CN106465457A - 用于与工业装备交互的设备及方法 - Google Patents

Abstract

提供用于与工业装备交互的系统和方式，这些系统和方式包括：接口，具有输入和输出；和处理器，与接口耦合。处理器配置成使统一标识构造与装置相联系，并且接收访问统一标识构造的请求。处理器进一步配置成将统一标识构造翻译成互联网协议（IP）地址，并且，经由输出根据IP地址而将请求路由至具有统一标识构造的装置。

Description

用于与工业装备交互的设备及方法

对相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35条119（e）款而主张提交于2014年6月18日的标题为“用于与工业装备交互的设备及方法”的美国临时申请号62/013724的利益，将该申请的内容通过引用整体地合并于本文中。

发明领域

本文中所公开的主题一般涉及用户、工业软件以及工业装备之间的交互。

相关技术的简述

各种系统设置有用于获得不同类型的信息的传感器。这些系统有时还包括致动器，这些致动器操纵这些系统内的特定的装置，以实现控制目的。

使用这些传感器和致动器的一种系统涉及工业过程。举一个示例，工业过程可以使用水泵和阀。工业过程可以具有对退出泵的水的温度和流量进行测量的传感器。泵可以具有开启和关闭传感器的致动器。

由于传感器和致动器被包括在工业过程中，因而它们典型地难以接近。例如，用户可能需要去到实际的工业厂房，以读取传感器或开动致动器。这一缺乏便利的状况不但增加使这些传感器/致动器运行的成本，而且还增加整个工业过程的成本。

上面提到的问题导致一些用户对先前的方式不满。

发明内容

本文中所描述的方式涉及统一资源定位符（URL）、统一资源标识符（URI）或类似的构造，并且，使这些构造与某些对象或访问点相联系。在一个示例中，I/O点（例如，来自可编程逻辑控制器（PLC）或数字控制系统（DCS））与URL/URI地址相关联。在另一示例中，来自监督控制及数据采集（SCADA）系统或历史数据库系统的自动化标签与URL/URI地址相关联。在另一示例中，自动化对象（例如，数字地表示泵、阀或其他自动化装备或对象）与URL/URI相关联。

本方式为在现代互联网的背景下与工业装备或信息交互作准备。方法使用互联网地址（例如，举几个示例，URL、URI、IPv4地址以及IPv6地址），使平面型的或结构化的针对工业信息的名字空间暴露。例如，使与传感器、个人计算机、可编程逻辑控制器、分布式控制系统、专业控制器、监督控制及数据采集（SCADA）系统、历史数据库（historian）以及其他自动化过程相关联的任何可变的或结构化的数据暴露，以供用户经由URL、URI、IPv4地址或IPv6地址（举地址构造的几个示例）而访问。

在这些实施例中的许多实施例中，使统一资源定位符（例如，URL）与装置（例如，工业过程中的传感器）相联系。从诸如网络浏览器之类的基于客户的应用作出访问URL的请求。将URL翻译成IP地址，这允许将请求路由至与URL相关联的装置。装置对关于响应的请求进行处理，该响应能够包括请求者所寻找的信息。在其他示例中，IP地址与设定点相关联，并且，通过利用IP地址来公布改变，从而该设定点是可改变的。

在一些方式中，提供具有接口的设备和处理器。处理器配置成使构造与工业数据对象相联系，并且，从通过使用构造而访问工业数据对象的应用经由输入而接收请求。应用可以包括基于客户的应用或基于网络的服务器中的至少一个。然后，处理器配置成通过经由输出而将工业数据对象路由至应用，从而响应请求。理解到，可以在这些方式中使用相对于彼此而远程地定位或定位于本地的任何数量的处理器。

在这些方式中的许多方式中，构造包含国际化资源标识符（IRI）、统一资源标识符（URI）、统一资源定位符（URL）、IPv4地址、IPv6地址、与IEEE 64位扩展的地址相关联的IPv6地址或个人局域网（PAN）所特有的16位地址中的至少一个。工业数据对象可以包括装置、装置内的一个属性或一些属性或对象内的性质中的至少一个。装置可以包括任何数量的传感器、诸如泵或阀之类的致动器或控制器。

在一些方式中，处理器进一步配置成请求且接收访问装置的许可。处理器可以进一步将构造翻译成互联网协议（IP）地址，该地址可以与任何数量的设定点和/或被测对象相关联。在一些形式中，该设定点是可改变的。

在还有其他一些方式中，使构造与工业数据对象相联系。然后，从通过使用构造而访问工业数据对象的应用接收请求。然后，通过将工业数据对象路由至应用而响应请求。

在这些形式中的一些形式中，使构造相联系的步骤包括使统一标识构造（uniformidentification construct）或语义构造（主语-谓语-对象-三元组）中的至少一个相联系。而且，这些方式可以通过应用使用构造来访问工业数据对象而启动请求。构造还可以翻译成IP地址。

附图说明

为了更全面地理解本公开，应当参考以下的详述和附图，其中：

图1包含根据本发明的各种实施例的使URL（或其他类似的构造）与工业过程的各种方面相联系的系统的框图；

图2包含根据本发明的各种实施例的使URL（或其他类似的构造）与工业过程的各种方面相联系的系统的框图；

图3包含根据本发明的各种实施例的使URL（或其他类似的构造）与工业过程的各种方面相联系的系统的框图；

图4包含用于提供根据本发明的各种实施例的使URL（或其他类似的构造）与工业过程的各种方面相联系的系统的安全性的方式的框图。

技术人员将意识到，为了简明而清楚地描述，图示图中的元件。将进一步意识到，可以按照特定的发生顺序描述或描绘某些动作和/或步骤，而本领域技术人员将理解到，实际上不要求关于序列的这样的特异性。还将理解到，除了在本文中另外阐述了特定含义的情况之外，本文中所使用的术语和表达具有如与关于对应的各自的探究和研究领域的这样的术语和表达一致的通常含义。

具体实施方式

本文中所描述的方式允许通过URI或类似的构造（例如，举几个示例，URL、IPv4地址或IPv6地址）而唯一地识别传感器及其他装备。这些方式允许在使用例如URL、URI、IPv4地址或IPv6地址的现代互联网的背景下可访问包括个别的传感器的任何系统构件。这允许以机器与机器的通信、机器与装置的通信、传感器与机器的通信以及传感器与传感器的通信为基础且利用现有的通信信道和技术，因而消除对诸如传统的SCADA系统之类的单独的基础设施的需要，以允许工业互联网应用。

在一个方面，本方式以可扩展且安全的方式提供装置、机器以及传感器之间的互连性。这允许更容易的用户交互，因为，用户不必记住复杂的地址或协议。本方式还更容易使用，因为，用户能够从与互联网连接的任何终端或接口访问适当的URL。

在一个示例中，I/O点能够作为URL/URI地址而与用户相关联且可被用户利用。该参考和链接允许个别地访问各I/O点。URL能够包含通向识别文档对象模型（DOM）中的相关段的I/O点或片段所管理的资源的路径，以允许用户访问关于仪器及所测量到的值的元数据。这给用户提供关于现状的认识。这些方式能够扩展至对设定点和/或输出的操纵。

在一些方面，各输入点可以使用数字签名来认证对起源于已知的用户的信息的请求。各输出还可以要求数字签名，以认证在所要求的对输出作出改变的授权下，改变或操纵来自已知的用户的输出的请求。

在另一示例中，来自SCADA或历史数据库系统的自动化标签能够作为URL/URI地址而与用户相关联且可被用户利用。该关联消除所要求的具有标签名称且将该标签名称翻译成网络地址的翻译步骤。以这种方式使系统简化的方案去除一定程度的抽象化。用户能够使用简单的网络浏览器来显示标签值或与SCADA标签有关的其他信息。用户能够访问信息，举几个示例，诸如工程单位、诊断以及警报。支持基于网络的访问的任何装置（移动装置或计算机）能够查看该信息。

由于具有I/O点关联，可以提供安全性。另外，该方式能够用于对信息进行控制。例如，用户能够移动设定点、操纵数据等。

在另一示例中，自动化对象（数字地表示泵、阀或其他自动化装备或对象）可以作为URL/URI而与用户相关联且可被用户利用。

在制造执行系统（MES）中，该方式能够扩展至可利用的各种形式和过程。例如，工作单可以作为URL/URI而可利用。

人机界面（HMI）和SCADA系统信息能够形成表示装备（即，泵）的过程对象，并且，使该信息聚集成能够通过URL/URI而可利用的一组数据。举一个示例，包含泵的不同的事物、部件或属性能够是可访问的，举几个示例，诸如电动机温度、流动速率、速度。

由于具有I/O点和SCADA的关联，可以提供安全性。另外，该方式能够用于经由URL而对信息进行控制。例如，用户能够移动设定点、操纵数据等。

将意识到，在本文中所描述的许多示例中，URL与各种实体相关联。然而，将理解到，本文中所描述的方式不限于与URL的关联，而是还包括容易地被人类用户记住的与URI、IPv4地址、IPv6地址或任何构造的关联。

现在，参考图1，描述使统一资源定位符（URL）与工业装备相联系的布置的一个示例。系统100包括移动单元102、互联网（或内联网）104、显示器106、网络服务器108、工业控制器110以及分布式I/O装置103。网络服务器108、第一工业控制器110以及分布式I/O装置103经由通信网络112而耦合在一起。如在附图中所表示的网络服务器示出为独立的实体，但该网络服务器可以是其他硬件中的集成构件（任何构件，提到两个示例，包括网络服务器和传感器）。

在该示例中，移动单元102是经由有线或无线连接而与互联网104耦合的便携式单元。例如，移动单元102可以是移动电话、膝上型计算机、平板电脑或类似的装置。

互联网104是可公共利用的互联网，并且，包括服务器、开关、路由器、网关、子网络、域名服务等。互联网104能够作为替代而成为内联网，并且，举几个示例，本地化于具体的公司、学校、建筑或组织。

在一个示例中，显示器106是固定式屏幕，并且，可以与个人计算机连接。网络服务器108收听起源于客户102和106的通过互联网104到来的请求。网络服务器108示出为单个的实体，但能够是工业控制器（110、120、122、124）、分布式I/O（103、130、132）和/或传感器（126、136）的一部分。一旦网络服务器接收到请求，网络服务器就通过路由例如测量读数之类的所请求的资源而响应，其中，所请求的资源通过互联网104利用URI而返回至客户。理解到，在一些方式中，网络服务器108可以是如下的设备：具有接口和与接口耦合的处理器，接口具有输出和至少一个输入。因此，网络服务器108的处理器可以配置成：通过使用构造，从而使构造与工业数据对象相联系；从通过使用构造来访问工业数据对象的应用（例如客户102和/或106）经由输入而接收请求；以及通过经由网络服务器108的输出而将工业数据对象路由至应用，从而响应请求。

工业控制器110包括CPU 120、第一I/O卡122以及第二I/O卡124。第一I/O卡122与第一温度传感器126耦合。分布式I/O装置103包括网络接口130、第三I/O卡132以及第四I/O卡134。第三I/O卡132与第二温度传感器136耦合。

第一温度传感器126具有Plant1.Unit1.temp的URL，该URL翻译成可用3.1.2.5的互联网地址访问的资源。第二温度传感器136具有Plant1.Unit2.temp的URL，在一个示例中，该URL翻译成可用3.1.2.5的互联网地址访问的资源。在该示例中，第二温度传感器136具有67华氏度的读数。

CPU 120能够充当网关、服务器、路由器或开关，从而在背板上或通过诸如过程现场总线或其他现场网络之类的远程接口连接而提供对装置的直接网络访问。温度传感器126或136还能够与通信网络112直接地连接，但无论在哪一种情况下，访问看起来都与网络上的其他装置完全相同。

将理解到，网络服务器108将URL翻译成IP地址。在一个方面，实际序列是，将URL输入浏览器中，并且，从浏览器作出HTTP请求。互联网104具有将请求中的URL分解成IP地址的域名服务，其中，该IP地址是网络服务器108的地址。在这些方式中，并且，在一个示例中，温度及其他信息是网络服务器108能够提供给客户的资源。网络服务器108收听来自客户的请求，并且，响应那些请求。URL是URI的子集。URI能够包含可从网络服务器108访问的诸如当前值或其他元数据之类的特定的资源的位置路径。

URL是URI的子集。URI能够包含可从网络服务器108访问的诸如当前值或其他元数据之类的特定的资源的位置路径。

在运行中，移动单元102或显示器106处的用户期望显示温度传感器136的温度。人们输入用户/人类易于使用的URI Plant1.Unit2.temp。这通过互联网104启动对URI所识别的资源的请求。由网络服务器108对请求进行处理，并且，将关于温度读数的响应发送回到移动单元102或显示器106。装置102和106呈现温度读数。

现在，参考图2，描述使统一资源定位符（URL）与工业装备相联系的布置的另一示例。系统200包括移动单元202、互联网（或内联网）204、显示器206、网络启用的监督控制及数据采集（SCADA）节点（node）或服务器208、网络服务器210以及SCADA温度传感器212（由SCADA标签温度1表示）。

在该示例中，移动单元202是经由有线或无线连接而与互联网204耦合的便携式单元。例如，移动单元202可以是移动电话、膝上型计算机、平板电脑或类似的装置。

互联网204是可公共利用的互联网，并且，包括服务器、开关、路由器、网关、子网络、域名服务等。互联网204能够作为替代而成为内联网，并且，举几个示例，本地化于具体的公司、学校、建筑或组织。

在一个示例中，显示器206是固定式屏幕，并且，可以与个人计算机连接。域名服务将URL转化成IP地址，以便将消息跨互联网204而路由至适当的服务器。

温度传感器212具有SCADANode1.Temp1的URL（在一个示例中，该URL翻译成3.26.4.1的互联网地址）。在运行中，移动单元202或显示器206处的用户期望显示温度传感器212的温度。用户输入SCADANode1.Temp1的用户/人类易于使用的URI。这通过互联网204启动对URI所识别的资源的请求。

SCADA服务器208配置且编程成通过互联网接收对其所管理的资源（例如SCADA标签的值）的请求。服务器响应关于指示温度传感器212所测量的温度的信息的请求。将该信息经由网络服务器210跨互联网204发送回到显示器206或移动单元202。一旦到达显示器206或移动单元202，就对用户呈现信息。

现在，参考图3，描述使统一资源定位符（URL）与工业装备相联系的布置的再一示例。系统300包括移动单元302、互联网（或内联网）304、显示器306、网络启用的装备对象308以及网络服务器310。装备对象（在该示例中，为泵）是具有若干个属性320-332的一件复杂的装备。在下文中更详细地讨论属性。

在该示例中，移动单元302是经由有线或无线连接而与互联网304耦合的便携式单元。例如，移动单元302可以是移动电话、膝上型计算机、平板电脑或类似的装置。

互联网304是可公共利用的互联网，并且，包括服务器、开关、路由器、网关、子网络等。互联网304能够作为替代而成为内联网，并且，举几个示例，本地化于具体的公司、学校、建筑或组织。

在一个示例中，显示器306是固定式屏幕，并且，可以与个人计算机连接。网络服务器310经由互联网而收听来自客户的请求。

装备对象308是一件复杂的装备，该装备具有网络界面，该网络界面配置且编程为通过互联网接收对其所管理的资源的请求。装备对象308本身可以具有URL，在这种情况下，为Pump.p100，在一个示例中，Pump.p100翻译成3.26.4.1的IP地址。如所提到的，装备对象具有其自身的属性，包括HMI面板参考320、仿真模型参考322、分析数据324、警报数据326、HMI模拟参考328、历史数据330以及控制逻辑参考332。将意识到，这些属性中的每个都可以具有由特定的位置路径给出的其自身的唯一的URI。还将理解到，有可能是其他属性。

HMI面板参考320是小的图形界面。在一个示例中，HMI面板参考320是控制接口的图形表示（例如，示出旋钮）。

仿真模型参考322是模型的数字表示。用户能够使用模型来测试假设输入，以查看不使用实际的装置（例如，实际的泵）的情况下的输出。

分析数据324表示关键性能指示符。例如，温度和压力可以表示关键性能指示符。分析数据324同样地可以指示这些指示符的值。

警报数据326表示运转时间数据，运转时间数据表示潜在地不利的状况。例如，可以由该数据指示低流量的状况。

HMI模拟参考328是同样地可以用于指示状况的对象的图形表示。在一个示例中，HMI模拟参考328可以是基于泵的状况而改变颜色的泵图标。

历史数据330表示系统的历史运转时间数据。例如，可以示出传感器的随着时间的推移而变化的值。

控制逻辑参考332是针对工业装备的控制逻辑。例如，控制逻辑参考332可以表示关于泵运行的特定的算法。

在运行中，移动单元302或显示器30处的用户期望显示属性。人们输入针对与泵相关联的模拟对象的Pump.p100模拟的用户/人类易于使用的URI。这启动对路由至网络界面310的模拟对象资源的请求。一收到请求，网络界面310就通过将模拟对象资源跨互联网304发送回到显示器306或移动单元302而响应。一旦到达显示器306或移动单元302，就对用户呈现信息。

将意识到，本方式能够用于显示传感器或其他测量装置的目前的信息或读数。另外，方式能够用于开动装置，过程或以另外的方式变更物理实体的运行。例如，移动装置的任何位置处的用户可以输入URL，以改变过程或装置的设定点（期望的条件）。例如，某一URL能够用于改变机器的设定点温度。另一URL能够用于影响阀的位置。

现在，参考图4，描述使用本方式来解决安全性的问题的一个示例。这些方式能够在移动单元或终端之一处使用，以便这些装置之一处的用户能够通过使用本文中所描述的基于URL的方式而访问或变更过程。在一个方面，在被允许进行之前，用户寻求且接收访问工业过程的许可。

在步骤402，用户将数字签名从其装置发送至作为目的地单元的单元（例如，输入点、SCADA服务器或装备对象）。在步骤404，目的地单元验证出签名是有效的。在步骤406，目的地单元将批准发送至用户。在步骤408，用户将加密的数据发送至目的地单元。

本领域技术人员将意识到，可以在各种方面作出对前文的实施例的修改。其他变型显然也将起作用，并且，属于本发明的范围和实质内。人们认为，本发明的实质和范围包含如将对本领域普通技术人员显而易见且熟悉本申请的教导的对本文中的实施例的这样的修改和变更。

Claims (19)

1.一种方法，所述方法包含：

使构造与工业数据对象相联系；

从通过使用所述构造而访问所述工业数据对象的应用接收请求；

通过将所述工业数据对象路由至所述应用而响应所述请求。

2.如权利要求1所述的方法，其中，使所述构造相联系的步骤包含使统一标识构造或语义构造中的至少一个相联系。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包含通过所述应用使用所述构造来访问所述工业数据对象而启动请求的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包含将所述构造翻译成互联网协议（IP）地址的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述工业数据对象包含装置、装置内的属性或多个属性或者对象内的性质中的至少一个。

6. 如权利要求2所述的方法，其中，所述构造包含国际化资源标识符（IRI）、统一资源标识符（URI）、统一资源定位符（URL）、IPv4地址、IPv6地址或进一步与IEEE 64位扩展的地址相关联的IPv6地址或个人局域网（PAN）所特有的16位地址中的至少一个。

7.如权利要求5所述的方法，其中，所述装置包含传感器、致动器或控制器中的至少一个。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包含请求并接收访问所述装置的许可的步骤。

9.如权利要求4所述的方法，其中，所述IP地址与设定点或被测对象中的至少一个相关联。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述设定点是可改变的。

11. 一种设备，所述设备包含：

接口，具有输出和至少一个输入；和

处理器，与所述接口耦合；

其中，所述处理器配置成使构造与工业数据对象相联系，从通过使用所述构造而访问所述工业数据对象的应用经由所述输入而接收请求，并且通过经由所述输出而将所述工业数据对象路由至所述应用，从而响应所述请求。

12. 如权利要求11所述的设备，其中，所述构造包含国际化资源标识符（IRI）、统一资源标识符（URI）、统一资源定位符（URL）、IPv4地址、IPv6地址、与IEEE 64位扩展的地址相关联的IPv6地址或个人局域网（PAN）所特有的16位地址中的至少一个。

13.如权利要求11所述的设备，其中，所述工业数据对象包含装置、装置内的属性或多个属性或者对象内的性质中的至少一个。

14.如权利要求13所述的设备，其中，所述装置包含传感器、致动器或控制器中的至少一个。

15.如权利要求11所述的设备，其中，所述处理器进一步配置成请求并接收访问所述装置的许可。

16.如权利要求11所述的设备，其中，所述处理器进一步配置成将所述构造翻译成互联网协议（IP）地址。

17.如权利要求16所述的设备，其中，所述IP地址与设定点或被测对象中的至少一个相关联。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述设定点是可改变的。

19.如权利要求11所述的设备，其中，所述应用包含基于客户的应用或基于网络的服务器中的至少一个。