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通过嵌入式历史机数据实现的自适应工业系统

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CN101398686A CN 200810168895 CN200810168895A CN101398686A CN 101398686 A CN101398686 A CN 101398686A CN 200810168895 CN200810168895 CN 200810168895 CN 200810168895 A CN200810168895 A CN 200810168895A CN 101398686 A CN101398686 A CN 101398686A
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F·A·小帕尔米里
J·J·拜尔
J·T·坎贝尔
R·J·赫布斯特
R·J·麦克格利威
T·J·贾斯帕
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洛克威尔自动控制技术股份有限公司
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Abstract

为工业设置中的自适应过程提供的系统和方法。历史机数据与当前收集到的数据一切可以转换为决策信息,该决策信息随后被用于实时改进一个过程。与控制器相关联的一个过程趋势部件可以访问历史数据(例如,通过历史机收集到的趋势)来确定/预测一个当前工业过程的结果。这使之能够实现紧密控制和以短的反应时间来校正过程参数。

Description

通过嵌入式历史机数据实现的自适应工业系统技术领域[0001】本主题创新总体上涉及与工业控制器相关联的历史机部件,并且更具体地说,涉及通过由嵌入式历史机部件的历史机数据集合来预测工 业过程的结果。技术背景【0002j工业控制器是特殊用途的计算机,它们被用于控制工业过程, 制造设备,以及其他的工厂自动化,例如数据收集或网络系统。工业控制 系统的核心是一种逻辑处理器,诸如可编程逻辑控制器(PLC)或基于PC 的控制器。例如,可编程逻辑控制器是由系统设计者编程来通过用户设计 的逻辑程序或用户程序运行制造过程。用户程序存储在存储器内, 一般由 PLC以顺序的方式执行,然而也常见,例如,指令跳变、循环和中断例程。 与用户程序相关联的是多个存储单元和变量,它们提供PLC运行和程序的 动态内容。PLC中的差异典型地取决于它们可以处理的输入/输出(I/O)的 数量,存储器的量值、指令的数量及类型,以及PLC中央处理单元(CPU) 的速度。【0003】在比控制器更宏观的意义上,业务已经变得更复杂,其中更高 级别的业务系统或计算机经常需要与此类控制器交换数据。比如, 一个工 业自动化企业可以包括几个不同地方的工场。现代驱动因素,诸如改进效 率和生产力、以及减少成本正在要求制造商从全球的制造场点收集、分析 以及优化数据和计量标准。例如, 一个食品公司可以具有跨越全球定位的 几个工场来生产一定品牌的食品。这些工场在以前是独立的,很少有数据 收集以及与其他相似工厂进行计量标准比较。在今天的网络世界中,制造商在要求得到来自他们工厂的实时数据以推进优化并提高生产力。不幸的

是,常规的控制系统结构的配置不允许该企业的不同部门之间的数据的无 缝交换。[0004]现代控制系统结构的另一个要求是记录并存储数据的能力,以 便保持遵守食品药品管理条例(如条例21 CFR ll部分)。记录数据的一 个普通解决方案包括提供一个本地记录模块(它经常占用控制器底板中的 一个插槽),例如一台PC-历史机,它是一种用于控制器底板的工业计算机, 并且使用一个过渡层来提供到达控制器的一个间接接口。这包括一个平台, 该平台给本地和远程控制处理器均提供高速度、时间序列、数据存储和检 索。该PC-历史机通过底板与多个控制器直接通信,并可以通过网络接口进 行远程通信。该PC-历史机允许把来自控制器的数据归档到档案引擎 (Archive Engine),该档案引擎提供了额外的存储能力。[0005】 一般而言,常规的历史机处理器能够通过经底板直接与控制处 理器通信来得到快速的数据收集速度。它包括长时间地处理大量数据,同 时提供在长时期中对过程数据的有效存储与检索。这些解决方案通常用于 电子文件编制,并提供一个审査跟踪和数据标记来跟踪修改的、插入的或 不完整的数据。为了配置这种产品,可以提供一个图形用户接口 (GUI)来 将在一个本地的或远程的处理器中所限定的控制器标签映射到一个数据历史机文件上。[0006】常规的控制器使用从过程中收集的当前数据来执行一个控制程序或指令和/或进一步测量代表一个控制过程状态的多个过程变量/输入。可 以在一个具有各种工具和接口的控制器配置环境中创建一个典型的控制例程。这样, 一个开发者可以使用工业和常规的编程语言或图形化控制功能 表述来构建并实现一个控制策略。在这种安排内,在一些保证质量问题的 情况下,在该控制器启动补救措施来纠正过程之前通常存在一个时间延迟。 总体上质量控制经常发生在该过程的后段,存在着错误不能及时纠正的可 能性。

发明概述[0007】下文给出一个简要概述,以便提供对在此说明的某些方面的基本理解。这一概述不是一个全面的回顾,也并不旨在识别出主要/关键的因 素或描绘在此描述的各方面的范围。其唯一目的是以简化的形式提出一些 概念作为随后更加详细的说明的一个序言。[0008】本主题创新提供了用于工业设置中的自适应过程,其中所收集 的数据(例如,历史数据)可以转换为决策信息,它随后被用于实时修改 一个过程。 一个过程趋势部件(例如,与控制器相关联)可以访问历史数 据(例如,通过历史机所收集的趋势)以确定/预测一个工业过程的结果。 这使得对过程参数的紧密控制和短的反应时间,以及对其修改成为可能。 此外,因为过程参数可以容易地进行适配,与和常规工厂控制器关联的时 间延迟有关的一些问题可以得到减轻。[00091在一个相关的方面,质量分析可以发生在处理之前并在经过使 用处于不同细度级别的历史机数据的控制过程之中。这种数据收集/执行的 细度级别可以依赖于以下因素:制造过程的性质,质量控制测试的结果, 运行的关键程度,等等。此外,基于这种历史机数据,本主题创新的质量 控制过程可以为该工业过程预测质量结果,并根据当前数据值启动校正动 作。例如,可以设定阈值以便在执行中确定和触发各种动作,例如,自动 地进行校正测量和维护程序;在进程内调用可被其他部件利用或被运行者 审阅的嵌入式文件;在过程的各个阶段对运行者进行刚好及时 (Just-In-Time)的训练;在工业生产不同阶段培育出其他自动化程序,以 及其他相似动作。通过把历史机与质量规程相关联,可以对不同的自动化 过程进行及时地、紧密地、更严格地控制,因而全面地增加了自动化制造 环境中的质量。

[0010】在一个相关方法学中,数据可以初始地通过一些嵌入式历史机来存储,其中,这种存储可以一直持续直至到达一个预定的阈值。达到这 一预定阈值时,进行自动化下载,将存储在这种嵌入式历史机中的数据下 栽倒一个中央的工厂历史机。在完成数据到该中央的工厂历史机的转移时, 并根据这些收集的数据,可以进行关于该工业装置预期的各种的结果的预 测。随后,根据这种预测,可以釆取相对直接的动作来控制该工业过程, 因为过程参数可以容易地修改。[0011】为了完成上述的及相关的目标,在此结合以下描述和附图来描述某些说明性方面。这些方面表示了可以实践的不同方法,它们全部旨在 被包括在本文中。其他优点和新颖特征可以从以下详细的描述并结合附图 而变得很清楚。附图简要说明[00121图 1示出一个可以访问历史数据以确定和/或预测一个工业 过程的结果的过程趋势部件的示例性框图。[00131图 2示出可以与实时收集的数据结合使用历史数据的一个 过程趋势部件的具体框图。[00141图3示出根据本主题创新的一个方面的质量分析系统的一 个总体框图。[0015】图4示出根据本主题创新的一个方面的质量控制的一种示例 性方法学。【0016】图5示出根据本主题创新的一个方面的运行预测的一种相关 方法学。[0017】图 6示出与根据本主题创新的一个方面的一个质量分析系 统相关联的一个过程趋势部件。[00181图7示出使用一个过程趋势部件和一个嵌入式历史机部件, 以使得能够对用来预测工业设置的过程结果进行高速数据收集的一个示例 性的工业自动化网络。[0019】图 8 示出一个示例性的多层、分布式历史机系统,它可以 根据本主题创新的一个方面将数据转换到决策过程之中。[0020】图9示出多种历史机服务,它们可以使用根据本主题创新的 一个方面来预测自动化过程结果的一个过程趋势部件。[0021】图10示出根据本主题创新的一个方面用于实现该过程趋势部 件的不同方面的一个示例性环境。[0022】图11示出根据本主题创新的一个方面的使用多个嵌入式历史 机来预测自动化过程的结果的另一个环境。详细说明【0023】现参见附图描述本主题创新的不同方面,其中相同的数字始终表 示相同的或者相应的元件。然而,应该理解,这些附图以及与之相关的详细说 明并非旨在将所要求的主题限定为所披露的具体形式。反之,其目的是要覆盖 落入所要求主题的精神和范围之内的所有修改、等效物以及替代方案。[0024】图1示出了一个过程趋势部件110,它与一个工业编程器系统100 (例如, 一个控制器装置的网络)的工厂嵌入式历史机网络相关联,以便有利 于发现历史数据。这种过程趋势部件110可以与分布在一个工业网络的底板上 的嵌入式历史机112、 122、 123 (l到n, n是一个整数)相互作用。例如,经

由根据层级系统的一种组织性模型的这类嵌入式历史机可以收集数据,该层级 系统是横跨企业的不同元素分布的。与常规PC历史机相比,本主题创新的嵌入 式历史机(例如,微型历史机)是特殊目的历史机,它存在于底板中并且为控 制器和/或相关联的工业单元提供直接接口 (例如,无需一个过渡层)。这类嵌 入式历史机使用工业规范(例如,有关冲击振动、封口、污染防护,等等),并且提供比较于常规的PC历史机实质性地更高的数据交换速度。[0025】该过程趋势部件110可以在一个工业设置中提供自适应过程,其中 历史数据与实时收集的数据相结合,可以被转换为随后用于修改(例如,实时 地)该过程的决策信息。可以与可编程逻辑控制器140或控制网络相关联的该 过程趋势部件110可以访问历史数据(例如,通过历史机收集的趋势),以确 定/预测与该工业自动化系统100有关的一个当前工业过程的结果。例如,这一 安排能够紧密控制并在短的反应时间内修改过程参数。因此,因为过程参数可 以很容易地通过可编程逻辑控制器140来修改,与常规工厂控制器相关联的 时间延迟问题可以得到减轻。[0026】此外,这一过程趋势部件110可以与一个质量分析系统115相关联, 该质量分析系统可以在处理之前和/或该控制过程之间通过使用该历史数据131 进行质量分析。该历史数据131可以进一步被收集并/或采用用于不同细度级别 上的自适应目的-它可以取决于下列因素:加工过程的性质、质量控制检验结 果,等等。因此,基于这种历史数据131,本主题创新的该过程趋势部件和/或 质量分析系统可以为工业过程预测质量结果,并根据当前数据值启动修正过 程。例如,可以设置阈值来确定并触发执行期间的各种动作,比如,自动地执 行校正措施和维护程序;在一个过程中调用可以被其他元件使用或被运行者浏 览的嵌入式文件;在过程不同阶段为运行者提供刚好及时(Just-In-Time)的培 训;和/或在工业生产的不同阶段中培育其他的自动化程序。通过将多个历史机 与质量程序相关联,本主题创新能够进行及时、紧密以及更严格的可以用于各 种自动化过程的控制-从而在自动制造环境中全面提高质量。[00271图2示出一个过程趋势部件217的框图,它可以结合当前的 收集数据来使用历史数据。该数据可以转换为随后用于实时修改一个过程 的决策信息。该过程趋势部件217可以是用这些控制元件211、 212、 213 (l到j,其中j是一个整数)来运转的一些应用程序的一部分,它可以作 为该工业网络系统200的管理控制中心。相应地,可以收集来自分布式嵌 入式历史机框架的数据(例如,基于该嵌入式历史的配置-如根据分配到一 个工业自动化系统/企业的不同要素的一个分级系统的组织模型)。[0028】 一个网络系统214可以与该工业自动化系统200关联,它进而可 以被该过程趋势部件217访问。该网络系统200可以进一步包括或与多个附加 主机相互作用,它们可以是个人电脑,服务器或其他类型的计算机(1到L, L 是一个整数)。这些主机通常不但能够初始化一个I/O请求(比如,1/0读或 写),而且能够运行或执行一个或多个应用级(或用户级)程序。此外,该网 络系统可以进一步包括一个或多个输入/输出单元(1/0单元),其中该I/0单 元可以包括一个或多个与之相连的I/O控制器,并且每个I/O可以是多种类型 的I/0装置中的任何一种,如存储装置(例如, 一个硬盘驱动器,磁带驱动器) 或其他I/O装置。这些主机和I/O单元及其附加的I/O控制器与装置可以组织为多个组如多个簇,各个簇包括一个或多个主机和通常一个或多个i/o设备(各I/O设备包括一个或多个I/O控制器)。这些主机与I/O设备可以通过一组路由 器、交换机以及连接一个或多个簇的一组节点(例如,连接一组主机和I/0设 备)的通信链接器(如导线,连接器,电缆,等等)来互连。[0029】图3示出根据本主题创新的一个方面的一个质量分析系统310 的总体框图。该质量分析系统310可以在处理之前和/或该控制过程之中通 过应用该历史数据131来进行质量分析(在不同细度级别上)它可以取决 于下列因素:制造过程的性质,质量控制检验结果,等等。此外,基于这 类经由嵌入式历史机335, 337以及339 (l至k, k是一个整数)收集的历 史机数据,本主题创新的质量控制过程可以为该工业过程预测质量结果, 并且考虑数据的当前值进一步启动校正过程)。例如,在执行过程中可以

设定阈值以确定并且触发不同的动作,例如,自动执行校正测量并且维护 规程;在进程内调用可被其他部件利用或被运行者査阅的嵌入式文件;在 过程的各个阶段对运行者进行刚好及时的训练;在工业生产各个阶段大量 培育其他自动化程序。通过把历史与质量规程相关联,可以对各种自动化 过程进行及时地、更紧密地、更严格地控制,由此全面地增加了自动化制 造环境中的质量。初始地,数据可以经由历史机335, 337和339存储,并 且可以继续这种存储直到达到与这些历史机相关联的预定的阈值历史机容 量。在达到这种预定的阈值时,可以估计被存储的数据(例如,历史数据) 并且通知这些嵌入式历史机335, 337和339来表明不再需要数据和/或数据 对未来的访问不是必需的并因此可以被重写。[0030】图4示出根据本主体发明的一个方面的一个自适应工业系统中 的一个示例性的质量控制方法学400。虽然在此将该示例性方法展示并描述 为代表不同事件和/或动作的一系列方框,本发明不受所展示的这类方框的 排序的限制。例如,根据本发明,某些行为或事件可以发生在以不同的顺 序中和/或与其他动作或事件同时发生,而脱离在此所展示的排序。另外, 实现根据当前发明的方法学不是需要所有展示的方框、事件或动作。而且, 应该认识到,根据本发明的该示例性方法和其他方法可以与在此展示和描 述的方法相关联地实现,以及与其他未展示或描述的系统和装置关联的实 现。起初,在410,采用多个嵌入式历史机的一个工业工厂被激活并在线。 在420,这类嵌入式历史机可以根据一个预定的设置来进行配置。例如,在 一个嵌入式历史机中可以自动地建立标签,并将其设置为工厂扫描时的默 认收集值,这样当一个工厂进入联机时,这些嵌入式历史机向该工厂通告 它们的存在,并因此被发现。而且,这些嵌入式历史机的配置可以包括: 编辑过程变量、自动化装置的名称、创建标签的参考号、数据模型、层级、 工业过程的模拟,等等。根据这一配置,多个嵌入式历史机随后可以在430 收集跟工业过程有关的数据。这些数据然后在440可以存储在一个中央收 集器,用于实时质量控制。

[0031】图5示出根据本主题创新的一个方面相的一种相关的运算预测 方法500。数据起初可以通过嵌入式历史机来存储,其中该存储可以一直持 续直到在510达到一个预定的阈值。当达到该预定阈值并且在520, 一个自 动下载件可以将该嵌入式历史机中储存的数据下载到一个中央的工厂历史 机。完成数据到该中央的工厂历史机的转移时,并且根据这些收集的数据, 在530可以进行关于从该工业设备的运行所期望的结果的类型预测。随后, 根据这一预测,可以采取相对直接的动作来控制该工业过程,因为过程参 数可以很容易地修改。[0032】图6示出一个过程趋势部件635,它与一个质量分析系统625 相关联,该质量分析系统根据本主题创新的一个方面与嵌入式历史机网络/ 嵌入式历史机600相互作用。该工业设置605可以使用一种带有不同级别 的层级数据模型;例如,企业级别、场区级别(被表示在一个数据包内的 工厂)、地区级别(与该数据相关联的工厂内的一个区域);生产线级别 (与具体数据关联的一条生产线), 一个工作单元级别(它指示与该数据 相关联的一个工作单元)等等。例如,通过使用一个嵌套的、层级的数据 模型,多个嵌入式历史机部件600可以容易地得知与其关联的数据。此外, 这种层级可以进一步被用户定制以获取该层级内增加的细度。共同的工厂 模型可以使嵌入式历史机部件600能以一种自动的方式确定数据的背景情 况。共同的数据模型610允许数据(例如,经由元数据)被标注或标记, 以根据暴露给嵌入式历史机部件的数据将嵌入式历史机功能性暴露给一个 系统和/或以允许该嵌入式历史机部件600自动地在该系统内整合。例如, 一种这样的标记可以涉及安全,并典型地可以随后影响与共同的模型610 关联的系统中的几乎所有部件。例如,这种安排能够使得由该嵌入式历史 元件600收集的数据能够转换为决策信息,随后用于实时修改过程。[00331此外,公布和订阅部件630可以为该嵌入式历史元件600提供 定阅功能,其中系统的数据收集效率可以提高。例如,在探测到数据变更 时,系统605的公布和订阅部件630允许发布或产生数据。从而,该嵌入 式历史元件600可以定阅这些变更事件,并且因此仅仅在发生变更时记录 数据,减少待存储的数据量。而且,元数据的踪迹可进一步被用来识别一 些用于收集器的嵌入式历史机和相关历史数据。此外,也可应用轮询/发布 安排,其中这些嵌入式历史机(例如,微型历史机)在发生一个预定的事 件,和/或周期性地,向本地元件表明自身身份,用于其配置。[00341图7示出一个示例性的工业自动网络,它采用了与一个嵌入式 历史元件733相互作用的一个过程趋势部件,以便能够预测该工业设置700 的过程结果而高速地收集(例如,实时)数据。该系统700可以包括一个 数据库710,一个人机接口 (HMI)720, 一个可编程逻辑控制器(PLC) 730, 和一个目录接口 740。该目录接口 740可以进一步与一个人工智能(AI)元 件750相关联,以协助在一个具体网络/应用中有效地识别的需要的数据。 例如,与预测该工业过程结果和/或实时调整该过程相结合,本主题创新可 以采用各种人工智能方案。用于显式或者隐式地学习过程结果预测的765A 过程可以通过一个自动分类系统和过程而更加便利。分类可以采用基于概 率和/或统计的分析(例如,分解为分析效用和成本)来预测或推断用户期 望自动执行的动作。例如,可以使用一个支持矢量机(SVM)分类器。其 他分类方法包括贝叶斯网络、决策树,并且可以釆用提供不同无关模式的 概率分类模型。在此使用的分类也可以包括用于形成优先级模型的统计回 归。[0035]从本主题说明书容易认识到的是,本主题发明可以采用显式训 练(例如,通过一般训练的数据)也可以采用隐式训练(例如,通过观察 用户表现,接受外来信息)的分类器,以便该分类器用来自动地根据一个 预定的标准来确定用哪个答案去回答提问。例如,对于已被很好地理解的 SVM's, SVM's被通过一个学习和训练阶段配置在一个分类构造器和特征 选择模块中。 一个分类器是一个函数,将一个输入属性矢量,x = (xl,x2, x3, x4,xn),映射为一个致信度,其输入属于一个类,也就是,f(x)=致信度(类), 如图7所示,人工智能部件750可以进一步用于促进推断和/或确定什么时

间、在那里、如何来根据这些嵌入式历史机所收集的数据来预测结果。该 AI元件750可以采用如上所述利于本主题创新不同方面的任意的多个适合的基于AI的方案。[0036】此外,目录接口 740从一个适当的位置(例如,数据源760、 一个服务器770和/或一个代理服务器780)提供数据。因此,该目录接口 740可以指向根据角色以及一个请求者(例如,数据库710, HMI 720, PLC 730等等)的要求(需要)的一个数据源。数据库710可以是任何数目的不 同类型,例如, 一种关系性的、网络的、扁平文件或层级系统。典型地, 这类数据库可以与不同企业资源规划(EPR)应用程序结合使用,这些应 用程序在一个公司内可以服务于任何数目的不同的业务相关的过程。例如, ERP应用程序可以涉及人力资源、预算、预测、购买等等。在这方面,具 体的ERP应用可能需要具有与其相关联的某些需要的属性的数据。因此, 根据本主题创新的一个方面,该目录接口 740可以将数据从服务器770提 供给数据库710,该服务器提供具有数据库710所希望的属性的数据。【00371如图7所示,通过将多个历史机与过该程趋势部件765以及一 些质量程序相关联,可以对该自动化过程700实施及时的、更紧密的、更 严格的控制,从而在自动制造环境中提高总体质量。此外,HMI 720可以 使用该目录接口 740指向位于系统700内的数据。该HMI 720可以图形显 示一个过程、系统、工厂等的不同方面,用来提供简单化的和/或用户友好 的系统视图。因此, 一个系统内的不同数据点可以显示为带有所希望的彩 色方案、动画以及布局的图形(例如:位图、jpegs、基于向的量图形、剪 贴图片等等)表示。[0038】该HMI 720可以请求数据具有特别的与数据相关的可视化属 性,以便易于显示这种数据。例如,该HMI 720可以向目录接口 740査询 对于特别数据点的相关可视化属性。目录接口 740可以确定代理服务器780 包含具有所希望的可视化属性的被归属的数据。例如,被归属的数据点可

以具有一个特别的图形,该图形或被引用或连同数据一起被发送,这样该图形取代数据值或同数据值一起出现于HMI环境内。【0039】该PLC 730可以是任何数目的模型,例如:Allen Bradley PLC5, SLC-500, MicoLogix,以及类似的型号。该PLC 730通常被定义为一种专门 的装置,该装置被用来提供过程和/或系统的高速、低级别控制。PLC 730 可以利用梯型逻辑或某些形式的结构语言来编程。典型地,PLC 730可以 利用直接来自数据源(例如,数据源760)的数据,该数据源可以是一个传 感器、编码器、测量传感器、开关、阀门等等。数据源760可以将数据提 供到PLC中的一个寄存器并且如果希望的话这种数据可以被存储在PLC 中。另外,数据可以被更新(例如,基于一个时钟周期)和/或输出到其他 装置上用于进一步处理。[0040]图8示出了一个示例性的多级、分布式历史机系统800,根据 本主题创新的一个方面它可以通过一个过程趋势部件(未示出)来将数据 转换为决策过程。该示例性系统800展示了三个层级的历史机级别,其中 展示了最高数据收集层级并且可称之为企业层级810。这个层级将从较低级 别层级(例如从一个工厂层级820和一个微型的或嵌入式层级830)收集的 数据集中。如所展示的,层级810和820可以包括档案的或永久存储能力。 在该系统800中,可以从层级820的两个工厂,以及从层级830的多个历 史机部件收集数据。应该认识到,这样一种安排实质上是示例性的,并且 其他安排也是完全处于本主题创新的范围之内。[0041】典型地,系统800可以被认作是横跃机器、工厂和企业的一个 分布式历史机。在级别830,该历史机收集机架级别数据并且被耦连到以上 所描述的共同工厂数据结构。这可以包括收集过程和分离数据、 一个单一 档案中的警报和事件(如果希望的话)。其他方面可以包括从本地底架的 多个控制器中自动发现数据和背景情况,本地底架包括从本地缓存器中存 储/转送数据的能力。数据可以被收集而无需査询,具有一个低通信带宽。

工厂级别820将来自微型或机架嵌入式历史机事件和/或其他数据源(例如, 现场数据源)的数据集中。这可以包括工厂级别询问、分析、报告同时有 效地存储、检索以及管理大量的数据。这个级别还可以从定位于级别830 的微历史机自动发现数据与数据模型背景情况。系统800的其他特征可以 包括分析部件、逻辑单元、与报告要素相互作用的部件、可嵌入表示的部 件、配置的复制、储存、建档案、数据压縮、概述/过滤、安全以及可伸縮 性。[0042】图9示出了多个历史服务器900,它们可以采用一个过程趋势 部件912,该元件根据本主题创新的一个方面来预测自动化过程的结果。该 历史服务器900可以包括多个历史数据服务器910和多个表述及报告服务 器920。历史机数据服务910 (HDS)可以通过工厂模型定义的背景情况 为收集和存储数据提供通用的、可客户化的服务。这可以包括有待收集的 数据的配置,例如:标签、数据背景情况、警报、事件、诊断学、SOE数 据以及有待转送到一个更高级别的数据的配置。可以从包括数据的存储、 数据的检索和数据的管理的不同的源收集数据。由其他数据存储收集的/属 于其他数据存储(例如,更高级别业务系统、第三方产品)的数据的管理 可以通过对应的应用程序来处理。在共同工厂模型定义的背景情况中,显 示和报告服务920 (PRS)可以为比较和提出数据提供通用的、可客户化 的服务。这可以包括访问存储的数据、分析/计算器以及查询机制,以及可 嵌入式、相互作用式显示部件(例如,正文、图表、SPC)。该服务910 可以通过显示/分布(例如,网络、电子邮件)的不同方法产生报告,该方 法具有到标准格式(例如,XML、 Excel)的输出能力。[0043】图10示出了用于实现过程趋势部件不同方面的一个示例性的环境 1010,包括作为其一部分的一个计算机1012。该计算机1012包括一个处理单元 1014, 一个系统存储器1016和一个系统总线1018。该系统总线1018连接系统的 多个部件,包括,但不限于,将系统存储器1016连接到处理单元1014。该处理 单元1014可以是任何不同的可供使用的处理器。双微处理器和其他多处理器结

构也可以用作该处理单元1014。该系统总线1018可以是几种类型总线结构的任 意一种,包括存储总线或存储控制器,外围设备总线或外部总线,和/或使用任 何一种可供使用总线结构的本地总线,包括,但不限于,9位总线,工业标准 结构(ISA),微通道结构(MSA),扩展ISA (EISA),智能驱动电子线路 (IDE) , VESA局域总线(VLB),外围部件互联总线(PCI),通用串行总 线(USB),高级图像接口(AGP),个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA), 和小型计算机系统接口。[0044】该系统存储器1016包括易失性存储器1020和非易失性存储器 1022。包含启动期间在计算机各单元之间转移信息的基本例程的基本输入输出 系统(BIOS)存储在非易失性的存储器1022内。作为说明,但并不作为限制, 非易失性存储器1022可以包括只读存储器(ROM),可编程ROM (PROM), 电可编程ROM (EPROM),电可擦除ROM (EEPROM),或闪存。易失性存 储器1020包括随机存取存储器(RAM),其作为外部缓冲存储器。作为说明, 但并不作为限制,RAM有多种形式可供使用,比如,同步RAM (SRAM), 动态RAM (DRAM),同步DRAM (SDRAM),双数据速率SDRAM (DDR SDRAM),增强型SDRAM (ESDRAM),同步链接DRAM (SLDRAM), 和直接ram总线RAM (DRRAM)。[0045】计算机1012还包括可去除/不可去除、易失性/非易失性计算机存储 媒介。图10示出例如一个磁盘存储器1024。磁盘存储器1024包括,但不限于, 多种装置如磁盘驱动器、软磁盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、 LS-60驱动器、闪存卡、或存储棒。此外,磁盘存储器1024可以包括与其他存 储媒介分离的或联合的存储媒介,包括但不限于,光盘驱动器,如紧凑型磁盘 ROM设备(CD-ROM),可记录CD驱动器(CD-Rdrive),可重写CD驱动器 (CD-RWDrive)或数字通用磁盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了便于将磁 盘存储设备1024连接到系统总线1018, 一般可使用可去除的或不可去除的接 口,如接口1026。 【0046]应该认识到,图10说明的软件是作为中介在用户和基本计算机资 源之间在所描述的适当运行环境1010下起作用。这种软件包括运行系统1028。 系统1028可存储在磁盘存储器1024上,它的作用是控制和分配计算机系统1012 的资源。系统应用程序1030得益于存储在系统存储器1016或磁盘存储器1024内 的程序模块1032和程序数据1034由运行系统1028来管理资源。应该认识到,这 里说明的不同部件可以用不同的运行系统或运行系统组合来实现。[0047】用户通过输入设备1036将命令或信息输入到计算机1012。输入设 备1036包括,但不限于,指向设备如鼠标,跟踪球,触针,触摸输入板,键盘, 话筒,游戏操纵杆,游戏输入板,卫星天线,扫描仪,电视调谐卡,数字相机, 数字视频摄相机,网络相机,等等。这些和其他输入设备通过系统总线1018经 接口端口1038与处理单元1014连接。接口端口1038包括,例如,串行端口,并 行端口,游戏端口和通用端口总线(USB)。输出设备1040使用与输入设备1036 同样的一些端口。这样,例如,USB端口可以用于给计算机1012提供输入,也 可以用于从计算机1012输出信息到输出设备1040。图中给出输出适配器1042是 示出在其他需要特殊适配器的输出设备1040内有一些输出设备1040如监视器, 扬声器,和打印机。输出适配器1042包括,作为说明但并作为限制,在输出设 备1040和系统总线1018之间提供连接手段的视频卡和声卡。应该提示,其他设 备和/或设备系统提供输入和输出两种能力,比如远程计算机1044。[00481计算机1012可以在网络环境中使用到达一个或多个远程计算机, 如远程计算机1044,的逻辑连接进行运行。远程计算机1044可以是个人计算机, 服务器,路由器,网络PC,工作站,基于应用的微处理器,对等装置或其他公 用网络节点等等,通常包括相对于计算机1012说明的一些或所有元件。为了简 洁起见,图中仅对远程计算机1044示出一个存储设备1046。远程计算机1044通 过网络接口1048逻辑连接,然后通过通信连接1050物理连接。网络接口1048包 含通信网络,比如局域网(LAN)和宽域网(WAN) 。 LAN技术包括光纤分 布式数据接口 (FDDI),导线分布式数据接口 (CDDI),以太网/IEEE 802.3,令 牌网/IEEE 802.5,等等。WAN技术包括,但不限于,点对点链接,线路转接网

络如综合业务服务网络(ISDN)和其变体,数据包交换网络,和数字用户线 路(DSL)。【0049】 一个或多个通信连接1050是指用于将网络接口1048连接到总线 1018的硬件/软件。尽管通信连接1050为了表示的更清楚放在计算机1012内,它 也可以在计算机1012外部。为了连接到网络接口1048所必需的硬件/软件包括, 仅为示例目的,内部和外部技术如调制解调器(包括普通电话级别的调制解调 器),电缆调制解调器和DSL调制解调器,ISDN适配器,和以太网卡。[0050】应当指出,如在本申请中使用的术语如"部件","层级","模型" 等等是为的是指电-机械单元,和/或和与计算机有关的实体,或是硬件、硬 件软件的结合、软件、或用于工业控制的自动化系统执行中的软件。例如, 一个部件可以是,但不限于是,在处理器上运行的一个过程、 一个处理器、 一个目标、 一个可执行的代码、 一个执行线程、 一个程序和一台计算机。 通过展示,在服务器上运行的一个应用程序以及该服务器均可以是一个部 件。 一个或多个部件可以存在于一个过程和/或执行的线程之内,并且一个 部件可以局限在一台计算机上和/或分布在两台或多台计算机、工业控制器 和/或与其通信的多个模块之间。这里使用的单词"示例性"意思是可以用于 表示一个例子,情况或说明。这里说明为"示例性"的任何方面或设计不是 必须被解释为比其他的设计或方面更优选或更有利。【0051】图11示出了一个附加环境用来根据嵌入式历史机来预测自动 化过程的结果,其中,每个功能模块1U4通过分离的电子连接器1B0附 装在底板H16上,该电子连接器允许从底板1116移除该模块1114以便于 可以在不干扰其他模块1114下替换或维修。底板1116提供了模块1114与 电源和到其他模块1114通信通道。通过背板1116与其他模块1114的本地 通信是借助底板接口 1132来完成,该底板接口通过连接器1130电连接到 底板1116上。底板接口 1132监控底板1116上的消息,根据作为消息一部

分并指示消息目的地的消息路经,来识别针对该特殊模块1114的消息。由 底板接口 1132接受到的消息被传送到模块1114内的一个内部总线1134上。[0052】内部总线1134把底板接口 1132连接到一个存储器1136, 一个 微处理器1128,前面板线路1138, 1/0接口线路1139和通信网络接口线路 1141。该微处理器1128可以是一个通用微处理器,提供存储器1136内指 令的顺序执行,并对该存储器1136以及与内部总线U34相关联的其他设 备读取和写入数据。该微处理器1128包括一个给该微处理器1128提供时 序的内部时钟电路(未示出),也可以与更高精度的外部时钟1143通信。 此时钟1143可以是一个晶体控制振荡器或其他时钟标准,包括无线链接到 一个外部时钟标准。时钟1143的精确度记录在存储器1136内作为一个品 质因数。面板电路1138包括状态指示灯如行业中所熟知的那些指示光,和 手动运行开关如用于将模块1114锁定在关状态。【0053】存储器1136可以包括由微控制器1128执行的控制程序或例程, 以提供控制功能,还有执行这些程序或例程所必需的变量和数据。对于1/0 模块,存储器1136也可以包括一个I/O表格,它保持经I/0模块U20从工 业控制器lllO接收的输入和转送给它的输入和输出的当前状态。可将模块 1114适配为通过硬件配置技术和/或通过软件编程技术来执行该创新的不 同方法学。【0054]以上已经说明的内容包括不同的示例性方面。当然,为了描述 这些方面的目的不可能描述部件或方法的每种可想象到的组合,但是本领 域普通技术人员可以认识到许多进一步的组合和排列是可能的。具体地考 虑通过以上描述的部件(组件、装置、电路、系统等等)执行的不同功能, 用来描述这类部件的术语(包括提及一种"装置")旨在对应于任何部件(除 非另外指明),该部件执行所说明的部件指定的功能(例如,它是功能性 等效物),纵使并非在结构上等效于所披露的结构,该部件执行在此展示 的创新的示例性方面中的功能。在此方面,还将认识到本创新包括一个系

统连同具有用于执行本创新的不同方法的动作和/或事件的计算机可执行指 令的一种计算机可读媒质。此外,对于详细的说明或权利要求中使用的术语"包括(include)"的范围、这类术语旨在以一种类似于术语"包括 (comprising)"的方式而具有包容性,如同当"包括"作为权利要求中的一 个过渡词使用时所作的解释。

Claims (10)

1. 一种工业自动化系统,包括:多个嵌入式历史机(121,122,123,210,335,337,339,600,733),这些历史机收集与该工业自动化系统(100,200,300,605,700)相关联的数据;以及一个过程趋势部件(110,217,635,765,912),该过程趋势部件访问历史数据以预测该工业自动化系统(100,200,300,605,700)的一个过程结果。
2. 如权利要求1所述的工业自动化系统,进一步包括一个质量分析系 统,该质量分析系统在过程之前进行质量分析。
3. 如权利要求1所述的工业自动化系统,进一步包括一个组织的层 级性数据模型,该数据模型具有代表与该工业自动化系统相关联的多个单 位的多个节点。
4. 如权利要求1所述的工业自动化系统,进一步包括一个人工智能 部件,该人工智能部件协助在一个网络应用中所希望的数据的识别。
5. —种在工业工厂内的一个工业过程中使过程自适应的方法,包括: 收集与一个工业过程(IOO, 200, 300, 605, 700)相关的历史数据; 将该历史数据转换为决策信息;并且根据该历史数据实时改变该工业过程(IOO, 200, 300, 605, 700)。
6. 如权利要求5所述的方法,进一步包括将数据自动下载到一个中 央的工厂历史机。
7. 如权利要求5所述的方法,进一步包括将该历史数据应用于将来 的故障诊断。
8. 如权利要求5所述的方法,进一步包括使用一个目录来跟踪数据源。
9. 如权利要求5所述的方法,进一步包括将数据存储到达到一个预 定阈值。
10. —种工业控制器系统,包括: 用于收集与一个工业过程相关的历史数据的收集装置(121, 122, 123,210, 335, 337, 339, 600, 733);以及用于通过该历史数据来预测该工业过程(100, 200, 300, 605, 700)的结 果的装置(l 10, 217, 635, 765, 912)。
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