CN102156457B - 工业自动化硬件设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了工业自动化硬件设备。提供一种对工业协议的能量对象扩展，该协议具有用于通过制造自动化应用来监视和控制消耗或者生产能量的资源的全套属性、消息和服务。能量对象包括与能量资源相关联的标识符和与能量资源相关联的能量类型，该能量资源与制造自动化应用相关联。这包括与能量源相关联的测量特性以便于通过制造自动化应用进行能量管理。

Description

工业自动化硬件设备
技术领域
要求保护的主题内容主要地涉及工业控制系统并且更具体地涉及功率和能量的控制，该控制跨越各种通信网络实现功率和控制的高效和自动化管理。 
背景技术
采用各种工业协议来支持自动化制造操作和通信。这些可以包括设备协议、在设备级与控制级之间的中级协议以及上级协议，比如已经适配成在工厂之间经由工业控制对象进行通信的以太网并且直至高级网络如因特网。在这样的工业协议的一个具体示例中，通用工业协议(CIPTM)涵盖用于实现制造自动化应用目标——控制、安全、同步、运动、配置和信息收集——的组织为对象的全套属性、消息和服务。另外，它使得用户能够将这些制造应用与企业级以太网网络和因特网集成。为全球数以百计的供应商所支持，CIP向用户提供遍及制造企业的统一通信架构。CIP协议允许用户如今受益于开放网络的诸多优点同时又在将来升级时保护它们现有的自动化投资。 
通过添加功能专门化的对象，CIP协议提供控制、运动和同步、配置和诊断以及安全信息的一致集成。该协议包括无缝桥接和路由而不增添桥接器和代理的成本和复杂度。另外，该协议提供部署可互操作的多供应商系统的自由度从而允许用户选择最佳种类的产品同时又保证有竞争力的价格和低集成成本。这包括用于CIP的所有网络适配——EtherNet/IPTM、DeviceNetTM、CompoNetTM和ControlNetTM——的单个独立于介质的协议，该协议允许用户为它们的应用选择一个或者多个最佳网络而又仍然使它们在系统工程、安装、集成和试运转上的总投资最少。CIP协议也将对 
Figure DEST_PATH_GSB00001072093700011
服务器设备的支持与用于CIP始发方设备的Modbus转译服务一起集成到CIP架构中；允许支持Modbus TCP和EtherNet/IP的设备驻留于相同TCP/IP网络上——或者甚至驻留于相同设备中。通过使用对象创建抽象化来实现Modbus集成。然后如同Modbus设备为本地CIP设备一样访问Modbus。应当认识到CIP对象提供的功能可以用类似方式扩展至其它非CIP网络中。 
在现代工业制造中已经突显的一个关键问题在于有能力在电厂内或者跨越一组电厂和关联的供应链高效地管理功率和能量，其中这样的管理横跨广阔的地理并且通过网络通信。这包括有能力理解和实时跟踪，其中生成、传输、分布和利用能量。例如在特定电厂的管理中或者甚至跨越可以与电网关联的更广能量域可能必须考虑管制和贸易策略。必须对一些能量管理与电网进行协调，比如有能力从电网接收能量或者反过来向电网返回未使用的能量以获适当的信用。遗憾的是，现有工业协议并未支持一种聚集能量数据或者管理能量资源的标准化能力、更不用说在甚至最基本能量需求应用中进行通信或者便于控制。目前，由于缺乏能量管理信息交换的统一方法而难以自动化最经常地导致与一种用于控制和管理随时间动态改变的复杂能量流的高效和响应方法相距甚远的人工运用。 
发明内容
以下发明内容呈现简化的概述以提供对这里描述的某些方面的基本理解。本发明内容并非穷举概述、也并非为了标识关键要素或者界定这里描述的方面的范围。本发明内容的唯一目的在于以简化的形式呈现一些特征作为后文呈现的具体实施方式的序言。 
提供一种实现跨越工业通信网络自动管理所有形式的能量的能量对象。能量对象包括有能力聚集来自各种点源的能量数据，这些点源可以始发于电厂内或者更广泛地跨越限定能量域的电厂外部的网络。这可以包括如下控制设备，这些控制设备报告已经离散地从电网如智能电网取得或者向该电网添加的能量，该电网向用户授信以获得对相应电网的高效能量的使用和传送。通过经由能量对象和离散能量监视源在工业协议内自动核对能量数据，可以通过将能量的使用关联到消耗能量或者反过来生产能量的产品或者服务的实际生产来高效管理能量。通过具有从大量网络位置对最小或者离散能量形式的能量的离散控制和理解，可以动态控制能量作为商品以最佳地服务于各种应用。明显的应用包括节能，其中非必需部件被闲置或者先前使用的过程被用来向外部或者内部电网返回未使用的能量。更复杂的应用如管制和贸易以及自动化需求响应(ADR)可以容易地运用能量对象作为控制机制(例如接通或者关断能量源)或者作为收集机制以确定和证明能量用户是符合的。 
在一个方面中，能量对象可以包括具有设备名称的标识符、合格等级和用于将过程与能量源关联的对象类别。对象可以例如指定消耗的能量的类型，比如水、空气、天然气、电力和蒸汽(WAGES)。这可以包括测量、 某类聚集和某类时间参考以及其它参数。水例如可以用来移动材料以及提供加热和冷却。同时，考虑到按照公用事业公司的规定以及与气候和地理有关的使用限制，应当清楚以与电力类似的方式来管理水是合理的。在另一方面中，提供一种工业自动化硬件设备，其包括存储器存储介质，其存储对工业协议的能量对象扩展，该协议具有用于通过制造自动化应用来监视或控制消耗或者生产能量的资源的全套属性、消息和服务。能量对象扩展包括与能量资源相关联的标识符和与能量资源相关联的能量类型，该能量资源与制造自动化应用相关联，其中制造自动化应用用来激活、去激活或者调制消耗或者生产能量的资源以便于能量管理，并且其中制造自动化应用与减少基本负载、安排启动序列、减少非关键负载、生成功率、存储能量以供以后使用、错开功率高峰或者按照减少的速率或者容量工作相关联。这也包括与能量资源相关联的测量特性以便于通过制造自动化应用进行能量管理。 
为了实现前述和有关目的，下文描述和附图具体阐述某些示例方面。这些方面表明这里描述的原理的各种可能运用方式中的仅少数方式。在结合附图考虑时根据下文的具体实施方式可以清楚其它优点和新颖特征。 
附图说明
图1是图示了用于控制能量过程的工业能量对象的示意框图。 
图2是图示了向更高级系统传递能量对象的图。 
图3是可以与能量对象一起运用的参数集的示例。 
图4是图示了在设备级的能量对象使用的示例设备模型。 
图5是图示了示例控制器信息模型的图。 
图6是图示了示例批能量模型的图。 
图7图示了用于测量和聚集能量数据的示例系统。 
图8图示了用于在执行自动化过程期间测量能量的示例系统。 
图9图示了描绘根据能量消耗在多个区域内调度生产的示例系统。 
图10图示了用于产品线的能量管理的示例应用。 
图11是图示了示例能量管理过程的流程图。 
具体实施方式
提供对工业协议的能量对象扩展，该协议具有用于通过制造自动化应用来监视和控制消耗或者生产能量的资源的全套属性、消息和服务。能量对象包括与能量资源相关联的标识符和与能量资源相关联的能量类型，该能量资源与制造自动化应用相关联。这包括与能量资源相关联的测量特性以便于通过制造自动化应用进行能量管理。 
起初参照图1，系统100图示了用于在工业自动化环境中控制能量过程的工业能量对象。系统100包括由各种控制器120监视的多个消耗或者生产能量的源110(也称为能量资源)，其中这样的控制器120可以包括向监督控制器或者基于计算机的应用报告的部件或者模块。例如记事器(historian)部件(未示出)可以与控制器120结合用来标记或者标识与自动化过程中的如下位置相关联的能量测量，该位置与能量源110关联。控制器120创建或者使用一个或者多个能量对象130，该能量对象提供对工业自动化协议的协议扩展以增强自动化设备和软件的能量管理能力。基本上任何通信协议都可以运送能量监视和控制消息，其中参照图3具体描述这样的增强。例如以太网协议可以被增强成从能量对象130传送消息，这些消息又可以用来监视能量消耗和/或控制能量使用。 
可以通过在基本通信协议上面敷设工业通信协议来扩展该基本通信协议。例如出于工业控制目的通过在网际协议(IP)上面敷设通用工业协议(CIP)并且在以太网上面敷设IP来扩展以太网。因此CIP提供一种独立于下层通信协议的与能量对象交互的方法。如图所示，更高级能量管理系统和软件140可以运用CIP协议来与能量对象130进行交互以便于工厂的总能量控制/管理或者参与汇集有工厂或者过程的网络和相关联的电网。应当理解能量对象130可以驻留于控制器120中或者更常见地驻留于链接至控制器的单独智能现场设备中。CIP协议在任一情况下提供透明访问。 
一般而言，能量对象130实现跨越工业通信网络自动管理所有形式的能量。能量对象130包括有能力聚集来自各种点源110的能量数据，这些点源可以始发于电厂内或者更广泛地跨越限定能量域的电厂外部的网络。这可以包括控制设备120，这些控制设备报告已经离散地从电网如智能电网(未示出)取得或者向该电网添加的能量，该电网向用户授信以获得对相应电网的高效能量使用和传送。通过经由能量对象130和离散能量监视源120在工业协议内自动核对能量数据，可以通过将能量的使用关联到消耗能量或者反过来生产能量的产品或者服务的实际生产来高效管理能量。 通过具有从大量分布式网络位置对最小或者离散能量形式的能量的离散控制和理解，可以动态控制能量作为商品以最佳地服务于各种应用。明显的应用包括节能，其中非必需部件被闲置或者先前使用的过程用来向电网返回未使用的能量。可以经由能量对象130容易地控制和监视更复杂的应用，比如管制和贸易，这些能量对象也可以用作控制机制(例如接通或者关断能量源)或者用作报告设备来示出公司是符合的。 
在一个方面中，能量对象130可以包括具有设备名称的标识符、合格等级和用于将过程与能量源关联的对象类别。能量对象130可以例如指定消耗的能量类型，比如水、空气、天然气、电力和蒸汽。这可以包括测量、某类聚集和某类时间参考以及其它参数。在一个方面中，提供对工业协议的能量对象扩展，该协议具有用于制造自动化应用汇集的全套属性、消息和服务。能量对象130包括与制造自动化应用中的消耗或者生产能量的资源相关联的标识符和与能量资源相关联的能量类型。该能量对象也包括与能量类型相关联的测量特性以及下文参照图3描述的用于控制和监视能量资源的其它参数。 
能量对象130实现控制和监视的各种方面。在一个方面中，可以实现自动化需求响应(ADR)程序。这允许消耗者应公用事业公司的请求或者在具体时间自动减少使用以减少高峰电网负载同时又解决能量生成限制、传输限制和故障。需求/响应可以包括减少基本负载、安排启动序列以及减少(shedding)非关键负载。这也例如包括发电、存储能量以供以后使用、错开功率高峰以及按照减少的速率/容量工作。 
能量对象可以与智能电网结合用来请求/要求减少或者生产能量、竞价交换以便减少或者生产能量、控制即时需求或者将来消耗(例如一天前事件调度)或者公用事业公司测量执行和结算。在电厂的界限内，自动化测量确定例如可以用来减少更低生产速率、重新调度生产或者减少负载的使用。能量生产可以包括重新用于工厂、向电网供应能量以及接收用于向电网供应的过量功率的信用。 
可以在现有安全控制系统的约束内经由能量对象130来控制能量。事件应当是在机器/单元处的请求而非直接负载控制。负载的立即关闭而没有适当的前提步骤，可能是不安全的。当前事件触发的负载减少可以能够延迟出现以允许安全状态控制。可以调度将来的事件负载减少以适应安全时间。还要注意可以用基本上任何形式来管理、控制和计算能量。这包括如下测量，这些测量涉及能量(例如焦耳)、电压、电流(有功和无功)、 功率(例如焦耳/秒、伏特＊安培)、流体流量、压强、温度和与能量或者功能有某种关系的基本上任何参数或者测量。 
能量对象130也可以用来管理使用计费(包括在记账时段内的总kWh收费)。这可以按费率排列、随季节改变、随一天的时间(高峰内/外)改变等。电高峰需求收费可以包括在计费循环中的任何单个需求间隔期间最高平均kW使用的自动化收费/计费。需求间隔可以包括对测量高峰需求的计费周期的细分。间隔通常为15或者30分钟的时段，但是也可以运用其它时段。间隔可以“滚动”或者固定于时间参考。可以支持棘轮条款(ratchet clause)，这些条款包括由于先前计费周期中的高峰需求而增加的后续计费周期中的高峰需求收费。无功需求收费包括按照非单位功率因数的使用。能量对象也可以与如下安全部件(例如用于控制向不同能量状态切换的安全PLC)一起运用，该部件限制对消耗或者生产能量的资源的激活、去激活或者调制。 
在系统100的一个示例应用中，可以提供一种用于跨越在工业过程内通信的多个设备监视管制和贸易排放的制造自动化系统。这包括一组对象，这些对象具有与多个排放资源相关联的标识符、排放类型和用于便于测量和记录来自工业过程内的资源的排放的监视部件。这也包括如下控制器，该控制器具有在控制器的存储器内设置的排放管制参数，其中控制器处理能量对象。该系统包括控制器一起工作并且与对象有效地通信的积累功能以积累来自资源的排放并且计算总排放、与管制参数进行比较而且如果确定要增加管制则为贸易提供通知。制造自动化系统也可以包括用于通过从控制器向便于贸易的外部源的通信来增加管制参数的部件。 
在另一方面中可以支持各种预报应用。记事器型应用可以基于通过能量对象收集的能量数据、历史生产、环境和其它有关数据、生产时间表、天气预报等的组合来估计能量使用和需求的前瞻预报。可以提前一小时、一天、一周、一个月建立预报(预报时段越短置信因素越高)并且可以通过“智能电网”门户向能量提供者传达预报以有助于它们规划和控制供应并且有望以更低能量成本的形式续传所得效率。 
注意与系统100和控制器120关联的部件可以包括能够跨越网络进行交互的各种计算机或者网络部件，比如服务器、客户机、控制器、工业控制器、可编程逻辑控制器(PLC)、电驱动、能量监视器、批量控制器或者服务器、分布式控制系统(DCS)、通信模块、移动计算机、无线部件、控制部件等。类似地，如这里使用的术语控制器或者PLC可以包括跨越 多个部件、系统或者网络共享的功能。例如一个或者多个控制器可以跨越网络与各种网络设备进行通信和合作。这可以包括经由包括控制、自动化或者公共网络的网络进行通信的基本上任何类型的控制、通信模块、计算机、I/O(输入输出)设备、传感器、人机接口(HMI)。控制器也可以与诸如输入/输出模块(包括模拟、数字、编程/智能I/O模块)、其它可编程控制器、通信模块、传感器、输出设备等各种其它设备进行通信并且控制这些设备。还要注意如这里描述的工业自动化可以例如包括基本上任何类型的制造自动化(还包括所有过程和离散制造)以及建筑物维护。 
网络可以包括公共网络(比如因特网)、内部网和自动化网络(比如包括DeviceNet和ControllNet的控制和信息协议(CIP))。其它网络包括以太网、DH/DH+、远程I/O、Fieldbus、Modbus、Profibus、无线网络、串行协议等。此外，网络设备可以包括各种可能性(硬件或者软件部件)。这些包括如下部件，比如具有虚拟局域网(VLAN)能力的交换机、LAN、WAN、代理、网关、路由器、防火墙、虚拟专用网(VPN)设备、服务器、客户机、计算机、配置工具、监视工具或者其它设备。 
现在参照图2，示例系统200图示了在能量对象与更高级系统之间的信息通信。类似于图1，系统200包括由各种控制器220监视的多个消耗或者生产能量的源210(也称为能量资源)，其中这样的控制器220可以包括用于向监督控制器或者应用报告的部件或者模块。控制器220嵌入一个或者多个能量对象230或者对访问该能量对象进行路由，该能量对象提供对工业自动化协议的协议扩展以增强自动化设备和软件的能量管理能力。如在这一示例中所示，控制器220可以与制造执行系统(MES)240进行通信，MES 240与能量管理控制系统(EMCS)260一起参与共享式数据库250。MES 240为在MES 240的控制之下与自动化系统相关联的建筑物系统的能量管理提供建筑物控制270。EMCS 260可以与包括电、水和/或天然气的280处的多个共用事业公司进行通信。数据库250从生产调度290(基于消耗者订单来创建试行时间表的企业资源规划(EPR)系统)接收生产调度请求。MES 240系统负责最终执行时间表以实现订单并且具有调节时间表的余地以便管理自动化系统能量。这样的实现可以包括错开批量配方步骤执行以使高峰需求最少。 
能量对象230为系统200中的设备和为由相应设备控制的过程提供功率和能量管理扩展。这实现操纵离散功率模式、测量总能量以及测量需求(有功和无功)并且提供关于能量或者功率状况的警报和事件消息。这也 包括可选生成控制和可选诊断测量，这例如除了趋势化之外还包括每相以及相到相的电流和电压。 
图3图示了可以与先前描述的能量对象一起运用的示例参数集。注意这样的参数并非穷举集，因为可以提供其它参数。在310，标识符将数据标记至有关自动化设备或者过程。在314，聚集参数提供通向聚集的CIP对象的路径，这些路径包括辅助计量或者有能力去往更低能量状态(顺序关断)。角色参数320识别源为生产者、消耗者或二者。另一参数包括工作状态324，而又一参数包括用于指定准确度的在330处的单位/缩放因数。除了包括连续、存储和负载大小(例如W、VAR：电力)的在340处的生产容量参数之外还在334提供能量续期(roll over)参数。在344，测量包括瞬时、在一段时间内、产生负值等。在350，类型参数例如包括水、天然气、空气、蒸汽和能量质量。能量质量可以指定谐波含量、碳生成速率或者与在工作期间的能量源选择有关的其它因素。 
在354，时间参考参数包括对象的时间和日期(r/w属性)。在360，可以提供数据日志参数以存储在一段时间内的测量集。在364，优先级参数包括可选输出、关键、非关键(电网种类)和负载减少(与负载有关)以有助于在能量资源的控制中进行判决。在370，减少和生产服务集包括请求工作状态改变估计、响应表明改变工作状态的时间和对改变状态的实际请求。在374，CIPA&E(警报和事件)消息集包括关于测量水平(平均或者瞬时)以下的能量生产的警报和关于测量水平以上的能量消耗的警报。如可以理解的那样，可以提供比图3中所示更多或者更少的参数、服务或者警报和事件消息。 
参照图4，示例设备模型图示了在设备级的能量对象使用。设备400包括与其它系统如配置404、消息接发406和I/O交换408的交互。设备400包括保持各种参数对象420的非易失性储存器410。设备400也包括各种输入组件对象430和输出组件对象440。如图所示，设备400可以包括在450处的能量对象实例或者在460处的关联的外部对象实例。可以集成如下能量对象450和460，这些能量对象提供通过包括按照逻辑放置于标记中的消息接发可按需访问的控制器访问。通过I/O组件对象430和440经由标记可访问对象。也可以提供与能量有关的应用逻辑。人机接口(HMI)访问包括用于过程控制(OPC)主题引用标记和能量面板的OLE。程序访问包括便于能量特有程序增强的基本上任何通信软件。 
图5图示了示例控制器信息模型500。模型500包括生成能量结构化 标记520(或者标记)的控制器510。例如可以经由OPC主题540与第3方具有能量功能的应用530交换标记520。标记520也可以传向具有能量功能的HMI 550，该HMI可以显示在560描绘的各种能量示例方面。可以生成、传向其它系统和/或显示的560处的示例包括能量资源名称、设备名称、能量状态、图形或者图表、需求收费、警报或者其它事件信息。如可以理解的那样，可以显示其它工厂或者控制信息。 
参照图6，图示了示例批量能量模型600。模型600包括由控制器620处理的能量结构化标记610。可以经由预定需求间隔630更新这样的标记610。标记610可以与同步信号640一起用来实现由监督批量控制器660控制的具有能量功能的相逻辑650，其中可以对每配方能量数据或者每相能量数据进行交换。对于批量和离散控制应用，装备可以在非生产时间期间闲置或者关断。此外，可以变化生产速率以减少能量消耗。 
图7图示了用于测量和聚集能量数据的示例系统700。系统700包括能量数据库710(或者多个数据库)和用于收集、显示以及分析能量对象数据的关联软件。这可以包括从在720和730示出的一个或者多个工厂自动化区域收集能量对象数据。收集的能量数据可以在数据库710中表示为在740示出的如下区域膜型，该模型代表在生产过程中的离散位置消耗或者生产能量的装备或者设备。数据可以包括在750的原始测量或者在760的已处理的测量。原始测量数据750可以包括区域名称、装备名称、时间、测量的功率或者能量。已处理的测量除了区域名称和装备名称之外还例如可以包括平均功率和高峰功率。如可以理解的那样，可以处理或者存储多个其它计算和能量数据。 
图8图示了用于在执行自动化过程期间测量能量的示例系统800。在这一方面中，生产过程810为生产序列中的各步骤触发如下事件820，这些事件引起在830测量和收集能量数据。例如这些事件可以实现在834的又一测量查询和能量数据求和，其中该查询返回为了生产具体产品或者生产批量所需要的总能量。如图所示，从区域840测量能量，但是如先前所言，可以在工厂内测量或者跨越经由网络通信的多个工厂聚集多个区域。在过程810的850-870所示的各阶段(或者所选阶段)，在820生成事件以触发在830的数据收集。如可以理解的那样，离散过程(非批量或者配方)可以类似地触发能量数据收集。在这一方面中，生产至少部分地关于具体产品消耗能量。这实现每相能量测量，其中为每产品能量消耗添加相。这为针对产品和批量相或者离散组装过程的需求间隔同步和需求测 量提供基础。 
图9图示了另一示例系统900，该系统描绘了根据能量消耗在多个区域调度生产。过程910启动跨越在920的区域和/或在930的区域启用或者禁用的区域装备。在这一示例中，区域920可以在更多自动化区域中、提供更少超前时间、具有更高的高峰功率、利用更多每单位能量等。区域930可以在更少自动化区域中、提供更多超前时间、具有更低的高峰功率、利用更少每单位能量等。通过监视来自相应区域920和930的能量对象，可以在区域之间转变能量以更高效利用电厂资源。如图所示，自动化生产时间表940可以发起过程910。例如可以调度生产以在最终期限和减少将来时段内的高峰功率之前满足组合的递送约束。这可以包括在最终期限和将来减少功率的时段之前构建到库存或者从库存递送、以更低高峰功率代替按更慢速率进行构建和/或重新安排并行生产使得功率高峰不同时发生。 
图10图示了用于产品线1010(例如铝或者钢生产)的能量管理的示例应用系统1000。在这一方面中，在1020根据五分钟时段调控产品线1010以获平均功率。电网1030向线1010馈给并且由自动发电机控制1040(AGC)控制。测量设备在1050安置于功率线(例如感应或者直接)上，其中根据能量对象(未示出、上文描述)运用来自测量的数据。在这一应用中，系统1000经由对象来启用以作为调控源加入能量市场并且因此提供电网服务。调控因此可以提供服务，其中负载电流基于来自电网的AGC信号并且过程在一定范围内自动调制负载同时又缓解排放、产品降级和/或装备损耗。 
注意功率质量负载(相)平衡应用可以在传达功率质量信息和发出故障状况警报时利用能量对象，使得能量消耗者(例如驱动和整流器)可以改变它们的工作点来控制功率因数或者在公共耦合点处的相失衡。例如一个非电示例，在空气系统中，可以在泄漏或者主压缩机故障的情况下通知第二压缩机接通。因此可以运用可以收集和触发事件的计量设备。事件可以由能量对象用来以除了减少能量消耗(功率因数、相失衡)之外的其它方式改变设备(例如驱动)的工作点。这一通信可以从设备直接到设备以便于最快动作。在一些应用中，从监视能量的设备进行通信从而向控制器报告。然而在其它应用中，可以在这样做有利时从设备向设备发送消息(而不是通过控制器)。还要注意当测量可消耗资源时，可以在CIP能量对象的范围中包括它们以提供增强的预报。例如除了电功率之外还测量太阳能 强度、水温、燃料油水平或者风速可以帮助预报能量使用。 
图11是图示了用于自动化能量管理的示例过程1100的流程图。尽管出于简化说明的目的将方法示出和描述为一连串动作，但是将明白和理解方法不受动作的顺序限制，因为一些动作可以按照与这里示出和描述的顺序不同的顺序出现或者与其它动作同时出现。例如本领域技术人员将理解和认识可以可替代地将方法表示为一连串相关状态或者事件，比如在状态图中。另外，可以并不需要所有举例说明的动作来实施如这里描述的方法。 
进行1110，跨越网络监视一个或者多个离散能量源。这些可以包括传统的源，比如天然气或者电，或者包括更多有细微差别的源，比如下文参照可持续性因素具体描述的源。在1120处，如先前所述聚集并且随后经由一个或者多个能量对象传达能量数据。这样的对象可以用来使基本上任何工业协议扩展为具有能量监视和控制能力。在1130处，确定从其收集离散能量源的网络(或者多个网络)上的能量需求。这可以包括确定是应当激活还是去激活系统或者过程以节省和管理能量源。如先前所言，安全控制器可以用来便于这样的激活和/或去激活，其中可以激活网络上的一些部件而同时去激活其它部件。在1140处，关于是应当自动上调还是下调能量进行确定。这可以包括在一些过程中闲置或者减少能量而在一些其它过程中激活或者增加能量。如果保证这样的调节，则过程在回到1110和监视能量之前在1160处自动调节能量供应或者需求。如果无需这样的调节，则过程从在1140处的判决回到1110。 
一般而言，能量分组或者对象可以用于各种目的。这些包括用于聚集能量数据、测量各机器进行分析和比较以及确定每产品的能量成本(例如通过用对象数据标记材料清单)的方法。对象实现弥合例如在第1与第2转变之间的间隙并且使能量成本最少。这些包括提供用于与诸如订单积压、劳动力成本等其它因素一起使用的能量信息。视线控制包括1级-基本计量、2级-辅助计量和3级-集成数据例决预报。 
能量对象有利于如下前摄系统，该系统考虑用于用户(包括由自动化代理商使用)的原材料、物理资产/装备和生产时间表。能量对象可以与CIP协议组合以进行实时监视和控制。这包括确定工业驱动和运动控制器内的再生机会。例如这包括用于机械转变的控制算法以允许有动力的驱动/控制器影响空闲驱动/控制器。 
能量对象包括用于某些应用(包括在多个设施内同步使用CIP对象以实现生产/消耗能量判决)的框架和代理。这帮助用户识别对存在于设 施中的能量进行利用的机会(包括使用重力、辊上运动或者向飞轮的传送或者替代的燃料源(例如混合能量))。CIP能量对象可以用来与活跃和闲置装备进行智能通信以节约成本。例如考虑机器人每年空闲如此之多的小时或者运用什么运送带和其它应用(包括“恰好实时(Just in time)”功率概念)。对象可以用作进入应用的入口点并且由供应者用来比较产品和改进设施中使用的产品/装备。如先前所言，CIP能量对象可以基于安全模式将设备置于“安全”模式/状态。 
也可以在设施优化中使用CIP能量对象，其中CIP能量对象的属性包括用于各设备的最大和最小值。一些示例属性包括标识符、设备名称、等级/全合格参数、对象类别、角色、能量类型(包括水、天然气、空气流)、测量参数、某种类型的聚集和某种类型的时间参考。能量对象可以驻留于各种工业自动化硬件或者软件配置中。 
注意如这里使用的术语能量可以被广义地定义为包括也可以与这里描述的能量对象一起运用的一个或者多个可持续性因素。可持续性因素可以与产品、过程或者其组合相关联。可持续性因素可以用来扩展a)材料和产品的规格、b)用来将产品变换成成品材料的工作指令、c)与进行生产的人力资源相关联的描述符和其它因素、d)与进行生产的机器相关联的因素、e)与在生产中涉及到的设施和公用事业公司供应相关联的因素(比如所用电力的类型(例如太阳能比对风力比对煤炭))以及f)调度信息。可以使用已知产业标准来创建可持续性因素，或者个人可以开发他们自己的因素以便跟踪和测量对于他们特别重要的那些特性。然而由于可以自创建可持续性因素以考虑在对个人、公司、零售商、地区等的重要性上唯一的因素，因此将理解这并非囊括一切的列表。因此如这里所述能量对象可以包括监视和/或控制一个或者多个可持续性因素。下文描述提供一些示例过程，其中能量对象可以用来监视或者控制可持续性因素。 
在一个方面中，考虑到检测的碳足迹(carbon footprint)范围，能量对象可以用于优化生产。就这一点而言，监视可持续性因素并且关于当前生产方法是否在可接受范围内以满足所需碳足迹进行判决。如果当前范围可接受，则过程运用满足相应范围的当前生产方法。如果当前生产未在可接受范围内，则过程继续，其中可以更改成份、可以更改装运方法和/或可以更改制造方法以实现所需碳足迹水平。如先前所言，在生产过程本身以外的因素可能影响终产品的最终成本和收益性。根据可以经由能量对象传达和控制的用于终产品的碳足迹的检测值的可接受范围，可以自动修改 使用来自各个地区的资源或者以运往各个地区为目标的生产。因此建模可以确定：哪批原始成分或者哪种制造方法和/或哪种装运方法为特定产品和/或目的地提供最低(或者适当)的总碳足迹。 
在另一方面中，考虑到检测的环境或者其它能量/可持续性因素，能量对象可以用于优化采购和装运系统。考虑环境因素，比如特定产品或者过程可能期望的天气或者其它气候目标。因此可以确定特定位置比计划的位置更冷，因此可以运用不同装运或者包装类型。可以鉴于当前环境数据自动调节供应和/或生产方法的获得。可以购置或者运输材料或者材料以支持环境目标。如先前所言，装运和附加因素可以与环境因素如天气一致以使环境影响最少。例如通过与天气系统协调，在受影响的地区中的卡车装运可以在‘臭氧警报’时间期间被延迟或者转变成铁路运输。总目标可以在于优化生产同时又使环境影响最少。高级建模可以断定在某些条件之下高度臭氧日可能在将至的一周中出现、因此制造商应当预先订购需要卡车装运的那些材料以免增加臭氧影响。类似地，通过与天气系统协调，可以优化生产和装运以例如将‘更热’或者‘更冷’路线用于需要受控存储的产品。这里描述的能量对象可以用来提供这样的协调和控制。 
在又一方面中，考虑到各种可持续性因素，能量对象可以用于优化规章服从。例如可以针对目的地位置来确定规章规则。这些除了其它可持续性因素之外还可以包括安全服从、排放、碳税。可以鉴于规则和相关可持续性因素来确定并且鉴于调控来优化生产要求。这可以包括用替代能量源进行制造以便满足由调控体赋予的一些激励。可以自动更新标签以反应服从调控和可持续性因素。来自可持续性优化系统的数据和过程可以包括与包含规章规则的数据库的互连性以简化规章决策和监管。例如特定政府当局可能希望鼓励使用太阳能。在标签上仅有能量使用信息将不足以向产品征税，因为这不会表明使用什么类型的能量。通过除了其它相关可持续性因素之外还关联表明生产所用能量类型的可持续因素，制造商可以优化生产以最大化地利用政府回扣和其它激励而又使不利判断的风险最小。类似地，调控体可以优化征税和其它调控的管理以驱动希望的行为从而保持它们的经济和环境是负责任和可持续的。 
如先前所言，离散能量监视器可以安置于整个工业系统或者过程用来从各种可持续来源收集数据(包括生产或者消耗的能量)。可持续来源可以来自过程的各种部分并且例如与比如能量或者浪费这样的因素有关。提供标记部件如数据记事器(例如标识何处/何时消耗能量的I/O模块)以 标注或者标明收集的源数据关于该数据与工业过程的哪个部分相关联。例如在批量过程中，可以标记源数据以表明跨越哪个管或者阀运输配方组成以及这样的管或者阀作为该过程的部分消耗多少能量。从另一观点来看，管或者阀可以归结于与批量过程的部分相关联的浪费的量并且以它自己的方式反应可归结于相应过程的能量类型或者可持续性因素。在离散过程中，当以并行或者串行方式组装项目时，可以标记源以表明用于离散过程的各种部件的可持续性因素(例如构建引擎的离散过程列举引擎的各种部件，其中来自源的标记数据与引擎部件相关联)。处理器或者控制器收集标记数据并且将标记数据与制造模型链接以生产如下模型或者规格，该模型或者规格包括已经与相应的可持续性因素或者能量源数据相关联的离散或者批量过程部件。通过将能量或者其它可持续因素与制造模型或者规格关联，可以在工厂内提供和管理各种效率，因为现在可以考虑和追踪各项目的能量/可持续性部件作为相应离散或者批量过程的部件。 
一般而言，可持续性因素如能量在整个电厂或者过程内被监视并且与模型和能量对象相关联以便增加电厂效率。自动化监视器可以从分布于工业过程的多个可持续性源接收数据。这样的过程可以包括其中出现自动化组装(例如包装的组件)的离散过程或可以包括其中组合各种成份的混合物以形成配方或者其它要素的组合的批量过程(例如化学过程、食品过程、饮料过程等)。在监视相应过程时，标记可持续性源(比如收集的能量)以表明源对离散或者批量过程的哪个部分有贡献。在标记之后，数据与制造模型相关联，其中工业管理器或者自动化过程然后可以针对归结于相应过程的各个部分的能量组成来分析过程。 
与仅能从电厂范围的消耗的整体认识上查看能量的现有系统对照，现在可以实时或者经由脱机建模来分析与能量对象相关联的源数据以优化和缓解能量使用。例如可以重新安排过程的部分以使总能量使用最少(例如在步骤A之前进行步骤C以便节约来自A和C的相反顺序的能量)。注意各种模型可以具有关联的可持续因素。这样的模型包括MRP模型(材料要求规划)、MES模型(制造执行系统)、ERP模型(企业资源规划)、编程模型(例如梯形逻辑、SFC、批量程序、功能块)等。一般而言，能量对象聚集来自电厂基层的能量或者其它消耗数据并且使它与生产输出相关。这实现将标准生产建模工具应用于生产能量和排放预报以及优化同时又将现有设施需求管理系统扩展为包括生产并且最终将该系统例如链接至需求相应和智能电网(DRSG)以及管制和贸易系统。 
在另一方面中，提供对工业协议的能量对象扩展，该协议具有用于通过制造自动化应用来监视和控制消耗或者生产能量的资源的全套属性、消息和服务。能量对象包括与能量资源相关联的标识符和与能量资源相关联的能量类型，该能量资源与制造自动化应用想关联。这包括与能量资源相关联的测量特性以便于通过制造自动化应用进行能量管理。工业协议与例如还包括以太网协议、设备协议、控制协议或者Modbus协议的通用工业协议(CIP)相关联。能量对象扩展包括需求和响应应用以激活或者去激活部件从而便于能量管理。这也可以包括安全部件以激活或者去激活部件。需求和响应应用与减少基本负载、安排启动序列、减少非关键负荷、生成功率、存储能量以供以后使用、错开功率高峰或者按照减少的速率或者容量工作关联并且也可以与智能电网相关联。这包括制造执行系统(MES)或者能量管理控制系统(EMCS)以便于能量管理。 
在另一方面中，记事器部件用来生成标识符、能量类型或者测量特性。能量对象扩展包括聚集参数、角色参数或者工作状态参数。这包括单位/缩放参数、续期参数、生产容量参数或者类型参数。这也包括时间参数、数据日志参数、减少和生产服务或者警报和事件消息。能量对象扩展也包括用于便于配置的参数对象、用于设备的能量对象实例或者用于便于控制的输入/输出组件对象。这包括：能量结构化标记，用于便于能量控制；以及具有能量功能的应用，包括设备名称、能量状态、功率图形、需求收费或者警报。这也可以包括具有能量功能的相逻辑，该逻辑用于便于过程或者控制器中的能量控制以设置系统的增加能量模式。能量对象扩展包括交换能量以利于与电网关联的其它部件的性能的调控服务。这包括用来控制能量资源的一个或者多个可持续性源，其中可持续性源与管制和贸易策略、浪费管理活动或者维护活动相关联。 
在另一方面中，提供一种用于跨越由一个或者多个网络连接的多个设备监视能量的制造自动化系统。这包括：控制和信息平台，用于自动增加或者减少自动化系统的能量资源；以及能量对象，具有标识符、能量类型和测量部件，用于便于增加或者减少自动化系统的能量资源。 
在另一方面中，提供一种用于扩展工业协议的方法，该协议具有用于制造与能量生产和消耗有关的自动化应用的全套属性、消息和服务。这包括监视多个能量源；关联能量源与多个能量对象；关联能量源与工业自动化协议；以及运用工业自动化协议以在自动化工厂环境内动态增加或者减少能量需求。能量对象包括标识符、测量特性、聚集参数、角色参数、工 作状态参数、单位/缩放参数、续期参数、生产容量参数或者类型参数、时间参数、数据日志参数、减少和生产服务或者警报和事件消息。 
注意如在本申请中使用的如“部件”、“模块”、“系统”等的术语旨在于指代与计算机有关的、机电实体或者二者，或者硬件、硬件与软件的组合、软件或者在执行时应用于工业控制自动化系统的软件。例如部件可以是但不限于运行于处理器上的过程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和计算机。举例而言，运行于服务器上的应用程序和服务器都可以是部件。一个或者多个部件可以驻留于执行的过程或者线程内，并且部件可以局限于一个计算机上或者分布于两个或者更多计算机、工业控制器或者与之通信的模块之间。 
如上文所述主题内容包括各种示例性方面。然而应当理解不可能为了描述这些方面而描述每种可设想的部件或者方法。本领域普通技术人员可以认识到更多组合或者排列可以是可能的。各种方法或者架构可以用来实施本发明、修改、变化或者其等效实施方式。因而，这里描述的方面的所有这样的实施方式旨在于涵盖主题内容的范围和精神实质。另外，在具体实施方式或者权利要求中使用术语“包括(include)”的程度上，这样的术语旨在于以与术语“包括(comprise)”在权利要求中用作过渡词时的解释类似的方式为包含意义。 
附记 
方案1.一种对工业协议的能量对象扩展，所述工业协议具有用于通过制造自动化应用来监视和控制消耗或者生产能量的资源的全套属性、消息和服务，所述能量对象扩展包括： 
标识符，与能量资源相关联，所述能量资源与制造自动化应用相关联； 
能量类型，与所述能量源相关联；以及 
测量特性，与所述能量源相关联以便于通过所述制造自动化应用进行能量管理。 
方案2.根据方案1所述的能量对象扩展，所述工业协议为通用工业协议的扩展。 
方案3.根据方案1所述的能量对象扩展，所述制造自动化应用用来 激活、去激活或者调制消耗或者生产能量的资源以便于能量管理。 
方案4.根据方案3所述的能量对象扩展，还包括限制对消耗或者生产能量的资源的激活、去激活或者调制的安全部件。 
方案5.根据方案3所述的能量对象扩展，所述制造自动化应用与减少基本负载、安排启动序列、减少非关键负载、生成功率、存储能量以供以后使用、错开功率高峰或者按照减少的速率或者容量工作相关联。 
方案6.根据方案3所述的能量对象扩展，所述制造自动化应用与智能电网相关联。 
方案7.根据方案3所述的能量对象扩展，所述制造自动化应用还包括制造执行系统或者能量管理控制系统以便于能量管理。 
方案8.根据方案3所述的能量对象扩展，所述制造自动化应用还包括记事器部件以生成所述标识符、能量类型或者测量特性。 
方案9.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括聚集参数、角色参数或者工作状态参数。 
方案10.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括单位/缩放参数、续期参数、生产容量参数或者类型参数。 
方案11.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括时间参数、数据日志参数、减少和生产服务或者警报和事件消息。 
方案12.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括用于便于对能量对象实例进行配置的参数对象或者用于便于进行控制的输入/输出组件对 象。 
方案13.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括通过消息接发而链接至所述能量对象以便于进行能量控制的能量结构化标记。 
方案14.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括：具有能量功能的操作者接口面板应用，包括能量资源标识符、设备名称、能量状态、功率图形、需求收费或者警报。 
方案15.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括具有能量功能的相逻辑以便于在批量过程中进行能量控制。 
方案16.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括控制器以调节能量资源集的能量消耗或者生产水平。 
方案17.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括：调控服务，调制消耗或者生产能量的资源以利于与电网相关联的其它部件的性能。 
方案18.根据方案1所述的能量对象扩展，还包括用来控制能量资源的一个或者多个可持续性规则。 
方案19.根据方案1所述的能量对象扩展，所述可持续性规则与管制和贸易策略、浪费管理活动或者维护活动相关联。 
方案20.一种用于跨越由一个或者多个网络连接的多个设备监视能量的制造自动化系统，包括： 
控制和信息平台，用于自动增加或者减少自动化系统的消耗或者生产能量的资源；以及 
能量对象，具有标识符、能量类型和测量部件，用于便于增加或者减 少所述自动化系统的消耗或者产生能量的资源。 
方案21.根据方案20所述的制造自动化系统，还包括安全部件以限制增加或者减少能量源。 
方案22.根据方案20所述的制造自动化系统，还包括制造执行系统或者能量关联控制系统以便于能量管理。 
方案23.根据方案20所述的制造自动化系统，能量对象还包括聚集参数、角色参数、工作状态参数、单位/缩放参数、续期参数、生产容量参数或者类型参数、时间参数、数据日志参数、减少和生产服务或者警报和事件消息。 
方案24.根据方案23所述的制造自动化系统，还包括用于便于对能量对象实例进行配置的参数对象或者用于便于进行控制的输入/输出组件对象。 
方案25.根据方案23所述的制造自动化系统，还包括能量结构化标记以便于进行能量控制。 
方案26.一种用于通过关联用于与能量生产和消耗有关的制造自动化应用的全套属性、消息和服务来扩展工业协议的方法，包括： 
监视多个能量源； 
将所述能量源与多个能量对象关联； 
将所述能量源与工业自动化协议关联；并且 
运用所述工业自动化协议以在自动化工厂环境内动态增加或者减少能量需求。 
方案27.根据方案26所述的方法，所述能量对象还包括标识符、测 量特性、聚集参数、角色参数、工作状态参数、单位/缩放参数、续期参数、生产容量参数或者类型参数、时间参数、数据日志参数、减少和生产服务或者警报和事件消息。 
方案28.一种用于跨越在工业过程内进行通信的多个设备监视管制和贸易排放的制造自动化系统，包括： 
至少一个能量对象，具有与能量源相关联的标识符、排放类型和监视部件，用于便于对来自所述工业过程内的所述资源的排放进行测量记录； 
控制器，具有在所述控制器的存储器内设置的排放管制参数，其中所述控制器处理所述至少一个能量对象；以及 
积累功能，与所述控制器一起操作并且与所述至少一个能量对象有效地通信以积累来自所述能量源的所述排放并且计算总排放、与所述管制参数进行比较并且如果确定要增加所述管制则为贸易提供通知。 
方案29.根据方案28所述的制造自动化系统，还包括用于通过从所述控制器向便于所述贸易的外部源的通信来增加所述管制参数的部件。 

Claims (8)

1.一种工业自动化硬件设备，其包括：
存储器存储介质，其存储对工业协议的能量对象扩展，所述工业协议具有用于通过制造自动化应用来监视或控制消耗或者生产能量的资源的全套属性、消息和服务，其中所述能量对象扩展包括：
标识符，与能量资源相关联，所述能量资源与制造自动化应用相关联，其中所述制造自动化应用用来激活、去激活或者调制消耗或者生产能量的资源以便于能量管理，并且其中所述制造自动化应用与减少基本负载、安排启动序列、减少非关键负载、生成功率、存储能量以供以后使用、错开功率高峰或者按照减少的速率或者容量工作相关联；
能量类型，与所述能量源相关联；以及
测量特性，与所述能量源相关联以便于通过所述制造自动化应用进行能量管理。
2.根据权利要求1所述的工业自动化硬件设备，其中所述工业协议为通用工业协议的扩展。
3.根据权利要求1所述的工业自动化硬件设备，其中所述能量对象扩展包括限制对消耗或者生产能量的资源的激活、去激活或者调制的安全部件。
4.根据权利要求1所述的工业自动化硬件设备，其中所述制造自动化应用与智能电网相关联。
5.根据权利要求1所述的工业自动化硬件设备，其中所述制造自动化应用包括制造执行系统或者能量管理控制系统以便于能量管理。
6.根据权利要求1所述的工业自动化硬件设备，其中所述制造自动化应用包括记事器部件以生成所述标识符、能量类型或者测量特性。
7.根据权利要求1所述的工业自动化硬件设备，其中所述能量对象扩展包括聚集参数、角色参数或者工作状态参数。
8.根据权利要求1所述的工业自动化硬件设备，其中所述能量对象扩展包括单位/缩放参数、续期参数、生产容量参数或者类型参数。
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