儀控一層PDF數據自動建模的仿真研究

陳 杰，張玉峰

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

設計驗證平臺作為設計及驗證的工具，為新電站研發提供一種多樣化的驗證手段[1]。隨著數字化設計的推進以及各項設計驗證任務要求的提高，設計對驗證平臺的要求也不斷提高。這就要求驗證平臺在處理性能、功能方便性等方面，具有更強的適應性。本文以儀控設計圖紙為例，通過開發儀控一層PDF文件解析轉換軟件，對儀控一層PDF文件運用圖像識別技術，精準識別圖紙組態信息，經過自動解析和轉換，其結果可視、可編輯匹配設計驗證平臺建模軟件文件格式需求，從而實現自動建模功能，對比傳統手動建模方式具有準確、效率高的特點，同時也為設計與仿真平臺一體化提供了基礎。

1 儀控一層PDF文件解析轉換原理

儀控一層PDF文件的元素包含以下幾類：圖框、基本幾何形狀圖形（圓形/橢圓/矩形等）、組合框圖形、文本框、文本、標準算法模塊、標準算法模塊屬性信息、標準算法模塊之間的動態連接關系。通過PDF數據，解析軟件讀取文件中的圖元素和參數、圖元素的位置信息以及模塊連接關系，將PDF文件重構為設計驗證平臺建模所需的MFG仿真文件，其仿真文件的尺寸大小、部件（屬性及名稱）、連線、文本（包含組態圖的文本、圖名、版本、系統等）均準確無誤，無需在設計驗證平臺中預定義；PDF文件中預定義模塊須在設計驗證平臺預開發一比一的仿真算法模塊，通過名稱對應準確還原，最終能根據仿真規則自動在設計驗證平臺進行組態仿真建模[3]。其轉換解析總體架構如圖1所示。

圖1 儀控一層PDF格式數據解析總體結構圖Fig.1 Overall structure diagram of data analysis in PDF format on the first floor of I & C

2 儀控一層PDF文件數據解析轉換軟件的功能

PDF數據解析轉換軟件的功能主要包含兩個方面：第一是通過導入PDF文件，提取數據進行圖像識別還原并轉換PDF文件。在識別轉換的過程中，可能存在不能識別或是識別錯誤的部分，主要的原因是PDF文件包含的預定義模塊沒有正確識別，須進行錯誤修正；第二是支持自定義部件功能，以下分別闡述其功能。

2.1 導入、識別轉換并識錯功能

2.1.1 導入PDF文件

圖2 PDF顯示Fig.2 PDF Display

圖3 PDF轉換參數輸入Fig.3 PDF conversion parameter input

打開PDF數據解析轉換軟件后，點擊“文件-打開PDF文件”，選擇需要導入的PDF文件，點擊“打開”，PDF顯示如圖2所示。軟件界面左下角顯示導入PDF文件的路徑，點擊菜單欄“參數設置”，此時PDF轉換參數設置（如圖3所示）彈出，圖類型自動識別為FD/SAMA，用戶根據實際需要自行輸入以下參數：系統名、LogicSystem、Control、Segment、起始TaskNO，“轉換范圍”默認為“全部”，也可根據需要選擇“頁面范圍”并輸入需要轉換的邏輯圖頁碼范圍，即可完成PDF文件導入。

2.1.2 PDF文件識別轉換并糾錯功能

對PDF文件進行數據提取和圖形還原，還原后的PDF圖片會直接顯示在軟件主界面中。此時，可以選擇上下翻頁來觀察還原圖像，并與原PDF文件比較是否正確，如圖4所示。

圖4 PDF圖形還原Fig.4 PDF graphic restoration

圖5 部件檢測及修正Fig.5 Component detection and correction

轉換完成后，可在軟件界面中的操作界面“設置”標簽頁，選擇“顯示所有提取的文字”，查看文字提取完成度；選擇“顯示所有匹配的線段”，查看線段提取情況，同時也可以比對原PDF與還原PDF圖片是否一致。

在菜單欄中，點擊“識別與轉換”，下方顯示TagNumber檢查錯誤輸出、軟件的識別率（包括：錯誤識別部件數、部件總數、部件識別率、錯誤匹配線段數、線段總數、線段識別率）。

在軟件界面的左側會將部件以樹狀圖的形式顯示，顯示方式為“序號 部件名部件_流水號”。鼠標左鍵選中某個部件，此時被選中的部件在軟件顯示界面中會被標識出，右側“模型”標簽頁顯示選中部件的部件名（Name）、設備代號（TagNo）、屬性（Key）等信息。在軟件右側，可在軟件顯示區域顯示出所有識別的部件。

如前文所述，存在沒有識別或是識別錯誤的部件，對于此類問題，在軟件左側顯示界面用同樣的顏色標識出來，可通過修改部件屬性完成錯誤修正，如圖5所示。

2.2 自定義部件功能

2.2.1 部件擴展支持實現方式

在支持軟件定義部件庫的基礎上，儀控一層PDF格式數據解析軟件提供拓展更多部件庫的能力，可以自行實現更多的部件自定義功能。

儀控一層PDF格式數據解析軟件在完成新增部件庫模型開發后，支持擴展部件庫，即可以通過編寫特定的C#代碼來實現新的部件庫增加。

2.2.2 部件庫模型開發

部件庫模型開發，包括部件模型文件與相應匹配參數文件，其主要開發流程如下：

1）將含有新增圖庫的圖片導入部件匹配模型制作軟件中，對圖片進行去除噪聲、銳化處理等操作。

2）確定模型部件外形，選擇詳細匹配參數后開始匹配。若匹配效果不佳，調整匹配參數后，再次匹配。

3）若達到匹配要求，則將其保存為模型文件，并將匹配參數按照要求保存為文本文件。

2.2.3 自定義部件庫代碼

自定義部件庫代碼的主要開發流程如下：

首先，確定該部件模型為單獨/均可用于FD/SAMA圖，在部件庫中添加該部件名稱，在相應位置添加新“類”，命名規則為“MFG_Component”+“部件名稱”；創建完成后，根據類似的部件模型庫，分別創建相應的構造函數，部件模型構造函數中按要求寫入模型外包圍矩形框大小、模型引腳信息（數目、類型、位置）、相應的靜態文字及位置、部件外形（部件左上角為原點）、部件屬性的個數等參數，設備代號（TagNumber）構造函數中寫入該部件設備代號生成方法等，即可生成解決方案調試。

2.3 導出MFG文件實現自動建模功能

通過儀控一層PDF格式數據解析軟件，點擊“導出MFG文件”，即可在用戶指定位置生成相應的MFG文件，MFG文件按照指定規則命名。生成的MFG文件可導入RinSim仿真平臺[2]，打開RinSim仿真平臺，導入生成的MFG文件，對文件進行編譯、裝載鏈接，生成可執行程序，導入初值文件即可開始仿真計算，至此完成自動建模。

3 軟件的應用

儀控一層PDF格式數據解析軟件應用于福清5、6號（華龍一號）機組設計驗證平臺的儀控系統自動建模，通過自動識別解析PDF文件，并將重構的文件導入Rinsim仿真平臺，消除了手動建模帶來的人因錯誤，能夠極大地提高效率，此軟件的應用較好地解決了儀控設計圖頻繁升版、模型快速迭代的需求。

4 結束語

儀控一層PDF文件解析轉換軟件可以對一層PDF文件運用圖像識別技術，能夠精準識別圖紙組態信息，經過自動解析和轉換，其結果匹配設計驗證平臺建模軟件文件格式需求，通過將換轉后的文件導入到設計驗證平臺建模環境，從而實現自動建模功能，對比傳統手動建模方式，具有準確、效率高的特點。

同時，此軟件也為設計與仿真平臺一體化提供了基礎，從而使得自動解析軟件、設計平臺及仿真平臺形成了整體，通過這個完整的體系及設計驗證程序，可以更加方便、準確地實現設計與仿真地循環驗證。