CN109814431A - 用于控制自动化的系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制自动化的系统，该系统包括机器。该机器包括：第一控制器；第一元件，其可由所述第一控制器在机器启动时致动以执行以第一周期时间为特征的第一周期；第二元件，其可由所述第一控制器在机器启动时致动以执行以第二周期时间为特征的第二周期；其中所述第一周期时间的持续时间长于所述第二周期时间；其中所述第一控制器：致动所述第一元件以在机器启动时执行所述第一周期；延迟执行所述第二周期的所述第二元件的致动达第一延迟时间，使得所述第二元件在相对于所述机器启动的延迟的开始时间执行所述第二周期；其中所述第一延迟时间和所述第二周期时间的持续时间的总和小于所述第一周期时间。

Description

用于控制自动化的系统
本申请是申请日为2015年5月8日、申请号为201580030643.3(国际申请号为PCT/US2015/029906)、发明名称为“自动化操作和管理系统”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年5月8日提交的美国临时申请61/990,148，于2014年5月8日提交的美国临时申请61/990,151，于2014年5月8日提交的美国临时申请61/990,156，于2014年5月8日提交的美国临时申请61/990,158，于2014年5月8日提交的美国临时申请61/990,159，于2014年5月8日提交的美国临时申请61/990,163，于2014年5月8日提交的美国临时申请61/990,169，于2014年5月8日提交的美国临时申请61/990,170和于2014年5月8日提交的美国临时申请61/990,172的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及用于控制自动化的系统。
背景技术
设施可以包括多个机器。每个机器可以由连接到多个机器元件、电源和机器的传感器的可编程逻辑控制器(PLC)或类似的控制器控制。与传感器通信的控制器接收指示各种元件的条件状态的传感器输入到控制器。控制器可以被编程以通过扫描周期以预定频率进行扫描，扫描周期例如由将由机器的元件执行的操作序列(SOP)限定，并且基于由控制器接收的传感器输入和条件状态，选择性地使所述电源通电以致动所述元件以执行由所述程序定义的操作。每个机器及其相关联的控制器可以彼此独立于其他机器操作。当独立机器的每个控制器提供的输入未整合用于分析时，可能错过提高设备效率和减少设备停机时间的机会。
发明内容
提供了一种自动化操作和管理系统，其整合并分析来自自动化企业内的多个机器的输入以预测故障并提供用于防止机器操作期间的故障的发生的对抗行动的指令，并且识别用于效率改进的机会，包括降低在包括多个机器的设施内的峰值功率消耗需求的可执行的机会。企业可以包括多个设施，每个设施包括多个自动化机器。
包括执行自动化操作的机器的用于企业的控制、操作和/或管理的自动化系统包括多个机器。多个机器中的每个机器包括机器控制器和多个元件。机器控制器被配置为控制多个元件以执行操作序列并且收集在由多个元件执行操作序列期间生成的包括定时数据的数据。该系统包括与多个机器控制器中的每一个进行通信以收集包括定时数据的数据的服务器。
在一个示例中，服务器包括用于使用数据来预测多个元件中的至少一个元件的故障的编程，该数据可以包括定时数据和从多个机器控制器收集的例如条件状态数据的其他数据。响应于预测故障，服务器可以生成到包括至少一个元件的相应机器的机器控制器的指令，其中该指令是在相应机器的操作期间防止至少一个元件故障的对策。在一个示例中，对策是用备份元件替换至少一个元件的命令，其中在至少一个元件故障之前替换备份元件，使得停机时间被计划和被最小化和/或被避免，并且企业是“自我修复的”，例如，主动行动以防止企业中的机器和/或元件的故障。
该系统还可以包括设施，该设施包括服务器、包括多个机器的第一设施系统和第二设施系统。在该示例中，服务器与第二设施系统通信以从第二设施系统收集设施系统数据，并且服务器包括编程，该编程用于使用包括定时数据和诸如从多个机器控制器收集的条件状态数据的非定时数据、以及从第二设施系统收集的设施系统数据的数据，预测设施中的多个元件中的至少一个元件的故障。例如，第二设施系统可以是用于控制设施的电源的基础设施系统、产品保证系统和生产控制系统中的一个。
在一个示例中，多个机器中的至少一个机器包括第一站和第二站，第一站包括多个元件中的至少第一元件，第二站包括多个元件中的至少第二元件。该机器还包括与机器控制器和第一站通信的第一基础层控制器，以根据由第一基础层控制器从机器控制器接收的参数直接控制第一元件，并且还包括与所述机器控制器和所述第二站通信的第二基础层控制器，以根据由所述第二基础层控制器从所述机器控制器接收的参数来直接控制所述第二元件。第一站包括用于感测第一元件的第一状态的第一传感器，并且第二站包括用于感测第二元件的第二状态的第二传感器。第一基础层控制器和第二基础层控制器彼此通信，使得第一基础层控制器将第一条件状态传送到第二基础层控制器，并且第二基础层控制器将第二条件状态传送到第一基础层控制器。在一个示例中，响应于第一条件状态和第二条件状态，第一基础层控制器选择性地致动第一元件，并且响应于第一条件状态和第二条件状态，第二基础层控制器选择性地致动第二元件。
在一个示例中，第一基础层控制器可以包括用于存储从第一站收集的数据的第一数据矩阵。数据可以包括定时数据，并且可以包括可以从第一站收集的诸如条件状态数据、功耗数据等的其他数据。数据矩阵在本文中也可以称为定时数据矩阵。第二基础层控制器可以包括用于存储从第二站收集的包括定时数据的数据的第二数据矩阵。机器控制器可以从第一数据矩阵和第二数据矩阵收集可以包括定时数据的数据，并且可以使用收集的数据(包括定时数据)来协调第一和第二基础层控制器的控制功能。第一基础层控制器可以将从第一站收集的数据与从机器控制器接收的参数进行比较，并且可以在所收集的数据的数据元素的一个或多个值在参数之外时设置警报。第二基础层控制器可以将从第二站收集的数据与从机器控制器接收的参数进行比较，并且可以在所收集的数据的数据元素的一个或多个值在参数之外时设置警报。
在另一示例中，自动化操作系统可以用于控制机器，该机器包括第一控制器、在机器启动时可由第一控制器致动的第一元件以执行以第一周期时间为特征的第一周期、以及机器启动时可由第一控制器致动的第二元件以执行以第二周期时间为特征的第二周期。在一个示例中，第一周期时间在持续时间上比第二周期时间长，使得在操作中，第一控制器致动第一元件以在机器启动时执行第一周期并且将执行第二周期的第二元件的致动延迟达第一延迟时间，使得第二元件在相对于机器启动的延迟的开始时间执行第二周期。在该示例中，第一延迟时间和第二周期时间的持续时间的总和小于第一周期时间。该控制方法的优点在于，减少机器启动时的功率消耗需求，而不增加工件保持在机器中的持续时间，因为工件保持在机器中的持续时间继续由执行最长持续时间的周期的元件的周期时间控制。在本示例中，当延迟时间和第二周期时间的持续时间的总和小于预定限度时，第一控制器将第二元件的致动延迟延迟时间，其中预定限度小于第一周期时间。该系统可以包括用于为第一元件和第二元件供电的电源，其中电源与第一控制器通信。第一控制可以命令电源在机器启动时给第一元件通电，并且可以命令电源在延迟的开始时间为第二元件通电。
在该示例中，机器还可以包括第二控制器和第三元件，该第三元件可以在机器启动时由第二控制器致动以执行以第三周期时间为特征的第三周期，其中第三周期时间在持续时间上比第一周期时间短。第二控制器可以延迟执行第三周期的第三元件的致动达第二延迟时间，使得第三元件在相对于机器启动的延迟的开始时间执行第三周期，其中，第二延迟时间和第三周期时间的持续时间的总和小于第一周期时间，并且第一延迟时间的持续时间可以不同于第二延迟时间的持续时间。继续该示例，机器还可以包括与第一控制器和第二控制器通信的第三控制器，其中第三控制器包括定义包括第一、第二和第三周期的操作序列的编程，并且其中第一延迟时间和所述第二延迟时间由所述操作序列限定，并且所述第一控制器从所述第三控制器接收所述第一延迟时间，并且所述第二控制器从所述第三控制器接收所述第二延迟时间。第三控制器可以从第一控制器收集对于第一周期的实际定时数据和对于第二周期的实际定时数据，并且可以从第二控制器收集对于第三周期的实际定时数据，然后使用收集的实际定时数据以确定所述第一延迟时间和所述第二延迟时间中的至少一个。
本教导的上述特征和优点以及其它特征和优点从下面对当结合附图时用于执行如所附权利要求中限定的本教导的一些最佳模式和其他实施例的详细描述中是显而易见的。
附图说明
图1是包括第一、第二、第三和第四级控制器的自动化操作和管理系统的示例的示意图；
图2是包括第一级控制器和第二级控制器的机器的示例的示意图；
图3是图1的系统的第一级控制器和第二级控制器的示例的示意图；
图4是图1的系统的第二级控制器和第三级控制器的示例的示意图；
图5是图1的系统的设施管理系统的示意图，示出了分组在区域中的多个机器；
图6是用于图2的机器的周期时间图的示例的示意图；
图7是用于图2的机器的修改的周期时间图的示例的示意图；
图8是图1的系统的机器的操作的机器序列的示例的示意图；
图9是图8的操作序列的机器心跳的示例的示意图；
图10是示出在图1的用户设备上显示的图8的操作的机器序列的机器控制接口的示例的示意图；
图11是示出在图1的用户设备上显示的图9的机器心跳的机器控制接口的示例的示意图；
图12是图1的用户设备的示例的示意图；以及
图13是图2的机器的一组元件的机器心跳的示例的示意图。
具体实施方式
参考附图，其中在所有附图中相同的附图标记表示相同的组件，图1-13中所示的元件不按比例或不成比例。因此，本文给出的附图中提供的特定尺寸和应用不被认为是限制性的。图1示出了用于控制在企业12内操作的系统、机器和元件的自动化操作和管理系统10。自动化操作和管理系统10在本文中可被称为自动化操作系统(AOS)。企业12包括企业服务器L4，其在本文中也可被称为第四层服务器，用于从企业12内的多个设施14(在图1的示例中示为设施14A...14x并且在此被统称为设施14A...14x)接收和整合数据。每个设施14包括设施服务器L3，其在本文中也可以被称为第三层服务器，用于接收和整合来自每个设施14内的多个设施系统SY的数据(在图1的示例中示出为系统SY1...SYm并且在此被统称为系统SY)。每个设施服务器L3与企业服务器L4通信。每个设施14中的至少一个设施系统SY(在设施14A的示例中作为系统SY1示出)包括多个机器16(在图1的示例中示为机器16A...16y，并且在本文中统称为机器16)。机器16可以是执行协调操作的任何机器，包括自动化机器。在本文所述的说明性和非限制性示例中，机器16可以是诸如在制造工厂和/或组装设施中执行操作的自动化机器的机器。企业服务器L4可以实现为具有处理器94以及存储器92的一个或多个计算机设备，其中一些是布置在印刷电路板上或否则对处理器94可用的计算机可读有形非暂时性存储器。体现本文描述的方法的指令可以被编程到存储器92中，并且根据需要通过处理器94执行以提供如本文所描述的AOS 10的功能。例如，存储器92可以包括足够的只读存储器(ROM)、光存储器、闪存或其他固态存储器等。还可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的暂时性存储器，以及其它所需的电路(未示出)，包括但不限于高速时钟、电流/电压/温度/速度/位置感测电路、模拟到数字(A/D)电路、数字到模拟(D/A)电路、数字信号处理器和任何必要的输入/输出(I/O)设备和其他信号调节和/或缓冲电路。企业服务器L4可以包括用于与企业12中的其他控制器和/或服务器通信的通信接口96，包括例如用于与企业12的第三层服务器L3、第二层控制器L2和第一层控制器L1的每一个进行通信。第四层(企业)服务器L4、第三层服务器L3、第二层控制器L2和第一层控制器L1可以经由网络80彼此通信，网络80可以是有线或无线网络。
AOS 10可以包括数据储存存储器90，其可以用于存储从第四层服务器L4、第三层服务器L3、第二层控制器L2和第一层控制器L1的一个或多个接收的数据。作为示例，数据储存存储器90可以经由网络80访问和/或可以在企业12外部，用于外部数据储存。数据储存存储器90可以经由企业服务器L4和/或经由网络80访问。数据储存存储器90可以包括例如足够的只读存储器(ROM)、光学存储器、闪存或其他固态存储器等以存储从企业12接收的数据。还可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)之类的暂时性存储器，以及其他所需的电路(未示出)，包括但不限于高速时钟、模拟到数字(A/D)电路、数字到模拟(D/A)电路、数字信号处理器以及任何必要的输入/输出(I/O)设备和其他信号调节和/或缓冲电路。
AOS 10还可以包括例如经由网络80经由有线连接或无线连接与企业12通信的一个或多个用户设备(在图1的示例中示为用户设备U1...Uw，在此统称为用户设备U)。作为非限制性示例，用户设备U可以是诸如个人计算机、平板电脑、膝上型计算机、智能电话、个人数字助理或其他个人计算设备的计算设备，用于查看包括与企业12相关和/或由企业12提供的数据的信息。在一个示例中，用户设备U可以显示用于一个或多个机器16的机器控制接口。用户设备U可以包括用户接口，例如用于与企业12的信息和数据交互和/或用于经由机器控制接口控制机器16的触摸屏。
在所示的示例中，机器16中的每一个包括第二层控制器L2和一个或多个第一层控制器L1。在相应设施14内的每个机器控制器L2(在图1的示例中示出为机器控制器L2A...L2y并且统称为机器控制器L2)与用于该设施14的相应设施控制器L3通信。第二层控制器L2在本文中也可以称为机器控制器。相应机器16的每个机器控制器L2与该相应机器的第一层控制器L1通信。第一层控制器L1在这里可以被称为基础层控制器。机器控制器L2和基础层控制器L1可以各自在控制和监控机器16的操作中执行特定功能。每个机器控制器L2和每个基础层控制器L1可以实施为具有处理器和存储器的一个或多个计算机设备，其中一些是布置在印刷电路板上或否则对处理器可用的计算机可读有形非暂时性存储器。指令可以被编程到每个机器控制器L2和每个基础层控制器L1的存储器中，并且根据需要通过相应控制器L2、L1的处理器执行，以在每个相应的机器控制器L2和/或每个相应的基础层控制器L1的控制之内在机器16和/或元件E上提供控制功能。每个机器控制器L2和每个基础层控制器L1的存储器可以包括，例如，足够的只读存储器
(ROM)、光学存储器、闪存或其他固态存储器等。还可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的暂时性存储器，以及其它所需的电路(未示出)，包括但不限于高速时钟、电流/电压/温度/速度/位置感测电路、模拟到数字(A/D)电路、数字到模拟(D/A)电路、数字信号处理器和任何必要的输入/输出(I/O)设备和其他信号调节和/或缓冲电路。每个机器控制器L2和每个基础层控制器L1可以包括一个或多个监控、测量和/或控制设备，用于监控、测量和/或控制在每个相应机器控制器L2和/或每个相应基础层控制器L1的控制内的机器16和/或元件E。
每个机器16包括用于执行机器16的操作周期的多个站ST(在图1和图2的示例中示为站ST1...STn并且在本文中统称为站ST)，其中操作周期包括以由机器16的基础层控制器L1和/或机器控制器L2控制的预定顺序执行的机器16的操作。其中执行操作周期中的操作的预定顺序可以由操作序列39和/或由机器16的机器控制器L2为该机器16定义的操作序列39的一部分。应当理解，在机器控制器L2和/或基础层控制器L1的控制下，机器16将在操作中重复地执行包括操作序列39的操作周期。
每个基础层控制器L1(在图1和图2的示例中示出为基础层控制器L1A...L1z，并且在本文中统称为基础层控制器L1)控制由与相应的基础层控制器L1通信的站ST的至少一个执行的操作。如图2所示，每个站ST包括用于执行各个站ST的各种操作和/或任务的一个或多个元件E(在图2的示例中示为元件E1...Ep并且在本文中统称为元件E)。使用制造和/或组装企业12的说明性示例，用于执行由机器16和/或站ST执行的制造和/或组装操作的各种操作的元件E的示例可以包括夹具、气缸、夹头、销、滑块、平台(pallet)等，其中本文提供的示例是非限制性的。
每个站ST还包括一个或多个电源P(在图2的示例中示出为电源P1...Pr，并且在本文中统称为电源P)，用于向一个或多个元件E供电并且用于响应于来自基础层控制器L1的信号而选择性地为相应的元件E供电。每个站ST还包括一个或多个传感器S(在图2的示例中示出为传感器S1...Sq，并且在本文中统称为传感器S)，用于感测元件E中的至少一个的状态和站ST的电源P，并向基础层控制器L1提供指示由传感器S感测的状态的输入。
如本文所使用的可被称为条件状态或条件的状态是指被监控、测量和/或感测的、物体的状态、条件、状况、位置或其它属性。条件状态的非限制性示例包括周期开始时间、周期停止时间、元件开始时间、元件行程、元件停止时间、元件或物体的位置、物体的尺寸测量，该物体的尺寸测量可以包括元件E的特征、机器16的特征、通过机器16或元件E执行操作的工件(未示出)的特征、元件E、机器16或者工件的一个或多个的条件、或者设施14内的环境条件的尺寸测量。条件状态还可以包括例如操作条件，诸如开、关、打开、关闭、自动、手动、停滞、阻塞、缺乏、行驶、停止、故障、OK、好、坏、容差中(in tolerance)、超出容差(outof tolerance)、存在、不存在、延伸、缩回、高、低等，并且可以包括例如诸如化学、温度、颜色、形状、位置的物理性质的测量，例如尺寸、表面光洁度、螺纹形式的尺寸条件，诸如电压、电流、扭矩、压力、力等的功能参数，使得应当理解如描述到AOS 10的输入的术语状态、条件和/条件状态意图被广义地定义。通过非限制性示例的方式，传感器S可以被配置为限位开关、接近开关、光眼、温度传感器、压力传感器、流量开关或任何其它类型的传感器，其可以被配置为在自动化系统10的操作期间确定是否满足一个或多个状态，并且向至少一个自动化控制器(例如基础层控制器L1和/或机器层控制器L2)提供输出，其由控制器L1、L2接收作为与由传感器S确定的状态相对应的输入。传感器S输出可以被配置为例如提供给基础层控制器L1和/或机器层控制器L2、并且由基础层控制器L1和/或机器层控制器L2接收作为包括输入数据的输入的信号。传感器S可以被配置为提供离散或位形式的输出。传感器S可以被配置为模拟传感器，并且可以提供与和传感器S相关联的元件E的组或元件E的多个状态的一个或多个对应的模拟输出信号、或者可以提供包括机器16的设施14的环境和/或机器16的环境的多个状态的一个或多个。
在操作周期中的预定操作序列可以由机器16的机器控制器L2为机器16定义的操作序列39和/或操作序列39的一部分来定义。在一个示例中，机器控制器L2可以执行机器控制器L2和基础层控制器L1的功能，使得机器16可以被配置为没有基础层控制器L1。在该示例中，机器16在操作中将在机器控制器L2的独立控制下重复地执行包括操作序列39的操作周期。
在另一示例中，控制器功能可以在基础层控制器L1和机器控制器L2之间划分，其中基础层控制器L1用作低级控制器，而机器控制器L2用作协调机器16内的基础层控制器L1的操作的高级控制器。在该示例中，机器16在操作中将在机器控制器L2和基础层控制器L1的控制下重复地执行包括操作序列39的操作周期，其中机器控制器L2充当数据收集器，从每个相应的基础层控制器L1收集机器16的每个元件E的条件状态数据，并且机器控制器L2充当局域控制器以协调和控制基础层控制器L1的彼此交互。在该示例中，机器16内的每个基础层控制器L1与机器16内的每个其他基础层控制器L1和机器控制器L2通信，以传送由相应基础层控制器L1控制的每个元件E的条件状态，使得每个基础层控制器L1可以响应于从机器16中的其他基础层控制器L1接收的条件状态数据，在各个基础层控制器L1的控制下执行各个元件E的控制动作。
为了说明的目的并且作为非限制性示例，图1和2中所示的企业12可以是包括多个制造和/或组装设施14(例如设施14A、14B和14C)的生产企业。在一个示例中，设施14A、14B和14C可以共同位于生产企业12内，例如，设施14A、14B和14C中的每一个可以是共同位于限定生产企业12的更大的建筑物中的子工厂或组装线。在另一示例中，设施14A、14B和14C中的每一个可以是独立的工厂，其可以在地理上彼此分离并且例如经由网络80彼此以及与企业服务器12通信。为了说明的目的，设施14A被更详细地示出于图1和图2中，并且包括与在设施14A中操作的多个系统SY(例如系统SY1、SY2和SY3)通信的设施服务器L3A。在所示的示例中，系统SY1包括由诸如机器16A、16B、16C、16D和16E的多个机器16组成的制造和/或组装操作。
在示例性实例中，机器16A在图2中另外详细地示出，由诸如站ST1到ST10的多个站ST组成。机器16A包括与多个基础层控制器L1(例如基础层控制器L1A、L1B和L1C)通信的机器控制器L2A。每个基础层控制器L1A、L1B和L1C用于根据从机器控制器L2A接收的指令控制多个站ST，以执行例如由存储在机器控制器L2A中的一系列操作39定义的操作。例如，如图2所示，基础层控制器L1A可以通过选择性地激活电源P1、P2和P3以选择性地致动元件E1、E2、E3和E4来控制站ST1、ST2、ST3、ST4的操作。基础层控制器L1A接收来自传感器S1、S2、S3和S4的传感器输出，传感器输出指示例如元件E1、E2、E3和E4的条件状态。基础层控制器L1A与本示例中的基础层控制器L1B和L1C通信，并且接收从指示元件E5至E10的条件状态的基础层控制器L1B和L1C输入的条件状态。根据存储在基础层控制器L1A的存储器中的指令、从机器控制器L2A接收的输入和指令、以及响应于在本示例中由基础层控制器L1A接收的元件E1到E10的条件状态，基础层控制器L1A选择性地致动元件E1、E2、E3和E4。与机器16A相关的图1和图2中示出并在本文描述的示例是说明性的而非限制性的。例如，由AOS10控制和/或管理的每个机器16可以包括机器控制器L2，然而可以不同地包括基础层控制器L1和/或在机器16中包括的基础层控制器L1的数量，以及可以在来自图1和图2所示的机器16A的说明性示例的站ST、元件E、传感器S和电源P的数量、布置、功能等方面不同。
在本说明性示例中，图1和图2中所示的设施系统SY2和SY3可以在设施14A中操作，并且可以使用AOS 10以一种方式操作和/或管理，和/或提供可影响设施14A中的系统SY1的操作的输出，包括影响在系统SY1中包括的机器16的效率和/或停机时间。系统SY2、SY3中的每一个包括可以实施为具有处理器和存储器的一个或多个计算机设备的一个或多个服务器(未示出，在此称为SY服务器)，其中一些是布置在印刷电路板上或否则对处理器可用的计算机可读有形非暂时性存储器。指令可以被编程到每个SY服务器的存储器中，并且根据需要通过SY服务器的处理器执行，以在相应SY系统的控制内通过设施操作提供监控和/或控制功能。作为示例，SY服务器的存储器可以包括足够的只读存储器(ROM)、光存储器、闪存或其他固态存储器等。还可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的暂时性存储器，以及其它所需的电路(未示出)，包括但不限于高速时钟，电流/电压/温度/速度/位置感测电路、模拟到数字(A/D)电路、数字到模拟(D/A)电路、数字信号处理器和任何必要的输入/输出(I/O)设备和其他信号调节和/或缓冲电路。系统SY2、SY3中的每一个可以包括一个或多个监控、测量和/或控制设备和/或传感器，用于监控、测量和/或感测在相应SY系统的控制内的设施操作的状态。
在生产企业12的本说明性示例中，系统SY2可以是设施管理系统，其在本文中可被称为设施基础设施系统SY2，用于监控、测量和/或控制基础设施的各种因素和设施14A的操作环境，例如提供给各种电源P的电力供应；提供给设施14A内的液压和/或冷却系统和/或与机器16相关的冷却系统的水供应；在设施14A内提供到例如机器16的气动系统、气动操作元件E和/或诸如气动扳手的气动控制的手动工具(其可用于设施14A内的制造和/或组装操作)的压缩空气供应。应当理解，电力供应、水供应和压缩空气供应中的每一个中的变化性可以影响一个或多个机器16和/或元件E的操作、效率和停机时间。例如，提供给气动控制元件E(例如气缸)的压缩空气供应的压力可以降低气缸元件E行进的速度，从而增加当执行机器16的操作时气缸元件E行进所需的周期时间。例如，在诸如焊接机的机器16的冷却水套中循环的冷却水的温度的增加可以改变来自机器16的工作区域的热传递的效率，影响机器16中的焊接元件E的工具寿命和/或在由机器16焊接的产品中形成的焊接的冷却速率。例如，提供给电源P的进入电源的电压电平的变化可以影响由电源P激活的夹紧元件E的响应时间，从而影响由夹紧元件E执行的操作的周期时间。作为示例，系统SY2可以监控、测量和/或控制设施14A内或设施14A的一部分内的环境条件，例如温度、湿度等。例如，设施14A可以分成多个区域98，例如图5所示的区域98A、98B、98C，其中机器16中的至少一个位于每个区域中。作为示例，区域98A、98B、98C中的一个可以包括执行对环境温度和/或湿度条件(例如电子制造操作或喷漆操作)敏感的操作的机器16，使得在那个区域中的环境温度和/或湿度中的变化可影响由该区域中的机器16产生的产品的质量。这些示例是非限制性的并且用于说明性目的，并且应当理解，设施受控系统和条件(例如，电源、水供应、压缩空气供应、温度、湿度等)中的变化性可以影响机器16、元件E的操作和/或可以以多种方式影响由机器16提供的产品的质量和/或条件和/或由机器16提供的服务，太多以至于无法包括在本文中。系统SY2可以向设施服务器L3A发送指示由设施服务器L3A监控、测量和/或控制的、设施14A的操作环境的各种因素的条件状态的信号(输入)。
在生产企业12的本说明性示例中，系统SY3可以包括生产控制和产品保证操作，并且可以监控、测量和/或控制影响设施14A的制造和生产系统SY1的操作的、生产控制和产品保证操作的各种因素。例如，系统SY3的生产控制操作可以监控机器16的机器部件的库存水平(在订购、在运输中、库存)，可以包括可更换的维修部件(电动机等)传感器S(限位开关，等等)和/或元件E，元件E可以包括耐用(可重复使用)元件，例如夹具、圆柱体等和/或消耗品(可替换)元件E，例如对于站ST完成操作和/或使机器16操作所需的钻头、标签、夹钳垫。在另一个说明性示例中，系统SY3的生产控制操作可以监控供应商提供(购买的)组件和/或材料的库存水平(在订单、运输中、库存)，该供应商供应(购买的)组件和/或材料被提供给机器16例如作为由机器16对其执行操作的原始材料或工件的、或者被提供给机器16例如作为要与其它组件组装以形成成品装配的组件。产品保证操作例如可以监控供应商(购买的)组件和/或材料的状况，并且指示供应商供应材料的接受或拒绝，这可能影响该库存对机器16的可用性。在另一个说明性示例中，产品保证操作可以测量和输出组件或原材料的条件状态到设施服务器L3和/或到处理组件或原材料的机器16的机器控制器L2，使得机器16作为响应可以基于进入的组件或原材料的测量的条件状态调整设置。例如，机器16可以是对由原材料制成的组件进行回火的烘箱。机器16经由设施控制器L3可以从产品保证系统SY3接收原材料的硬度数据，并且基于原材料的硬度来调整烘箱的回火温度。这些示例是非限制性的并且用于说明性目的，并且应当理解，通过系统SY3的产品保证操作监控和/或测量的组件和/或原材料的条件、组件和/或原材料的库存水平、以及通过系统SY3的生产控制操作控制和监控的机器16和元件E的机器部件的可用性可以影响机器16和/或元件E的操作效率和/或停机时间和/或可以影响由机器16以多种方式提供的服务和/或所产生的产品的质量和/或条件，太多以至于无法包括在本文中。系统SY3可以向设施服务器L3A发送指示由设施服务器L3A监控、测量和/或控制的设施14A的操作环境的各种因素的条件状态的信号(输入)。
在本说明性示例中，设施服务器L3A用作用于收集从系统SY1、SY2和SY3接收的输入的AOS 10内的数据收集器，并且可以分析和使用所累积的数据和输入以识别和响应整个设施14A的操作条件，包括通过控制和修改设施16A内的操作来实施预防措施以最小化停机时间、效率损失和/或生产率损失，其可以包括例如响应于从机器控制器L2A至L2E以及系统SY2和SY3接收的条件状态和输入，将命令输出到机器控制器L2A到L2E以及将命令输出到SY2和SY3，以修改设施14A内的操作条件、由各个站ST执行的操作序列39、用于执行一个或多个操作的机器16和/或站ST等，以响应于该设施服务器L3A的数据的分析，提高效率、降低和/或优化设施内的功率消耗、提高生产率、减少和/或避免停机时间等。AOS 10的优点在于，通过累积来自设施14内的多个生产(SY1)和非生产(SY2、SY3)系统和多个机器的数据和输入，利用设施服务器L3分析所累积的数据和输入以识别可能不能由独立机器控制器L2识别的问题，例如其中这样的问题可能产生于在由任何一个机器控制器L2控制的输入的范围之外的、和/或可能仅通过组合来自多个源(多个机器16，机器16和来自系统SY2、SY3等中的一个或多个的系统输入)的输入而可识别的多个输入的相互作用，以及使用AOS 10来识别动作响应以使用设施14的集合资源来管理和/防止问题。
在本说明性示例中，企业服务器L4用作从设施服务器L3A、L3B和L3C接收的输入和数据的数据收集器。企业服务器L4可以分析和使用累积的数据和输入以控制和修改设施16A、16B、16C、16D和16E中的一个或多个内的操作，包括响应于在设施16A、16B、16C、16D和16E中的一个或多个中标识的问题或条件、通过控制和修改设施16A、16B、16C、16D和16E中的一个或多个的操作来实施预防措施以最小化停机时间、效率损失和/或生产力损失，其可以包括例如在预期或响应于停机事件的情况下在设施16之间转移生产，以与在另一个设施14中的相同和/或基本相似的机器16相比增加基于一个设施14中的机器16的操作条件的效率，以响应从非生产系统SY2和/或SY3接收的、指示例如设施电源问题或进入的材料问题等的输入。AOS 10的优点在于，通过累积来自设施14的数据和输入，使用企业服务器L4分析所累积的数据和输入以识别可能不能由独立设施服务器L3识别的问题，例如其中这样的问题可能产生于在由任何一个设施服务器L3所控制的输入的范围之外的、或接收到任何一个设施服务器L3中的、和/或其可以仅通过来自多个设施L4的输入的组合而可识别的多个输入的交互，并且使用AOS 10来识别动作响应以使用企业12的集合资源管理和/或防止问题。
在本文描述和图1和图2中所示的与设施14A相关的示例是示例性和非限制性的，并且应当理解，除了包括在企业12中的设施14A之外的设施14可以各自包括至少一个机器16，其被配置为类似于机器16A，以包括基础层控制器L1和机器控制器L2，然而每个机器16的数量和配置可以在设施14内和从一个设施14到另一设施14变化，并且每个机器16可以包括除了对于机器16A的例子描述的那些以外的、在站ST中安排的元件E和传感器S，以执行除了如对于机器16A所描述的操作之外的操作。
包括诸如制造工厂和/或组装设施的设施14的企业12的示例不旨在是限制性的。如本文所描述的AOS 10可以应用于任何类型的企业12的控制和管理，包括执行协调操作的机器16，并且因此应当理解，术语企业12、设施14、机器16、元件E和传感器S旨在被广义地定义。作为非限制性示例，企业12可以是包括AOS 10的游乐园，其中设施14和机器16由游乐园的不同区域限定，并且系统SY可以包括例如用于游乐园的安全系统和游乐园的基础设施系统(水、电力、废物处理等)。在这样的示例中，娱乐乘坐设施14A可以包括形成娱乐乘坐的机器16，入场售票设施14B可以包括用于接收和确保支付票的机器16，餐饮设施14C可以包括用于提供食物服务的机器16，停车设施14C可以包括用于接收停车费以及监控和巡逻停车区等的机器16。在另一个非限制性示例中，包括AOS 10的企业12可以是房地产开发，诸如办公楼综合体，其中每个设施14包括在综合体内的一个或多个建筑物，并且在每个设施14中操作的机器16包括例如电梯、安全摄像机、加热和通风设备等。
图3示出了在机器控制器L2和机器16的基础层控制器L1之间的AOS 10内的控制器功能的划分，以控制机器16的多个站ST的操作，并且使得机器控制器L2执行高级控制功能以及基础层控制器L1在控制机器16的操作中执行低级功能。在说明性的非限制性示例中，图3和图4中所示的机器控制器L2可以是用于控制图1和图2所示的机器16A的操作的机器控制器L2A，图4所示的设施控制器L3可以是与机器控制器L2A通信的图1和图2所示的设施控制器L3A。机器16A包括控制站ST1、ST2、ST3和ST4的第一基础层控制器L1A，控制站ST5、ST6和ST7的第二基础层控制器L1B，以及控制站ST8、ST9和ST10的第三基础层控制器L1C。基础层控制器L1A、L1B和L1C中的每一个彼此通信并且与机器控制器L2A通信。图3所示的基础层控制器L1，为了说明的目的，可以是图1和图2中所示的基础层控制器L1A，用于控制机器16A的站ST1、ST2、ST3和ST4的操作，其中站ST1由电源P1供电，站ST2由电源P2供电，以及站ST3和ST4由电源P3供电。动力源P1、P2和P3可以是液压的、电动的或气动的、或这些的组合。站ST1包括可由基础层控制器L1A致动以执行机器16的操作的至少一个元件E1，并且包括用于感测至少一个元件E1的条件状态的至少一个传感器S1。类似地，站ST2、ST3和ST4各自包括用于执行机器16的相应操作的相应元件E2、E3和E4以及用于感测相应元件E2、E3和E3的条件状态的相应传感器S2、S3、S4。
如图3所示，诸如基础层控制器L1A的基础层控制器L1包括处理器38和存储器40，其中一些是布置在印刷电路板上或否则对处理器38可用的计算机可读有形非暂时性存储器。在说明性示例中，指令可以被编程到基础层控制器L1A的存储器40中，并且根据需要经由处理器38执行以控制与基础层控制器L1A通信的元件E1、E2、E3和E4。基础层控制器L1A的存储器40可以包括，例如，足够的只读存储器(ROM)、光学存储器、闪存或其他固态存储器等。还可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)之类的暂时性存储器，以及其它所需的电路(未示出)，包括但不限于高速时钟、模拟到数字(A/D)电路、数字到模拟(D/A)电路、电流/电压/温度/速度/位置感测电路、数字信号处理器以及任何必要的输入/输出(I/O)设备和其他信号调节和/或缓冲电路。基础层控制器L1A包括用于与例如机器控制器L2A、机器16A的其他基础层控制器L1B和L1C、传感器S1、S2、S3和S4(S1...S4)、电源P1、P2、P3和P4(P1...P4)以及元件E1、E2、E3和E4(E1...E4)通信的通信接口48。基础层控制器L1A的操作被限制为在控制元件E1...E4的操作中执行低级功能，使得基础层控制器L1A被配置为自动化控制器，存储器40包括自动化控制存储器42、监督参数存储器44、传感器定时数据矩阵46以及执行本文所述功能所需的其它存储器。基础层控制器L1A的自动化控制存储器42存储直接控制元件E1...E4的运动所需的编程，其中响应于传送到基础层控制器L1A的元件E1...E10的条件状态，并且根据由基础层控制器L1A从机器控制器L2A接收、并存储在基础层控制器L1A的监督参数存储器44中的参数，控制运动，例如元件E1...E4经由电源P1...P4被激励。元件E1...E4的条件状态由基础层控制器L1A接收作为来自传感器S1...S4的传感器输出并且被存储在存储器40中，例如存储在传感器定时数据矩阵46中。元件E5...E10的条件状态从基础层控制器L1B和L1C传送到基础层控制器L1A。当执行由基础层控制器L1A的自动化控制器功能命令的操作时，元件E1...E4中的每一个的条件转变的定时被存储在存储器40中，例如存储在传感器定时数据矩阵46中。存储在传感器定时数据矩阵46中的定时数据可以包括例如由元件E1...E4中的每个执行的每个运动或操作步骤的开始时间和停止时间、以及由元件E1...E4中的每一个执行的每个运动或操作步骤的周期时间。存储在传感器定时数据矩阵46中的定时数据可以由机器控制器L2A检索，用于由机器控制器L2A收集、分析和/或存储。存储在监督参数存储器44中的参数可以包括由传感器S1...S4感测的每个条件状态的容限和/或当执行由基础层控制器L1A的自动化控制器功能命令的操作时每个元件E1...E4的条件转变的定时的容限。基础层控制器L1A可以将每个操作步骤和/或每个元件E1...E4执行的运动的每次出现的实际定时数据与可应用于该定时数据的容限进行比较，并且可以设置警报，当定时数据在容限之外时传送到机器控制器L2A。警报可以在显示在用户设备U上的机器控制界面84上显示为故障，如图13中的元件E4所示。总之，基础层控制器L1A的低级功能包括根据由机器控制器L2A设置的参数来控制由基础层控制器L1A控制的元件E1、E2、E3和E4中的每一个的运动，收集并存储从传感器S1...S4接收的数据，包括每个元件E1...E4的条件转变的定时数据和条件状态数据，将条件状态数据和/或定时数据与数据的预定容差相比较，并且当元件E1...E4中的任一个的条件转变的定时数据和/或条件状态数据超出从机器控制器L2A接收的容限时，向机器控制器L2A发送警报。
如图3所示，在说明性示例中诸如机器控制器L2A的机器控制器L2包括处理器30和存储器24，其中一些是设置在印刷电路板上或否则对处理器30可用的计算机可读有形非暂时性存储器。指令可以被编程到机器控制器L2A的存储器24中，并且根据需要经由处理器30执行以控制包括基础层控制器L1的机器16A的功能。机器控制器L2A的存储器24可以包括，例如，足够的只读存储器(ROM)、光学存储器、闪存或其他固态存储器等。还可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)之类的暂时性存储器，以及其它所需的电路(未示出)，包括但不限于高速时钟、模拟到数字(A/D)电路、数字到模拟(D/A)电路、电流/电压/温度/速度/位置感测电路、数字信号处理器以及任何必要的输入/输出(I/O)设备和其他信号调节和/或缓冲电路。机器控制器L2A包括用于与机器16A的设施服务器L3A和基础层控制器L1A、L1B和L1C通信的通信接口36。在一个示例中，机器控制器L2A可以经由网络80与连接到机器控制器L2A的一个或多个用户设备U通信，其可以包括向用户设备U的用户显示机器控制接口84，其可由用户使用以监控机器16A的数据和其他信息。机器控制器L2A用作数据收集器和高级控制器，例如作为机器16A的局域控制器，在示例性实例中控制和协调基础级控制器L1A、L1B和L1C的操作，使得机器控制器L2A用作包括站ST1...ST10的机器16A的自动化监督控制器26和安全控制器28。存储器24包括自动化和安全控制存储器32、监督参数存储器34、以及执行本文所述功能所需的其它存储器。自动化和安全控制存储器32存储并运行控制和协调基础层控制器L1A、L1B和L1C的控制功能所需的编程。存储在自动化控制存储器32中的编程可以包括例如定义由站ST1...ST10和/或元件E1...E10执行的运动的操作序列39，其可以被提供给机器控制器L2A作为诸如梯形逻辑、状态逻辑或由编程语言表达的其它逻辑的控制器逻辑，并且由机器控制器L2A和基础级控制器L1A、L1B和L1C执行，以重复地执行由操作序列39定义的操作周期，包括由站ST1...ST1和元件E1...E10执行的周期步骤。监控参数存储器34存储由机器控制器L2A从设备控制器L3A接收的监控参数。
继续参照图3，路径1(在图中由带圈的数字1指示)示出了自动化监督控制器26和安全控制器28可以与基础层控制器L1A双向通信。路径2(在图3中用带圈的数字2指示)示出自动化监督控制器26和安全控制器28可以设置基础层控制器L1A的监控参数存储器44中的值，例如，以定义基础层控制器L1A的操作条件。路径3(图3由带圈的数字3指示)表示机器控制器L2A从基础层控制器L1A收集包括例如条件状态数据和定时数据的数据。路径4(图4由带圈的数字4指示)表示由机器控制器L2A从基础层控制器L1A、L1B和L1C收集的、可以存储在数据储存存储器90中的数据，数据储存存储器90可以是外部存储器储存。存储在数据储存存储器90中的数据可以例如由企业控制器L4访问以用于监控和分析。
如图4所示，在说明性示例中诸如设施服务器L3A的设施服务器L3包括处理器18和存储器20，其中一些是布置在印刷电路板上或否则对处理器可用的计算机可读有形非暂时性存储器。在该说明性示例中，设施控制器L3A与机器控制器16A...16E、系统SY2、SY3和企业服务器L4通信。指令可以被编程到设施控制器L3A的存储器20中，并且根据需要通过处理器18执行以从机器控制器16和系统SY2和SY3收集数据，分析收集的数据，并且响应于数据和/或数据分析的结果向一个或多个机器控制器16A...16E和/或系统SY2和SY3提供指令。设施服务器L3A的存储器20可以包括，例如，足够的只读存储器(ROM)、光存储器、闪存或其他固态存储器等。还可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)之类的暂时性存储器，以及其它所需的电路(未示出)，包括但不限于高速时钟、模拟到数字(A/D)电路、数字到模拟(D/A)电路、电流/电压/温度/速度/位置感测电路、数字信号处理器以及任何必要的输入/输出(I/O)设备和其他信号调节和/或缓冲电路。设施服务器L3A包括用于与机器控制器L2A...L2E、系统SY2、SY3、企业服务器L4、数据储存存储器90和/或网络80通信的通信接口22。在说明性示例中的设施服务器L3A可以在AOS 10内作为应用服务器和控制处理控制器运行，分析从机器控制器L2A...L2E和系统SY2、SY3接收的所有数据，包括跟踪设施内每个元件E的历史性能，其中所执行的分析被配置为预测设施14A内的机器16和/或元件E的潜在故障，并且指示诸如机器控制器L2A...L2E的下级控制器执行对抗行动以避免潜在的故障。由设施服务器L3执行的数据分析可以包括历史分析、趋势分析、预测分析、可靠性分析、包括组合来自多个机器16和/或来自机器16和系统SY2、SY3的数据的多因素分析、基准分析等，以识别设施14A内的现有和/或潜在问题并产生解决、抵消和/或优选地防止问题发生的指令。设施服务器L3可以与企业服务器L4通信，例如，以经由AOS 10提供对于企业12的整体性能监控、控制和管理。
在说明性示例中，设施14可以具有站ST，其包括由基础层控制器L1控制的机器人元件E。设施14可以在库存中保持一个或多个备用机器人元件E，其可以由生产控制系统SY跟踪和/或报告。对从设施14中的机器控制器L2收集的数据(包括与机器人元件E的性能相关的历史数据)执行分析的设施服务器L3可以基于为当前在站ST中正在操作的机器人元件E接收的当前数据，预测在预定数量的操作周期内的机器人元件E的可能故障。设施服务器L3可以指示机器控制器L2和系统SY用备用机器人元件E替换当前处于服务中的机器人元件E，从而防止在站ST中操作时机器人元件E的故障，避免未计划的停机时间和/或与机器人元件E在操作时的故障相关的其他后果，并且通过在当前操作的机器人元件E故障之前快速替换备用机器人元件E来最小化站ST和/或机器16的停机时间，其中基础层控制器L1控制备份机器人元件E以执行先前由移除的机器人元件E执行的相同功能和/或操作。
在另一个示例中，如图13所示，机器16可以包括作为夹具的多个元件E1...E8。在说明性示例中，机器16可以是配置为组装车辆的装配线，其中装配线16中的夹紧元件E的故障导致整个装配线的关闭，以允许维护工人接近故障夹紧元件E。由每个夹紧元件E执行的每个操作周期的周期时间可以由控制夹紧元件E的运动的基础层控制器L1监控，并与夹紧元件E的周期时间的参数容差进行比较。在图13所示的示例中，显示了该组夹紧元件E的周期时间，其中每个垂直条表示相应夹紧元件E相对于相应夹紧元件E的周期时间的容差或基线参数的周期时间。在图13所示的示例中，该组夹紧元件E的周期时间数据被显示为该组夹紧元件E的心跳，如在2014年11月14日授予发明人的美国专利8,880,442B2中所述，并且通过引用并入本文。如图13的示例所示，夹紧元件E4已经执行了具有超过由线27所示的基线参数的周期时间的操作周期。当比较实际周期时间与基线参数时控制夹紧元件E4的运动的基础层控制器L1设置警报给机器控制器L2，机器控制器L2进而向设施服务器L3发出故障信号。设施服务器L3可以分析所提供的数据以确定例如故障是否是随机事件，或者夹紧元件E应该从操作中移除以及用备用夹具替代的指示器，以将装配线的停机时间最小化到替换备用夹具所需的停机时间和/或防止可能与夹具元件E4的故障相关联的计划外停机时间和/或其他效率或操作损失。
本文提供的示例是非限制性的，并且出于说明的目的被简化。应当理解，由设施服务器L3和/或企业服务器L4执行的数据分析的范围和复杂性可以比说明性示例所指示的复杂得多，使得AOS 10可以被配置和用于预测设施内的元件的潜在故障并且允许时间以自动部署对策，包括备份元件E的替换和/或将生产从一个机器16转移到另一个机器16，以抵消潜在的停机时间、操作效率的损失或其他由于在设施14、机器16和/或元件E的操作中的计划外故障而导致的损失。可由AOS 10部署的对策不限于备份元件E的替换，并且可以包括例如，将生产从一个机器16转移到另一个机器16，将生产从一个区域98转移到另一个区域98，修改操作序列39以使用修改的周期时间、元件E和/或站ST的修改的组合来执行所需的操作，等。这里描述的AOS 10的优点在于，通过提供控制方法(其将机器16的控制功能划分在基础层控制器L1和机器控制器L2之间，加速了通过机器控制器L2、设施服务器L3和/或企业服务器L4的包括定时数据的数据的收集和分析)，以允许对设施操作和/或机器16内的潜在问题或故障的预测和/或抢先识别，以及扩散问题和/或防止故障的对策的指令，从而创建操作和管理系统10，其使得企业12能够自我修复，例如在故障之前实施对策以显著减少和/或消除设施14和/或对于机器16的操作中的停机时间。
AOS 10可以收集和分析数据以识别其他机会，以提高运营企业12的效率。在由图2、图6和图7说明的一个示例中，由AOS 10收集的数据可用于修改机器16内的选定元件E的开始时间，以减少功率消耗，并减少在机器启动时经历的峰值功率消耗需求。在说明性示例中，图6示出了在图2中示出的机器16A的站ST1至ST10(ST1...ST10)的每个元件E1至E10(E1...E10)的周期时间的心跳显示35。在说明性示例中，元件E1...E10每个可由基础层控制器L1A、L1B和L1C中的一个驱动和/或控制，以执行在由机器控制器L2A协调的操作序列(SOP)39中的操作。基础层控制器L1A控制站ST1...ST4，基础层控制器L1B控制站ST5...ST7，并且基础层控制器L1C控制站ST8...ST10。在图5和6所示的非限制性示例中，提供了图例，其包括与事件E的周期时间相对应的图例特征21、对应于与事件E相关联的延迟时间的图例特征22以及与事件E的相关联的延迟时间和周期时间之和相对应的图例特征25。如图6中的说明性示例所示，由元件E1...E10执行的操作的周期时间从一个元件E到另一个元件E变化，其中元件E1具有25毫秒的最短周期时间，元件E6具有55毫秒的最长周期时间。在图6所示的典型操作示例中，基础层控制器L1A、L1B、L1C中的每一个在相同的开始时间开始，使得在时间0，站ST1...ST10中的每一个通过其各自的电源P1...P10正从设施16的电源抽取功率，以为元件E1...E10供电，以准备在由SOP39定义的它们各自的周期开始时间的每一个激活元件E1...E10。在由SOP 39定义的操作周期的开始时站ST1..ST10和元件E1...E10的每一个的同时供电引起在机器16启动时为峰值(例如其最大值)的功率消耗需求。这里所描述的AOS 10可以用于收集对于每个机器16、站ST和元件E的包括定时数据的数据，其可以例如由设施服务器L3分析以确定延迟选择的站ST和/或元件E的开始时间和/或供电的机会，以如图7说明的示例所示通过交错选择的元件E的开始时间来减少峰值功率消耗。通过修改选择的元件E的开始时间，减少由设施14提供的电源的峰值功率消耗需求，并且进而减少在执行SOP 39时消耗的总功率，例如在完成包括元件E1...E10的周期的操作周期中。如图6所示，元件E1...E4和E8...E10中的每一个具有基本上比元件E6和E7的周期时间短的周期时间，因此，元件E1...E4和E8...E10的每一个的开始时间可以被修改，例如被延迟到修改的开始时间，如图7的修改的心跳显示35A所示，其中元件E1...E4和E8...E10中的每一个将在元件E6和E7之前完成其相应的周期，而不影响通过机器16的工件的生产量，因为元件E6和E7具有没有被修改的最长的周期时间，并且工件在机器16中用于完成由该机器16执行的SOP 39的总时间没有改变，例如在本示例中保持在55毫秒不变。例如，如图6和7所示，由元件E2执行的35秒周期的开始时间已经被延迟了相对于机器启动(例如相对于元件E6执行的周期的开始)具有10毫秒持续时间的延迟时间，并且使得由元件E2执行的操作在从机器启动开始45毫秒完成并且在由元件E6执行的并且具有55毫秒的周期时间的最长操作的完成之前。将理解，如图7的示例所示，要修改的选择的元件E的开始时间可以被修改不同的量，以最小化在机器周期中稍后的功率消耗峰值。此外，将理解，周期开始时间的修改仅要求在具有最长周期时间的周期(在该示例中，元件E6的周期在55毫秒)之前完成修改的周期，并且修改的周期不一定必须并且优选地不与最长周期同时完成。在所示的示例中，修改的周期的周期开始时间交错以减少峰值能量消耗，但是被修改使得所有修改的周期在由最长未修改周期限定的预定范围内完成，其中在该示例中示出预定范围的上限小于最长未修改周期。在所示的示例中，元件E1...E5和E8...E10的每个修改周期被修改为在机器启动之后的40和50毫秒之间的预定范围内完成，其中由元件E6执行的最长周期的开始时间与机器16的机器启动重合，使得所有修改的周期在完成最长周期(例如元件E6的周期)之前至少5毫秒完成。元件E7的周期时间52毫秒小于最长周期时间，例如小于元件E6的55秒周期时间，然而持续时间长于由预定范围40至50毫秒所限定的50毫秒的上限。因此，元件E7的周期时间不被修改，并且元件E7和E6在机器启动时被同时致动。用于完成修改的周期的预定范围可以由设施控制器L3基于以下各项中的一个或多个来确定：历史数据、每个元件E的周期时间的预期变化性、修改其周期开始时间的每个元件E的类型、SOP 39的要求等。
通过减小峰值功率消耗需求，设施14的电源可以潜在地减小尺寸，减少设施14的基础设施和/或操作(能量)成本。图7所示的修改的开始时间的使用的优点还在于：减少设施14的每个电源的峰值功率消耗需求，这减少了电源在机器启动时提供的功率水平的变化性，例如减少在机器启动时提供给电源P1...P10的电压、液压压力和/或气动空气压力的变化性，以向电源P1...P10提供更一致和均匀的功率水平，从而防止和/或减少由功率变化性引起的过程变化。功率消耗减少的效果通过对于每个机器中的一个或多个元件E使用修改的开始时间来操作的设施14中机器16的数量而倍增。
AOS 10可以包括与由AOS 10所收集的数据进行通信的一个或多个用户设备U(在图1和图2的示例中示为用户设备U...Uw，并且在本文中统称为用户设备U)。在一个示例中，用户设备U可以是诸如个人计算机、笔记本、平板电脑、智能电话、个人数字助理等的便携式计算设备，包括如图12所示的处理器76和存储器78，其中一些是布置在印刷电路板上或否则对处理器76可用的计算机可读有形非暂时性存储器。存储器78可以包括例如足够的只读存储器(ROM)、光学存储器、闪存或其它固态存储器等。还可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)之类的暂时性存储器以及其他所需的电路(未示出)，包括但不限于高速时钟、位置感测电路、模拟到数字(A/D)电路、数字到模拟(D/A)电路、数字信号处理器和任何必要的输入/输出(I/O)设备和其他信号调节和/缓冲电路。用户设备U可以包括用于将用户设备连接到另一设备(未示出)的连接器端口72。用户设备U包括通信接口，其可以是无线或有线接口，用于将用户设备U连接到网络80以用于与控制器L1、L2、服务器L3、L4的一个或多个、另一用户设备U和/或数据储存存储器90进行通信。用户设备U包括图形用户界面74，其在优选示例中是图形触摸屏，使得用户可以经由触摸屏74和/或标准工具条82向用户设备74提供包括命令的输入。在一个示例中，用户可以监控从企业12中的元件E和/或机器16中的一个或多个收集的数据，其可以显示在用户设备U上作为机器控制接口84(参见图10和11)，其中机器控制接口84可以由机器控制器L2、设施服务器L3和/或企业服务器L4中的一个来定义。在一个示例中，用户可以预订以接收由用户监控的一个或多个元件E和/或机器16的警报，其中警报可以由用户在用户设备U上作为文本消息、即时消息、电子邮件或其他警报指示符中的一个或多个来接收。例如，用户可以在用户设备U上查看图13所示的夹紧元件E1...E8的组的心跳显示35。其中用户可以响应于由机器控制器L2针对元件E4设置的警报和/或由设施服务器L3针对夹紧元件E4设置的故障，接收警报以查看心跳35。在用户设备U上呈现给用户的心跳显示35中，针对每个夹紧元件E显示的周期时间可以被颜色编码，以指示每个相应元件E的条件状态。在图13所示的示例中，元件E4可以是不同的颜色，例如红色，以指示由元件E4的周期时间导致的故障状况超过由基线心跳27定义的容差带。剩余的周期时间条可以以绿色显示，例如以指示相关联的元件E1、E2、E3、E5、E6、E7和E8在预定容差内操作，例如，展现具有由基线心跳27定义的容差带的周期时间。
图13所示的示例是非限制性的，并且可以使用其他格式来显示由AOS 10收集和编译的数据。例如，参照图8和图9，可以以传统的操作序列(SOP)显示格式33和/或以心跳显示格式35如在图8中所示显示定时数据。在图8所示的SOP显示33中，与正在显示的数据相对应的操作序列39垂直地列出(如在页面上所示)，并且在本示例中包括操作Op1至Op9，操作Op1由机器16的元件E1和E2执行，操作Op2由元件E3和E4执行，等等。SOP 39中的操作Op1...Op9中的每一个的基线周期由基线周期指示器29图形地示出。操作Op1...Op9中的每一个的实际周期由实际周期指示器31图形化地示出。实际时间37被水平显示(如页面上所示)，使得可以确定执行给定操作Op的实际时间。每个实际周期指示器31可以被颜色编码，例如以定义该操作的周期的状态的颜色显示。在所示的示例中，实际周期指示器31以红色或绿色显示，其中红色指示实际周期时间在该操作的周期的预定容差之外，并且绿色指示实际周期时间在容差内。在图9所示的心跳显示35中，对应于该数据的操作序列(SOP)39显示在横轴(如页面上所示)上，每个操作Op1...Op9的实际周期时间以心跳显示格式由实际周期时间指示器31示出，其可以如先前针对图8所述地进行颜色编码，以指示每个相应操作的周期时间是否在容差内。图9还显示了操作序列的心跳88。数据可以实时地显示给用户设备U，如图10和图11所示的示例所示。在图10所示的例子中，操作Op1至Op4已经完成，并且在本示例中，用实际周期指示器31指示，该实际周期指示器31是绿色的，表示这些操作已经使用容差中的定时数据完成。操作Op5被着色为蓝色和/或可以闪烁或以其他方式在外观上区分，例如在SOP列表39中被高亮，以指示当前正在执行操作Op5。如箭头41所示，实际周期指示器31的长度将在操作Op5期间实时地持续增加，并且将停止长度增长并改变为红色或绿色，在本示例中，指示操作Op5已经完成以及Op5的定时数据相对于为操作Op5设置的SOP容差的状态。类似地，在图11所示的示例中，操作Op2被着色为蓝色和/或可以闪烁或以其他方式在外观上区分，例如，在SOP列表39中被高亮以指示操作Op2当前正被执行。如箭头41所示，实际周期指示器31的高度将在操作Op5的执行期间继续实时增加，并且将停止长度增长并改变为红色或绿色，在本示例中，指示操作Op2以及完成以及Op2的定时数据相对于为操作Op2设置的容差的状态。本文提供的示例是说明性的而非限制性的，并且将理解由AOS 10为元件E、站ST、SOP 39、机器16和/或设施14中的一个或多个收集的数据的其他布置可以是用于显示由收集的数据表示的状态和/或条件。
图1和图2中所示的AOS 10的示例是非限制性的，并且将理解，图1中所示的AOS 10可以部分地实现以在操作和管理包括自动化操作的操作中提供优点。例如，基于机器的AOS10可以被配置为使用机器控制器L2和至少一个基础层控制器L1来控制独立的(例如单独的)机器16，以提供如下优点，包括例如，修改机器16的元件E和/或选择的站ST的开始时间以在机器周期的启动时降低功率消耗并降低机器16的峰值功率消耗，如由图6和图7说明的并在本文先前所描述的。
具体实施方式和附图是对本教导的支持和描述，但是本教导的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行本教导的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践在所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。

Claims (8)

1.一种用于控制自动化的系统，所述系统包括：
机器，包括：
第一控制器；
第一元件，其可由所述第一控制器在机器启动时致动以执行以第一周期时间为特征的第一周期；
第二元件，其可由所述第一控制器在机器启动时致动以执行以第二周期时间为特征的第二周期；
其中所述第一周期时间的持续时间长于所述第二周期时间；
其中所述第一控制器：
致动所述第一元件以在机器启动时执行所述第一周期；和
延迟执行所述第二周期的所述第二元件的致动达第一延迟时间，使得所述第二元件在相对于所述机器启动的延迟的开始时间执行所述第二周期；
其中所述第一延迟时间和所述第二周期时间的持续时间的总和小于所述第一周期时间。
2.如权利要求1所述的系统，其中，当所述延迟时间和所述第二周期时间的持续时间的总和小于预定限度时，所述第一控制器将所述第二元件的致动延迟所述延迟时间；和
其中所述预定限度小于所述第一周期时间。
3.如权利要求1所述的系统，还包括：
用于为所述第一元件和所述第二元件供电的电源；
所述电源与所述第一控制器通信；
其中所述第一控制器命令所述电源在机器启动时对所述第一元件供电，并命令所述电源在所述延迟的开始时间为所述第二元件供电。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述机器还包括：
第二控制器；
第三元件，其可由所述第二控制器在机器启动时致动以执行以第三周期时间为特征的第三周期；
其中所述第三周期时间的持续时间短于所述第一周期时间；
其中所述第二控制器延迟执行所述第三周期的所述第三元件的致动达第二延迟时间，使得所述第三元件在相对于所述机器启动的延迟的开始时间执行所述第三周期；和
其中所述第二延迟时间和所述第三周期时间的持续时间的总和小于所述第一周期时间。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述第一延迟时间的持续时间不同于所述第二延迟时间的持续时间。
6.如权利要求4所述的系统，其中，所述机器还包括：
与所述第一控制器和所述第二控制器通信的第三控制器；
其中所述第三控制器包括定义包括所述第一、第二和第三周期的操作序列的编程；和
其中所述第一延迟时间和所述第二延迟时间由所述操作序列限定。
7.如权利要求6所述的系统，其中：
所述第一控制器从所述第三控制器接收所述第一延迟时间；和
所述第二控制器从所述第三控制器接收所述第二延迟时间。
8.如权利要求6所述的系统，其中：
所述第三控制器从所述第一控制器收集对于所述第一周期的实际定时数据和对于所述第二周期的实际定时数据；
所述第三控制器从所述第二控制器收集对于所述第三周期的实际定时数据；和
使用由第三控制器收集的实际定时数据来确定第一延迟时间和第二延迟时间中的至少一个。
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