CN107003651B - 自动化系统的控制装置 - Google Patents

Abstract

自动化系统A的控制装置，自动化系统(AS)的控制装置，所述控制装置(1)包括：数据库(3)，其适于在历史数据源(HDS)中存储时间系列数据，并且适于在事件数据源(EDS)中存储基于事件检测规则从所述时间系列数据导出的事件(E)，其中由所述控制装置(1)接收的语义数据或事件查询(SQ)被映射到所述数据库(3)的对应数据源，以检索所查询的数据或事件，查询到的数据或事件使用存储在所述数据库(3)中的所述自动化系统(AS)的本体论上下文模型(CM)而被情境化，并且由所述控制装置(1)以语义格式输出。

Description

自动化系统的控制装置

技术领域

本发明涉及自动化系统的控制装置以及从控制装置语义检索数据或事件的方法。

背景技术

自动化系统，例如在生产设施的装配线中使用的自动化系统，变得越来越复杂，并且可能包括多个物理和/或其他组件。自动化系统组件可以包括传感器和/或致动器。由于安装在自动化系统中的传感器和/或致动器的数量不断增加，描述基础技术过程的数据量不断增长。数据，特别是由传感器组件或传感器设备生成的数据，提供了巨大的潜力以得到对自动化系统中执行的过程的有效性的附加洞察力，该附加洞察力可以用于自动化系统的增强和优化。然而，如果不知道数据供应的上下文和/或原因，那么使用常规数据分析方法对可用数据的理解是及其困难的。上下文可以是例如在自动化系统中生成传感器数据的相应传感器组件的位置，当数据生成时在自动化系统中处理的产品或批次的标识符，或者在传感器数据生成之前不久执行的维护任务。

因此，本发明的目的是提供一种在与自动化系统有关的数据或事件的上下文中提供这些数据或事件的装置和方法。

发明内容

上述目的通过包括权利要求1的特征的自动化系统的控制装置来实现。

根据第一方面，本发明提供了一种自动化系统的控制装置，

所述控制装置包括：

数据库，其适于在历史数据源中存储时间系列数据，并且适于在事件数据源中存储基于事件检测规则从所述时间系列数据导出的事件，

其中由该控制装置接收的语义数据或事件查询被映射到所述数据库的对应数据源，以检索所查询的数据或事件，查询到的数据或事件使用存储在所述数据库中的所述自动化系统的本体论上下文模型而被情境化，并且由所述控制装置以语义格式输出。

在根据本发明的第一方面的控制装置的可能实施例中，所述控制装置是所述自动化系统的可编程逻辑控制器PLC。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，所述可编程逻辑控制器包括作为数据库的用于至少一个历史数据源和至少一个事件数据源的集成存储器。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，所述集成存储器适于存储所述自动化系统的所述本体论上下文模型和/或所述事件检测规则。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，使用所述自动化系统的所述本体论上下文模型来重写接收到的通用语义查询，以提供具有具体上下文的扩展语义查询，其中所述扩展语义查询被转译为所述数据库的对应数据源的查询语言。

在可替代实施例中，接收到的语义查询被直接转译为所述数据库的对应数据源的查询语言。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，所述数据库的所述历史数据源适于存储连接到所述控制装置的至少一个自动化系统组件的时间系列数据，所述至少一个自动化系统组件特别是所述自动化系统的传感器设备。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，所存储的时间系列数据包括多个数据值，所述多个数据值中的每个数据值被提供有对应的时间戳和生成所述时间系列数据的相应自动化系统组件的组件标识符。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，所述控制装置适于从连接的自动化系统组件连续地收集时间系列数据，并且适于在所述自动化系统的每个实时控制周期内从收集到的时间系列数据导出事件，以及适于将所述时间系列数据和导出的事件写入所述数据库的对应数据源中。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，基于所述事件检测规则从收集到的时间系列数据导出的每个事件由特定的消息标识符表示，并且写入形成事件数据源的事件表中。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，基于作为所述本体论上下文模型的上下文实例的表示的本体论上下文模型，来注释提供时间系列数据和/或事件类型的传感器。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，所述语义数据或事件查询包括映射到所述数据库的对应数据源的特定数据源位置的语义标识符。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，所述语义数据或事件查询由所述控制装置从连接到所述控制装置的服务器接收，并且查询到的情境化数据或事件由所述控制装置以语义三重格式返回到所述服务器。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，接收到的语义数据或事件查询包括SPARQL查询，并且所返回的情境化数据或事件包括语义资源描述框架RDF三重格式。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，在所述自动化系统的在其中执行接收到的数据或事件查询的实时控制周期期间，所述数据库的所述历史数据源和所述事件数据源被阻止，并且收集到的时间系列数据和/或导出的事件被临时存储在所述控制装置的缓冲存储器中。

在根据本发明的第一方面的控制装置的再另外的可能实施例中，所述自动化系统的所述本体论上下文模型表示包括所述自动化系统的设备的所述自动化系统的组件、所述组件的属性和所述组件之间的关系。

根据第二方面，本发明还提供了一种自动化系统，其包括权利要求16的特征。

根据第二方面，本发明提供了一种自动化系统，包括：根据本发明的第一方面的至少一个控制装置，以及连接到所述控制装置的向所述控制装置供应时间系列数据的至少一个自动化系统组件。

在根据本发明的第二方面的自动化系统的可能实施例中，所述控制装置连接到外部服务器，所述外部服务器将语义数据或事件查询发送到所述控制装置，所述控制装置被配置为执行接收到的数据或事件查询，并且以语义格式返回所述外部服务器的查询到的数据或事件。

在根据本发明的第二方面的自动化系统的再另外的可能实施例中，所述自动化系统组件包括所述自动化系统的传感器设备。

在根据本发明的第二方面的自动化系统的再另外的可能实施例中，所述外部服务器能访问所述自动化系统的本体论上下文模型。

在根据本发明的第二方面的自动化系统的再另外的可能实施例中，所述控制装置包括所述自动化系统的可编程逻辑控制器PLC。

在可能的实施例中，所述可编程逻辑控制器PLC包括用于至少一个历史数据源和至少一个事件源的集成存储器。

在所述自动化系统的可能实施例中，所述控制装置的所述集成存储器还适于存储所述自动化系统的本体论上下文模型和/或事件检测规则。

在根据本发明的第二方面的自动化系统的再另外的可能实施例中，所述自动化系统内的所述控制装置的所述数据库的历史数据源适于存储连接到所述自动化系统的所述控制装置的至少一个自动化系统组件的时间系列数据，所述至少一个自动化系统组件特别是所述自动化系统的传感器设备。

在根据本发明的第二方面的自动化系统的再另外的可能实施例中，所述控制装置(特别是所述可编程逻辑控制器PLC)适于从所述自动化系统的连接的自动化系统组件连续地收集时间系列数据，并且适于在所述自动化系统的每个实时控制周期内从收集到的时间系列数据导出事件，以及适于将所述时间系列数据和导出的事件写入集成在所述控制装置中的所述数据库的对应数据源中。

在根据本发明的第二方面的自动化系统的可能实施例中，所述语义数据或事件查询由所述控制装置从连接到所述控制装置的所述自动化系统的服务器接收，并且查询到的情境化数据或事件由该控制装置以语义三重格式(特别是语义资源描述框架RDF三重格式)返回到所述自动化系统的所述服务器。

在根据本发明的第二方面的自动化系统的可能实施例中，存储在所述控制装置的所述数据库中的数据源不是情境化数据源。

根据第三方面，本发明还提供了一种用于从自动化系统的控制装置语义检索数据或事件的方法，所述方法包括权利要求21的特征。

根据第三方面，本发明提供了一种用于从自动化系统的控制装置语义检索数据或事件的方法，包括以下步骤：

由所述控制装置接收语义数据或事件查询；

将接收到的语义数据或事件查询映射到存储在所述控制装置的数据库中的对应数据源，以检索所查询的数据或事件；

使用所述自动化系统的本体论上下文模型来执行对查询到的数据或事件的情境化；以及

由所述控制装置以语义格式输出情境化数据或事件。

附图说明

在下文中，参考附图更详细地描述本发明的不同方面的可能实施例。

图1示出了根据本发明的第一方面的自动化系统的控制装置的示例性实施例的框图；

图2示出了根据本发明的另外方面的用于从自动化系统的控制装置语义检索数据或事件的方法的示例性实施例的流程图；

图3示意性地示出了如在本发明的方法和控制装置的可能实施例中所执行的自动化系统的实时控制周期内的控制装置上的数据生成和存储；

图4示出了用于说明如由根据本发明的方法和控制装置所执行的查询处理的可能示例性实施例的示意图；

图5示出了可以由根据本发明的方法和控制装置使用的上下文模型的简单示例；

图6示出了用于说明如由根据本发明的方法和控制装置所执行的数据的情境化的示例性示例的图；

图7、8、9图示了如由根据本发明的方法和控制装置所执行的查询映射的示例；

图10示出了以语义三重格式输出的情境化数据或事件的示例。

具体实施方式

如从图1中可以看出，根据本发明的第一方面的自动化系统AS的控制装置1在所示实施例中包括连接到数据库3的微处理器2。在所示的示例性实施例中，数据库3由集成在控制装置1中的存储器形成。在替代实施例中，数据库3还可以通过接口连接到控制装置1。在可能实施例中，图1中所示的控制装置1可以由自动化系统AS的可编程逻辑控制器PLC形成。在可能实施例中，控制装置1包括标准接口4，其用于与自动化系统的外部服务器5通信以接收数据或事件查询SQ，并且以语义格式将查询数据或事件返回到所述外部服务器5。控制装置1还可以包括一个或几个I/O接口6，其用于将自动化系统AS的至少一个传感器设备7连接到所述控制装置1。在所示实施例中，如图1中所示的控制器1的集成存储器3包括至少一个历史数据源3A和至少一个事件数据源3B。在所示实施例中，存储器3还包括用于事件检测规则EDR的存储部3C，和用于存储相应自动化系统的本体论上下文模型CM的存储部3D。控制装置1的数据库3适于在历史数据源3A中存储时间系列数据TSD，并且还适于在事件数据源3B中存储基于事件检测规则EDR从时间系列数据TSD导出的事件E。由所述控制装置1通过接口4从服务器5接收的语义数据或事件查询SQ被映射到数据库3的对应数据源，以检索使用自动化系统AS的本体论上下文模型CM而情境化的查询到的数据或事件，所述本体论上下文模型CM存储在上下文模型存储部3D中。由控制装置1通过接口4以语义格式输出情境化数据。

存储器3的历史数据源3A适于存储按时间系列提供朴素传感器数据的历史视图的数据。在可能实施例中，每个数据样本或经采样的传感器数据点与对应时间戳TS以及传感器标识符被存储在历史数据存储部3A中，对应时间戳TS指示其生成时间，传感器标识符标识生成该传感器数据的传感器。

使用存储在事件检测规则存储部3C中的事件检测规则EDR，从时间系列数据TSD导出事件E，并且将事件E在事件数据存储部3B中存储为朴素传感器数据的解释。例如，事件E可以包括多个传感器数据点或数据样本的聚合。由于与时间系列数据TSD或原始传感器数据相比，事件数据具有不同的特性，所以事件数据被存储在存储器3的单独事件数据存储部3B中。每个事件E可以通过特定消息标识符来表示。事件E的可能示例是预定阈值被从传感器设备7接收的时间系列数据TSD的数据样本值超过。

存储在存储部3D中的本体论上下文模型CM提供了上下文的语义描述，其中数据(特别是传感器数据)由控制装置1从连接的自动化系统组件(例如传感器组件)接收。上下文模型CM可以用于注释提供数据样本的每个传感器设备以及具有上下文知识的每个事件类型，以便将其表示为本体论的实例。由控制装置1从服务器5接收的语义数据或事件查询SQ被映射到存储器3内的对应数据源，以检索所查询的数据或事件。然后使用存储在上下文模型存储部3D中的本体论上下文模型CM来对查询到的数据或事件进行情境化。在优选实施例中，上下文模型CM使用标准化的、形式域无关语言(例如，OWL或RDF)以标准化形式来表达。在图1中所示的系统中，上下文被添加到已经在PLC级接收的数据，其中数据的质量和数量较高并且所有必要的上下文信息可用。情境化直接在控制装置1中并且由控制装置1本身完成，而不是如在常规自动化系统中那样由外部系统完成。在优选实施例中，本体论上下文模型CM以标准化的、形式域无关语言来表达，使得有可能动态地改变上下文模型CM。此外，有可能组合来自不同数据源(例如自动化设备)的数据并且在语义上将这些数据集成。在另外可能实施例中，来自不同域或者覆盖诸如产品、资产、过程和/或自动化系统组件的不同方面的不同上下文模型CM(即，本体论)，可以彼此组合并且链接，以限定整个自动化系统上下文。所采用的本体论语言的模块化结构使得有可能向自动化系统数据动态地添加或移除上下文维度。例如，根据数据的应用或接收，或多或少的上下文信息可以通过控制装置1被添加到原始时间系列数据TSD。上下文信息可以被静态以及动态地分配给接收到的数据。例如，可以通过在进入的数据流或进入的时间系列数据TSD中检测到的事件E或者响应于在自动化系统AS的系统环境中观察到的情形或条件，来执行情境化。所采用的本体论上下文模型CM不限于分层组织的上下文模型，而是还可以包括网络，即不仅仅是树。

如图1中所示的控制装置1适于从连接的自动化系统组件(例如，传感器设备7)连续地收集时间系列数据TSD，并且在自动化系统AS的每个实时控制周期中从收集到的时间系列数据导出事件E，并且将时间系列数据TSD和导出的事件E写入其数据库3的对应数据源DS中。在自动化系统AS的其中由控制装置1执行接收到的数据或事件查询SQ的实时控制周期期间，存储在数据库3的历史数据存储部3A中的历史数据源HDS和存储在数据库3的事件数据存储部3B中的事件数据源EDS被阻止，并且收集到的时间系列数据TSD和/或导出的事件E被临时存储在控制装置1的缓冲存储器中。因此，在执行查询期间，不允许历史数据源HDS和事件数据源EDS中的数据改变，以提供历史数据源和事件数据源的一致的数据状态。在可能实施例中，这通过专用同步程序来执行。在历史数据源和事件数据源被阻止的时间期间所要求的所有改变都缓冲在缓冲存储器中。一旦再次通过同步程序授予写入许可，缓冲存储器的内容被写入历史数据源和事件数据源。

自动化系统组件(特别是传感器设备和致动器)可以通过I/O接口6提供时间系列数据(特别是在自动化系统AS内执行的物理过程的测量结果)。这些组件包括硬件和/或软件组件。因此，传感器设备7还可以由提供时间系列数据TSD的软传感器来实现。接收到的时间系列数据TSD可以这样由控制装置1保存在存储机构内，并且可以由服务器5通过发送数据或事件查询SQ到控制装置1来检索。在图1中所示的实施例中，控制装置1包括微处理器2。在替代实施例中，控制器1可以包括几个微处理器，这几个微处理器用于从I/O接口6收集数据。微控制器2适于处理接收到的语义查询SQ并且以语义格式返回情境化数据。例如，存储器3可以由RAM存储器、HDD或SD设备形成。上下文模型CM可以包括关于控制过程、控制程序、连接的软件或硬件自动化组件(例如，传感器设备或致动器)的信息。上下文模型CM可以使用本体论来语义表示。控制装置1包括到外部服务器5的通信链路。服务器5可以通过主动地查询数据或通过注册某种数据来接收情境化数据。因此，可以在推送模式或拉模式中向服务器5提供情境化数据。在可能实施例中，使用标准形式语言和接口来完成外部服务器5和控制装置1之间的通信。在可能实施例中，基于上下文模型，查询SQ可以用SPARQL语言来指定。结果可以以资源描述框架RDF格式来形式化。在可能实施例中，由控制装置1从外部服务器5接收的语义数据或事件查询SQ被处理，并且查询到的情境化数据或事件由控制装置1以语义三重格式STF返回到外部服务器5。由服务器5传输的接收到的语义数据或事件查询SQ可以包括SPARQL查询，并且所返回的情境化数据或事件可以包括语义资源描述框架RDF三重格式。

图2示出了说明根据本发明的另外方面的用于从自动化系统AS的控制装置1语义检索数据或事件的方法的示例性实施例的示意性流程图。

在第一步骤S1中，图1中所示的控制装置1例如从图1中所示的外部服务器5接收语义数据或事件查询SQ。语义查询SQ例如可以是SPARQL查询。

在进一步的步骤S2中，接收到的语义数据或事件查询SQ被映射到存储在控制装置1的数据库3中的对应数据源DS，以检索所查询的数据或事件。

在可能实施例中，使用自动化系统AS的本体论上下文模型CM重写接收到的语义查询SQ，以提供具有具体上下文的扩展语义查询ESQ。然后，经扩展的语义查询SQ被转译为数据库3的对应数据源DS的查询语言。

在替代实施例中，接收到的语义查询SQ被直接转译为数据库3的对应数据源DS的查询语言。

在进一步的步骤S3中，使用自动化系统的本体论上下文模型CM来执行对查询到的数据或事件的情境化。

最后，在步骤S4中，由控制装置1以语义格式输出情境化数据或事件。

图3示出了用于说明在自动化系统AS的实时控制周期内的控制装置1上的数据生成和存储的示意图。如图3中所示，控制装置1在步骤S31中在自动化系统AS的每个控制周期或自动化过程接收连接的自动化系统组件上新的朴素传感器数据。在步骤32中，在集成在控制装置1中的存储器3的历史数据存储部3A的历史数据源HDS中连续地存档进入的时间系列数据TSD。在进一步的步骤S33中，基于存储在存储器3的事件数据存储部3B中的事件检测规则EDR，来从接收到的时间系列数据TSD导出事件E。进一步的，在步骤S34中，判定是否已发生新的事件E。如果没有发生新的事件，那么例程返回到步骤S31，如图3中所示。如果检测到新的事件，那么在步骤S35中将检测到的事件E写入事件表ET中，形成存储在存储器3的事件数据存储部3B中的事件数据源EDS。其根据预定的规则被采集和存储在事件表ET中。图3的流程图中所示的步骤在控制装置1的控制周期中执行，因为否则的话数据可能丢失或者数据可能被覆写。对于历史数据，图3中所示的例程没有引入开销。事件生成可能引入额外的计算工作量，该额外的计算工作量可以通过控制事件检测规则EDR的复杂性来限制。图3图示了由控制装置1形成数据存储部。

图4图示了以情境化形式从控制装置1检索数据的示意性流程图。

在第一步骤S41中，控制装置1从外部实体(例如外部服务器5)接收语义数据或事件查询SQ。接收到的语义查询SQ例如可以是用于特定数据或特定事件的语义SPARQL查询。基于本体论上下文模型CM来表达语义查询SQ。

在进一步的步骤S42中，使用自动化系统AS的上下文模型CM重写接收到的语义查询SQ以生成扩展语义查询ESQ。在步骤S42中执行的查询重写可以将接收到的语义查询SQ重写为一阶查询，使得以本体论承担所有检索到的数据值。接收到的查询的通用上下文针对上下文模型CM进行评估并且被扩展，使得其还包括作为更具体上下文的基础的数据。例如，如果接收到的查询SQ要求所有视觉传感器数据值，那么视觉传感器的上下文需要扩展到3D传感器、光电二极管等。在可能实施例中，控制单元1的处理器可以通过迭代搜遍上下文模型CM的上下文层级(例如，传感器或事件的层级)直到不能找到更具体上下文，来执行重写。

在进一步的步骤S43中，执行查询映射。根据所请求模型上下文的类型，扩展语义查询ESQ被映射到特定数据源DS的数据模型。对于关系数据库访问，这还被称为展开。由此，例程提供上下文模型词汇到底层数据模型(例如，时间系列或关系数据模型)词汇的映射。

语义数据或事件查询SQ可以包括映射到数据库3内对应数据源DS的特定数据源位置的语义标识符。语义数据或事件查询SQ可以被转译为对应数据源DS的查询语言。

诸如URI的上下文实例的语义标识符包括对应标识符以访问特定数据源位置。例如，查找传感器数据上下文的实例的查询被映射到历史数据源HDS中的传感器ID(列)，如图7、8、9的示例中所示。

图7图示了自动化系统AS的特定传感器设备7的上下文模型CM的提取。图7图示了词汇映射知识。如可以看到的，具有名称“定位传感器A”的传感器设备是一种类型的传感器(类传感器)，并且其传感器数据位于历史数据源HDS中的数据列13。

图8图示了由控制装置1从外部服务器5接收的要求特定传感器数据的示例性SPARQL查询SQ。语义查询SQ选择在一段时间内特定传感器设备的所有值。如可以在图8中看到的，SPARQL查询要求在滤波器指示的一段时间内(即，2014年7月1日与2014年7月8日之间)来自由其名称“定位传感器A”标识的传感器设备的数据。

自动化系统AS的存储的上下文模型CM用于解析传感器的SPARQL查询中指定的URI，并且将其映射到表示其在历史数据源HDS处的位置的传感器ID，如图9中所示。图7、8、9图示了在图4中所示的例程的步骤S43中执行的查询映射的示例。

每个上下文属性(例如事件名称)对应于可由数据源接口返回的朴素数据值。在可能实施例中，时间戳约束被解析，按时间顺序排列并作为参数传递到数据源接口。在进一步的步骤S44中，可以判定接收到的查询是数据查询还是事件查询。如果判定接收到的查询是事件查询，那么在步骤S45中使用朴素数据值PDV从事件表ET读取事件数据。相反，如果在步骤S44中判定接收到的查询是数据查询，那么在步骤S46中从存储器3的历史数据源存储部3A获得朴素数据值PDV，而从历史数据源HDS读取时间系列数据TSD。

在进一步的步骤S47中，通过考虑扩展上下文来重新建立检索到的朴素数据值PDV的上下文信息。在步骤S47中，使用存储在存储器3的上下文模型存储部3D中的自动化系统的本体论上下文模型CM，来执行对在步骤S45、S46中检索到的查询数据或事件的情境化。因此，响应于图4中所示的接收到的语义查询在数据检索期间而不是如在常规方法中那样执行情境化或注释，在所述常规方法中在生成时间系列数据TSD之后立即执行情境化。在可能实施例中，返回的输出情境化数据或事件包括语义三重格式STF，特别是语义资源描述框架RDF三重格式。在步骤S48中以语义三重格式STF将创建的本体论上下文模型的实例返回到询问实体(例如，服务器5)。语义三重格式STF适合于集成到外部三重存储中。图10图示了响应于图8中所示的语义查询SQ而返回的情境化数据或事件。

图5图示了可以由根据本发明的方法和系统使用的示例性上下文模型CM。示例性上下文模型CM表示自动化系统AS的拓扑中的物理组件。在所示的示例中，上下文模型CM包括工业工厂的设备组件的层级结构加上属性和关系。自动化系统AS的本体论上下文模型CM表示自动化系统的组件，包括自动化系统AS的设备、组件的属性以及组件之间的关系。关系可以包括分类层级(子类)、位置相关性(例如一个资产是另一个资产的部分)或顺序依赖关系(例如，后续任务中涉及的多个资产)。用于本体论上下文模型CM的规范的知识源可以是例如产品生命周期管理PLM、制造执行系统MES以及遵循IEC 62264-1的标准装备模型的TIA门户。

图5图示了汽车制造过程中的生产线拓扑的上下文模型CM的自动化系统的示例，其包括简单的门装配单元，所述门装配单元被约束为包括至少一个夹持机器人。上下文模型CM可以使用标准语言(例如，Web本体论语言(OWL)或资源描述框架(RDF))来实现。结果，控制级数据可以容易地集成在其他应用(例如，ERP、MOM)中，所述其他应用被提供来监视或分析自动化系统的状态。

图6示意性地图示了由原始传感器数据形成的时间系列数据TSD的情境化以提供情境化数据。传感器数据可以采集自传感器设备或其他外部子系统。该数据包括诸如原始传感器数据的时间系列数据TSD。在另外的可能实施例中，采集到的数据还可以包括控制事件、警报和其他结构化或非结构化数据(例如消息，特别是文本消息)。接收到的数据可以根据相关上下文模型CM进行注释，所述相关上下文模型CM以标准本体论语言(例如，RDF或OWL)作为本体论而可获得。这可以通过以下来完成：显式地生成作为相应本体论(例如，三重)的实例的语义数据，或者将传感器设备的标识符链接到相应本体论中的对应概念，所述对应概念然后可以由查询处理器来解析。语义情境化传感器数据可以存储在历史数据源HDS(通过ID映射的注释)中，或者可替代地存储在三重存储(数据的直接注释)中。进入的数据(例如传感器数据)可以用于更新事件引擎的活动窗口，所述事件引擎在在活动窗口中连续地分析接收到的数据以便生成新事件。事件E的生成可以通过规范(特别是由事件检测规则EDR或事件检测模式限定的规范)来执行。一旦已经检测到事件E，就从存储部采集(如在上下文模型中限定的)对于事件所要求的联系信息。新检测到的事件也存储在存储部中。在可能实施例中，数据和存储部借助于语义查询处理器而可获得。该处理器执行针对语义上下文模型CM(例如SPARQL查询)制定的查询，并且检索相关数据。如果数据被直接存储为语义数据(例如，作为三重存储中的RDF)，那么查询可以被原生地执行，而如果数据被存储在朴素历史数据源中，那么接收到的查询必须基于上下文模型进行转译。

如图6中所示，通过控制装置本身来执行情境化。控制装置1可以被配置为判定哪个上下文可以被提供给某个外部实体，或者哪个上下文信息不应该被提供给外部系统实体。使用标准语言将显式形式语义添加到检索到的数据，使得第三方系统能够理解和解释检索到的数据，而无需专用的手动配置。显式形式语义使得能够重新使用商品分析库来进行数据解释，以例如检测复杂的事件帧。此外，显式形式语义允许动态地集成来自不同数据源或自动化系统组件的数据，从而使得能够实现即插即用概念并且减少配置工作量。此外，使用根据本发明的方法和装置的标准化上下文语言和接口使得能够实现与其他系统的互操作性。具有声明式模型的情境化基础设施使得能够实现自动化系统运行时期间的模型改变，而无需编译或停止自动化系统的自动化组件。自动化级的语义情境化进一步使得能够添加在较高级别上不可用的附加上下文信息。此外，根据本发明的系统支持外部上下文源(例如，服务报告、SIMATIC日志文件等)的集成。

可以独立于在其中安装控制装置1的自动化系统AS来提供由控制装置1执行的情境化。情境化可以由PLC供应商或自动化系统AS的系统提供商来实现。如上所说明的，冗余或低效的数据存储是不必要的。根据本发明的方法和装置允许即时数据集成。根据本发明的方法和装置进一步支持基于逻辑上下文模型的推理。例如，对一般概念的查询也会为更具体的数据返回合适的答案。例如，查询“给出所有传感器数据”将返回数据，所述数据还包含对于更具体查询“给出来自温度传感器的所有数据”的数据。

数据的存储和数据的检索的区别在于复杂的推理方式(例如，OWL 2 QL推理可以例如通过延长周期时间，来被集成到实时控制中而不损害实时行为)。在自动化系统AS的控制周期内执行数据存储，而无需额外的开销，而在控制周期之外的查询时间期间执行推理。根据本发明的方法和装置提供可以在任何自动化系统AS中使用的按需数据情境化。在优选实施例中，自动化系统AS是实时自动化系统，例如装配线或任何其他生产产品的生产设施。本发明提供了控制装置1内的时间系列数据TSD和/或事件数据的按需(即，查询驱动)情境化，以提供语义格式的情境化数据或事件。

Claims (23)

1.一种自动化系统（AS）的控制装置，所述控制装置（1）包括：

数据库（3），其适于在历史数据源（HDS）中存储时间系列数据（TSD），并且适于在事件数据源（EDS）中存储基于事件检测规则（EDR）从所述时间系列数据（TSD）导出的事件（E），

其中由所述控制装置（1）接收的语义数据或事件查询被映射到所述数据库（3）的对应数据源，以检索所查询的数据或事件，查询到的数据或事件使用存储在所述数据库（3）中的所述自动化系统（AS）的本体论上下文模型（CM）而被情境化，并且由所述控制装置（1）以语义格式输出。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述控制装置（1）是所述自动化系统（AS）的可编程逻辑控制器PLC。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其中所述可编程逻辑控制器PLC包括作为数据库（3）的用于至少一个历史数据源（HDS）和至少一个事件数据源的集成存储器。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其中所述集成存储器适于存储所述自动化系统（AS）的所述本体论上下文模型（CM）和/或所述事件检测规则（EDR）。

5.根据前述权利要求1-4之一所述的控制装置，其中使用所述自动化系统（AS）的所述本体论上下文模型（CM）来重写接收到的通用语义查询，以提供具有具体上下文的扩展语义查询（ESQ），其中所述扩展语义查询（ESQ）被转译为所述数据库（3）的对应数据源的查询语言，或其中语义查询被直接转译为所述数据库（3）的对应数据源的查询语言。

6.根据前述权利要求1-4之一所述的控制装置，其中所述数据库（3）的所述历史数据源（HDS）适于存储连接到所述控制装置（1）的至少一个自动化系统组件的时间系列数据（TSD）。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述至少一个自动化系统组件是所述自动化系统（AS）的传感器设备。

8.根据权利要求6所述的控制装置，其中所存储的时间系列数据（TSD）包括多个数据值，所述多个数据值中的每个数据值被提供有对应的时间戳和生成所述时间系列数据（TSD）的相应自动化系统组件的组件标识符。

9.根据前述权利要求1-4之一所述的控制装置，其中所述控制装置（1）适于从连接的自动化系统组件连续地收集时间系列数据（TSD），并且适于在所述自动化系统（AS）的每个实时控制周期内从收集到的时间系列数据（TSD）导出事件，以及适于将所述时间系列数据（TSD）和导出的事件写入所述数据库（3）的对应数据源中。

10.根据前述权利要求1-4之一所述的控制装置，其中基于所述事件检测规则（EDR）从收集到的时间系列数据（TSD）导出的每个事件（E）由特定的消息标识符表示，并且写入形成事件数据源（EDS）的事件表（ET）中。

11.根据前述权利要求1-4之一所述的控制装置，其中响应于接收到的语义查询，而基于作为所述本体论上下文模型（CM）的上下文实例的表示的本体论上下文模型（CM），来注释提供时间系列数据（TSD）和/或事件类型的自动化系统组件。

12.根据权利要求11所述的控制装置，其中所述语义数据或事件查询包括映射到所述数据库（3）的对应数据源（DS）的特定数据源位置的语义标识符。

13.根据前述权利要求1-4之一所述的控制装置，其中所述语义数据或事件查询由所述控制装置（1）从连接到所述控制装置（1）的服务器（5）接收，并且查询到的情境化数据或事件由所述控制装置（1）以语义三重格式（STF）返回到所述服务器（5）。

14.根据权利要求13所述的控制装置，其中接收到的语义数据或事件查询包括SPARQL查询，并且所返回的情境化数据或事件包括语义资源描述框架RDF三重格式。

15.根据前述权利要求1-4之一所述的控制装置，其中在所述自动化系统（AS）的在其中执行接收到的数据或事件查询的实时控制周期期间，所述数据库（3）的所述历史数据源和所述事件数据源被阻止，并且收集到的时间系列数据（TSD）和/或导出的事件（E）被临时存储在所述控制装置（1）的缓冲存储器中。

16.根据前述权利要求1-4之一所述的控制装置，其中所述自动化系统（AS）的所述本体论上下文模型（CM）表示包括所述自动化系统（AS）的设备的所述自动化系统（AS）的组件、所述组件的属性和所述组件之间的关系。

17.一种自动化系统（AS），包括：

根据前述权利要求1-15之一的至少一个控制装置（1），以及

连接到所述控制装置（1）的向所述控制装置（1）供应时间系列数据（TSD）的至少一个自动化系统组件。

18.根据权利要求17所述的自动化系统，其中所述控制装置（1）连接到外部服务器（5），所述外部服务器（5）将语义数据或事件查询发送到所述控制装置（1），所述控制装置（1）被配置为执行接收到的数据或事件查询，并且以语义格式将查询到的数据或事件返回到所述外部服务器（5）。

19.根据权利要求17或18所述的自动化系统，其中所述自动化系统组件包括所述自动化系统（AS）的传感器设备。

20.根据权利要求18所述的自动化系统，其中所述外部服务器（5）能访问所述自动化系统（AS）的本体论上下文模型（CM）。

21.根据权利要求20所述的自动化系统，其中存储在所述控制装置（1）的所述数据库（3）中的数据源不是情境化数据源。

22.一种用于从自动化系统（AS）的控制装置（1）语义检索数据或事件的方法，包括以下步骤：

（a）由所述控制装置（1）接收（S1）语义数据或事件查询；

（b）将接收到的语义数据或事件查询映射（S2）到存储在所述控制装置（1）的数据库（3）中的对应数据源，以检索所查询的数据或事件，其中所述数据库（3）适于在历史数据源（HDS）中存储时间系列数据（TSD），并且适于在事件数据源（EDS）中存储基于事件检测规则（EDR）从所述时间系列数据（TSD）导出的事件（E）；

（c）使用所述自动化系统（AS）的本体论上下文模型（CM）来执行（S3）对查询到的数据或事件的情境化；以及

（d）由所述控制装置（1）以语义格式输出（S4）情境化数据或事件。

23.根据权利要求22所述的方法，其中使用所述自动化系统（AS）的所述本体论上下文模型（CM）来重写接收到的语义数据或事件查询，以提供具有具体上下文的扩展语义查询（ESQ），其中所述扩展语义查询（ESQ）被转译为所述控制装置（1）的所述数据库（3）的对应数据源的查询语言，或其中接收到的语义查询被直接转译为所述控制装置（1）的所述数据库（3）的对应数据源的查询语言。