准轴进行旋转，旋转的距离所述鼠标点击后拖动的距离呈线性比例关系。本实施例中，针对于外接设备的响应事件和模型组件对于外接设备的响应参数，可根据用户的进行自定义设置，本实施例不做具体限定。
由此，本申请能够对现场设备三维建模，以呈现整体三维场景，并且根据外接设备的响应事件，对多个模型组件呈现的整体三维场景进行缩放、移动、旋转，以有效提高用户的体验，以及针对于现场设备的多角度远程查看。
需要说明的是，为进一步提高用户的体验，需要对工作界面中的多个模型组件进行动画的动态绑定。其中，动画生成模块配置为建立对应于每个模型组件的多个动画贴图、动画运行参数，以及基于动画贴图和所述通讯接口获取的现场设备运行参数以与模型组件动态绑定并在工作界面中动态显示。具体包括贴图切换、模型动画运动、以及视角切换等。
具体地，通讯接口获取现场设备的运行参数，本实施例以泵站为例进行说明，通讯接口采集泵站中泵池液位的运行参数，动画贴图能够根据泵池液位的变化与多个模型组件进行动态绑定并在工作界面中显示，即当现场泵站中泵池液位上升时，工作界面中多个模型组件虚拟呈现的泵池液位将相应上升。由此，通过多个模型组件对现场设备的运行参数通过动画运动的形式进行一比一还原呈现，有进一步提高用户对于现场设备的远程监控。
值得说明的是，基本事件中还配置有用于该模型组件在工作界面中隐藏或显示的选择事件。其中，选择事件被配置呈操作按钮呈现在工作界面上，用户外接设备的响应事件，通过操作按钮可将该模型组件在工作界面中隐藏或显示。
实施例二
基于实施例一的内容，如图4所示，本申请中的***还包括标签生成模块和标签跟随模块。
标签生成模块配置为建立对应于每个模型组件的标签浮窗100，标签浮窗100为矩形的标签浮窗100，标签浮窗100中具有显示区域，所述显示区域用于实时显示现场对应设备的运行参数；本申请中的上位机***间隔获取现场设备的运行参数，本实施例中，间隔时间为100毫秒，本实施例中不做具体限定，标签浮窗100上的显示区域将间隔实时显示现场对应设备的运行参数。如对泵站中1#启闭机的开度进行监测，标签浮窗100的显示区域中将显示1#启闭机开度10%的字样。
值得说明的是，标签浮窗100生成在工作界面中，且标签浮窗100设置在模型组件的预设间距上，其中，若模型组件响应于外接设备的响应事件将导致模型组件在工作界面中的二维坐标发生变换，由此，需要通过标签跟随模块重新绘制标签浮窗100。具体地，标签跟随模块配置为基于每一次外接设备的响应事件，以在工作界面中每个模型组件的预设间距重新绘制所述标签浮窗100。
其中，如图5所示，标签跟随模块包括获取模块和跟随模块。
获取模块配置为获取外接设备的响应事件以输出跟随指令；跟随模块配置为基于跟随指令以获取经过三维变换后每个模型组件的三维空间参数的原点在工作界面中的初始二维坐标，在工作界面的二维平面上间隔初始二维坐标的预设间距上生成跟随二维坐标，根据所述跟随二维坐标重新绘制所述标签浮窗100。值得说明的是，标签浮窗100其中一个边角或中心的二维坐标与所述跟随二维坐标对应。本实施例中，标签浮窗100与模型组件三维空间参数的原点间隔间距可根据用户的需求自行在基本事件中进行设置，本实施例不做具体性地限定。
实施例三
基于实施例二的内容，如图6所示，本申请中的***还包括范围映射模块和指令窗生成模块。通过范围映射模块和指令窗生成模块，能通过外接设备的响应事件在工作界面中形成与模型组件对应现场设备的指令窗，以此来达到远程控制现场设备的目的。
具体地，范围映射模块配置为基于每个模型组件的三维空间参数，将每个模型组件的三维空间参数映射在工作界面的二维坐标中，形成每个模型组件在工作界面中的模型二维区域。
指令窗生成模块配置为基于外接设备响应事件中的点击操作，获取所述点击操作在工作界面二维坐标中的点击点位，以及判断所述点击点位是否落在其中一个模型组件在工作界面中的模型二维区域中，若所述点击点位落在工作界面中的模型二维区域中，则生成用于控制与该模型组件对应现场设备动作的指令窗。
本实施例中，通过在模型组件的基本事件中将模型组件与现场对应设备进行关联，即可通过外接设备在指令窗中的点击模型进行控制操作，点击指令窗上控制对应现场设备启动或关闭的按钮，即可控制现场设备的启动或关闭。
值得说明的是，每个模型组件中具有所述动态材质贴图，动态材质贴图能够根据外接设备对于模型组件的点击操作控制现场设备的运行状态而发生改变，如当模型组件对应的现场设备处于运行状态时，模型组件的贴图为绿色材质贴图；当用户通过外接设备在模型组件上点击操作，并通过指令窗控制现场设备关闭时，模型组件的贴图为蓝色材质贴图；其中，当现场设备输出异常的运行参数时，模型组件的贴图为红色材质贴图。
本实施例中，模型组件以泵为例进行说明，当模型组件对应的现场设备启动时，本***通过动画生成模块控制泵的叶轮在工作界面中转动；反之，当模型组件对应的现场设备关闭时，本***通过动画生成模块控制泵的叶轮在工作界面中停止转动。
实施例四
基于实施例三的内容，如图7所示，本申请的***还包括建立关联模块和故障定位模块。
建立关联模块配置为建立每个现场设备运行参数中故障信息的报警帮助信息规则，以及将报警帮助信息规则与对应模型组件在工作界面中的预设视角进行关联链接绑定。
故障定位模块配置为获取现场设备的运行参数，判断运行参数是否发生异常，若是，则基于故障信息生成所述报警帮助信息规则的文本集合（文本集合存储于数据库中），以及接收外接设备响应事件在文本集合中报警帮助信息规则的点击操作，在工作界面中变换至与该报警帮助信息规则对应模型组件的预设视角。
由此，通过上述技术方案，用户通过点击文本集合中的报警帮助信息规则，即可在工作界面变换至发生故障的模型组件的预设视角，由此，通过模型组件与现场设备的一一对应关系，同时故障部位可以故障颜色呈现，使得用户能够在复杂、多样且在复杂结构的现场设备中及时定位到发生故障的现场设备的具体部位，提高现场设备故障定位速度与精确性，辅助提高维修人员进行精确维护。
本实施例中，模型组件预设视角在工作界面的二维坐标以及三维空间参数通过用户预先设定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，包括：
导入接口，配置为从三维模型库中接收用户选择的多个模型组件；
工作界面，配置为显示多个模型组件；
模型配置模块，配置为对多个模型组件进行文本化转换以生成模型文本，在模型文本的节点位置配置对应模型组件的基本事件，其中，所述基本事件包括模型组件的三维空间参数、以及外接设备的响应参数；
视角切换模块，配置为捕捉外接设备的响应事件以实现多个模型组件在工作界面中的三维变换。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，
模型配置模块，还被配置为在模型文本的节点位置配置对应模型组件获取现场对应设备的运行参数的通讯接口。
3.根据权利要求2所述的一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，
动画生成模块，配置为：
建立对应于每个模型组件的多个动画贴图、动画运行参数，以及
基于动画贴图、动画运行参数和所述通讯接口获取的现场设备运行参数，以与模型组件动态绑定并在工作界面中动态显示。
4.根据权利要求2所述的一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，该***还包括：
标签生成模块，配置为：
建立对应于每个模型组件的标签浮窗(100)，所述标签浮窗(100)中具有显示区域，所述显示区域用于实时显示现场对应设备的运行参数；
标签跟随模块，配置为：
基于每一次外接设备的响应事件，以在工作界面中每个模型组件的预设间距重新绘制所述标签浮窗(100)。
5.根据权利要求4所述的一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，
所述标签跟随模块包括：
获取模块，配置为获取外接设备的响应事件以输出跟随指令；
跟随模块，配置为：
基于跟随指令以获取经过三维变换后每个模型组件的三维空间参数的原点在工作界面中的初始二维坐标，在工作界面的二维平面上间隔初始二维坐标的预设间距上生成跟随二维坐标，根据所述跟随二维坐标重新绘制所述标签浮窗(100)。
6.根据权利要求5所述的一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，
所述标签浮窗(100)为矩形的标签浮窗(100)，所述标签浮窗(100)其中一个边角或中心的二维坐标与所述跟随二维坐标对应。
7.根据权利要求1所述的一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，该***还包括：
范围映射模块，配置为：
基于每个模型组件的三维空间参数，将每个模型组件的三维空间参数映射在工作界面的二维坐标中，形成每个模型组件在工作界面中的模型二维区域；
指令窗生成模块，配置为：
基于外接设备响应事件中的点击操作，获取所述点击操作在工作界面二维坐标中的点击点位，以及
判断所述点击点位是否落在其中一个模型组件在工作界面中的模型二维区域中，若所述点击点位落在工作界面中的模型二维区域中，则生成用于控制与该模型组件对应现场设备动作的指令窗。
8.根据权利要求2所述的一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，该***还包括：
建立关联模块，配置为：
建立每个现场设备运行参数中故障信息的报警帮助信息规则，以及
将报警帮助信息规则与对应模型组件在工作界面中的预设视角进行关联链接绑定；
故障定位模块，配置为：
获取现场设备的运行参数，判断运行参数是否发生异常，若是，则基于故障信息生成所述报警帮助信息规则的文本集合，以及
接收外接设备响应事件在文本集合中报警帮助信息规则的点击操作，在工作界面中变换至与该报警帮助信息规则对应模型组件的预设视角。
9.根据权利要求1所述的一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，
所述基本事件还包括用于该模型组件在工作界面中隐藏或显示的选择事件。
10.根据权利要求1所述的一种基于动态三维模型场景式虚拟展现的工业监控***，其特征在于，
所述外接设备包括鼠标、键盘和/或触控屏。
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