通过数字化工具实现人机界面电气拓扑图页面的高效制作

1 项目背景

1.1 电气拓补图简介

电气拓扑图是表示电气设备之间连接关系的图形表达。简单来说，拓扑图能帮助操作员快速了解相应系统的整体布局和关键设备之间的连接关系，使复杂的电气系统结构一目了然。

1.2 为人机界面程序集成拓补图页面

基于电气拓补图的直观性和易用性，将其引入人机界面程序能够帮助操作人员更便捷的了解、调试和维护设备。这一将纸质拓补图变得电子化、智能化的过程通常会使用单个模块的静态图片在程序中做布局，或者使用整张拓补图布局图在程序中做按钮叠加等方式。但这些途径往往都需要花费大量的时间精力，且由于公司内的机型较多，为不同机型制作该页面花费的时间也将成倍增长。

1.3 拓补图页面制作问题分析

将上述问题细化拆分可以发现，拓补图页面的制作有两大难点：复杂的拓补图绘制、困难的模块报警信息绑定。但他们有一个共性：单个模块（拓补图的一个基本单位）容易制作，但都面临数量庞大的问题。而这样类似于“搬砖”的机械化过程，必定会有自动化的解决方案。

2 使用数字化方法进行初步方案设计

2.1 拓补图绘制方案

由于直接在人机界面程序中制作复杂结构的图形会面临定位复杂、绘制困难的诸多问题。由于三维建模软件建模过程相对容易，而程序选用的 HelixToolkit 插件可以使用组件预设平面报警块（后称为文字层），恰好能够较好的联系模块模型与报警信息关系。因此，方案创新性的选用了在三维建模软件中绘制拓补图立体模型，将其置入程序后再使用正交相机进行二维展示的方式。

参考下图可以看出，在设计标准模块模型后，拓补图 3D 模型的绘制相对较为容易，仅需参照电气拓补图图纸或 PLC 程序，将标准化模块导入后进行复制、移动位置等基本操作即可完成。另外，由于在人机界面拓补图页面中，各个模块的名称及是否报警的信息将显示在文字层，因此需要设计文字层覆盖在模型层上方，对每个模块根据其 PLC 地址进行名称标记。这将为将 3D 模型的程序化以及后续对数字化工具的使用提供了良好的数据基础。

图 21 拓补图3D 模型的模型层（左）和人机界面程序中的拓补图页面（右）

初步设计人机界面拓补图页面制作流程

1）绘制拓补图3D 模型，并为文字层标记名称。2）将3D 模型中的模型层及文字层分别导出为XAML（代码）格式。3）将XAML 文件整理（使用正则表达式等高效方法更改结构）导入人机界面程序，修改正交相机参数等。4）通过文字层模块的标记名称寻找到其对应的模块在 PLC 程序中的地址，并为其在程序中手动依次填入。5）重复第4 步，为每一个文字层模块进行查找和修改。

2.2 分析方案流程，找出优化方向

分析上述步骤可以看出，步骤 1-3 已经通过标准模块使用、高效工具使用等方式完成，其过程已经较难通过数字化方法或工具进行简化，而其中的步骤4-5 还要进行较为繁琐的内容：

对于一个机组而言，主机或辅机需要绑定的拓补图模块数量往往都有上百个，即使已经为每个模块的文字层进行名称标记，但考虑到寻找地址（PLC 程序与模型模块绑定）和代码内容修改，仍然需要花费大量重复性工作的时间。并且一旦拓补图结构发生一些变化，很有可能整个拓补图又需要重新制作，低效的制作方法和灵活随变的电气结构将会发生不可调和的矛盾。

3 设计数字化工具自动化完成“搬砖”流程

分析上述繁琐部分，其实质上可以简化为这样一个问题：在一段含有标记（为文字层添加的名称标记）的文字中，根据标记的对应关系，在文字特定位置插入对应内容。就像是在“name="A1"propertyID ⊨ "？"”中根据“A1”这个标记在对应表中查找“？”中的内容并填入。

基于良好的可视化和简便性方面考虑，这里选用了 Excel 作为实现这一数字化技术的工具，关于其实现方法不进行过于详细的描述，这里仅介绍其实现思路：

1）通过“LEFT、RIGHT、LEN、FIND”等函数提取需要保留的文本及标记文本（这里指模块标记名称）。2）使用“VLOOKUP”函数，在对应表中为标记文本查找对应文本（这里指模块的PLC 地址）。3）使用 ”文本作为换行符标记，便于后续对大段程序进行展开。4）使用“IF、&”等函数根据模块类型的不同进行相应方式的文本组合。5）使用 Notepad++ （代码编辑软件）对换行符进行替换，检查程序代码无格式问题后导入人机界面程序。6）在人机界面程序中根据设计器预览，对文本格式等内容进行微调。