CN107209490A - 供在工业控制环境中使用的控制层应用的供应 - Google Patents

Abstract

控制层自动化设备包括处理器、一个或多个控制层应用、数据库、无线接口、设备存储器。每个控制层应用被配置成执行一组分立的自动化功能。数据库包括多个操作者设备标识符，并且无线接口允许所述一个或多个控制层应用经由所述多个操作者设备标识符与多个操作者设备通信。设备存储器包括所述一个或多个控制层应用。控制层应用管理器被配置成管理所述一个或多个控制层应用在处理器上的执行。

Description

供在工业控制环境中使用的控制层应用的供应

技术领域

本发明一般地涉及用于供应供在工业自动化环境中使用的软件应用（“app”）的系统、方法和装置。可以应用所公开的技术以例如使得能够在诸如可编程逻辑控制器和现场设备之类的控制层设备上使用软件app。

背景技术

控制层设备是用于工业环境中的专门自动化设备。控制层设备的两个示例是可编程逻辑控制器（PLC）和现场设备。PLC被配置成执行连续地收集关于输入设备的状态的数据以控制输出设备的状态的软件。PLC通常包括三个主要组件：处理器（其包括易失性存储器）、包括应用程序的非易失性存储器，以及用于连接到自动化系统中的其它设备的一个或多个输入/输出（I/O）端口。现场设备基于来自PLC的指令执行例如机械或电气操作。现场设备的示例包括阀、开关、传感器（例如温度、压力和/或流率）和发射器。现场设备中包括的确切组件将取决于其意图的功能。

有效地操作和维护工业自动化系统的一个挑战是这些系统传统上非常不灵活。例如，一旦已经安装和配置了控制层现场设备，就难以修改它们的行为和操作。控制层设备中的灵活性的缺乏一般地限制了设备所有者可以执行的定制的水平。例如，设备所有者可以购买被编程成执行某些功能的若干控制层设备。随着时间的推移，设备所有者可能希望基于所有者的业务的需要以及其它新的或改变的客户需求对该功能进行修改或扩展。关于常规系统，设备专家（例如，工程师）必须重新设计设备软件以执行所设计的功能。此外，由于缺乏在控制层设备上提供的稳健的工程工具，诊断和解决控制层处的系统错误状况是有挑战性的。

发明内容

本发明的实施例通过提供与被配置成执行一个或多个分立的软件应用的控制层设备相关的方法、系统和装置来解决和克服上面的缺点和缺陷中的一个或多个，所述软件应用在本文中称为“控制层应用”，其扩展了设备的功能。例如，可以如设备所有者期望的那样添加或移除控制层应用。在一些实施例中，可以使用市场服务器来浏览和下载供在相应的控制层设备上使用的附加控制层应用。本文中描述的技术特别良好地适用于但不限于各种工业自动化设置。

根据一些实施例，控制层自动化设备包括处理器、一个或多个控制层应用、数据库、无线接口、设备存储器。每个控制层应用被配置成执行一组分立的自动化功能。所述一个或多个控制层应用可以包括例如至少一个接口应用，其被配置成呈现包括关于操作者设备的状态信息的图形用户接口。数据库包括多个操作者设备标识符，并且无线接口允许所述一个或多个控制层应用经由所述多个操作者设备标识符与多个操作者设备进行通信。设备存储器包括所述一个或多个控制层应用。控制层应用管理器被配置成管理所述一个或多个控制层应用在处理器上的执行。

可以在不同的实施例中对上述控制层自动化设备进行各种增强、修改和/或调整。例如，在一个实施例中，控制层应用管理器还被配置成：接收针对控制层应用中不可用的功能的请求；标识提供所述功能的所述新的控制层应用；并经由市场客户端从市场服务器检索所述新的控制层应用。在一些实施例中，控制层应用管理器被配置成自主地标识和检索所述新的控制层应用。

上述控制层自动化设备的一些实施例包括多个隔离的计算环境，其中每个隔离的计算环境为控制层应用中的一个提供运行时计算资源。在一个实施例中，所述多个隔离的计算环境中的每个包括设备存储器的分立部分。在另一实施例中，隔离的计算环境中的每个限制用于使相应控制层应用与所述多个操作者设备进行通信的网络访问。

在不同的实施例中，上述控制层自动化设备还可以包括附加组件。例如，在一些实施例中，设备还包括市场客户端，其被配置成与市场服务器通信以下载所述一个或多个控制层应用。在另一实施例中，设备包括实时调度器，其被配置成调度控制层应用的处理以促进处理器上的实时或接近实时的执行。在另一实施例中，控制层自动化设备包括对等设备接口，其被配置成将与所述一个或多个控制层应用相关联的第一数据传输到第一外部控制层自动化设备，以及从第二外部控制层自动化设备接收与一个或多个外部控制层应用相关联的第二数据。

根据本申请中描述的其它实施例，用于管理控制层应用的方法包括控制层自动化设备执行多个控制层应用，其中每个控制层应用被配置成执行一组分立的自动化功能。控制层自动化设备从所述多个控制层应用中包括的第一控制层应用接收通知事件，并且标识与通知事件相关联的操作者设备。控制层自动化设备基于通知事件生成消息，所述消息然后被传输到操作者设备。

可以对用于管理控制层应用的上述方法进行各种增强、修改和/或调整。例如，在一个实施例中，方法还包括控制层自动化设备接收用以修改与第一控制层应用相关联的一个或多个设备设置的请求并基于该请求修改设备设置。在其它实施例中，控制层自动化设备维护提供不同的运行时计算资源的每个隔离的计算环境，其中所述多个控制层应用中的每个在所述多个隔离的计算环境中包括的分立的隔离的计算环境中执行。隔离的计算环境可以包括例如与控制层自动化设备相关联的设备存储器的分立部分。在一个实施例中，隔离的计算环境中的每个限制用于使相应控制层应用与外部设备进行通信的网络访问。

根据本申请中描述的其它实施例，用于管理控制层应用的方法包括控制层自动化设备维护区分运行时计算资源的多个隔离的计算环境并且在隔离的计算环境中执行控制层应用，其中每个控制层应用被配置成执行一组分立的自动化功能。控制层自动化设备调度所述多个控制层应用的处理，以促进与控制层自动化设备相关联的处理器上的实时或接近实时的执行。在上述方法的一些实施例中，控制层自动化设备基于接收到的请求修改与所述多个控制层应用中包括的第一控制层应用相关联的一个或多个设备设置。在一些实施例中，设备（例如，从控制层自动化设备外部的操作者设备）接收针对所述多个控制层应用中不可用的功能的请求。设备标识提供所述功能的新的控制层应用，然后可以例如从市场服务器检索所述新的控制层应用。在一个实施例中，控制层自动化设备促进用于支付所述新的控制层应用的与市场服务器的交易。

根据参考附图进行的说明性实施例的以下详细描述，将使得本发明的附加特征和优点显而易见。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述最好地理解本发明的前述和其它方面。出于说明本发明的目的，在附图中示出了目前优选的实施例，然而应当理解，本发明不限于所公开的特定手段。附图中包括以下各图：

图1A提供根据本发明的一些实施例的可以如何将控制层应用整合到自动化系统中的图示；

图1B提供根据本发明的一些实施例的可以如何将控制器设计成支持控制层应用的概念视图；

图2提供根据本发明的一些实施例的可以如何开发控制层应用并将其整合到生产环境中的概观；

图3提供根据本发明的一些实施例的控制层应用整合开发环境（IDE）的示例；

图4示出了使用不利用控制层应用的常规自动化系统对罐装机故障警报进行响应的示例过程；

图5示出了根据本发明的一些实施例的使用包括控制层应用的系统对罐装机故障警报进行响应的示例过程；以及

图6提供根据本发明的一些实施例的图示控制层应用的使用的示例过程。

具体实施方式

本文中描述了一般地涉及软件应用的系统、方法和装置，所述软件应用被下载到控制层自动化设备以执行通常在这样的设备中找不到的一组特定功能。更具体地，本文中称为“控制层应用”的这些应用是被设计成执行对自动化系统中当前可用的功能进行补充、扩展或替换的功能的软件片段或自包含程序。可以将本文中描述的技术应用于使用控制系统的多种设置中，所述多种设置包括但不限于工业生产环境。

图1A提供根据本发明的一些实施例的可以如何将控制层应用整合到自动化系统100中的图示。此示例在概念上将工业环境划分成生产层105、控制层110和IT层115。在常规系统中，大多数数据处置功能以及制造执行系统（MES）中的其它功能（诸如分析、工作流程和资产管理）在IT层115处执行。然而，使用本文中描述的技术，控制层应用被安装在控制层设备处，以将这些数据处置功能中的许多功能向下推送到控制层110。在图1的示例中，控制层设备包括两个控制器110E和110F以及八个现场设备110A、110B、110C、110D、110G、110H、110I和110J。作为控制层设备，这些控制器和现场设备可以用于直接在设备上执行分立的自动化功能（例如，工程化），由此增加它们相应的机器和过程效率。

简略地，从生产单元（例如，单元105A、105B、105C和105D）接收的数据由控制层设备传送到IT层115。IT层115包括执行各种后处理和存储任务的系统。图1的示例包括监督控制和数据获取（SCADA）服务器（或网关）组件115A。此组件115A允许操作者远程监视和控制在控制层110和生产层105处的设备。此外，SCADA服务器组件115A收集来自下层105、110的数据，并处理信息以使其可用于统一工厂知识仓库115B。统一工厂知识仓库115B提供对从下层105、110接收的数据的进一步处理和存储。统一工厂知识仓库115B可以提供各种功能。例如，在一些实施例中，统一工厂知识仓库115B包括用于基于由下层105、110生成的数据来支持商业分析115C的功能。

控制层110处的设备中的一个或多个被配置成执行控制层应用。这些应用可以执行各种功能。可以由控制层应用执行的示例功能包括与产品工程、生产工程、委托（commissioning）、感测/动作、控制、监视、优化、协作、诊断和商业智能中的一个或多个相关的任务。例如，在一些实施例中，每个控制层设备包括提供板载工程工具的控制层应用，所述板载工程工具允许用户在不需要工作站工程程序的情况下进行基本配置和工程。另外，因为这些应用在控制层处进行操作，所以它们可以利用通常在较高层处不可用的数据。例如，在一些实施例中，控制层应用可以使用诸如控制知识、环境状况和服务发生率之类的附加背景维度来丰富数据。这允许根据数据分析做出具有较高置信度和质量的洞察。附加背景维度也可能产生新的洞察。在一些实施例中，控制层应用中的每个针对自动化系统中的数据使用语义数据表示语言和/或标准，以便以最小的努力与系统100的其它组件整合。在一些实施例中，控制层应用还可以在系统100内部和外部二者提供分布式数据共享，其与大数据基础设施整合。

图1B提供根据本发明的一些实施例的可以如何将控制器110F设计成支持控制层应用的概念视图。应当注意，这仅是示例，并且该一般设计可以适用于包括控制器110E的自动化系统100中的其它设备。

市场组件110F1被配置成从托管控制层应用的外部市场服务器下载控制层应用。下载可以由诸如维护工程师之类的用户发起。例如，市场组件110F1可以提供图形用户接口（GUI），其允许用户查看和下载在服务器上可用的控制层应用。另外，在一些实施例中，下载由控制器110F自动地执行。因此，如果控制器110F确定它要求特定的控制层应用来执行操作，则它可以自主地使用市场组件110F1来下载所述特定的控制层应用。下载的应用被存储在App储存库110F3（例如，控制器110F的非易失性存储器的指定部分）中。

继续参考图1A，控制器110F包括两个运行时环境：隔离的App运行时环境110F2和一般的PLC运行时环境110F5。控制层应用在隔离的App运行时环境110F2中执行，与一般的PLC运行时环境的操作沙箱化（sandboxed）。隔离的App运行时环境110F2为在控制器110F上执行的每个控制层应用提供一组分立的运行时计算资源。例如，控制器110F包括在每个处理/扫描周期中基于与生产设备相关联的数据（例如，连接的I/O的输入和输出）更新的易失性存储器（图1A中未示出）。在一些实施例中，隔离的App运行时环境110F2包括此易失性存储器的分立部分，专用于特定控制层应用。此概念还可以扩展到PLC的非易失性存储器系统，向每个控制层应用分配存储器空间的特定部分。此外，隔离的App运行时环境110F2可以限制用于使相应控制层应用与一个或多个特定操作者设备进行通信的网络访问。因此，可以限制控制层应用以意想不到的方式与外部设备进行通信，以避免诸如重度通信负荷或网络安全问题之类的问题。

App管理器110F4被配置成管理控制层应用在控制器110F上的执行。在一些实施例中，App管理器110F4包括实时调度器，其被配置成调度控制层应用的处理以促进在控制器110F处理器上的实时或接近实时的执行。App管理器110F4还可以记录诸如与在控制器110F上执行的控制层应用相关联的事件之类的信息。此信息可以例如由工程师使用以提供对关于控制器110F的问题的初始分析。此外，App管理器110F4可以使得用户能够间接地或直接地使用无线网络连接（例如，经由Wi-Fi或蓝牙）连接到控制器110F。使用此连接，用户的设备可以检索和显示图形用户接口（GUI），其使得用户能够查看状态信息并修改与控制器110F或控制器110F所使用的控制层应用相关联的配置设置。在一些实施例中，以允许跨设备兼容性的良好支持的格式（例如，HTML）递送GUI。

图2提供根据本发明的一些实施例的可以如何开发控制层应用并将其整合到生产环境215中的概观200。图2中图示的示例被划分成三个位置：应用开发环境205、应用托管环境210和生产环境215。这三个位置205、210、215经由网络220连接。网络220可以使用多种硬件平台和通信工具来实现。例如，网络220可以单独地或组合地使用IEEE 802.3（以太网）或IEEE 802.11（无线）联网技术来实现。在一些实施例中，使用因特网来实现网络220。在其它实施例中，例如在安全可能是关注点的情况下，网络220可以是公司内联网。

控制层应用由应用开发者在诸如图1中的应用开发环境205之类的开发环境中创建。控制层应用的一个益处是它们允许一些程序员（从具有长的开发自动化软件的历史的良好建立的公司到正在开发他们的第一个自动化项目的独立开发者）创建供在生产环境215中使用的软件。在应用开发环境205内操作的应用开发者205A可以以多种方式开发用于生产环境215的应用。例如，在一些实施例中，可以使用常规的基于标准的编程语言（例如，C、C++、Java等）来开发控制层应用。在其它实施例中，可以使用诸如继电器导出的梯形逻辑之类的专门技术。另外，在一些实施例中，应用开发者205A可以使用下面更详细描述的控制层应用整合开发环境（IDE）210A。

应用托管环境210提供用于创建、管理和托管控制层应用的功能。在图2的示例中，应用托管环境210包括两个组件：控制层应用IDE 210A和控制层应用市场210B。应用托管环境210连接到网络220以为开发者、最终用户、维护工程师、设备操作者以及与各种生产环境交互的其它人提供控制层应用的集中式资源。

控制层应用IDE 210A提供用于创建和维护控制层应用的功能。此IDE 210A可以提供例如允许应用开发者205A快速开发用于生产环境215的应用的工具、文档和源代码。在一些实施例中，IDE 210A还可以包括用于测试和调试应用代码的功能。以下参考图3更详细地描述控制层应用IDE 210A的一个示例。在一些实施例中，使用基于云的模型来实现控制层应用IDE 210A，在基于云的模型中开发者与托管IDE 210A的基于web的服务器接口连接。在其它实施例中，将IDE的一部分或全部下载并安装在应用开发者205A的计算机上，从而允许对控制层应用的本地开发。

控制层应用市场210B使控制层应用（例如，经由下载）对用户可用。在一些实施例中，控制层应用市场210B包括基于web的存储接口，其中用户可以浏览不同类别的控制层应用，查看关于每个控制层应用的描述信息，并且获取控制层应用。控制层应用市场210B还可以向每个控制层应用提供诸如评论或评级之类的信息。在一个实施例中，控制层应用市场210B还处置与获取控制层应用相关联的任何金融交易。例如，应用开发者205A可以为上传到控制层应用市场210B的每个控制层应用设置价格。在购买应用开发者205的一个应用时，控制层应用市场210B将向应用开发者205A发送资金。表示由于控制层应用市场210B而产生的委托费用的资金的一部分可在传输至应用开发者之前由控制层应用市场210B自动地扣除。在一些实施例中，控制层应用市场210B可以包括安全相关的功能。例如，在一个实施例中，控制层应用市场210B通知最终用户（例如，操作者或维护工程师）控制层应用被发现包括恶意软件或关键错误。最终用户可以稍后从操作角度安全地禁用或移除该应用。

在生产环境215下，在控制层设备上安装和使用控制层应用。在图2的示例中，示出了三个这样的设备：两个控制器215A和215B，以及两个现场设备215C和215D。已经从图2省略可以存在于生产环境215中的其它设备（例如，生产设备和IT层设备）。每个控制层设备215A、215B、215C、215D包括一个或多个控制层应用。一些特定的控制层应用可以安装在生产环境215中的所有设备上。例如，在图2中，控制层应用215A1、215B1、215C1和215D1都以类似的图案示出以说明它们提供类似的功能。这样的实现策略可以例如用于监视或分析跨生产环境215安装的应用。

生产环境215中的每个设备可以具有它自己独特的应用集合。例如，控制器215A包括未安装在控制器215B上的两个应用215A2和215A3。类似地，控制器215B包括未安装在控制器215A上的应用215B2。因此，可以基于系统的期望功能来独特地配置每个设备。作为另一示例，现场设备215C包括未安装在现场设备215D上的控制层应用215C2。控制层应用215C2可以提供可能不兼容的功能。例如，如果现场设备215C是饮料调味设备系统的部分，则控制层应用215C2可以提供与开发特定风味组合相关的功能。如果另一现场设备215D是不同类型的设备系统（例如，混合器）的部分，则调味应用的功能可能是无意义的。因此，可以从现场设备215D省略此控制层应用215C2。

在一些实施例中，安装在控制层设备215A、215B、215C和215D上的控制层应用允许现场维护工程师215E执行诸如控制层设备215A、215B、215C和215D的管理、维护和/或监视之类的功能。例如，在一些实施例中，控制层设备215A、215B、215C和215D中的每个包括联网功能，其允许设备与由现场维护工程师215E操作的无线设备215F（例如，平板计算机）（直接或间接地）通信。因此，现场维护工程师215E可以直接与生产环境215内的控制层设备215A、215B、215C和215D进行交互并修改所述控制层设备215A、215B、215C和215D。继续饮料调味系统的示例，现场维护工程师215E可以使用无线设备215F来修改用于每个饮料的原料的比例。替代地，现场维护工程师215E可以安装全新的应用以提供在系统中不可用的新的调味组合。在一些实施例中，现场维护工程师215E可以直接利用无线设备215F执行关于设备215A、215B、215C和215D的许多（如果并非所有）配置和维护操作，即使现场维护工程师215E紧密接近设备215A、215B、215C和215D。此外，在一些实施例中，工程师甚至可以通过诸如因特网或公司内联网之类网络在场外执行这样的操作。这可能与常规系统形成对照，在常规系统中系统行为的修改要求工程师在场诊断问题，并且然后去场外开发解决方案的源代码，然后必须将源代码带回现场用于安装。因此，安装在控制层设备215A、215B、215C和215D上的控制层应用提高了工程师215E的总效率，并允许生产环境215作为整体更有生产力。

对于图2中呈现的示例，应当注意，在较大的工厂中，上面参考现场维护工程师215E描述的任务中的一个或多个可以替代地由操作者使用本文中描述的技术来执行。操作者的作用是确保生产过程产生期望的产品，而维护工程师的作用只是为了确保工厂装备正在适当地工作。操作者类似于汽车的驾驶员，而维护工程师类似于车间技工/技师。

图3提供了根据本发明的一些实施例的控制层应用IDE 300的示例。此示例被划分成两个元件：应用管理平台305和应用开发平台310。应当注意，在此示例中各种功能项的划分和命名仅是为了说明。例如，在一些实施例中，各种元件可以被组合或分离成不同的元件以提供用于控制层应用IDE 300的替代设计。

应用管理平台305执行与新的控制层应用的创建和发布以及现有控制层应用的配置和管理相关的任务。在图3的示例中，应用管理平台305包括数据接收器组件305A，其处置与从诸如例如应用开发平台310之类的外部组件接收数据相关的活动。在一些实施例中，数据接收器组件305A包括具有允许到应用管理平台305中的直接函数调用的公共定义的应用编程接口（API）的软件。在其它实施例中，数据接收器组件305A可以提供用于将控制层应用上传到应用管理平台305的简单接口。例如，在一个实施例中，数据接收器组件305A提供具有用于选择和上传来自远程机器的控制层应用的输入框的web页面。

应用管理平台305可操作地耦合到应用开发平台310，其包括用于创建控制层应用的工具。在一些实施例中，此平台被实现为开发者可以在其计算机上安装和利用的独立可执行文件。在其它实施例中，平台310包括可由应用开发者下载并在本领域中已知的其它开发环境（诸如例如从Eclipse Foundation发布的IDE）中利用的库的集合。在其它实施例中，应用开发平台310可以完全基于云，在远离应用开发者的服务器上操作，并且通过web浏览器接口或其它基于web的工具可访问。

此应用开发平台310包括控制层应用构建器组件310A。此组件310A可以包括例如源代码编辑器、用于自动构建应用的工具以及调试器。应用开发平台310还包括允许在应用管理平台305上发布应用的发布组件310B。在一些实施例中，发布组件310B简单地处置所完成的应用到应用管理平台305的通信。在其它实施例中，发布组件310B可以提供诸如格式化、测试、核实和/或验证控制层应用之类的附加功能。例如，如下面更详细地解释的，应用管理平台305可以包括用于在仿真环境中测试控制层应用的行为的功能。因此，在一些实施例中，发布组件310B可以处置诸如对应用进行预处理和创建仿真所要求的任何输入之类的功能。并且，发布组件310B可以接收并处理仿真的结果以用于例如经由控制层应用构建器组件310A进行显示。

一旦被上传到应用管理平台305，控制层应用可以由仿真组件305C在仿真自动化环境中进行测试。例如，在一些实施例中，仿真组件305C提供图形仿真环境，其中逻辑和物理组件驻留在三维图形工作空间中，并且可以以特别（ad hoc）的方式来编辑、修改和执行。仿真组件可以基于控制层应用本身来自动地创建组件，或者替代地，应用开发者可以在开发过程期间与仿真组件305C进行交互以交互地创建和测试组件的各种配置。一旦开发者对仿真的反应感到满意，仿真组件305C就可以向开发者提供基于仿真创建控制层软件应用的选项。因此，以此方式，仿真组件305C可以被视为用以对控制层应用进行编程的在控制层应用构建器组件310A中提供的工具的扩展。

一旦控制层应用准备好在生产环境中执行，就可以使用市场接口组件305D来执行市场所要求的任何预处理，并且完成将控制层应用的代码上传到托管市场的服务器的过程。可以由市场接口组件305D执行的预处理的示例包括病毒检查、错误检查、跨特定的市场要求集合的验证，以及关于控制层应用的描述信息的生成。配置组件305B可以用于配置已经上传到市场服务器的现有控制层应用。例如，应用开发者可以使用应用开发平台来经由配置组件305B推送现有控制层应用的更新或设置改变。

图4和图5提供了图示在工业设置中利用控制层应用的一些益处的示例场景。图4示出了使用不利用控制层应用的常规自动化系统对罐装机故障警报进行响应的示例过程400。在405处，现场设备传感器检测到盖子不在适当的位置。接下来，在410处，与现场设备传感器相关联的PLC检测到有盖子堵塞并发出警报。在415处，PLC将罐装机置于“停止”模式中，从而停止所有操作。然后，在420处，系统中的人机接口（HMI）单元在图形用户显示器中显示警报信息并发出声音警报。听到警报，在425处，操作者去往最近的HMI站以获得警报信息。在430处，操作者确认警报，其在435处使HMI单元将警报静音同时以稳定模式持续地显示它。接下来，在440处，操作者重启罐装机并清除HMI处的警报。然后，在445处，HMI从显示器删除警报，并且正常的操作可以继续。关于此过程400要注意几件事情。例如，操作者直接参与警报创建阶段，因为操作者必须明确地确认警报。并且，操作者必须行进至HMI单元。取决于操作者距HMI单元的距离，这可能花费若干分钟，在其期间系统的其余部分可能处于不安全状态中。此外，请注意，在该场景下，所有HMI单元都发出声音和视觉警报。因此，整个生产环境的操作可能被干扰，直到解决错误状况。

图5示出了根据本发明的一些实施例的使用包括控制层应用的系统对罐装机故障警报进行响应的示例过程500。过程500的前三个步骤类似于图4中示出的前三个步骤。因此，在505处，现场设备传感器检测到盖子为不在适当的位置。接下来，在510处，相应的PLC检测到有盖子堵塞并发出警报。然后，在515处，PLC将罐装机置于停止模式中。

与图4中图示的过程400不同，图5中示出的过程500包含编程有故障检测功能的控制层应用（在图5中称为“故障检测App”）。此控制层应用可以例如在与现场设备传感器相关联的PLC上操作。在520处，HMI单元向控制层应用发送警报信息。接下来，在525处，控制层应用确定关于哪个罐装机已经停止的信息，其包括机器的物理位置。基于此信息，在530处，控制层应用确定哪些操作者最接近于停止的机器，并且在535处，控制层应用向这些操作者通知该警报。在此示例中，经由相应操作者的移动设备执行通知。例如，在一些实施例中，操作者利用具有应用安装在其中的移动设备，其与控制层应用无线地（例如，经由蓝牙或Wi-Fi网络）通信。在接收到通知时，操作者的设备可以显示视觉警告和/或产生声音警报以使操作者注意到通知。在其它实施例中，其它通信技术可以用于控制层应用。例如，控制层应用可以被给予操作者的电话号码，并向操作者发送具有警报信息的文本消息警告。因此，操作者可能不需要在他或她的设备上安装任何附加软件。

继续参考图5，在540处，操作者在他或她的移动设备上确认警报，而在545处，（一个或多个）HMI单元以稳定模式持续地显示警报。接下来，在550处，操作者重启装罐机并从移动设备清除警报。可以使用各种技术用于在设备上确认和清除警报。例如，在使用定制应用的情况下，操作者可以对警告执行基于触摸的操作（例如，轻敲、滑动等）。继而，这可能使得定制应用向HMI单元发送消息。替代地，在采用基于文本消息的通知系统的情况下，操作者可以通过可能以特定关键词（例如，“确认”或“清除”）对文本消息进行响应来确认或清除警报。在555处，一旦HMI单元从操作者接收到清除警报的消息，单元就从显示器删除警报。

图6提供了根据本发明的一些实施例的图示控制层应用的使用的示例过程600。为了说明，此场景考虑包括控制器的自动化环境，所述控制器利用填充阀、放泄阀以及分别针对水箱（tank）上限和水箱下限的两个传感器来控制水箱。在605处，执行控制器上的初始app部署以安装诊断控制层应用（本文中称为“诊断App”）。此部署可以例如在第一次上电期间执行。在610处，诊断App针对故障对水箱的操作进行监视。

接下来，在615处，控制器启动填充程序，并且水箱上升到关键水位。在620处，诊断App检测到故障，并使控制器进入安全状态。接下来，在625处，控制器确定需要通知维护工程师，但是其缺少这样做的功能。因此，在630处，控制器使用其市场客户端组件来联系市场服务器以下载用于执行维护调度的控制层应用（“维护调度器App”），然后将其安装。在其它实施例中，图6中未描述，控制器而不是调度维护可以被配置成直接联系维护工程师。

继续参考图6，在630处安装了维护调度器App的情况下，维护调度器App连接到IT后勤部门（back office）维护日程表（例如，制造执行系统、企业资源计划）。接下来，在635处，基于诸如例如关键性、生产调度和可用性之类的因素来调度维护事件。然后，在640处，通知维护工程师。然后，维护工程师可以通过连接到控制器并打开控制器的app管理器（参见图1A）来检查最近事件以执行错误纠正。取决于所显示的事件，工程师可以请求控制器的市场客户端下载板载工程控制层应用（“板载工程App”）以检测和纠正问题。最后，维护工程师可以利用板载工程App来重启系统。

本文中描述的如由控制层设备使用的处理器可以包括一个或多个中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）或本领域中已知的任何其它处理器。更一般地，如本文中使用的处理器是用于执行存储在计算机可读介质上的机器可读指令以用于执行任务的设备，并且可以包括硬件和固件中的任何一个或组合。处理器还可以包括存储可执行以用于执行任务的机器可读指令的存储器。处理器通过操纵、分析、修改、转换或传输供由可执行过程或信息设备使用的信息和/或通过将信息路由到输出设备来对信息进行动作。处理器可以使用或包括例如计算机、控制器或微处理器的能力，并且可以使用可执行指令进行调节以执行不由通用计算机执行的专用功能。处理器可以与使得能够实现其间的交互和/或通信的任何其它处理器（电气地和/或作为包括可执行组件）耦合。用户接口处理器或生成器是包括电子电路或软件或二者的组合以用于生成显示图像或其部分的已知元件。用户接口包括一个或多个显示图像，其使得用户能够与处理器或其它设备进行交互。

本文中描述的包括但不限于控制层设备和相关的计算基础设施的各种设备可以包括用于保持根据本发明的实施例编程的指令以及用于包含本文中描述的数据结构、表格、记录或其它数据的至少一个计算机可读介质或存储器。如本文中使用的术语“计算机可读介质”指的是参与向一个或多个处理器提供指令以用于执行的任何介质。计算机可读介质可以采取许多形式，包括但不限于非瞬时、非易失性介质，易失性介质和传输介质。非易失性介质的非限制性示例包括光盘、固态驱动器、磁盘和磁光盘。易失性介质的非限制性示例包括动态存储器。传输介质的非限制性示例包括同轴电缆、铜线和光纤，其包括组成系统总线的电线。传输介质还可以采取声波或光波的形式，所述声波或光波诸如在无线电波和红外数据通信期间生成的那些。

如本文中使用的，可执行应用包括代码或机器可读指令，用于调节处理器以例如响应于用户命令或输入而实现预定功能，诸如操作系统、背景数据获取系统或其它信息处理系统的那些预定功能。可执行过程是用于执行一个或多个特定过程的代码或机器可读指令的部分、子例程或代码的其它不同区段或可执行应用的部分。这些过程可以包括接收输入数据和/或参数、对接收的输入数据执行操作和/或响应于接收到的输入参数执行功能，以及提供得到的输出数据和/或参数。

如本文中使用的，图形用户接口（GUI）包括一个或多个显示图像，其由显示处理器生成并使得能够实现用户与处理器或其它设备的交互以及关联的数据获取和处理功能。GUI还包括可执行过程或可执行应用。可执行过程或可执行应用调节显示处理器以生成表示GUI显示图像的信号。这些信号被供应给显示图像以供用户观看的显示设备。处理器在可执行过程或可执行应用的控制下响应于从输入设备接收的信号来操纵GUI显示图像。以此方式，用户可以使用输入设备与显示图像交互，得能够实现用户与处理器或其它设备的交互。

本文中的功能和过程步骤可以自动地、全部地或部分地响应于用户命令而被执行。自动地执行的活动（包括步骤）在没有用户直接发起活动的情况下响应于一个或多个可执行指令或设备操作而被执行。

各图的系统和过程不是排他性的。可以根据本发明的原理导出其它系统、过程和菜单以实现相同的目的。虽然已经参考特定实施例描述了本发明，但是应当理解，本文中示出和描述的实施例和变化仅用于说明目的。本领域技术人员可以实现对当前设计的修改而不脱离本发明的范围。如本文中描述的，可以使用硬件组件、软件组件和/或其组合来实现各种系统、子系统、代理、管理器和过程。除非明确地使用短语“用于……的部件”来记载元件，否则不根据35 U.S.C. 112第六段的规定来解释本文中的权利要求元件。

Claims (20)

1.一种控制层自动化设备，包括：

处理器；

一个或多个控制层应用，每个控制层应用被配置成执行一组分立的自动化功能；

数据库，其包括多个操作者设备标识符；

无线接口，其允许所述一个或多个控制层应用经由所述多个操作者设备标识符与多个操作者设备通信；

设备存储器，其包括所述一个或多个控制层应用；以及

控制层应用管理器，其被配置成管理所述一个或多个控制层应用在所述处理器上的执行。

2.如权利要求1所述的控制层自动化设备，还包括：

市场客户端，其被配置成与市场服务器通信以下载所述一个或多个控制层应用。

3.如权利要求2所述的控制层自动化设备，其中所述控制层应用管理器还被配置成：

接收针对在所述一个或多个控制层应用中不可用的功能的请求；

标识提供所述功能的新的控制层应用；以及

经由所述市场客户端从所述市场服务器检索所述新的控制层应用。

4.如权利要求3所述的控制层自动化设备，其中所述控制层应用管理器被配置成自主地标识和检索所述新的控制层应用。

5.如权利要求1所述的控制层自动化设备，其中所述一个或多个控制层应用包括至少一个接口应用，其被配置成呈现包括关于操作者设备的状态信息的图形用户接口。

6.如权利要求1所述的控制层自动化设备，还包括：

多个隔离的计算环境，每个隔离的计算环境为所述控制层应用中的不同的控制层应用提供运行时计算资源。

7.如权利要求6所述的控制层自动化设备，其中所述多个隔离的计算环境中的每个包括所述设备存储器的分立部分。

8.如权利要求6所述的控制层自动化设备，其中所述多个隔离的计算环境中的每个限制用于使相应的控制层应用与所述多个操作者设备进行通信的网络访问。

9.如权利要求1所述的控制层自动化设备，还包括：

实时调度器，其被配置成调度所述一个或多个控制层应用的处理以促进所述处理器上的实时或接近实时的执行。

10.如权利要求1所述的控制层自动化设备，还包括：

对等设备接口，其被配置成：

向第一外部控制层自动化设备传输与所述一个或多个控制层应用相关联的第一数据，并且

从第二外部控制层自动化设备接收与一个或多个外部控制层应用相关联的第二数据。

11.一种用于管理控制层应用的方法，所述方法包括：

由控制层自动化设备执行多个控制层应用，每个控制层应用被配置成执行一组分立的自动化功能；

由所述控制层自动化设备从所述多个控制层应用中包括的第一控制层应用接收通知事件；

由所述控制层自动化设备标识与所述通知事件相关联的操作者设备；

由所述控制层自动化设备生成基于所述通知事件的消息；以及

由所述控制层自动化设备将所述消息传输到所述操作者设备。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：

由所述控制层自动化设备接收用以修改与所述第一控制层应用相关联的一个或多个设备设置的请求；以及

由所述控制层自动化设备基于所述请求修改所述一个或多个设备设置。

13.如权利要求11所述的方法，还包括：

由所述控制层自动化设备维护多个隔离的计算环境，每个隔离的计算环境提供不同的运行时计算资源，

其中所述多个控制层应用中的每个在所述多个隔离的计算环境中包括的分立的隔离的计算环境中执行。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述多个隔离的计算环境中的每个包括与所述控制层自动化设备相关联的设备存储器的分立部分。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述多个隔离的计算环境中的每个限制用于使相应的控制层应用与外部设备进行通信的网络访问。

16.一种用于管理控制层应用的方法，所述方法包括：

由控制层自动化设备维护多个隔离的计算环境，每个隔离的计算环境提供不同的运行时计算资源；

由所述控制层自动化设备在所述多个隔离的计算环境中执行多个控制层应用，每个控制层应用被配置成执行一组分立的自动化功能；

由所述控制层自动化设备调度所述多个控制层应用的处理以促进与所述控制层自动化设备相关联的处理器上的实时或接近实时的执行。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：

由所述控制层自动化设备接收用以修改与所述多个控制层应用中包括的第一控制层应用相关联的一个或多个设备设置的请求；以及

由所述控制层自动化设备基于所述请求修改所述一个或多个设备设置。

18.如权利要求16所述的方法，还包括：

由所述控制层自动化设备接收针对在所述多个控制层应用中不可用的功能的请求；

由所述控制层自动化设备标识提供所述功能的新的控制层应用；以及

由所述控制层自动化设备从市场服务器检索所述新的控制层应用。

19.如权利要求18所述的方法，其中从所述控制层自动化设备外部的操作者设备接收所述请求。

20.如权利要求18所述的方法，还包括：

由所述控制层自动化设备促进用于支付所述新的控制层应用的与所述市场服务器的交易。