BR112016011681B1

BR112016011681B1 - Método para descarregar tarefas de interação homem-máquina e painel de interação homemmáquina

Info

Publication number: BR112016011681B1
Application number: BR112016011681-0A
Authority: BR
Inventors: Lingyun Wang; Arquimedes Martinez Canedo; Holger Strobel
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2022-08-16
Also published as: EP3074826B1; RU2647659C2; WO2015080764A1; US20160299796A1; CN105745585B; BR112016011681A2; RU2016125228A; US10185598B2; EP3074826A1; CN105745585A

Abstract

TRANSFERÊNCIA DE TAREFAS DE INTERAÇÃO HOMEM-MÁQUINA. Em um ambiente de automação industrial, uma arquitetura em três camadas é usada para transferir tarefas de automação de interação homem-máquina (HMI) para dispositivos móveis locais e, então, para a nuvem, para obter vantagem de recursos de processamento e computação distribuída e para adicionar novos atributos ao sistema de painel HMI, um algoritmo de cronograma com base nas características das tarefas HMI distribui essas tarefas de modo inteligente entre o painel HMI local, dispositivos móveis e a nuvem, para melhor utilizar os méritos de cada camada.

Description

REFERÊNCIAS CRUZADAS A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica prioridade ao pedido provisório no de série U.S. 61/ 908.918 depositado em 26 de novembro de 2013, cuja descrição é incorporada, no presente documento, a título de referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA TÉCNICA

[002] A presente invenção refere-se a painéis de Interação Homem-Máquina (HMI) usados no ambiente de automação industrial e, mais particularmente, à transferência de tarefas do HMI para dispositivos de computação/comunicações tais como telefones inteligentes e computadores do tipo tablet.

DISCUSSÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[003] Os painéis HMI são comumente usados no ambiente de automação industrial, especialmente sob condições severas e extremas, para visualizar valores de processo e comunicar com máquinas através de barramentos de campo industriais. O painel HMI é a interface entre um operador humano e uma máquina que realiza tarefas de automação. A tecnologia de painel, entretanto, tem evoluído devagar embora as expectativas em relação a tarefas HMI tais como visualização em 3D tenham crescido de modo exponencial. A discrepância continua aumentando.

[004] Por outro lado, as tecnologias móveis de consumidor (hardware e software) têm desenvolvido ao longo da última década. Os telefones inteligentes e computadores do tipo tablet apresentam interfaces de entrada e saída humanas naturais. Esses dispositivos tipicamente têm sistemas gráficos e processadores mais potentes do que a maioria dos painéis HMI. As capacidades de telefone inteligente e computador do tipo tablet podem satisfazer e até mesmo superar as demandas de muitas tarefas de automação.

[005] A tendência de computação em nuvem acrescenta outra camada de capacidade. A nuvem fornece ainda mais acessibilidade e potência de computação online e offline.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] Em uma modalidade exemplificativa da presente invenção, é fornecido um método para descarregar tarefas de interação homem- máquina a partir de um painel de interação homem-máquina em um sistema de automação industrial. Cada tarefa de interação homem- máquina é classificada em um dentre pelo menos um tipo de tarefa de alta prioridade e um segundo tipo de tarefa de acordo com exigências de computação em tempo real. Pelo painel de interação homem- máquina, um cronograma é computado para execução pelo painel de interação homem-máquina das tarefas de interação homem-máquina de alta prioridade. As tarefas de interação homem-máquina de alta prioridade são, então, executadas pelo painel de interação homem- máquina de acordo com o cronograma.

[007] Os recursos de destino de descarga que estão disponíveis ao painel de interação homem-máquina são identificados. As tarefas de interação homem-máquina do segundo tipo de tarefa são, então, transferidas pelo painel de interação homem-máquina para os recursos de destino de descarga para execução pelos recursos de destino de descarga. O painel de interação homem-máquina comunica periodicamente com os recursos de destino de descarga para verificar uma situação das tarefas de interação homem-máquina transferidas.

[008] Em um aspecto da descrição, as tarefas de interação homem-máquina do segundo tipo de tarefa compreendem tarefas em tempo real moderadas e tarefas firmes em tempo real. Nesse caso, a transferência das tarefas de interação-homem máquina do segundo tipo de tarefa para os recursos de destino de descarga para execução pelos recursos de destino de descarga pode incluir adicionalmente as operações adicionais a seguir. Um segundo cronograma é computado para execução das tarefas em tempo real moderadas por dispositivos de comunicação inteligentes dos recursos de destino de descarga, e as tarefas em tempo real moderadas transferidas para os dispositivos de comunicação inteligentes para execução pelos dispositivos de comunicação inteligentes de acordo com o segundo cronograma. Um terceiro cronograma é computado para execução das tarefas firmes em tempo real por um ambiente de computação em nuvem dos recursos de destino de descarga, e as tarefas firmes em tempo real são transferidas para execução pelo ambiente de computação em nuvem de acordo com o terceiro cronograma,

[009] Em outro aspecto da descrição, se a situação das tarefas de interação homem-máquina transferidas indicar que uma tarefa de interação homem-máquina transferida foi ignorada, então, a tarefa de interação homem-máquina transferida ignorada pode ser admitida por preempção executando-se a tarefa localmente.

[0010] Em outro aspecto da invenção, um painel HMI é fornecido o qual tem um processador; um módulo de entrada/saída conectado ao processador e conectável para comunicação com o equipamento de automação industrial; um módulo de comunicações por rede conectado ao processador e conectável para comunicação com recursos de destino de descarga; e um meio utilizável por computador não transitório que tem instruções legíveis por computador armazenadas no mesmo para execução por um processador para realizar operações conforme descrito acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011] A Figura 1 é um diagrama que mostra uma arquitetura em três camadas de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

[0012] A Figura 2 é um diagrama de sistema que mostra a interconexão de casos de tempo de execução de HMI de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

[0013] A Figura 3 é um fluxograma que mostra um loop de tempo de execução HMI de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

[0014] A Figura 4 é um fluxograma que mostra operações de transferência de tarefa de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

[0015] A Figura 5 é um fluxograma que mostra operações de expedição de tarefa de alarme de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

[0016] A Figura 6 é um fluxograma que mostra operações de preempção de tarefa transferida de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

[0017] A Figura 7a ilustra uma tabela de tarefa de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção; a Figura 7b ilustra uma tabela de recurso de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção.

[0018] A Figura 8 é uma linha do tempo que ilustra um método de transferência de acordo com uma modalidade da invenção.

[0019] A Figura 9 é uma linha do tempo que ilustra um método de transferência de acordo com outra modalidade da invenção.

[0020] A Figura 10 é um diagrama de blocos que mostra equipamento usado em uma demonstração de uma modalidade da invenção.

[0021] A Figura 11a é uma captura de tela de uma exibição de painel HMI durante a execução de uma tarefa de controle de alarme. A Figura 11b é uma captura de tela de uma tela de dispositivo móvel durante a execução de uma tarefa de notificação de alarme transferida de um painel HMI de acordo com uma modalidade da invenção.

[0022] A Figura 12a é uma captura de tela de uma exibição de painel HMI que mostra objetos de tela.

[0023] A Figura 12b é uma captura de tela de uma exibição de dispositivo móvel que mostra objetos de tela transferidos de um painel HMI para o dispositivo móvel de acordo com uma modalidade da invenção.

[0024] A Figura 13a é uma captura de tela de uma exibição de painel HMI que mostra objetos de tela adicionais. A Figura 13b é uma captura de tela de uma exibição de dispositivo móvel que mostra objetos de tela adicionais transferidos de um painel HMI para o dispositivo móvel de acordo com uma modalidade da invenção.

[0025] A Figura 14 é uma captura de tela de um dispositivo móvel que realiza uma tarefa de visualização de controle de tendência transferida de um painel HMI.

[0026] A Figura 15 é um fluxograma que mostra um método de acordo com uma modalidade da invenção.

[0027] A Figura 16 é um diagrama esquemático que mostra um aparelho de acordo com uma modalidade da invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Exemplificativas

[0028] Uma vista geral de uma arquitetura de acordo com a presente descrição é mostrada na Figura 1. Em suma, a arquitetura em três camadas 100 transfere tarefas de automação HMI de um painel HMI 110 para dispositivos 170 móveis locais, e também através dos dispositivos 170 móveis locais para um ambiente de computação em nuvem 180. A arquitetura 100 obtém vantagem de recursos de processamento e computação distribuída, e permite o uso de novos atributos tais como entradas de toque e resoluções HD que não estão (ou ainda não estão) disponíveis em dispositivos de painel HMI tradicionais. A arquitetura descrita também fornece aprimoramentos adicionais para sistemas de automação tais como colaboração de operador.

[0029] O sistema descrito utiliza um algoritmo de cronograma com base em características das tarefas HMI. Essas tarefas são distribuídas de modo inteligente entre o painel HMI local 110, dispositivos móveis 170 e a nuvem 180, para melhor utilizar os méritos de cada camada. O sistema resultante aumenta o desempenho e aprimora as capacidades de um sistema HMI industrial.

[0030] A inovação em painéis HMI é limitada pelas exigências de segurança e tempo real impostas pelas aplicações industriais. Isso fez com que as capacidades computacionais e atributos de HMI de painéis HMI ficassem ultrapassados em relação àqueles disponíveis em telefones móveis e computadores do tipo tablet. O sistema atualmente revelado diminui essa diferença entre painéis HMI em tempo real e cruciais de segurança e dispositivos móveis, estendendo-se a funcionalidade e disponibilidade de dispositivos móveis e a nuvem ao painel HMI. Isso é alcançado satisfazendo, ao mesmo tempo, as demandas ambientais, de comunicação e em tempo real de um sistema HMI tradicional. Ao mesmo tempo, as capacidades dos sistemas HMI tradicionais são aprimoradas com o uso dos atributos de disponibilidade, capacidades computacionais e de HMI avançados (toque, gesto, entradas de sensor de movimento) encontrados em dispositivos móveis e a nuvem.

[0031] Tentativas têm sido feitas para utilizar as vantagens de dispositivos móveis e a nuvem em conexão com sistemas de painel HMI. Por exemplo, as técnicas de compartilhamento de tela têm usado a Web para exibir, em um dispositivo móvel, uma tela sendo exibida no painel de HMI. Essas implantações de compartilhamento de tela não obtêm vantagem total da funcionalidade de HMI avançada em dispositivos móveis. Em vez disso, a tela de painel HMI é simplesmente reproduzida no dispositivo móvel, e o usuário interage diretamente com a implantação de HMI sendo executada no painel HMI e não no dispositivo móvel. As tarefas sendo realizadas pelo painel HMI não são transferidas. Por exemplo, as computações que são realizadas na geração das telas ainda são realizadas localmente pelo painel HMI. A tela é simplesmente compartilhada pela rede, e seleções e cliques do dispositivo móvel são simplesmente retransmitidas de volta para o painel HMI para processamento.

[0032] Outra técnica anterior é o uso de uma HMI com base em Web em que o painel HMI é substituído por um sistema de tempo de execução de HMI com base na web. HMIs com base na Web, entretanto, não fornecem garantias em tempo real. A execução é inteiramente dependente de tecnologia de Web (por exemplo, um navegador da Web é necessário). Embora algumas aplicações possam obter vantagem de tal HMI de tempo não real, essa ideia não pode ser generalizada para sistemas de HMI de âmbito industrial.

[0033] O processamento com base em nuvem de tarefas HMI também tem sido usado para eliminar completamente essas tarefas do sistema de HMI. O processamento com base em nuvem exige uma interface de nuvem implantada em um dispositivo de painel. As tarefas são atribuídas de modo estático e planejadas a-priori e pertencem à nuvem. O painel HMI não tem qualquer controle sobre essas tarefas.

[0034] O sistema atualmente descrito supera as desvantagens acima classificando-se sistematicamente tarefas HMI de acordo com a natureza das mesmas e exigências em tempo real, e fornecendo cronograma dinâmico de tarefas para dispositivos para descarregar a computação e aperfeiçoar o desempenho geral do sistema HMI. A computação é transferida, em vez de apenas compartilhar uma tela em um dispositivo remoto, permitindo que o dispositivo móvel ou a nuvem faça uso de seus atributos locais para melhor aperfeiçoar a experiência de usuário e computação de tarefas localmente no dispositivo.

[0035] O sistema atualmente descrito não substitui o painel HMI. O mesmo, em vez disso, usa a rede, dispositivos móveis e a nuvem para aperfeiçoar o desempenho geral do sistema. O painel HMI é o dispositivo mestre e supervisiona a execução das tarefas distribuídas/transferidas o tempo todo. Não eliminando o painel HMI, o sistema garante as exigências cruciais de segurança e em tempo real de aplicações HMI industriais. O sistema atualmente descrito reage de modo dinâmico ao ambiente e detecta novos dispositivos quando os mesmos se tornam disponíveis. O mesmo transfere/programa, de modo dinâmico tarefas nos recursos disponíveis, e prioriza transferência/cronograma de tarefa baseado nas exigências em tempo real das tarefas. O sistema pode, portanto, obter vantagem total de atributos de HMI avançados em dispositivos móveis tais como gestos, múltiplos toques, entrada de sensor, etc., bem como obter vantagem da alta disponibilidade e potência de processamento da nuvem, permitindo, ao mesmo tempo, que o painel HMI monitore e realize decisões nas tarefas transferidas.

[0036] O sistema atualmente descrito não substitui uma interface da Web. Em vez disso, uma interface da Web é apenas uma opção de interface de comunicação para transferência.

[0037] Os painéis HMI tradicionais são projetados para uso em um ambiente de automação, que é frequentemente um ambiente industrial severo que pode incluir temperaturas extremas, condições de vibração extremas, etc. Os painéis HMI são computadores de propósito especial conectados a máquinas (através de controladores lógicos programáveis (PLCs), módulos de entrada-saída (I/Os), atuadores, etc.) com um barramento de campo de comunicação industrial especial tais como Modbus, PROFINET ou Profibus.

[0038] Os painéis, entretanto, são menos potentes e têm capacidades menores do que a maioria dos outros dispositivos de computação modernos. Os painéis também têm um ciclo de desenvolvimento mais longo. Por exemplo, um típico painel HMI tem apenas alguns tamanhos de tela fixos com resoluções diferentes. É preciso tipicamente de diversos anos para que um vendedor de automação desenvolva uma próxima geração de painéis que têm tamanhos de tela maiores e resoluções melhores.

[0039] Espera-se que os dispositivos de painel HMI tenham típicas tarefas de comunicação e visualização, cuja complexidade tem crescido de modo exponencial, métodos de entrada modernos e gráficos em 3D como toque e gestos são esperados pelos operadores de painel HMI, que usam um telefone inteligente diariamente. Os projetos de tela sofisticados são os carros-chefe da fábrica de automação.

[0040] Em suma, os painéis HMI não são potentes o suficiente, e não evoluem rápido o bastante para comportar todas essas tarefas, ou para satisfazer as expectativas de usuários.

[0041] Por outro lado, os telefones inteligentes e computadores do tipo tablet são produtos de consumidor que podem ser usados como computadores de propósito geral e estão se tornando cada vez mais potentes a cada dia.

[0042] Cada nova geração desses dispositivos fornece mais potência de computação, melhores capacidades gráficas, memória, vida útil de bateria, sensores e tecnologias de interação tais como voz, toque, múltiplos toques, etc. Os dispositivos estão "sempre conectados" e são onipresentes na sociedade atual. De maneira importante, esses dispositivos fazem com que as informações estejam disponíveis em qualquer lugar e em qualquer momento.

[0043] Os dispositivos de consumidor móveis são ideais para aprimorar a funcionalidade de painel HMI executando-se algumas das tarefas HMI nos dispositivos móveis em vez de nos painéis HMI centralizados. Os mesmos estendem as capacidades de sistemas HMI para novos níveis permitindo-se novos métodos de interação homem- máquina tais como múltiplos toques, comandos de voz, visualização em 3D, etc. Esses atributos têm muitos benefícios para o domínio de automação industrial onde as informações cruciais podem ser apresentadas a usuários de um modo mais eficiente do que é possível com os painéis HMI existentes. Nesta descrição, o uso de dispositivos móveis e da nuvem é proposto como uma alternativa para realizar tarefas HMI tais como renderização em 3D. Adicionalmente, de acordo com a presente descrição, os dispositivos móveis possibilitam que os sistemas HMI tenham múltiplos usuários em múltiplos HMIs. Isso fornece novas oportunidades de colaboração entre múltiplos usuários.

[0044] A computação em nuvem fornece armazenamento e potência de computação adicionais. A mesma também tem alta disponibilidade. A transferência de tarefas HMI para a nuvem acrescenta valor fornecendo-se dados compartilhados, utilizando-se potência de computação e armazenamento adicionais, e adicionando- se novas oportunidades de colaboração.

[0045] Esta descrição propõe descarregar tarefas HMI do painel HMI para dispositivos móveis e, então, para a nuvem. Isso aprimora e estende as capacidades do sistema de painel HMI tradicional para incluir atributos de dispositivos móveis e a nuvem.

[0046] Uma arquitetura distribuída, de acordo com a presente descrição, será descrita agora em alguns detalhes. A transferência de tarefas HMI para dispositivos móveis estende a funcionalidade dos sistemas HMI tradicionais centralizados em que os usuários acessam as informações HMI, que são apresentadas em uma tela fixa em uma fábrica. Na arquitetura distribuída, as informações, em vez disso, chegam aos usuários. Essa mudança de paradigma exige uma nova arquitetura HMI em que tarefas HMI são processadas de acordo com as exigências em tempo real das mesmas e também de acordo com o custo de transmissão e recebimento de dados a partir de outros dispositivos. Formalmente, um sistema em tempo real HMI pode ser definido conforme a seguir: Considera-se um sistema que compreende de um conjunto de tarefas

em que o pior caso de tempo de execução de cada tarefa

O sistema é considerado ser em tempo real se existir pelo menos uma tarefa

que se encaixa em um dos seguintes tipos de tarefa: • Tarefas críticas em tempo real críticas (HRT): tarefas que não podem perder nenhum prazo final, de outro modo, a integridade do sistema é comprometida (por exemplo, vidas humanas). Ou seja, a execução da tarefa xi deve ser concluída por um determinado prazo final Di; em outras palavras, Ct < Dt. Por exemplo, os algoritmos de controle de máquina devem ser realizados em real time para garantir operação apropriada do sistema. • Tarefas moderadas em tempo real (SRT): tarefas que podem perdem alguns prazos finais e o sistema ainda funcionará corretamente. Entretanto, perder alguns prazos finais para tarefas SRT levará a penalidades de pagamento. Uma função de penalidade

é definida para a tarefa. Se Cj < Di, a função de penalidade

De outro modo

O valor de

é uma função crescente de Ci- Di. Por exemplo, um algoritmo de visualização que é realizado de modo mais devagar do que o esperado pode resultar em uma penalidade de gráficos degradados sendo apresentados ao usuário. • Tarefas firmes em tempo real (FRT): tarefas que resultam em uma recompensa quando a computação das mesmas é concluída antes do prazo final. Quanto mais adiantadas as tarefas forem concluídas, mais recompensas são ganhas. Uma função de recompensa

é definida para a tarefa. Se

a função de Recompense

De outro modo

O valor de

é uma função crescente de

por exemplo, se uma tarefa de geração de relatório for concluída de modo adiantado, a recompensa que o relato adiantado pode resultar é uma melhor impressão de usuário da operação geral do sistema.

[0047] Uma arquitetura 200, mostrada na Figura 2, ilustra a classificação e execução de tarefas HMI de acordo com as exigências em tempo real das mesmas incluindo tarefas em tempo real críticas (HRT) 204, tarefas em tempo real moderadas (SRT) 206 e tarefas em tempo real (FRT) firmes 208. Conforme mostrado na Figura 2, um importante componente da arquitetura atualmente descrita 200 permanece o painel HMI 210, denominado "Tempo de execução HMI mestre" porque o mesmo lida com as tarefas HRT 204 associadas com dispositivos de nível de campo tais como PLCs 242, 1/Os 244, e uma rede de barramento de campo 272 (por exemplo, Profinet). Outras tarefas em tempo real tais como tarefas SRT 206 e tarefas FRT 208 podem ser transferidas pelo tempo de execução HMI mestre 210 para dispositivos móveis 270 através de uma rede sem fio 274 tal como uma rede WiFi, e eventualmente transferidas para a nuvem 280 através de uma rede de área ampla ou local 276, dispositivos móveis 270 e a nuvem 280 exigem um tempo de execução HMI para executar as tarefas transferidas para os mesmos pelo sistema. A única diferença entre o tempo de execução de HMI mestre no painel HMI 210 e os tempos de execução de HMI nos dispositivos móveis 270 e a nuvem 280 é que o tempo de execução HMI mestre tem a autoridade mais alta e suas decisões de cronograma são finais no sistema geral. Essa escolha arquitetural é baseada no fato de que o painel HMI 210 deve permanecer em controle do sistema geral o tempo todo. Esse mecanismo também evita impasse e livelock, garantindo, desse modo, a execução determinística exigida em sistemas HMI.

[0048] Nota-se que à medida que os dispositivos se distanciam das exigências HRT e de nível de campo, a confiabilidade e, portanto, as exigências em tempo real são relaxadas. Por exemplo, os dispositivos móveis 270 conectados ao HMI 210 através da rede WiFi 274 são propensos a ter maior latência de comunicação do que os dispositivos conectados ao HMI 210 com o uso da rede Profinet 272. De modo similar, a nuvem 280 conectada aos dispositivos móveis 270 através da rede LAN/WAN 276 é propensa a ter latência de comunicação ainda maior do que WiFi 274. Em uma modalidade preferencial da presente descrição, as tarefas SRT são, portanto, transferidas para os dispositivos móveis, e as tarefas FRT são transferidas para a nuvem.

[0049] Os vários sistemas de tempo de execução no painel HMI 210, dispositivos móveis 270 e nuvem 280 comunicam um com o outro e sincronizam o trabalho dos mesmos, em uma modalidade, para reduzir a largura de banda de comunicação, apenas dispositivos contíguos são permitidos falar um com o outro diretamente. Nesse exemplo, os painéis HMI 210 têm a capacidade de se comunicar com dispositivos de nível de campo (por exemplo, PLCs 242, 1/Os 244) e dispositivos móveis 270, mas não podem se comunicar diretamente com o tempo de execução HMI na nuvem 280. De modo similar, o tempo de execução de HMI nos dispositivos móveis 270 pode se comunicar com o painel HMI e a nuvem 280, mas não diretamente com os dispositivos de nível de campo 242, 244. Essa disposição não só aperfeiçoa a utilização de rede, mas fornece um mecanismo para controle de acesso e segurança.

[0050] Em modalidades alternativas, a comunicação é permitida entre dispositivos não contíguos. Por exemplo, se o painel HMI 210 é habilitado para nuvem conforme mostrado pelo barramento de comunicação 282, o painel HMI é permitido se comunicar com a nuvem 280. Nessa disposição, o programador mestre que reside no painel HMI 210 pode se comunicar diretamente com todos os dispositivos registrados, incluindo a nuvem.

[0051] É importante notar que embora a Figura 2 mostre um único painel HMI 210, esta descrição da invenção é aplicável também em sistemas SCADA de nível de supervisão, e quaisquer sistemas HMI de propósito geral em outros domínios.

[0052] Um loop de tempo de execução de HMI 300 sendo executado no tempo de execução de HMI mestre 210 (Figura 2 é mostrado na Figura 3). Após uma inicialização inicial 310, as primeiras quatro ações são executadas para ler dados recebidos de diferentes fontes. Primeiro, os dados I/O dos dispositivos de nível de campo são lidos no bloco 312, seguido de dados de entrada de usuário no bloco 314, dados transferidos no bloco 316, e dados de realimentação no bloco 318. Dados transferidos se referem aos dados ou solicitações de outros dispositivos de transferência (nesse caso, não há visto que o tempo de execução HMI mestre é o dispositivo mestre). Dados de realimentação se referem a mensagens que monitoram a situação de tarefas transferidas para determinar se o sistema está realizando o que deveria realizar. Essas quatro ações 312, 314, 316, 318 atualizam a tabela de tarefa 326 para refletir as últimas solicitações das diferentes fontes. Especificamente, a ação de I/O de leitura 312 pode atualizar a tabela de tarefa 326 com tarefas HRT novas ou existentes recebidas dos dispositivos de nível de campo. A ação de entrada de usuário de leitura 314 pode atualizar a tabela de tarefa 326 com tarefas novas ou existentes solicitadas por um evento realizado por usuário tal como um aperto de um botão. A ação de dados transferidos de leitura 316 pode atualizar a tabela de tarefa com tarefas novas ou existentes solicitadas de outros dispositivos de transferência (por exemplo, dispositivo mestre ou par). A ação de dados de realimentação de leitura 318 pode atualizar a tabela de tarefa 326 com tarefas novas ou existentes sendo executadas nos dispositivos móveis ou na nuvem. O loop de cronograma 300 é projetado para ser genérico, então, o mesmo pode ser usado em dispositivos em cada camada. Uma ou mais dentre as quatro ações 312, 314, 316, 318 podem ser opcionais.

[0053] A ação de tarefas em tempo real críticas de cronograma 320 programa tarefas HRT dentro do tempo de execução HMI mestre de acordo com a prioridade das mesmas e exigências em tempo real. Essas informações são obtidas da tabela de tarefa 326. Nota-se que a ação de tarefas em tempo real críticas de cronograma 320 também atualiza a tabela de tarefa 326 para manter um estado atualizado das tarefas no sistema geral.

[0054] De modo similar, a ação de tarefas em tempo real moderadas e firmes de transferência 322 programa tarefas SRT e FRT para dispositivos móveis e a nuvem de acordo com a prioridade das mesmas, situação (obtida através dos dados de realimentação), e exigências em tempo real. Essas informações são obtidas a partir da tabela de tarefa 326. Assim como com a ação de tarefas em tempo real críticas de cronograma 320, a ação de tarefas em tempo real moderada e firme de transferência 322 atualiza a tabela de tarefa 326 para manter um estado atualizado das tarefas no sistema geral, atribui propriedade de tarefas e estabelece a política de monitoramento de situação para as tarefas transferidas.

[0055] Por fim, a ação de escrever de volta 324 prepara o painel HMI para a execução da próxima iteração.

[0056] As capacidades de disponibilidade, inscrição e desempenho de dispositivos móveis e da nuvem são caracterizadas através da tabela de recurso 328. Sempre que um dispositivo móvel se torna disponível ao sistema HMI, o mesmo envia uma mensagem I/O para o tempo de execução de painel HMI anunciando sua disponibilidade, solicitando uma inscrição ao sistema e fornecendo uma caracterização de desempenho. Nesse estágio, o tempo de execução de HMI pode realizar tarefas de segurança e controle de acesso para permitir que apenas usuários autorizados e dispositivos sejam conectados ao sistema HMI. Após um dispositivo confiável estar pronto para receber tarefas transferidas, uma entrada é adicionada à tabela de recurso 238. Essas informações são usadas pela ação de tarefas em tempo real moderada e firme de transferência 322 para decidir quais dispositivos são adequados para executar cada tarefa. A tabela de recurso 328 sempre contém pelo menos uma entrada visto que o painel HMI, por si só, é sempre um recurso que pode executar todas as tarefas incluindo tarefas HRT, SRT e FRT.

[0057] Uma discussão mais detalhada da atividade em tempo real moderada e firme de transferência (ou "atividade de cronograma") 322 da Figura 3 segue com referência ao fluxograma 400 da Figura 4. Após a atividade ser iniciada no bloco 410, as tarefas Tj são classificadas por prioridade na tabela de tarefa na ação 420. Em vez de classificar em cada iteração, a tabela pode ser implantada em uma estrutura de dados tal como uma fila de prioridade ou uma árvore equilibrada que mantém as tarefas ordenadas de acordo com as exigências em tempo real das mesmas. Cada tarefa Tj é, então, processada do seguinte modo:

[0058] A ação de tabela de tarefa de atualização 450 marca T. como sendo processado na tabela de tarefa. Na ação 460, um recurso R é, então, selecionado da tabela de recurso de modo que a execução de Ti por R maximize a Qualidade de Serviço (QoS). Nessa ação, a atividade de cronograma 400 não só leva em consideração as características de desempenho dos dispositivos disponíveis, mas também leva em consideração os atrasos de comunicação, a transmissão da tarefa, e as cargas nos dispositivos. Após um recurso R ter sido selecionado, a ação de tarefa de transmissão Tj a R 470 é executada. Essa ação marca tarefa T; como pronta para ser expedida para R. Um encadeamento de despachador sendo executado no painel HMI transmite a tarefa Tj para R. Por fim, uma chamada de retorno de temporização é criada na ação 480 para verificar a situação da tarefa transferida periodicamente. As informações de situação estão disponíveis através da ação de dados de realimentação de leitura 318 no loop HMI principal 300 (Figura 3). A execução da atividade de cronograma continua até a última tarefa Ti na tabela de tarefa ser processada (decisão 430), então, termina no bloco 440.

[0059] A arquitetura HMI atualmente descrita com múltiplos usuários exige novas tarefas HRT de entrega de informações de alarme cruciais de missão para os dispositivos móveis e a nuvem. Isso é alcançado por uma atividade de expedição de alarme 500 no painel HMI ao processar as tarefas HRT locais, conforme mostrado pelo fluxograma da Figura 5. Uma vez que essa atividade é iniciada em 510, sempre que uma tarefa crucial de missão tal como um alarme é recebida do I/O (decisão 520), todos os dispositivos D inscritos na tabela de recurso (blocos 530, 540) são notificados se usuário D tiver direitos de acesso corretos às informações relacionadas ao alarme (decisão 560). A transmissão do alarme A para os dispositivos D é realizada com o uso da ação de transmissão de tarefa 570 da Figura 5 com o auxílio de encadeamentos de despachador sendo executados no painel HMI. A atividade é concluída (bloco 550) após todos os dispositivos terem sido processados.

[0060] Uma atividade de preempção de tarefa transferida 600 é ilustrada pelo fluxograma da Figura 6. A atividade 600 impede que tarefas transferidas não sejam concluídas admitindo-se preempção da tarefa localmente no painel HMI se, por exemplo, a conectividade ao recurso em que uma tarefa está sendo executada é perdida, ou a tarefa não está fazendo progresso. A execução é iniciada no bloco 610 e prossegue periodicamente com base em um tempo verificado na decisão 620. O retorno de chamada de realimentação associado com uma tarefa transferida verifica periodicamente, no bloco de decisão 630, se a conectividade com o dispositivo foi perdida, ou se a tarefa não está fazendo progresso. Nesses casos, a tarefa é admitida por preempção localmente no painel HMI no bloco 640 e a prioridade é atribuída de acordo com as exigências em tempo real da mesma. A preempção da tarefa significa que a execução parcial da tarefa no dispositivo móvel deve ser identificada e descartada de modo apropriado. Uma tarefa localmente admitida por preempção é executada a partir do início ou, se possível, a execução é retomada de um estado em que seu estado é consistente e pode levar à execução correta.

[0061] Um exemplo das informações disponíveis na tabela de tarefa 326 (Figura 3 é mostrado na Figura 7a). O campo de ID de tarefa 710 representa um identificador único que é atribuído a cada tarefa no sistema. Os objetos HMI são mostrados no campo 712 e podem ser distinguidos de acordo com a função dos mesmos em um típico sistema HMI. Em um típico sistema, esses objetos podem incluir: • objeto de tela: representa elementos exibidos em uma tela tais como botões de ação, rótulos, marcações, contadores, imagens, vídeo, diagramas, etc. • Alarme; representa um evento ou um estado que tenha ocorrido no sistema, no processo ou no dispositivo HMI em si. • Marcação: representa uma variável com a qual o tempo de execução HMI troca informações com outros dispositivos. Por exemplo, um valor de processo em um PLC pode ser representado como uma marcação no sistema HMI. • Recibo: representa uma coleção de dados associados tais como dados de configuração ou dados de produção. Os dados podem ser transferidos entre dispositivos HMI e PLC. • Relatório: representa um resumo de dados ou eventos no projeto HMI. O leiaute do relatório pode ser especificado no projeto de HMI. • Registro: representa armazenamento dos eventos de alarme e valores de processo em um arquivo de registro. • Arquivamento: representa o armazenamento de dados ou eventos no sistema HMI. • Scripting: representa a execução de programas definidos pelo usuário. • Analítico: representa o processamento de dados ou eventos para encontrar informações importantes sobre o sistema HMI. Por exemplo, a análise dos dados de sensor pode prever falhas potenciais no sistema a partir de histórico de vibração.

[0062] Os objetos HMI podem ser categorizados em um dentre quatro categorias principais, que aparecem na tabela de tarefa 326 no campo de categoria de HMI 714: • Visualizar: se refere à representação real da tarefa HMI em uma tela (por exemplo, um botão de ação). • Manuseio; se refere às ações associadas com as diferentes tarefas HMI (por exemplo, uma ação que é realizada após um botão de ação ser apertado pelo usuário). • Registro: se refere à gravação em disco de dados ou eventos relacionados à tarefa. • Sincronização: se refere às mensagens trocadas pelos dispositivos para comunicar o estado dos mesmos com o ambiente (por exemplo, valores de leitura-escrita e estado de alarme muda para PLC).

[0063] Conforme discutido acima, as tarefas HMI podem ser classificadas como um dentre três tipos: Crítica, Moderada e Firme. Essa classificação é listada no campo do tipo de tarefa 716. Em geral, os objetos HMI listados acima podem ser classificados de acordo com a tabela a seguir:

[0064] Os exemplos mostrados na tabela acima demonstram a classificação de acordo com os critérios descritos acima, em que tarefas cruciais que devem ser concluídas pontualmente são classificadas como "críticas", enquanto as tarefas com tempo de conclusão flexível são classificadas como "moderadas" ou "firmes". Em um exemplo da tabela de tarefa da Figura 7a, a tarefa 3, o manuseio de um alarme é classificado como uma tarefa "crítica" porque o prazo final atribuído deve ser respeitado para que a integridade do sistema seja preservada. Essa tarefa é realizada localmente pelo painel HMI para manter controle pelo painel HMI. Em outro exemplo, a tarefa 7 é o manuseio de um relatório. Essa tarefa é classificada como uma tarefa "firme" porque, se terminada antecipadamente, há uma recompensa em que a percepção de um usuário do desempenho de sistema geral é aprimorada. A tarefa 7 é transferida para a nuvem. Se o painel HMI é habilitado para nuvem conforme ilustrado pela conexão 282 da Figura 2, então, a tarefa 7 permanece visível para o programador mestre que reside no painel HMI, mas é executada pela nuvem. Alternativamente, a tarefa 7 pode ser transferida pelo painel HMI para um dispositivo móvel que transfere subsequentemente a mesma para a nuvem.

[0065] O campo de prioridade 718 contém um número inteiro positivo entre 1 e 10 que determina a prioridade para executar uma tarefa no sistema. Por exemplo, uma tarefa de alta prioridade com prioridade = 1 é tipicamente atribuída a tarefas HRT tais como Alarmes, e uma tarefa de baixa prioridade com prioridade = 10 é tipicamente atribuída a tarefas FRT tais como Arquivamento.

[0066] O campo de prazo final 720 contém um tempo que especifica quando a tarefa é prevista para ser concluída.

[0067] O campo de tempo de execução 722 contém o pior caso de tempo de execução da tarefa.

[0068] A confiabilidade é armazenada em um campo de confiabilidade 724 e é uma métrica que define a probabilidade de uma tarefa ser concluída pontualmente. A confiabilidade pode ser Alta, Média ou Baixa. Por exemplo, uma tarefa HRT executada no painel HMI provavelmente terá uma alta confiabilidade. Uma tarefa SRT executada em um dispositivo móvel provavelmente terá uma confiabilidade média devido à latência na rede, a possibilidade de uma desconexão, etc. uma tarefa FRT executada na nuvem provavelmente terá uma baixa confiabilidade devido à latência na rede, a carga na nuvem, etc.

[0069] O dispositivo de proprietário para uma tarefa particular determina qual dispositivo está no comando de execução da tarefa. O dispositivo de proprietário é listado no campo de dispositivo de proprietário 726 e pode ser Local (painel HMI), um Dispositivo móvel (por exemplo, móvel 1, Móvel 2, Móvel 3), ou a nuvem. O campo de tarefa de proprietário 728 armazena a identificação de cada tarefa usada pelo dispositivo de proprietário.

[0070] O campo travado 730 contém um valor Booleano que é verdadeiro quando o programador está tomando uma decisão de cronograma/transferência na tarefa. Esse valor é usado para impedir que outros encadeamentos atualizem a tabela de tarefa e criem um problema de inconsistência de memória ou uma condição de corrida.

[0071] Um campo de temporizador de realimentação 732 especifica o tempo remanescente para verificar a situação de tarefas transferidas. Um campo de situação 734 especifica a última situação conhecida da tarefa.

[0072] Exemplos de valores do campo de situação incluem: • Em execução; a tarefa está sendo executada normalmente. • Interrompida: a tarefa foi interrompida. • Concluída: a tarefa foi concluída. • Aguardando: a tarefa está aguardando. • Bloqueada: a tarefa está bloqueada. • Desativado: a conexão com o dispositivo remoto (por exemplo, móvel ou nuvem) foi perdida. • Solicitando propriedade: o dispositivo está solicitando propriedade da tarefa.

[0073] Um exemplo de uma tabela de recurso 328 (Figura 3) é mostrado na Figura 7b, O campo de ID de recurso 752 contém identificadores únicos atribuídos aos dispositivos no sistema HMI. O campo de nome 754 lista um alias para o dispositivo.

[0074] Os dados contidos no campo de tipo 756 identificam se o dispositivo é o painel HMI, um dispositivo móvel ou a nuvem. O campo de desempenho 758 especifica as capacidades do dispositivo em termos de suas capacidades de processamento de dados. O campo de carga 760 contém uma percentagem que representa a quantidade de trabalho sendo executado pelo dispositivo.

[0075] Esse valor é mantido atualizado com mensagens de sincronização entre os dispositivos móveis/nuvem e o painel HMI.

[0076] Uma latência de comunicação ao dispositivo é representada no campo de latência 762. O campo de ID de usuário 764 lista identidades de usuários registrados no sistema HMI. O campo autorizado 766 contém um valor Booleano que é verdadeiro quando o dispositivo é autorizado para ser parte do sistema HMI e falso quando o dispositivo não é autorizado ou não conhecido.

[0077] Um exemplo de transferência com o uso das tarefas 1 a 8 listadas na Figura 7a é representado pela linha do tempo 800 da Figura 8. Nota-se que o painel HMI 816 está frequentemente servindo as solicitações e comunicação de nível de campo do usuário 814 e I/O 812. Iniciando da esquerda, a nuvem 824 e dispositivo 818 móvel 1 inscrevem e autenticam com o painel HMI, conforme mostrado pelas setas 830, 832. A primeira tarefa executada no painel HMI 816 é a tarefa 5. A tarefa 5 é, então, suspensa pelo painel HMI para receber uma solicitação de inscrição 834 do dispositivo 820 móvel 2. Após o dispositivo móvel 2 820 ter sido inscrito e adicionado à tabela de recurso, o painel HMI 816 transfere a tarefa 5 (mostrada pela seta 836) do painel HMI para o dispositivo 820 móvel 2. A tarefa 7 é uma tarefa FRT que pode ser transferida para a nuvem 824 pelo dispositivo 820 móvel 2 (seta 838). À medida que a tarefa 7 é executada na nuvem 824, a mesma atualiza regularmente a tarefa 8 (seta 840) sendo executada no dispositivo 820 móvel 2, sendo que a tarefa 8 é dependente da tarefa 7. De modo similar, a tarefa 4 é transferida (seta 842) do painel HMI 816 para o dispositivo 818 móvel 1.

[0078] No caso da tarefa 6, após o dispositivo 822 móvel 3 ser inscrito e adicionado à tabela de recurso (seta 837), o painel de HMI 816 transfere a tarefa 6 para o dispositivo 822 móvel 3 (seta 844). Nesse exemplo, entretanto, o painel HMI perde conectividade com o dispositivo móvel 3 (seta 846) e o painel HMI precisa admitir preempção da tarefa 6 no painel HMI em si para garantir a integridade do sistema. Uma vez que o dispositivo 822 móvel 3 está novamente disponível e inscreve para o painel HMI (seta 848), então, a tarefa 6 é transferida novamente (seta 850) para o dispositivo 822 móvel 3.

[0079] Nota-se que as tarefas HRT Tarefa 1, Tarefa 2 e Tarefa 3 são executadas no painel HMI. Essas tarefas são retidas pelo painel HMI em vez de transferidas, para evitar os efeitos de perdas de conectividade e outros problemas além do controle do painel HMI. Essa disposição permite a transferência de algumas tarefas para dispositivos móveis e a nuvem enquanto satisfaz as demandas ambientais, de comunicação, segurança e em tempo real de um sistema HMI tradicional.

[0080] A linha do tempo 800 da Figura 8 ilustra um sistema no qual o painel HMI 816 não é habilitado para nuvem. Especificamente, embora o painel HMI 816 tenha conexões diretas com os dispositivos móveis 818, 820, 822, o mesmo não tem uma conexão direta com a nuvem 824 e, portanto, não se comunica diretamente com a nuvem. Essa disposição reduz a largura de banda de comunicação, aperfeiçoa a utilização de rede e fornece um mecanismo para controle de acesso e segurança.

[0081] Uma linha do tempo 900, mostrada na Figura 9, ilustra uma modalidade alternativa em que a comunicação é permitida entre dispositivos não contíguos. Nessa modalidade, o painel HMI 916 é habilitado para nuvem, permitindo que a nuvem 924 seja inscrita e autenticada (seta 930) ao painel HMI 916.

[0082] O painel HMI 916 tem, então, a capacidade de descarregar diretamente (seta 936) a tarefa 5 para execução na nuvem 924. Os dados de realimentação da nuvem 924 são fornecidos diretamente ao painel HMI 916 (seta 940), possibilitando que o painel HMI monitore o progresso da tarefa 5 à medida que a mesma é executada na nuvem 924, e utilize atualizações da tarefa 5 na execução da tarefa 3.

[0083] Embora a disposição da Figura 9 possa exigir largura de banda aumentada e utilização de rede, bem como medidas de segurança e controle de acesso mais sofisticadas, a disposição tem a vantagem de acesso mais rápido e mais direto à nuvem, que oferece potência de computação não limitada de modo eficaz. A análise de dados que anteriormente teve que ser programada pelo painel HMI em estações de trabalho locais é realizada mais rapidamente e com maior disponibilidade na nuvem. As tarefas realizadas pela nuvem são, além disso, mais acessíveis a usuários que estão remotos do painel HMI. Por exemplo, dados de tarefas executadas pela nuvem são disponíveis para programas de nível alto, tais como aqueles usados para determinar a logística de produção para os processos controlados pelo painel HMI.

[0084] Para demonstrar o conceito de transferência, uma Estrutura de Web de Automação (AWF) de demonstração foi implantada pelos inventores com o uso da tecnologia da Web para descarregar algumas tarefas HMI (por exemplo, objetos de tela, alarme) de um sistema HMI tradicional (um Siemens SIMATiC WinCC) para um navegador da Web no dispositivo móvel tais como iPhone e iPad. O protótipo usa um Projeto de HMI de Monitoramento de Gerador de Turbina WinCC existente de WinCC.

[0085] Conforme mostrado pelo diagrama arquitetural 1000 da Figura 10, a tecnologia da Web é usada como a tecnologia de comunicação entre o sistema HMI local (por exemplo, painel HMI 1040) e dispositivos móveis 1050, 1051. A tecnologia de Web é bem suportada nos dispositivos móveis 1050, 1051 que incluem clientes de Web 1052, e é também bem suportada no painel HMI 1040, que contém um servidor da web 1042. O sistema de demonstração utilizou uma rede WiFi 3030 para conexões físicas.

[0086] O sistema de demonstração 1000 foi usado para demonstrar a transferência de um controle de alarme em WinCC para um Dispositivo móvel. Uma captura de tela 1110 mostrada na Figura 11 a ilustra um controle de alarme tradicional conforme apresentado por um painel HMI. A captura de tela 1120 mostrada na Figura 11b ilustra uma tela de dispositivo móvel durante a execução pelo dispositivo móvel de uma tarefa de notificação de alarme que foi transferida pelo painel HMI para o dispositivo móvel.

[0087] O sistema de demonstração 1000 mostrado na Figura 10 foi usado, de modo similar, para demonstrar a transferência de tarefas de análise de dados e visualização de WinCC para um dispositivo móvel. Uma captura de tela 1210 mostrada na Figura 12a ilustra múltiplos objetos de tela incluindo imagens, campos de I/O e controle de tendência, que foram gerados em WinCC e apresentados por um painel HMI. A captura de tela 1220 mostrada na Figura 12b ilustra uma tela de tablet móvel que mostra objetos de tela gerados pelo tablet móvel durante execução de tarefas de análise de dados e visualização que foram transferidas pelo painel HMI para o tablet móvel.

[0088] As Figuras 13a e 13b ilustram outro exemplo no qual as tarefas de análise de dados e visualização foram baixadas por download de um painel HMI para um dispositivo móvel. Uma captura de tela 1310 mostrada na Figura 13a ilustra múltiplos objetos de tela que foram gerados em WinCC e apresentados por um painel HMI. A captura de tela 1320 mostrada na Figura 13b ilustra uma tela de dispositivo móvel que mostra objetos de tela transferidos para o dispositivo móvel, incluindo campos de I/O e marcas.

[0089] A Figura 14 mostra uma captura de tela 1400 que retrata uma visualização de controle de tendência mostrada em um dispositivo móvel. A tarefa de controle de tendência foi transferida para a nuvem e a visualização foi transferida para o dispositivo móvel.

[0090] Um método, de acordo com a presente descrição, para descarregar tarefas HMI a partir de um painel HMI em um sistema de automação industrial é ilustrado pelo fluxograma 1500 da Figura 15. Cada tarefa HMI é inicialmente classificada 1510 em uma dentre pelo menos um tipo de tarefa de alta prioridade e um segundo tipo de tarefa de acordo com exigências de computação em tempo real.

[0091] Um cronograma é, então, computado 1520 pelo painel HMI para execução pelo painel HMI das tarefas HMI de alta prioridade, e as tarefas HMI de alta prioridade são executadas 1530 pelo painel HMI de acordo com o cronograma.

[0092] Os recursos de destino de descarga que estão disponíveis para o painel HMI são identificados em 1540. As tarefas HMI do segundo tipo de tarefa são, então, transferidas 1550 pelo painel HMI para os recursos de destino de descarga para execução pelos recursos de destino de descarga. O painel HMI comunica periodicamente 1560 com os recursos de destino de descarga para verificar uma situação das tarefas HMI transferidas.

[0093] Conforme será verificado por um versado na técnica, os aspectos da presente invenção podem ser incorporados como um sistema, método ou produto de programa de computador.

[0094] Assim, os aspectos da presente invenção podem assumir a forma de uma modalidade inteiramente de hardware, uma modalidade inteiramente de software (incluindo firmware, software residente, microcódigo, etc.) ou uma modalidade que combina aspectos de software e hardware que podem ser, em geral, denominados, no presente documento, como um "circuito", "módulo" ou "sistema." Além disso, aspectos da presente invenção podem assumir a forma de um produto de programa de computador incorporado em um ou mais meio(s) legível(is) por computador que tem código de programa legível em computador incorporado no mesmo.

[0095] Qualquer combinação de um ou mais meio(s) legível (is) por computador pode ser utilizada. Um meio legível por computador pode ser, por exemplo, mas sem limitação, um sistema, aparelho ou dispositivo eletrônico, magnético, óptico, eletromagnético, infravermelho ou semicondutor ou qualquer combinação adequada dos anteriores. Exemplos mais específicos (uma lista não abrangente) do meio legível por computador incluem o seguinte: um disquete de computador portátil, um disco rígido, uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória apenas de leitura (ROM), uma memória apenas de leitura programável apagável (EPROM ou memória Flash), uma memória apenas de leitura de disco compacto portátil (CD-ROM), um dispositivo de armazenamento óptico, um dispositivo de armazenamento magnético ou qualquer combinação adequada dos anteriores. No contexto desse documento, um meio legível por computador pode ser qualquer meio tangível, não transitório que pode conter ou armazenar um programa para uso por ou em conexão com um aparelho, dispositivo ou sistema de execução de instrução.

[0096] O código de programa de computador para realizar operações para aspectos da presente invenção pode ser escrito em qualquer combinação de uma ou mais linguagens de programação, incluindo uma linguagem de programação orientada por objeto tal como Java, Smalltalk, C++ ou similares e linguagens de programação procedurais convencionais, tais como a linguagem de programação "C" ou linguagens de programação similares. O código de programa pode executar inteiramente no computador de usuário, parcialmente no computador de usuário, como um pacote de software autônomo, parcialmente no computador de usuário e parcialmente em um computador remoto ou inteiramente no computador remoto ou servidor. No último cenário, o computador remoto pode ser conectado ao computador de usuário através de qualquer tipo de rede, incluindo uma rede de área local (LAN) ou uma rede de área ampla (WAN), ou a conexão pode ser feita a um computador externo (por exemplo, através da Internet com o uso de um Provedor de Serviço de Internet).

[0097] Aspectos da presente invenção são descritos com referência a ilustrações de fluxograma e/ou diagramas de bloco de métodos, aparelho (sistemas) e produtos de programa de computador de acordo com modalidades da invenção. Será entendido que cada bloco das ilustrações de fluxograma e/ou diagramas de bloco, e combinações de blocos nas ilustrações de fluxograma e/ou diagramas de bloco, pode ser implantado por instruções de programa de computador. Essas instruções de programa de computador podem ser fornecidas a um processador de um computador de propósito geral, computador de propósito especial ou outro aparelho de processamento de dados programável para produzir uma máquina, de modo que as instruções, que são executadas através do processador do computador ou outro aparelho de processamento de dados programável, criem meios para implantar as funções/ações especificadas no bloco ou blocos de fluxograma e/ou diagrama de bloco.

[0098] Essas instruções de programa de computador também podem ser armazenadas em um meio legível por computador que pode direcionar um computador, outro aparelho de processamento de dados programável ou outros dispositivos para funcionar de um modo particular, de modo que as instruções armazenadas no meio legível por computador produzam um artigo ou manufatura incluindo instruções que implantam a função ação especificada no bloco ou blocos de fluxograma e/ou diagrama de bloco.

[0099] As instruções de programa de computador também podem ser carregadas em um computador, outro aparelho de processamento de dados programável ou outros dispositivos para fazer com que uma série de operações sejam realizadas no computador, outro aparelho programável ou outros dispositivos para produzir um processo implantado por computador de modo que as instruções que são executadas no computador ou outro aparelho programável forneçam processos para implantar as funções/ações especificadas no bloco ou blocos de fluxograma e/ou diagrama de bloco.

[00100] Referindo-se agora à Figura 16, de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção, um sistema de computador 1605 pode compreender, entre outros, um ou mais processadores ou unidades de processamento central (CPUs) 1620, uma memória 1629, um módulo de interface de entrada/saída (I/O) 1627 e um módulo de interface de comunicação por rede 1628. As CPUs 1620 executam um ou mais módulos de programa que realizam tarefas específicas e interagem com o ambiente do sistema de computador 1605. Tal módulo é um módulo de controle de automação 1622 que supervisiona o controle do ambiente de automação. O módulo de controle de automação 1622 conecta a sensores, atuadores e outros controladores através de um módulo de comunicações de I/O 1627 e redes por protegidas automação tais como Modbus, PROFINET ou Profibus.

[00101] Outro módulo que reside nas CPUs 1620 é um módulo de interação homem-máquina (HMI) 1610 que gerencia interações entre os usuários humanos e o ambiente de automação. O módulo HMI 1610 é geralmente acoplado a um visor e vários dispositivos de entrada tais como um mouse e teclado (não mostrado). Além disso, o módulo HMI da presente descrição é acoplado a um módulo de comunicações por rede 1628 que suporta comunicações com uma rede de área local sem fio tal como uma rede WiFi, bem como com redes de área ampla tais como redes sem fio celulares ou a Internet, para comunicação com dispositivos móveis remotos e a nuvem.

[00102] A memória 1629 pode incluir RAM, ROM, unidade de disco, unidade de fita, etc., ou uma combinação dos mesmos. As modalidades exemplificativas da presente invenção podem ser implantadas como uma rotina armazenada na memória 1629 ou outro meio de armazenamento legível por computador não transitório 1626 e executado pelas CPUs 1620 para controlar um sistema de automação industrial. Como tal, o sistema de computador 1605 é um sistema de computador de propósito geral que se torna um sistema de computador de propósito específico ao realizar métodos da presente descrição.

[00103] O sistema de computador 1605 também inclui um sistema operacional e código microinstrução. Os vários processos e funções descritas no presente documento podem tanto ser parte do código de microinstrução ou parte do programa de aplicação (ou uma combinação dos mesmos) que é executada através do sistema operacional. Além disso, vários outros dispositivos periféricos podem ser conectados ao sistema de computador 1605 tais como um dispositivo de armazenamento de dados adicional e um dispositivo de impressão.

[00104] O fluxograma e diagramas de bloco nas figuras ilustram a arquitetura, funcionalidade, e operação de possíveis implantações de sistemas, métodos e produtos de programa de computador de acordo com várias modalidades da presente invenção. Sob esse aspecto, cada bloco no fluxograma ou diagramas de bloco pode representar um módulo, segmento, ou porção de código, que compreende uma ou mais instruções executáveis para implantar a função(ões) lógica especificada. Deve-se notar também que, em algumas implantações alternativas, as funções observadas no bloco podem ocorrer fora da ordem notada nas figuras. Por exemplo, dois blocos mostrados em sucessão podem, de fato, ser executados de modo substancialmente concomitante ou os blocos podem, algumas vezes, ser executados na ordem contrária, dependendo da funcionalidade envolvida. Nota-se também que cada bloco dos diagramas de bloco e/ou ilustração de fluxograma, e combinações de blocos nos diagramas de bloco e/ou ilustração de fluxograma, pode ser implantado por sistemas com base em hardware de propósito especial que realizam as funções ou ações especificadas, ou combinações de instruções de computador e hardware de propósito especial.

[00105] A terminologia usada no presente documento é para o propósito de descrição de modalidades particulares apenas e não se destina a limitar a invenção. Conforme usado no presente documento, as formas singulares "um", "uma" e "o/a" são destinadas a incluir as formas plurais também, a menos que o contexto claramente indique o contrário. Será entendido adicionalmente que os termos "compreende" e/ou "que compreende", quando usados neste relatório descritivo, especificam a presença de recursos determinados, números inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, mas não excluem a presença ou adição de um ou mais outros recursos, números inteiros, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos dos mesmos.

[00106] As estruturas, materiais, ações e equivalentes correspondentes de todos os significados ou etapa mais elementos de função são destinados a incluir qualquer estrutura, material ou ação para realizar a função. A descrição da presente invenção foi apresentada para propósitos de ilustração e descrição, mas não é destinada a ser abrangente ou limitante da invenção à forma revelada. Muitas modificações e variações se tornarão evidentes àqueles de habilidade comum na técnica sem se afastar do escopo e espírito da invenção. A modalidade foi escolhida e descrita para melhor aplicar os princípios da invenção e a aplicação prática, e para possibilitar que outros de habilidade comum na técnica entendam a invenção para várias modalidades com várias modificações conforme são adequadas ao uso particular contemplado.

[00107] A descrição detalhada antecedente deve ser entendida como sendo, em todo aspecto, ilustrativa e exemplificativa, mas não restritiva. Deve-se entender que várias modificações serão implantadas por aqueles versados na técnica, sem se afastar do escopo e espírito da descrição.

Claims

1. Método para descarregar tarefas de interação homem- máquina a partir de um painel de interação homem-máquina em um sistema de automação industrial, compreendendo: classificar (1510) cada tarefa de interação homem-máquina em um dentre pelo menos um primeiro tipo de tarefa e um segundo tipo de tarefa de acordo com as exigências de computação em tempo real, sendo que o primeiro tipo de tarefa e o segundo tipo de tarefa são classificados de acordo com requisitos computacionais em tempo real; pelo painel de interação homem-máquina, computar (1520) um cronograma para a execução, pelo painel de interação homem- máquina, das tarefas de interação homem-máquina do primeiro tipo de tarefa; pelo painel de interação homem-máquina, executar (1530) as tarefas de interação homem-máquina do primeiro tipo de tarefa de acordo com o cronograma; caracterizado por compreender ainda: identificar (1540) recursos de destino de descarga disponíveis para o painel de interação homem-máquina; pelo painel de interação homem-máquina, descarregar (1550) as tarefas de interação homem-máquina do segundo tipo de tarefa para os recursos de destino de descarga para execução pelos recursos de destino de descarga; e comunicar (1560) periodicamente com os recursos de destino de descarga para verificar uma situação das tarefas de interação homem-máquina transferidas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que classificar (1510) a pluralidade de tarefas de interação homem-máquina é adicionalmente de acordo com os custos de transmissão de dados.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as tarefas de interação homem-máquina do primeiro tipo de tarefa são tarefas em tempo real críticas que não podem perder um prazo final.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as tarefas de interação homem-máquina do segundo tipo de tarefa compreendem tarefas em tempo real moderadas que têm uma penalidade por terminar após um prazo final; e tarefas firmes em tempo real que têm uma recompensa por terminar antes de um prazo final.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a penalidade por terminar após um prazo final é uma função crescente de um tempo através do qual um tempo de execução excede o prazo final.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a recompensa por terminar antes de um prazo final é uma função crescente de um tempo através do qual um tempo de execução precede o prazo final.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as tarefas de interação homem-máquina do segundo tipo de tarefa compreendem tarefas em tempo real moderadas e tarefas firmes em tempo real, e em que descarregar (1550) as tarefas de interação homem-máquina do segundo tipo de tarefa para os recursos de destino de descarga para a execução pelos recursos de destino de descarga compreende adicionalmente: computar, pelo painel de interação homem-máquina, um segundo cronograma para a execução das tarefas em tempo real moderadas por dispositivos de comunicação inteligentes dos recursos de destino de descarga; descarregar, pelo painel de interação homem-máquina, as tarefas em tempo real moderadas para os dispositivos de comunicação inteligentes para execução pelos dispositivos de comunicação inteligentes de acordo com o segundo cronograma; computar, pelo painel de interação homem-máquina, um terceiro cronograma para a execução das tarefas firmes em tempo real por um ambiente de computação por nuvem (180, 280, 824, 924) dos recursos de destino de descarga; e descarregar, pelo painel de interação homem-máquina, as tarefas firmes em tempo real para execução pelo ambiente de computação por nuvem de acordo com o terceiro cronograma.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo e o terceiro cronogramas priorizam as tarefas em tempo real moderadas e as tarefas firmes em tempo real de acordo com características de desempenho dos recursos de destino de descarga, atrasos de comunicação entre o painel de interação homem-máquina e os recursos de destino de descarga, e cargas existentes nos recursos de destino de descarga.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que descarregar as tarefas firmes em tempo real para execução pelo ambiente de computação em nuvem (180, 280, 824, 924) compreende adicionalmente descarregar as tarefas firmes em tempo real para pelo menos um dos dispositivos de comunicação inteligentes para a execução pelo ambiente de computação em nuvem.

10. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que descarregar as tarefas firmes em tempo real para execução pelo ambiente de computação em nuvem (180, 280, 824, 924) compreende adicionalmente descarregar as tarefas firmes em tempo real diretamente para o ambiente de computação em nuvem.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a situação das tarefas de interação homem-máquina transferidas indica que uma tarefa de interação homem-máquina transferida foi ignorada, o método compreende adicionalmente: pelo painel de interação homem-máquina, admitir preempção da tarefa de interação homem-máquina descarregada ignorada executando-se a tarefa localmente.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber, pelo painel de interação homem-máquina, uma notificação de alarme; e para cada recurso de destino de descarga, pelo painel de interação homem-máquina: determinar se credenciais de usuário do recurso têm direitos de acesso ao alarme: e apenas se o recurso de destino de descarga tiver direitos de acesso, transmitir o alarme a partir do painel de interação homem- máquina para o recurso de destino de descarga.

13. Painel de interação homem-máquina para interagir com equipamento de automação industrial caracterizado pelo fato de que compreende: um processador (1620); um módulo de entrada/saída (1627) conectado ao processador (1620) e conectável para comunicação com o equipamento de automação industrial; um módulo de comunicações por rede (1628) conectado ao processador (1620) e conectável para comunicação com recursos de destino de descarga; um meio utilizável por computador não transitório que tem instruções legíveis por computador armazenadas no mesmo que, quando executadas pelo processador (1620), fazem com que o processador (1620) realize operações para descarregar tarefas de interação homem-máquina a partir do processador (1620), sendo que as operações compreendem classificar (1510) cada tarefa de interação homem-máquina em um dentre pelo menos um primeiro tipo de tarefa e um segundo tipo de tarefa de acordo com exigências de computação em tempo real; computar (1520) um cronograma para execução pelo painel de interação homem-máquina das tarefas de interação homem- máquina do primeiro tipo; executar (1530) as tarefas de interação homem-máquina do primeiro tipo de acordo com o cronograma; o painel sendo caracterizado pelo fato de que as operações compreendem ainda: identificar (1540) recursos de destino de descarga disponíveis para comunicar através do módulo de comunicações por rede (1628) com o painel de interação homem-máquina; descarregar (1550) as tarefas de interação homem- máquina do segundo tipo de tarefa através do módulo de comunicações por rede (1628) para os recursos de destino de descarga para execução pelo recursos de destino de descarga; e comunicar (1560) periodicamente através do módulo de comunicações por rede (1628) com os recursos de destino de descarga para verificar uma situação das tarefas de interação homem- máquina transferidas.

14. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que categorizar (1510) a pluralidade de tarefas de interação homem-máquina é adicionalmente de acordo com custos de transmissão de dados.

15. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as tarefas de interação homem-máquina da categoria do primeiro tipo são tarefas em tempo real críticas que não podem perder um prazo final.

16. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as tarefas de interação homem-máquina do segundo tipo de tarefa compreendem tarefas em tempo real moderadas que têm uma penalidade por terminar após um prazo final; e tarefas firmes em tempo real que têm uma recompensa por terminar antes de um prazo final.

17. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a penalidade por terminar após um prazo final é uma função crescente de um tempo através do qual um tempo de execução excede o prazo final.

18. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a recompensa por terminar antes de um prazo final é uma função crescente de um tempo através do qual um tempo de execução precede o prazo final.

19. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as tarefas de interação homem-máquina do segundo tipo de tarefa compreendem tarefas em tempo real moderadas e tarefas firmes em tempo real, e em que descarregar (1550) as tarefas de interação homem-máquina do segundo tipo de tarefa para os recursos de destino de descarga para execução pelos recursos de destino de descarga compreende adicionalmente: computar um segundo cronograma para execução das tarefas em tempo real moderadas por dispositivos de comunicação inteligentes dos recursos de destino de descarga; descarregar as tarefas em tempo real moderadas através do módulo de comunicações por rede (1628) para os dispositivos de comunicação inteligentes para execução pelos dispositivos de comunicação inteligentes de acordo com o segundo cronograma; computar um terceiro cronograma para execução das tarefas firmes em tempo real por um ambiente de computação em nuvem (180, 280, 824, 924) dos recursos de destino de descarga; e descarregar as tarefas firmes em tempo real através do módulo de comunicações por rede (1628) para execução pelo ambiente de computação em nuvem de acordo com o terceiro cronograma.

20. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o segundo e o terceiro cronogramas priorizam as tarefas em tempo real moderadas e as tarefas firmes em tempo real de acordo com características de desempenho dos recursos de destino de descarga, atrasos de comunicação entre o painel de interação homem-máquina e os recursos de destino de descarga, e cargas existentes nos recursos de destino de descarga.

21. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que descarregar as tarefas firmes em tempo real para execução pelo ambiente de computação em nuvem (180, 280, 824, 924) compreende adicionalmente descarregar as tarefas firmes em tempo real para pelo menos um dos dispositivos de comunicação inteligentes para execução pelo ambiente de computação em nuvem.

22. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que descarregar as tarefas firmes em tempo real para execução pelo ambiente de computação em nuvem (180, 280, 824, 924) compreende adicionalmente descarregar as tarefas firmes em tempo real diretamente para o ambiente de computação em nuvem.

23. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a situação das tarefas de interação homem-máquina transferidas indica que uma tarefa de interação homem-máquina transferida foi ignorada, sendo que as operações compreendem adicionalmente: admitir preempção da tarefa de interação homem-máquina transferida ignorada executando-se a tarefa localmente,

24. Painel de interação homem-máquina, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as operações compreendem adicionalmente: receber uma notificação de alarme; e para cada recurso de destino de descarga: determinar se credenciais de usuário do recurso têm direitos de acesso ao alarme: e apenas se o recurso de destino de descarga tiver direitos de acesso, transmitir o alarme do painel de interação homem-máquina através do módulo de comunicações por rede (1628) para o recurso de destino de descarga.