CN110612488A - 控制器内实现真实世界对象可见性和可及性的过程映像 - Google Patents

Abstract

一种用于在自动化系统中使用数字双胞胎与物理对象交互的系统，包括多个控制器设备、过程映像主干以及包括多个数字双胞胎的注册表。每个相应的控制器设备包括包含过程映像区域的易失性计算机可读储存介质。过程映像主干向控制器提供对每个控制器的过程映像区域的统一访问。注册表中的每个数字双胞胎对应于物理设备，该物理设备可经由对应的过程映像区域经由控制器设备之一来控制。

Description

控制器内实现真实世界对象可见性和可及性的过程映像

技术领域

本公开主要涉及使用控制器内的过程映像数据来访问真实世界对象。各种系统和方法可被应用于工业自动化应用以及使用控制器的各种其它应用。

背景技术

控制器是被配置为执行以下这样的软件的专用计算机控制系统，该软件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。控制器的示例包括可编程逻辑控制器、运动控制器、CNC、智能I/O和驱动器控制器。控制器通常包括三个主要组件：处理器(其可包括易失性存储器)、包括应用程序的易失性存储器以及用于连接到自动化系统中其它设备的一个或多个输入/输出(I/O)端口。现代控制器具有自己的过程映像和数据历史记录器。此外，这些系统通常具有专有的数据访问接口，以促进自动化系统之间的跨层(垂直)数据访问。对于同一层的控制系统之间的水平访问也是如此。

传统控制器向编程人员公开了包含数字或模拟输入和输出的控制器的对象模型。通常，对象模型在调试/工程设计期间被静态配置，并且在运行期间无法更改。无法经由对象模型看到或访问受控过程的真实世界对象/资产(诸如机器、设备)。结果，控制器程序员必须将行为转换为数字/模拟信号或从数字/模拟信号中重建真实世界对象的状态。如果物理过程中的任何内容发生更改(诸如添加/删除、更改设备或产品)，则控制器程序员通常必须更改其程序以适应更改。这效率低并且花费时间，而且经常中断生产过程。

发明内容

本发明的实施方式通过提供与在控制器编程环境中实现真实世界对象的可见性和可及性有关的方法、系统和装置，解决并克服上述缺点和缺陷中的一个或多个。本文描述的技术特别适合但不限于各种自动化应用。

根据一些实施方式，一种用于在自动化系统中使用数字双胞胎与物理对象交互的系统包括：多个控制器设备、过程映像主干以及包括多个数字双胞胎的注册表。每个相应的控制器设备包括包含过程映像区域的易失性计算机可读储存介质。过程映像主干向控制器提供对每个控制器的过程映像区域的统一访问。注册表中的每个数字双胞胎对应于物理设备，该物理设备可经由对应的过程映像区域经由控制器设备之一控制。

在一些实施方式中，数字双胞胎是从面向对象的类实例化的对象。例如，在一个实施方式中，每个面向对象的类包括函数调用，该函数调用利用过程映像主干与至少一个控制器的过程映像区域交互。

在其它实施方式中，前述系统包括计算设备，该计算设备被配置为响应于检测物理设备被添加到自动化系统中而在注册表中创建各自的数字双胞胎。例如，该计算设备可以是人机界面(HMI)设备，并且可以将注册表储存在本地或分布式数据库中。在一个实施方式中，计算设备基于从对应的控制器设备发送的消息来检测物理设备的添加。例如，在一个实施方式中，该对应的控制器设备耦联到传感器，并且响应于传感器的激活，消息被发送到计算设备。

根据本发明的另一方面，一种用于在自动化系统中使用数字双胞胎与物理对象交互的计算机实现的方法包括：计算设备接收修改自动化系统中的物理设备的状态的请求；以及从注册表中检索与物理设备相对应的数字双胞胎。计算设备确定由数字双胞胎实现的与请求中的状态相对应的函数。使用储存在与物理设备耦联的控制器上的过程映像数据可实现该函数。另外，在一些实施方式中，该函数利用过程映像主干与储存在控制器上的过程映像数据交互。计算设备使用数字双胞胎调用该函数。

前述方法的一些实施方式还包括基于对修改物理设备的状态的请求来导出一个或多个函数参数。例如，在一个实施方式中，通过使用自然语言处理模型解析请求，导出函数参数。在一些实施方式中，该函数在控制器上实现，并且该函数由计算设备使用对控制器的远程过程调用来调用。

根据本发明的其它实施方式，一种用于在自动化系统中使用数字双胞胎与物理对象交互的计算机实现的方法包括：接收新物理设备被添加到自动化系统的指示。例如，该指示可以是传感器激活消息，其指示特定传感器被激活。响应于所接收的指示，使用与自动化系统有关的物理设备的本体来确定与新物理设备有关的类型信息和一个或多个属性。然后可以基于类型信息和属性来生成数字双胞胎。一旦生成，可将数字双胞胎储存在具有描述自动化系统中新物理设备与其它物理设备关系的信息的储存库中。例如，可以使用与自动化系统有关的物理设备的前述本体来生成该关系信息。

通过以下参考附图进行的说明性实施方式的详细描述，本发明的附加特征和优点将变得显而易见。

附图说明

当结合附图阅读时，根据以下详细描述可以最好地理解本发明的前述和其它方面。为了说明本发明，在附图中示出了目前优选的实施方式，然而，应当理解，本发明不限于所公开的特定手段。附图中包括以下图：

图1提供如何使用传统技术和本文描述的数字双胞胎技术对列车车厢系统建模的概念图；

图2提供如何使用传统技术和本文描述的数字双胞胎技术对具有机器人的自动化系统建模的概念图；

图3A示出根据一些实施方式的可以用如引入到系统中的新数字双胞胎填充注册表的方式；

图3B示出根据一些实施方式的可以用如引入到系统中的新数字双胞胎填充注册表的第二方式；

图3C示出根据一些实施方式的如引入系统中的数字双胞胎如何使用过程映像主干(PIB)；

图4提供示出自动化系统的架构图，其中现场实体和其它自动化设备通过PIB连接；以及

图5示出根据一些实施方式的在自动化系统中使用数字双胞胎与物理对象交互的方法的示例。

具体实施方式

在此描述的系统、方法和装置主要涉及在控制器编程环境中实现真实世界对象的可见性和可及性。简而言之，数字双胞胎是系统物理组件(例如，列车的车门)的数字版本。数字双胞胎提供了对与物理组件对应的低级功能的抽象。另外，数字双胞胎可以反映机器和/或整个物理系统的状态。例如，可以将传感器放置在机器上，以从物理对象捕获实时(或接近实时)数据，以将其中继回数字双胞胎。然后，数字双胞胎可以进行必要的任何更改，以保持其与物理组件的对应关系。

图1提供了如何使用传统技术和本文描述的数字双胞胎技术来对列车车厢系统建模的概念图100。在图1的左侧，在标签“实物资产”下，示出了列车系统的物理组件。这里，有两个列车车厢(分别标记为“1”和“2”)。每个车厢包括四个门：在车厢左侧的两个门，以及在右侧的两个门。另外，每个车厢都包括列车控制器。这些列车控制器经由有线或无线通信介质连接到人机界面(HMI)，该界面允许对车厢进行配置以及进行其它交互(例如，打开和关闭车门)。应当注意，尽管在图1中示出了HMI用于图示，但是各种替代计算设备可以用于与每个车厢中的列车控制器进行通信。图1的实物资产部分还示出了与列车耦联的第三车厢(标记为“3”)。在这种情况下，新车厢上的列车控制器与HMI通信，以将车厢注册为列车系统的附加组件。

标记为“传统技术”的图1的中间部分示出如何在传统系统中管理列车系统数据。本部分示出仅与每个列车车厢的门交互时需要维护的数据。如图所示，每个控制器包括符号列表，该符号列表包括每个门的符号。因此，在每个控制器中，相应地，符号“Car.DoorL1”和“Car.DoorL2”是指车厢左侧的两个门，而“Car.DoorR1”和“Car.DoorR2”是指车厢右侧的两个门。为了使HMI与这些门进行交互，必须维护标签列表(例如PLC1_Car.DoorL1、PLC1_Car.DoorL2等)。此外，为了与每个门进行交互，必须对HMI进行编码以明确指代这些标签。因此，如图1中标记为“HMI代码”的代码片段所示，为打开列车左侧的所有车门，HMI代码必须将与左侧车门对应的每个标签明确设置为“真”。因此，传统技术至少在两个方面存在缺陷。首先，需要知道系统中的每个和所有可用标签，以便与物理组件进行交互。其次，由于所有内容均经过明确编码，因此HMI代码具有有限的灵活性来适应真实世界系统中的更改。

标记为“数字双胞胎”的图1的右手部分示出了如何使用本文讨论的数字双胞胎技术对列车系统进行建模。数字双胞胎提供了允许与真实世界设备进行交互的数字双胞胎的一层抽象。这里，列车被表示为数字双胞胎，其是车厢数字双胞胎的集合。这可以通过抽象显著降低基本函数请求的复杂性。因此，如本部分顶部的HMI代码所示，可以对列车数字双胞胎进行单个函数调用，以打开左侧的所有门。进而，列车数字双胞胎可以对每个车厢执行函数调用以打开车门。该抽象可以进一步扩展到物理对象的较低级别的细节。例如，每个门本身可以是由车厢数字双胞胎以打开或关闭的请求调用的数字双胞胎。

每个数字双胞胎都使用储存在控制器的过程映像中的数据。各种技术可被用于将数字双胞胎实例链接到过程映像数据。例如，在一些实施方式中，数字双胞胎是从面向对象的类实例化的对象。可以对类中的函数进行编码，使得它们在调用函数时根据需要获取或设置过程映像数据。例如，可以通过确定特定列车车厢的控制器并操纵该控制器的过程映像数据来实现图1中所示的“Open()”函数。在一些实施方式中，使用下面相对于图4描述的过程映像主干(PIB)来进行该操纵。应该注意的是，实例化对象只是如何实现数字双胞胎的抽象的一个示例。在其它实施方式中，可以应用本领域中通常已知的其它编程结构和技术(例如，数据结构、模块等)以提供相同的功能。

图1中所示的一般概念可以扩展到其它应用程序。例如，图2示出了其中实物资产是移动机器人的替代系统的概念图200。如“传统技术”部分中所示，用以管理位置、速度和加速度所需的符号列表、标签列表和HMI代码类似于管理图1中所示的列车门状态所需的数据。图2的数字双胞胎部分示出了如何将用于寻址所有机器人的HMI代码简化为单个函数调用。在这里，在其中机器人操作的整个计划中都存在数字双胞胎。该数字双胞胎提供了名为“GetAllRobots()”的函数，该函数返回实物工厂中每个机器人的数字双胞胎的列表。然后，对列表中的每个机器人数字双胞胎进行重复执行ShowPosition()函数调用，并发出ShowPosition()请求。注意，该抽象允许将新的机器人添加到工厂中，而无需附加记录HMI。例如，“实物资产”部分示出了添加到工厂的新机器人(标记为“3”)。在这种情况下，工厂的基础注册表(将在下面讨论)将进行相应的更新，使得下次执行“GetAllRobots()”时，它将返回列表中的新机器人。

为了有效地使用，重要的是数字双胞胎之间的关系在执行期间是已知的并且可访问的。此外，数字双胞胎的使用本质上是动态的，并且数字双胞胎可能随着特定过程执行和物理世界中事物的变化而创建和销毁。由于这两个原因，可以在执行期间根据需要创建和修改数字双胞胎之间的一些关系结构。在一些实施方式中，在指定数字双胞胎的类型、属性和相互关系的注册表中维护关系。该注册表可以是数据库或其它数据集合。注册表可以被储存在HMI或控制器可访问的任何其它计算机上。在一些实施方式中，注册表是在系统中存在的所有计算设备(包括控制器)上储存的分布式数据库。

在一些实施方式中，可以使用本领域中主要已知的类型内省和/或反射编程技术来实现注册表。类型内省允许代码在运行时检查编程对象。因此，借助列车示例，注册表可以维护代表实物资产的数字双胞胎的对象集合的地址信息。类型内省可以用作引入的新对象，例如通过对照一系列已知对象类型检查新对象的类型，直到找到匹配项。如果找不到匹配项，则可以将对象指定为未知。这允许对对象进行分类(例如，所有机器人)，使得以后可以访问和使用对象。反射技术提供内省，但也允许在运行时经由函数调用或对对象属性的更改来操纵对象。这样，可以使用通用接口实现系统代码，并且可以使用配置文件经由反射实例化用于支持每个数字双胞胎的类。在一些实施方式中，每个控制器可以维护其自己的配置文件，或者在其它实施方式中，可以使用包括系统中所有对象的类定义的主配置文件。前一种策略提供更大的整体灵活性，因为可以根据需要引入新的对象类型，而后一种策略则提供了更高的稳定性，因为潜在对象的范围是集中的。

图3A示出根据一些实施方式的可以用如引入到系统中的新数字双胞胎填充注册表的方式。这里，由于车厢与系统中的其它车厢耦联，因此传感器会检测到该耦联并向HMI发送指示新车厢已连接的消息。可替代地，新车厢的控制器可以在连接包含于系统中的计算设备的网络上广播消息。基于该消息，HMI检测到新车厢。一旦检测到新车厢，HMI就会基于描述系统的预定本体数据创建新的数字双胞胎实例。该本体可以例如以标准本体语言(例如由W3C标准化的RDF、Web本体语言(OWL))明确，并明确系统中可能包含的实物资产的类型、属性和相互关系。因此，继续图3A的示例，HMI将创建新的“列车车厢”数字双胞胎，其具有基于本体而设置的属性(例如，门的数量)。新数字双胞胎与现有数字双胞胎的关系可以基于初始传感器消息和/或从实物资产接收的其它消息。例如，接收到的初始传感器消息可以包括新列车车厢正耦联到哪个列车车厢。可替代地，可以接收多个传感器消息并将其用于确定实物资产之间的相互关系。一旦创建数字双胞胎，将其输入注册表。

图3B示出根据一些实施方式的可以用如引入到系统中的新数字双胞胎填充注册表的替代方式。这里，列车车厢的控制器发送配置文件，其描述其实物资产。例如，配置文件可以包括描述新实物资产的本体。为了继续列车示例，配置文件包括属性“是列车车厢”、“包含门”，并且“打开”和“关闭”函数可以应用于每个门。基于配置文件和描述系统的其它本体数据，HMI会生成数字双胞胎并将其保存在注册表中。

图3C示出了根据一些实施方式的采用如引入系统中的新数字双胞胎填充注册表的第三方式。这里，创建了数字双胞胎，并将其储存在列车车厢的控制器本地上。数字双胞胎的可用性例如经由广播或多播消息传送到HMI。然后，HMI在注册表中记录数字双胞胎的可用性。应当注意，在这种情况下的注册表比在图3A和图3B中所示的示例中更加简化。在图3C中，注册表仅需要记录指示列车数字双胞胎可用并且可以经由网络上的特定设备或特定地址与之通信的基本信息。

数字双胞胎实际上是经由每个控制器的过程映像可获得的数据的抽象。对实物资产状态的任何更新以及与实物资产的所有交互都通过过程映像执行。因此，与每个控制器的过程映像的有效通信对于系统的整体效率很重要。在一些实施方式中，经由PIB访问与每个数字双胞胎相对应的过程映像数据。

图4提供示出自动化系统400的架构图，其中现场实体和其它自动化设备通过PIB连接。PIB统一来自不同设备或不同运行时的数据访问，并充当了不同运行时之间去耦交互的媒介，因此称为“主干”。PIB补充了经由诸如用于过程控制的OLE(OPC)统一架构(UA)的系统提供的能力。例如，在OPC UA中，你仍需要进行配置；采用PIB，数据正好可用并在语义上进行描述使得可以使用它。

在PIB中，将过程映像或数据历史记录器集成到公共过程映像中，而不是集成到各个运行时的本地过程映像中。PIB提供界面以浏览在自动化系统400的所有节点上可用的所有数字双胞胎兄弟以及其它数据。每个应用程序必须访问过程映像主干的本地访问点。PIB负责映射到本地过程映像或本地历史记录器或远程过程映像或远程历史记录器。

在图4的示例中，示出了五个控制器。每个控制器包括在应用软件容器中执行的一个或多个软件应用程序(或“app”)。应当指出，在这种情况下，使用应用程序对于经由PIB实现通用数据访问完全是可选的。因此，可以使用不提供应用软件功能的更传统的控制器来实现类似于4的架构。

继续参考图4，每个控制器还包括嵌入式历史记录器，其储存在应用软件环境中生成的数据；以及过程映像(图4中未示出)，该过程映像在应用软件执行时储存其输入、输出等。过程映像主干实际上是公共过程映像，它充当用于在现场实体的不同运行时之间解耦交互的媒介。从结构上讲，每个控制器都在本地维护其本地过程映像以及用于与其它现场实体进行实时或近实时通信的软件实例。在一些实施方式中，在过程映像主干上可访问的数据限于在任何给定时间在每个设备的过程映像中存在的数据。但是，在其它实施方式中，过程映像主干也可以用于访问每个设备的嵌入式历史记录器。因此，可以经由过程映像主干访问时间序列数据的窗口。

继续图4的示例，在IT级别设备(诸如监督控制和数据采集(SCADA)和人机界面(HMI)系统(例如，图4中的WINCC/PCS7和SIMATIC IT))上实现过程映像主干。通过与这些IT级设备连接，第三方现场实体可以间接访问过程映像主干。因此，例如，现有的现场实体并不一定需要对其控制程序或架构进行重大更改以支持过程映像主干访问；相反，现有的现场实体只能以接收其它IT级别数据的方式接收该数据。在IT级别上过程映像主干的实现还允许第三方IT应用程序访问过程映像主干的数据。因此，在一些实施方式中，可以创建桌面或移动应用软件以访问主干并查看过程映像数据的窗口。这些应用软件可以使用诸如TCP、开放式数据库连接(ODBC)和/或OPC UA的协议，使用本地内联网(例如经由以太网实现)和/或一个或多个互联网与IT级别设备进行通信。

图4所示的系统还提供IT级别的过程映像主干的可及性，这进而有助于大数据平台(诸如HANA/Hadoop)对过程映像数据的处理。例如，这可用于使用现场级别不可用的处理资源在并行计算环境(例如NVIDIA)中对自动化系统的操作执行分析。

关于PIB的附加信息可以在2017年3月22日提交的标题为“跨设备的通用数据访问”的PCT专利申请号PCT/US17/23565中找到，其全部内容通过引用合并于本文。

图5示出根据一些实施方式的用于在自动化系统中使用数字双胞胎与物理对象交互的方法500的示例。在步骤505处，计算设备(例如，HMI)接收修改自动化系统中的物理设备的状态的请求。物理设备的“状态”主要可以包括物理设备在操作期间发生变化的任何特征。在一些实施方式中，可以直接从用户接收该请求，例如，经由文本或语音输入到HMI中。在其它实施方式中，该请求在执行控制应用程序期间或在执行于自动化系统内执行的其它程序期间生成。例如，列车控制器可包含指令“Train.GetAllDoors(“Left”).Open()”，在正常处理期间响应于确定在列车的用户界面中激活了特定按钮而执行该指令。

接下来，在步骤510处，计算设备从注册表中检索与物理设备相对应的数字双胞胎。在一些实施方式中，数字双胞胎是从面向对象的类实例化的对象。在步骤515处，计算设备确定由数字双胞胎实现的与请求中的状态相对应的函数。如上所述，使用储存于耦联到物理设备的控制器上的过程映像数据来实现该函数。在一些实施方式中，计算设备还将基于修改物理设备的状态的请求来导出一个或多个函数参数。

在一些情况下，可以直接从请求中提取这些函数参数。例如，该请求可以声明物理对象应该移动到由可以直接传递给函数的坐标指定的特定位置。可替代地，可以使用自然语言处理模型来解析请求并确定参数。在一些实施方式中，函数本身也可以通过自然语言学习来确定。自然语言处理模型在本领域中是已知的，并且因此在此不再详细描述。在一些实施方式中，自然语言处理模型是在由数字双胞胎提供的可用函数以及描述那些函数的通用方式上训练的机器学习模型。作为如何应用它的示例，考虑声明“打开列车左侧的所有门”的请求。自然语言处理模型可以处理该请求的文本，并制定函数调用“Train.GetAllDoors(“Left”).Open()”。

然后，在图5的步骤520处，计算设备使用数字双胞胎调用该函数。在一些实施方式中，该函数利用过程映像主干与储存在控制器(参见图4)或在每个控制器上执行的应用程序的过程映像数据交互。在一些实施方式中，该函数在控制器上实现，并且该函数由计算设备使用对控制器的远程过程调用或使用诸如远程方法调用(RMI)的技术来调用。

本文描述的由嵌入式控制器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。更一般而言，本文所使用的处理器是用于执行储存在计算机可读介质上的机器可读指令以执行任务的设备，并且可以包括硬件、固件或其任何组合。处理器还可包括存储器，该存储器储存可执行用以进行任务的机器可读指令。处理器通过操纵、分析、修改、转换或发送供可执行步骤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操作。处理器可以例如使用或包括计算机、控制器或微处理器的能力，并且可以使用可执行指令来进行调节，以执行通用计算机没有执行的特殊目的函数。处理器可以与使得能够在它们之间进行交互和/或通信的任何其它处理器(电气式和/或如包括可执行组件)耦联。用户界面处理器或生成器是包括用于生成显示图像或其一部分的电子电路或软件或两者的组合的已知元件。用户界面包括一个或多个显示图像，使得用户能够与处理器或其它设备进行交互。

本文描述的各种设备(包括但不限于嵌入式控制器和相关的计算基础设施)，可以包括至少一个计算机可读介质或存储器，用于保存根据本发明的实施方式编程的指令并且用于包含数据结构、表、记录，或本文描述的其它数据。如本文所使用的术语“计算机可读介质”是指参与向一个或多个处理器提供指令以供执行的任何介质。计算机可读介质可以采取许多形式，包括但不限于非暂态的非易失性介质、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，包括构成系统总线的电线。传输介质也可以采用声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外数据通信期间生成的声波或光波。

如本文所使用的可执行应用程序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实现预定函数，诸如操作系统、上下文数据获取系统或其它信息处理系统的预定函数。可执行步骤是一段代码或机器可读指令、子例程或代码的其它不同部分，或者是用于执行一个或多个特定过程的可执行应用程序的一部分。这些过程可以包括：接收输入数据和/或参数；对所接收的输入数据执行操作和/或响应于所接收的输入参数执行函数；以及提供结果输出数据和/或参数。

本文所使用的图形用户界面(GUI)包括一个或多个显示图像，该图像由显示处理器生成并且使用户能够与处理器或其它设备进行交互，以及关联的数据获取和处理函数。GUI还包括可执行步骤或可执行应用程序。可执行过程或可执行应用程序调节显示处理器以生成表示GUI显示图像的信号。这些信号被提供给显示设备，该显示设备显示图像以供用户观看。处理器在可执行步骤或可执行应用程序的控制下，响应于从输入设备接收到的信号来操纵GUI显示图像。这样，用户可以使用输入设备与显示图像进行交互，从而实现用户与处理器或其它设备的交互。

本文的函数和处理步骤可以响应于用户命令而自动、全部或部分地执行。自动执行的活动(包括步骤)响应一个或多个可执行指令或设备操作而执行，而无需用户直接启动该活动。

附图的系统和过程不是唯一的。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。尽管已经参考特定实施方式描述了本发明，但是应当理解，本文示出和描述的实施方式和变型仅用于说明目的。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对当前设计进行修改。如本文所述，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。本文权利要求要素都不应根据35U.S.C.112第六款的规定来解释，除非使用短语“用于…装置”明确引用该要素。

Claims (20)

1.一种用于在自动化系统中使用数字双胞胎与物理对象交互的系统，所述系统包括：

多个控制器设备，其中每个相应的控制器设备包括易失性计算机可读储存介质，所述易失性计算机可读储存介质包括过程映像区域；

过程映像主干，其向多个控制器提供对每个控制器的所述过程映像区域的统一访问；

注册表，包括多个数字双胞胎，其中，每个数字双胞胎对应于物理设备，所述物理设备能够经由对应的过程映像区域经由所述控制器设备之一来控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，每个数字双胞胎是从面向对象的类实例化的对象。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，每个面向对象的类包括函数调用，所述函数调用利用所述过程映像主干与至少一个控制器的所述过程映像区域交互。

4.根据权利要求1所述的系统，包括计算设备，所述计算设备被配置为响应于检测到所述物理设备被添加到所述自动化系统而在所述注册表中创建各数字双胞胎。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述计算设备是人机界面(HMI)设备。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述计算设备基于从对应的控制器设备发送的消息来检测所述物理设备的添加。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述对应的控制器设备耦联至一个或多个传感器，并且所述消息响应于所述一个或多个传感器的激活而被发送至所述计算设备。

8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述注册表被储存为所述计算设备中的数据库。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述注册表被储存为在所述多个控制器上的分布式数据库。

10.一种用于在自动化系统中使用数字双胞胎与物理对象交互的计算机实现的方法，所述方法包括：

由计算设备接收修改所述自动化系统中的物理设备的状态的请求；

由所述计算设备从注册表中检索与所述物理设备相对应的数字双胞胎；

由所述计算设备确定由所述数字双胞胎实现的与所述请求中的所述状态对应的函数，其中使用储存在与所述物理设备耦联的控制器上的过程映像数据来实现所述函数；以及

由所述计算设备使用所述数字双胞胎调用所述函数。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述函数利用过程映像主干与储存在所述控制器上的所述过程映像数据交互。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括：

基于修改所述物理设备的所述状态的所述请求导出一个或多个函数参数，

其中，采用所述一个或多个函数参数调用所述函数。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过使用自然语言处理模型来解析所述请求，导出所述一个或多个函数参数。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述数字双胞胎是从面向对象的类实例化的对象。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述控制器上实现所述函数，并且所述函数由所述计算设备使用对所述控制器的远程过程调用来调用。

16.一种用于在自动化系统中使用数字双胞胎与物理对象交互的计算机实现的方法，所述方法包括：

接收新物理设备被添加到所述自动化系统的指示；

使用与所述自动化系统有关的物理设备的本体来确定与所述新物理设备有关的类型信息和一个或多个属性；

基于所述类型信息和所述一个或多个属性生成数字双胞胎；以及

将所述数字双胞胎储存在具有描述所述自动化系统中所述新物理设备与其它物理设备之间关系的信息的储存库中。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述数字双胞胎是从面向对象的类实例化的对象。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述数字双胞胎使用储存于耦联至所述新物理设备的控制器上的过程映像数据来实现一个或多个函数。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述新物理设备被添加到所述自动化系统的所述指示是传感器激活消息。

20.根据权利要求16所述的方法，还包括：

使用与所述自动化系统相关的物理设备的所述本体，确定描述所述自动化系统中新物理设备与其它物理设备之间关系的信息。