DE102014102844A1

DE102014102844A1 - Großdaten in Prozesssteuerungssystemen

Info

Publication number: DE102014102844A1
Application number: DE102014102844.9A
Authority: DE
Inventors: Mark J. Nixon; Terrence Lynn Blevins; Daniel Dean Christensen; Paul Richard Muston; Ken J. Beoughter
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2014-09-04
Also published as: US20140250153A1; GB2512984A; JP7086905B2; JP2019220220A; GB2575138A; GB2575138A8; GB201901546D0; CN109976268A; US9558220B2; JP6768262B2; US20170115648A1; GB2575138B; CN104035392A; US11385608B2; CN109976268B; GB2512984B; JP2014170552A; GB201402311D0; CN104035392B

Abstract

Großdatennetzwerk oder -system für ein Prozesssteuerungssystem oder eine Anlage, welches einen Großdatenapparat einschließt, der einen Datenspeicherbereich, der konfiguriert ist, um unter Verwendung eines gemeinsamen Datenschemas mehrere Typen von Prozessdaten und/oder Anlagedaten (wie Konfigurations- und Echtzeitdaten) zu speichern, die in dem Prozesssteuerungssystem verwendet, in diesem generiert oder von diesem empfangen werden, und ein oder mehrere Datenempfängerrechenvorrichtungen einschließt, um die Daten von mehreren Knoten oder Vorrichtungen zu empfangen. Die Daten können an den Knoten gecacht und mit Zeitstempel versehen und zur Speicherung an den Großdatenapparat gestreamt werden. Das Prozesssteuerungssystem-Großdatensystem stellt Dienste und/oder Datenanalysen bereit, um automatisch oder manuell vorschreibende und/oder prognostische Kenntnisse herauszufinden, und um bezogen auf die gefundenen Kenntnisse Änderungen und/oder Zusätze an dem Prozesssteuerungssystem und dem Set der Dienste und/oder Analysen vorzunehmen, um das Prozesssteuerungssystem oder die Anlage zu optimieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Prozessanlagen und Prozesssteuerungssysteme und insbesondere die Verwendung von Großdaten in Prozessanlagen und im Prozesssteuerungssystem.
HINTERGRUND
Verteilte Prozesssteuerungssysteme, wie jene, die in chemischen, Erdöl- und anderen Prozessanlagen verwendet werden, schließen typischerweise einen oder mehrere Prozesscontroller ein, die kommunikativ über analoge, digitale oder kombiniert analog/digitale Busse an eine oder mehrere Feldvorrichtungen gekoppelt sind, oder über eine drahtlose Kommunikationsverbindung oder ein Netzwerk. Die Feldvorrichtungen, die beispielsweise Ventile, Ventilpositionierer, Schalter und Sender (z. B. Temperatur-, Druck-, Pegel- und Durchflussratensensoren) sein können, befinden sich innerhalb der Prozessumgebung und führen allgemein physische oder Prozesssteuerungsfunktionen durch, wie das Öffnen oder Schließen von Ventilen, das Messen von Prozessparametern, usw., um einen oder mehrere Prozesse zu steuern, die innerhalb der Prozessanlage oder des Systems ausgeführt werden. Intelligente Feldvorrichtungen, wie die Feldvorrichtungen, die nach dem wohlbekannten Fieldbusprotokoll arbeiten, können auch Steuerungsberechnungen, Alarmfunktionen und andere Steuerungsfunktionen durchführen, die üblicherweise innerhalb des Controllers implementiert sind. Die Prozesscontroller, die sich typischerweise auch innerhalb der Anlagenumgebung befinden, empfangen Signale, die Prozessmessungen angeben, die von den Feldvorrichtungen durchgeführt werden, und/oder andere Informationen, die die Feldvorrichtungen betreffen, und führen eine Controlleranwendung aus, bei der beispielsweise unterschiedliche Steuerungsmodule laufen, die Prozesssteuerungsentscheidungen treffen, Steuerungssignale basierend auf empfangenen Informationen generieren und mit den Steuerungsmodulen oder -blöcken koordinieren, die in den Feldvorrichtungen durchgeführt werden, wie HART^®, WirelessHART^®, und FOUNDATION^® Fieldbus-Feldvorrichtungen. Die Steuerungsmodule in dem Controller senden die Steuerungssignale über die Kommunikationsleitungen oder -verbindungen zu den Feldvorrichtungen, um dadurch den Betrieb von mindestens einem Teil der Prozessanlage oder des Systems zu steuern.
Informationen von den Feldvorrichtungen und dem Controller werden üblicherweise über eine Datenautobahn einer oder mehreren Hardwarevorrichtungen zur Verfügung gestellt, wie Arbeitsstationen von Bedienpersonal, PCs oder Rechenvorrichtungen, Datenhistorien, Berichtgeneratoren, zentralisierten Datenbanken oder anderen zentralisierten administrativen Rechenvorrichtungen, die sich typischerweise in Kontrollräumen oder anderen Orten befinden, die von der aggressiveren Anlagenumgebung entfernt liegen. Jede dieser Hardwarevorrichtungen ist typischerweise über die Prozessanlage oder über einen Teil der Prozessanlage zentralisiert. Diese Hardwarevorrichtungen führen Anwendungen aus, die es beispielsweise einer Bedienperson ermöglichen, Funktionen zur Steuerung eines Prozesses und/oder zum Betreiben der Prozessanlage durchzuführen, wie das Ändern von Einstellungen der Prozesssteuerungsroutine, Modifizieren des Betriebs der Steuermodule innerhalb der Controller oder der Feldvorrichtungen, Anzeigen des aktuellen Zustands des Prozesses, Anzeigen von Alarmen, die von Feldvorrichtungen und Controllern generiert wurden, Simulieren des Betriebs des Prozesses zur Schulung von Personal oder zum Test der Prozesssteuerungssoftware, Pflegen und Aktualisieren einer Konfigurationsdatenbank, usw. Die von den Hardwarevorrichtungen, Controllern und Feldvorrichtungen verwendete Datenautobahn kann einen verdrahteten Kommunikationsweg, einen drahtlosen Kommunikationsweg oder eine Kombination von verdrahteten und drahtlosen Kommunikationswegen einschließen.
Das DeltaV^TM Steuerungssystem, das von Emerson Process Management angeboten wird, schließt mehrere Anwendungen ein, die in unterschiedlichen Vorrichtungen gespeichert und in diesen ausgeführt werden, die sich an verschiedenen Stellen innerhalb einer Prozessanlage befinden. Eine Konfigurationsanwendung, die auf einer oder mehreren Arbeitsstationen oder Rechenvorrichtungen liegt, ermöglicht Anwendern das Erstellen oder Ändern von Prozesssteuerungsmodulen und das Herunterladen dieser Prozesssteuermodule über eine Datenautobahn auf dedizierte verteilte Controller. Diese Steuermodule sind in der Regel aus kommunikativ miteinander verbundenen Funktionsblöcken zusammengesetzt, die in einem objektorientierten Programmierprotokoll Objekte sind, die innerhalb des Steuerschemas, das auf Eingaben in dieses basiert, Funktionen durchführen und Ausgaben an andere Funktionsblöcke innerhalb des Steuerschemas bereitstellen. Die Konfigurationsanwendung kann einem Konfigurationsdesigner auch ermöglichen, Benutzerschnittstellen zu erstellen oder zu verändern, die durch eine Anzeigeanwendung verwendet werden, um einer Bedienperson Daten anzuzeigen und es der Bedienperson zu ermöglichen, Einstellungen, wie Sollwertpunkte, innerhalb der Prozesssteuerroutinen zu ändern. Jeder dedizierte Controller und in einigen Fällen eine oder mehrere Feldvorrichtungen speichern eine jeweilige Controlleranwendung und führen diese aus, die dieser zugeordnete und an diese heruntergeladene Steuermodule ausführt, um tatsächliche Prozesssteuerfunktionalität zu implementieren. Die Anzeigeanwendungen, die auf einer oder mehreren Arbeitsstationen von Bedienpersonen (oder an einer oder mehreren Fernrechenvorrichtungen in kommunikativer Verbindung mit der Arbeitsstation der Bedienperson und der Datenautobahn) ausgeführt werden können, empfangen über die Datenautobahn Daten von der Controlleranwendung und zeigen diese Daten Prozesssteuerungssystemdesignern, Bedienpersonen oder Anwendern über die Benutzerschnittstellen an, und sie können beliebige Anzahlen unterschiedlicher Ansichten bereitstellen, wie eine Bedienpersonansicht, eine Ingenieursansicht, eine Technikeransicht, usw. Eine Datenhistorienanwendung wird typischerweise in einer Datenhistorienvorrichtung gespeichert und von dieser ausgeführt, die einige oder alle der über die Datenautobahn bereitgestellten Daten sammelt und speichert, während eine Konfigurationsdatenbankanwendung noch auf einem weiteren Computer laufen kann, der mit der Datenautobahn verbunden ist, um die aktuelle Prozesssteuerroutinenkonfiguration und damit assoziierte Daten zu speichern. Die Konfigurationsdatenbank kann sich alternativ auf der selben Arbeitsstation wie die Konfigurationsanwendung befinden.
Die Architektur von zurzeit bekannten Prozesssteueranlagen und Prozesssteuerungssystemen wird durch den begrenzten Speicher von Controller und Vorrichtung, die Kommunikationsbandbreite und die Fähigkeiten des Controller- und Vorrichtungsprozessors stark beeinflusst. In zurzeit bekannten Prozesssteuerungssystemarchitekturen wird beispielsweise die Verwendung des dynamischen und statischen nichtflüchtigen Speichers im Controller üblicherweise minimiert oder mindestens sorgfältig gemanagt. Infolgedessen muss ein Benutzer während der Systemkonfiguration (z. B. a priori) typischerweise auswählen, welche Daten in dem Controller archiviert oder gespeichert werden sollen, wie häufig gespeichert werden soll und ob Kompression verwendet werden soll oder nicht, und der Controller wird demnach mit diesem begrenzten Set von Datenregeln konfiguriert. Daten, die in Fehlersuche und Prozessanalyse brauchbar sein könnten, werden demnach oft nicht archiviert, und wenn sie gesammelt werden, sind die brauchbaren Informationen möglicherweise infolge von Datenkompression verloren gegangen.
Um zudem die Speichernutzung in zurzeit bekannten Prozesssteuerungssystemen zu minimieren, werden ausgewählte Daten, die archiviert oder gespeichert werden sollen (wie durch die Konfiguration des Controllers angegeben wird) zur Speicherung in einer passenden Datenhistorie oder einem Datensilo an die Arbeitsstation oder Rechenvorrichtung berichtet. Die aktuellen Techniken, die zum Berichten der Daten verwendet werden, nutzen Kommunikationsressourcen schlecht aus und legen dem Controller exzessive Last auf. Aufgrund der Zeitverzögerungen in der Kommunikation und Abtastung in der Historie oder dem Silo sind die Datensammlung und Vergabe des Zeitstempels oft mit dem tatsächlichen Prozess nicht synchronisiert.
Um die Nutzung des Controllerspeichers zu minimieren, bleiben in ähnlicher Weise in Chargenprozesssteuerungssystemen Chargenrezepte und Momentaufnahmen der Controllerkonfiguration typischerweise in einer zentralisierten administrativen Rechenvorrichtung oder einem zentralisierten administrativen Ort (z. B. in einem Datensilo oder einer Historie) gespeichert und werden nur bei Bedarf an einen Controller übertragen. Eine derartige Strategie bringt erhebliche Stoßlasten in den Controller und Kommunikationen zwischen der Arbeitsstation oder der zentralisierten administrativen Rechenvorrichtung und dem Controller ein.
Die Fähigkeits- und Leistungseinschränkungen relationaler Datenbanken von derzeit bekannten Prozesssteuerungssystemen spielen ferner in Kombination mit den bislang hohen Kosten für Plattenspeicherung eine große Rolle bei der Strukturierung von Daten in unabhängige Entitäten oder Silos, um die Ziele spezieller Anwendungen zu erfüllen. Beispielsweise werden innerhalb des DeltaV^TM Systems Archivierungen von Prozessmodellen, fortlaufenden Historiendaten und Chargen- und Ereignisdaten in drei unterschiedlichen Anwendungsdatenbanken oder Datensilos gespeichert. Jedes Silo hat eine andere Benutzerschnittstelle, um auf die darin gespeicherten Daten zuzugreifen.
Wenn die Daten auf diese Weise strukturiert werden, entsteht eine Barriere in der Weise, wie auf historisierte Daten zugegriffen und diese verwendet werden. Die wahre Ursache von Schwankungen der Produktqualität kann beispielsweise mit Daten in mehr als einem dieser Datensilos assoziiert sein. Aufgrund der unterschiedlichen Dateistrukturen der Silos ist es jedoch nicht möglich, Tools bereitzustellen, die den raschen und einfachen Zugriff auf diese Daten zur Analyse ermöglichen. Audit- und Synchronisationsfunktionen müssen zudem durchgeführt werden, um zu gewährleisten, dass Daten über unterschiedliche Silos konsistent sind.
Die zuvor erörterten Einschränkungen derzeit bekannter Prozessanlagen und Prozesssteuerungssysteme und andere Einschränkungen können sich in unerwünschter Weise während des Betriebs und der Optimierung von Prozessanlagen oder Prozesssteuerungssystemen manifestieren, beispielsweise während des Betriebs der Anlage, bei der Fehlerbehebung und/oder prognostischen Modellierung. Solche Einschränkungen erzwingen beispielsweise mühselige und lange Arbeitsabläufe, die durchgeführt werden müssen, um Daten zur Fehlerbehebung und zur Generierung aktualisierter Modelle zu erhalten. Die erhaltenen Daten können zudem infolge von Datenkompression, unzureichender Bandbreite oder Zeitstempelverschiebungen ungenau sein.
„Großdaten” bezieht sich allgemein auf eine Sammlung von einem oder mehreren Datensets, die so groß oder komplex sind, dass traditionelle Datenbankmanagementtools und/oder Datenverarbeitungsanwendungen (z. B. relationale Datenbanken und Statistikpakete für den Desktop) nicht in der Lage sind, die Datensets innerhalb einer hinnehmbaren Zeit zu managen. Anwendungen, die Großdaten verwenden, sind in der Regel transaktional und endanwendergesteuert oder -fokussiert. Web-Suchmaschinen, Anwendungen in sozialen Medien, Marketinganwendungen und Einzelhandelanwendungen können beispielsweise Großdaten nutzen und manipulieren. Großdaten können von einer verteilten Datenbank unterstützt werden, die die Parallelverarbeitungsfähigkeiten von modernen Multiprozess-Mehrkernservern in vollem Maße nutzen.
KURZFASSUNG
Ein Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk oder -system für ein Prozesssteuerungssystem oder eine Anlage liefert eine Infrastruktur, um Data Mining im Großmaßstab und Datenanalyse von Prozessdaten zu unterstützen. In einer Ausführungsform schließt das Prozesssteuer-Großdatennetzwerk oder -system eine Vielzahl von Knoten ein, um alle (oder fast alle) Daten zu sammeln und zu speichern, die durch Vorrichtungen, die in das Prozesssteuerungssystem oder die Anlage eingeschlossen oder damit assoziiert sind, generiert, empfangen und/oder beobachtet werden. Einer der Knoten des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks kann insbesondere ein Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat sein. Der Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat kann einen unitären logischen Datenspeicherbereich einschließen, der konfiguriert ist, um unter Verwendung eines gemeinsamen Formats mehrere Typen von Daten zu speichern, die durch das Prozesssteuerungssystem, die Prozessanlage und einen oder mehrere durch die Prozessanlage gesteuerte Prozesse generiert sind oder diese betreffen. Der unitäre logische Datenspeicherbereich kann beispielsweise Konfigurationsdaten, fortlaufende Daten, Ereignisdaten, Anlagendaten, Daten, die eine Benutzeraktion angeben, Netzwerkmanagementdaten und Daten speichern, die durch Systeme bereitgestellt werden oder zu diesen gehören, die außerhalb des Prozesssteuerungssystems oder der Anlage liegen.
Im Unterschied zu Prozesssteuerungssystemen des Standes der Technik muss die Identität von Daten, die an den Knoten des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks gesammelt werden, in den Knoten nicht a priori definiert oder konfiguriert werden. Die Rate, mit der Daten in den Knoten gesammelt und von diesen übertragen wird, muss ferner nicht a priori konfiguriert, ausgewählt oder definiert werden. Das Prozesssteuer-Großdatensystem kann stattdessen automatisch alle Daten, die in den Knoten generiert, von diesen empfangen oder erhalten werden, mit der Rate sammeln, mit der die Daten generiert, empfangen oder erhalten werden, und kann herbeiführen, dass die gesammelten Daten in hoher Qualität (z. B. ohne Verwendung verlustreicher Datenkompression oder jeglichen anderen Techniken, die zu Verlust der Originalinformationen führen können) dem Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat zur Speicherung geliefert werden (und gegebenenfalls an andere Knoten des Netzwerks geliefert werden).
Das Prozesssteuerungssystem-Großdatensystem kann auch in der Lage sein, für jeglichen Teil der gespeicherten Daten anspruchsvolle Daten- und Trendanalysen bereitzustellen. Das Prozesssteuer-Großdatensystem kann beispielsweise in der Lage sein, automatische Datenanalyse über Prozessdaten bereitzustellen (die in Prozesssteuerungssystem des Standes der Technik in unterschiedlichen Datenbanksilos enthalten sind), ohne dass irgendeine a priori-Konfiguration erforderlich ist und ohne dass irgendeine Übersetzung oder Konvertierung erforderlich ist. Das Prozesssteuerungssystem-Großdatensystem kann basierend auf den Analysen in der Lage sein, automatisch in die Tiefe gehende Erkenntnisfindung bereitzustellen, und kann Änderungen an oder zusätzliche Entitäten für das Prozesssteuerungssystem vorschlagen. Zudem oder alternativ kann das Prozesssteuerungssystem-Großdatensystem Aktionen (vorgeschriebene, prognostische oder beide) durchführen, die auf der Kenntnisfindung basieren. Das Prozesssteuerungssystem-Großdatensystem kann Anwendern auch die Durchführung von manueller Kenntnisfindung ermöglichen und sie darin unterstützen, sowie in der Planung, Konfiguration, dem Betreiben, Warten und Optimieren der Prozessanlage und der damit assoziierten Ressourcen.
Kenntnisfindungs- und Großdatentechniken innerhalb einer Prozesssteueranlage oder -umgebung unterscheiden sich inhärent von traditionellen Großdatentechniken. Traditionelle Großdatenanwendungen beinhalten typischerweise singuläre Transaktionen, sind endanwendergesteuert und haben keine strengen Zeitanforderungen oder -abhängigkeiten. Ein Web-Einzelhandel sammelt beispielsweise Großdaten, die angeschaute Produkte, gekaufte Produkte und Kundenprofile betreffen, und verwendet diese gesammelten Daten, um Werbung und Vorschläge zum Kauf höherwertiger Produkte für individuelle Kunden maßzuschneidern, wenn sie durch die Webseite des Einzelhandels navigieren. Wenn eine spezielle Einzelhandelstransaktion (z. B. ein spezieller Datenpunkt) versehentlich aus der Großdatenanalyse des Einzelhändlers wegfällt, ist die Wirkung dieses Wegfalls vernachlässigbar, insbesondere wenn die Anzahl der analysierten Datenpunkte sehr groß ist. Im schlimmsten Fall kann eine Werbung oder ein Vorschlag zum Kauf eines höherwertigen Produkts für einen speziellen Kunden nicht so genau maßgeschneidert werden, wie dies der Fall sein könnte, wenn der weggefallene Datenpunkt in die Großdatenanalyse des Einzelhändlers eingeschlossen worden wäre.
In Prozessanlagen- und Prozesssteuerumgebungen ist die Dimension der Zeit und die Anwesenheit oder der Wegfall bestimmter Datenpunkte jedoch kritisch. Wenn beispielsweise ein bestimmter Datenwert nicht an eine Empfängerkomponente der Prozessanlage innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls geliefert wird, kann der Prozess unkontrolliert werden, was zu einem Feuer, einer Explosion, Geräteverlust und/oder Verlust des menschlichen Lebens führen kann. Mehrere und/oder komplexe zeitbasierte Beziehungen zwischen unterschiedlichen Komponenten, Entitäten und/oder Prozessen, die innerhalb der Prozessanlage und/oder außerhalb der Prozessanlage operieren, können ferner die Betriebseffizienz, Produktqualität und/oder Anlagensicherheit beeinflussen. Die durch die hier beschriebenen Prozesssteuerungssystem-Großdatentechniken bereitgestellte Erkenntnisfindung kann ermöglichen, dass derartige zeitbasierte Beziehungen gefunden und genutzt werden, wodurch eine effizientere und sicherere Prozessanlage möglich wird, die ein höherwertiges Produkt produzieren kann.
Die hier beschriebenen Techniken können beispielsweise automatisch finden, dass eine Kombination eines speziellen Eingangsmaterialcharakteristikums, eines Umgebungsluftdrucks an einer speziellen Straße und eines speziellen ungeplanten Ereignisses zu einer Verschlechterung der Produktqualität von X % führen kann. Die Techniken können automatisch ermitteln, dass die potentielle Verschlechterung der Produktqualität verringert werden kann, indem ein Parameter eines anderen Prozesses angepasst wird, der dreißig Minuten nach dem ungeplanten Ereignis ausgeführt wird, und kann automatisch Schritte durchführen, um den Parameter entsprechend anzupassen. Die hier beschriebenen Erkenntnisfindungs- und Prozesssteuerungssystem-Großdatentechniken können demnach ermöglichen, dass derartige Beziehungen und Aktionen gefunden werden und innerhalb einer Prozessanlage oder Prozesssteuerumgebung darauf reagiert werden kann, wie hier detaillierter beschrieben ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Großdatennetzwerks für eine Prozessanlage oder Prozesssteuerungssystem;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Anordnung von Providerknoten illustriert, die in das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk von 1 eingeschlossen sind;
3 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Verwendung von Anwendungsdatenempfängern zur Speicherung oder Historisierung von Daten in der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung von 1 illustriert;
4 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Verwendung von Anwendungsdatendienstleistern zum Zugriff auf historisierte Daten illustriert, die in der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung von 1 gespeichert sind;
5 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudios von 1;
6 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Kopplung zwischen einer Konfigurations- und Explorationsumgebung, die durch das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio von 1 bereitgestellt wird, und einer Laufzeitumgebung der Prozessanlage oder des Prozesssteuerungssystems; und
7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Unterstützung von Großdaten in einem Prozesssteuerungssystem oder einer Prozessanlage.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Großdatennetzwerks 100 für eine Prozessanlage oder ein Prozesssteuerungssystem 10. Das beispielhafte Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 schließt eine(n) Prozessteuerungssystem-Großdatenapparat oder -anwendung 102, einen Backbone 105 eines Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks und eine Vielzahl von Knoten 108 ein, die kommunikativ mit dem Backbone 105 verbunden sind. Prozessbezogene Daten, anlagenbezogene Daten und andere Typen von Daten können gesammelt und in der Vielzahl von Knoten 108 gecacht werden, und die Daten können über den Netzwerk-Backbone 105 an den Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat oder die entsprechende Anwendung 102 zur langfristigen Speicherung (z. B. „Historisierung“) und Verarbeitung geliefert werden. In einer Ausführungsform können mindestens einige der Daten zwischen Knoten des Netzwerks 100 geliefert werden, z. B. um einen Prozess in Echtzeit zu steuern.
Jeglicher mit dem Prozesssteuerungssystem 10 zusammenhängende Typ von Daten kann in der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 gesammelt und gespeichert werden. In einer Ausführungsform können Prozessdaten gesammelt und gespeichert werden. Echtzeit-Prozessdaten, wie fortlaufende, Chargen-, Mess- und Ereignisdaten, die generiert werden, während ein Prozess in der Prozessanlage 10 gesteuert wird (und die in einigen Fällen einen Effekt einer Echtzeitausführung des Prozesses angeben) können beispielsweise gesammelt und gespeichert werden. Prozessdefinitions-, Anordnungs- oder Einrichtungsdaten, wie Konfigurationsdaten und/oder Chargenrezeptdaten, können gesammelt und gespeichert werden. Daten, die der Konfiguration, Ausführung und den Ergebnissen von Prozessdiagnostik entsprechen, können gesammelt und gespeichert werden. Auch andere Typen von Prozessdaten können gesammelt und gespeichert werden.
In einer Ausführungsform können Datenautobahnverkehrsdaten und Netzwerkmanagementdaten des Backbones 105 und Daten von verschiedenen anderen Kommunikationsnetzwerken der Prozessanlage 10 gesammelt und gespeichert werden. Benutzerbezogene Daten, wie Daten, die sich auf Benutzerdatenverkehr, Anmeldeversuche, Abfragen und Anweisungen beziehen, können in einer Ausführungsform gesammelt und gespeichert werden. Textdaten (z. B. Protokolle, Betriebsabläufe, Handbücher, usw.), Raumdaten (z. B. positionsbezogene Daten) und Multimediadaten (z. B. Videoüberwachung, Videoclips, usw.) können gesammelt und gespeichert werden.
Daten, die sich auf die Prozessanlage 10 beziehen (z. B. auf physische Geräte, die zu der Prozessanlage 10 gehören, wie Maschinen und Vorrichtungen), jedoch möglicherweise nicht durch Anwendungen generiert werden können, die einen Prozess direkt konfigurieren, steuern oder diagnostizieren, können gesammelt und gespeichert werden. Vibrationsdaten und Dampfabscheidedaten können beispielsweise gesammelt und gespeichert werden. Anlagensicherheitsdaten können gesammelt und gespeichert werden. Daten, die einen Wert eines Parameters angeben, der mit Anlagensicherheit korrespondiert (z. B. Korrosionsdaten, Gasdetektierungsdaten, usw.) können beispielsweise gespeichert werden, oder Daten, die ein Ereignis anzeigen, das mit Anlagensicherheit korrespondiert, können gespeichert werden. Daten, die mit der Integrität von Maschinen, Anlagegeräten und/oder -vorrichtungen korrespondieren, können gesammelt und gespeichert werden. Gerätedaten (z. B. Pumpenintegritätsdaten, die basierend auf Vibrationsdaten und anderen Daten ermittelt wurden) können beispielsweise gesammelt werden. Daten, die der Konfiguration, Ausführung und den Ergebnissen von Geräte-, Maschinen- und/oder Gerätediagnostik entsprechen, können gesammelt und gespeichert werden.
In einigen Ausführungsformen können Daten, die durch Entitäten generiert oder an solche übertragen werden, die sich außerhalb der Prozessanlage 10 befinden, gesammelt und gespeichert werden, wie Daten, die die Kosten von Rohmaterialien betreffen, erwartete Ankunftszeiten von Teilen oder Geräten, Wetterdaten und andere externe Daten. In einer Ausführungsform können alle Daten, die durch alle Knoten 108 generiert, von diesen empfangen oder beobachtet werden, welche kommunikativ mit dem Netzwerk-Backbone 105 verbunden sind, gesammelt und deren Speicherung in einer Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 herbeigeführt werden.
In einer Ausführungsform schließt das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 ein Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 ein, das so konfiguriert ist, dass es eine Primärbenutzerschnittstelle zum Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 bereitstellt, die zur Konfiguration und Datenexploration dient, z. B. eine Benutzerschnittstelle oder eine Schnittstelle, die von anderen Anwendungen genutzt werden kann. Das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 kann über den Backbone 105 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks mit der Großdatenanwendung 102 verbunden sein, oder kann direkt mit der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 verbunden sein.
Prozesssteuer-Großdatennetzwerkknoten
Die Vielzahl der Knoten 108 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks 100 kann mehrere unterschiedliche Gruppen von Knoten 110–115 einschließen. Eine erste Gruppe von Knoten 110, die hier als „Providerknoten 110” oder „Providervorrichtungen 110“ bezeichnet werden, kann einen oder mehrere Knoten oder Vorrichtungen einschließen, die Prozesssteuerungsdaten generieren, routen und/oder empfangen, um zu ermöglichen, dass Prozesse in der Prozessanlagenumgebung 10 in Echtzeit gesteuert werden. Beispiele für Providervorrichtungen oder -knoten 110 können Vorrichtungen einschließen, deren Hauptfunktion das Generieren von und/oder Arbeiten an Prozesssteuerungsdaten betrifft, um einen Prozess zu steuern, z. B. verdrahtete und drahtlose Feldvorrichtungen, Controller und Eingabe/Ausgabe (E/A-Geräte). Andere Beispiele für Providervorrichtungen 110 können Vorrichtungen einschließen, deren Hauptfunktion die Bereitstellung von Zugang zu oder Routen durch ein oder mehrere Kommunikationsnetzwerke des Prozesssteuerungssystems ist (von denen eines das Prozesssteuer-Großnetzwerk 100 ist), z. B. Zugangspunkte, Router, Schnittstellen für verdrahtete Steuerbusse, Gateways zu drahtlosen Kommunikationsnetzwerken, Gateways zu externen Netzwerken oder Systemen und andere derartige Routing- und Netzwerkvorrichtungen. Noch weitere Beispiele für Providervorrichtungen 110 können Vorrichtungen einschließen, deren Hauptfunktion in der temporären Speicherung von Prozessdaten und anderen verwandten Daten, die im gesamten Prozesssteuerungssystem 10 anfallen, und im Herbeiführen der Übertragung der temporär gespeicherten Daten zur Historisierung in der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 liegt.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine der Providervorrichtungen 110 kommunikativ in direkter Weise mit dem Backbone 105 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks verbunden. In einer Ausführungsform ist mindestens eine der Providervorrichtungen 110 kommunikativ in indirekter Weise mit dem Backbone 105 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks verbunden. Eine Drahtlos-Feldvorrichtung kann beispielsweise über einen Router und Zugangspunkt und ein Drahtlos-Gateway kommunikativ mit dem Backbone 105 verbunden sein. Providervorrichtungen 110 haben typischerweise keine integrale Benutzerschnittstelle, obwohl einige der Providervorrichtungen 100 über die Fähigkeit zur kommunikativen Verbindung mit einer Benutzerrechenvorrichtung oder Benutzerschnittstelle verfügen können, z. B. durch Kommunikation über eine verdrahtete oder drahtlose Kommunikationsverbindung, oder indem eine Benutzerschnittstellenvorrichtung in einen Port der Providervorrichtung 110 gesteckt wird.
Eine zweite Gruppe von Knoten 112, die hier als „Benutzerschnittstellenknoten 112” oder „Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112“ beschrieben werden, kann einen oder mehrere Knoten oder Vorrichtungen einschließen, die jeweils eine integrierte Benutzerschnittstelle aufweisen, über die einen Benutzer oder eine Bedienperson mit dem Prozesssteuerungssystem oder der Prozessanlage 10 interagieren kann, um Aktivitäten durchzuführen, die die Prozessanlage 10 betreffen (z. B. Konfigurieren, Anzeigen, Überwachen, Testen, Analysieren, Diagnostizieren, Bestellen, Planen, Zeitplanung, Anmerken und/oder andere Aktivitäten). Beispiele für diese Benutzerschnittstellenknoten oder -vorrichtungen 112 können mobile oder stationäre Rechenvorrichtungen, Arbeitsstationen, handgeführte Vorrichtungen, Tablets, Oberflächenrechenvorrichtungen und jegliche andere Rechenvorrichtung mit einem Prozessor, einem Speicher und einer integralen Benutzerschnittstelle einschließen. Integrierte Benutzerschnittstellen können einen Bildschirm, eine Tastatur, eine Kleintastatur, eine Maus, Schaltflächen, Touchscreen, Touchpad, eine biometrische Schnittstelle, Lautsprecher und Mikrofone, Kameras und/oder jegliche andere Benutzerschnittstellentechnologie einschließen. Jeder Benutzerschnittstellenknoten 112 kann ein oder mehrere integrierte Benutzerschnittstellen einschließen. Benutzerschnittstellenknoten 112 können eine direkte Verbindung mit dem Backbone 105 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks einschließen, oder können eine indirekte Verbindung mit dem Backbone 105 einschließen, z. B. über einen Zugangspunkt oder ein Gateway. Benutzerschnittstellenknoten 112 können kommunikativ in verdrahteter und/oder drahtloser Weise mit dem Backbone 105 des Prozesssteuersystem-Großdatennetzwerks verbunden sein. Ein Benutzerschnittstellenknoten 112 kann in einigen Ausführungsformen ad-hoc mit dem Netzwerk-Backbone verbunden werden.
Die Vielzahl von Knoten 108 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks 100 ist natürlich nicht nur auf Providerknoten 110 und Benutzerschnittstellenknoten 112 begrenzt. Einer oder mehrere andere Typen von Knoten 115 können auch in die Vielzahl der Knoten 108 eingeschlossen werden. Ein Knoten eines Systems, das sich außerhalb der Prozessanlage 10 befindet (z. B. ein Laborsystem oder ein Materialhandhabungssystem) kann beispielsweise kommunikativ mit dem Netzwerk-Backbone 105 des Systems 100 verbunden sein. Ein Knoten oder eine Vorrichtung 115 kann kommunikativ über eine direkte oder indirekte Verbindung mit dem Backbone 105 verbunden sein. Ein Knoten oder eine Vorrichtung 115 kann kommunikativ über eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung mit dem Backbone 105 verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann die Gruppe von anderen Knoten 115 aus dem Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 wegfallen.
In einer Ausführungsform können mindestens einige der Knoten 108 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 eine integrierte Firewall einschließen. Jegliche Anzahl der Knoten 108 (z. B. null Knoten, ein Knoten oder mehr als ein Knoten) können ferner jeweils entsprechenden Speicherraum (in 1 durch die Symbole M_X kenntlich gemacht) einschließen, um Aufgaben (Tasks), Messungen, Ereignisse und andere Daten in Echtzeit zu speichern oder zu cachen. Ein Speicherraum M_X kann Speicherraumtechnologie mit hoher Dichte umfassen, beispielsweise Festkörperlaufwerkspeicher, Halbleiterspeicher, optische Speicher, Molekularspeicher, biologischen Speicher oder jegliche andere geeignete Speicherraumtechnologie mit hoher Dichte. Der Speicherraum M_X kann in einigen Ausführungsformen auch Flash-Speicher einschließen. Der Speicherraum M_X (und in einigen Fällen Flash-Speicher) kann konfiguriert werden, um Daten temporär zu speichern oder zu cachen, die an seinem jeweiligen Knoten 108 generiert, empfangen oder anderweitig beobachtet wird. Der Flash-Speicher M_X von mindestens einem der Knoten 108 (z. B. eine Controllervorrichtung) kann auch Momentaufnahmen der Knotenkonfiguration, Chargenrezepte und/oder andere Daten speichern, um Verzögerung bei der Verwendung dieser Informationen während des normalen Betriebs oder nach einem Stromausfall oder anderem Ereignis zu minimieren, welches dazu führt, dass der Knoten offline ist. In einer Ausführungsform des Prozesssteuersystem-Großdatennetzwerks 100 können alle der Knoten 110, 112 und jegliche Anzahl der Knoten 115 Speicherraum M_X mit hoher Dichte einschließen. Es sei darauf hingewiesen, dass unterschiedliche Typen oder Technologien von hochdichtem Speicherraum M_X über den Set von Knoten 108 oder über einen Teilset von Knoten eingesetzt werden kann, der in dem Set von Knoten 108 eingeschlossen ist.
In einer Ausführungsform kann jegliche Anzahl der Knoten 108 (beispielsweise null Knoten, ein Knoten oder mehr als ein Knoten) jeweils entsprechende Mehrkern-Hardware einschließen (z. B. einen mehrkernigen (Multi-Core)-Prozessor oder anderen Typ von Parallelprozessor), wie in 1 durch die Symbole P_MCX dargestellt ist. Mindestens einige der Knoten 108 können einen der Kerne ihres jeweiligen Prozessors P_MCX zum Cachen von Echtzeitdaten an dem Knoten angeben, und in einigen Ausführungsformen zum Herbeiführen der Übertragung der gecachten Daten zur Speicherung in der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102. Zusätzlich oder alternativ können mindestens einige der Knoten 108 mehr als einen der mehreren Kerne des jeweiligen Multicore-Prozessors P_MCX zum Cachen von Echtzeitdaten angeben. Der eine oder die mehreren angegebenen Kerne zum Cachen von Echtzeitdaten (und in einigen Fällen zum Herbeiführen der Speicherung der gecachten Daten in der Großdatenanwendung 102) kann/können in einigen Ausführungsformen ausschließlich angegeben werden (z. B. kann/können der eine oder die mehreren angegebenen Kerne keine andere Verarbeitung durchführen mit Ausnahme von Verarbeitung, die Cachen und Übertragen von Großdaten betrifft). In einer Ausführungsform können mindestens einige der Knoten 108 angeben, dass einer ihrer Kerne Operationen zur Steuerung eines Prozesses in der Prozessanlage 10 durchführt. In einer Ausführungsform kann/können ein oder mehrere Kerne ausschließlich zur Durchführung von Operationen zur Steuerung eines Prozesses angegeben werden und dürfen nicht zum Cachen und Übertragen von Großdaten verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass unterschiedliche Typen oder Technologien von Multicoreprozessoren P_MCX über das Set von Knoten 108 oder über ein Teilset von Knoten des Sets von Knoten 108 eingesetzt werden können. In einer Ausführungsform des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 können alle der Knoten 110, 112 und jegliche Anzahl der Knoten 115 irgendeinen Typ von Multicoreprozessor P_MCX einschließen.
Wenn auch 1 die Knoten 108 als jeweils sowohl einen Multicoreprozessor P_MCX als auch einen hochdichten Speicher M_X einschließend veranschaulicht, sei jedoch darauf hingewiesen, dass nicht jeder der Knoten 108 sowohl einen Multicoreprozessor P_MCX als auch einen hochdichten Speicher M_X einschließen muss. Einige der Knoten 108 können beispielsweise nur einen Multicoreprozessor P_MCX und nicht einen hochdichten Speicher M_X einschließen, einige der Knoten 108 können nur einen hochdichten Speicher M_X und nicht einen Multicoreprozessor P_MCX einschließen, einige der Knoten 108 können sowohl einen Multicoreprozessor P_MCX als auch einen hochdichten Speicher M_X einschließen, und/oder einige der Knoten 108 können weder einen Multicoreprozessor P_MCX noch einen hochdichten Speicher M_X einschließen.
Beispiele für Echtzeitdaten, die durch Providerknoten oder -vorrichtungen 110 gecacht oder gesammelt werden können, können Messdaten, Konfigurationsdaten, Chargendaten, Ereignisdaten und/oder fortlaufende Daten einschließen. Es können beispielsweise Echtzeitdaten gesammelt werden, die Konfigurationen, Chargenrezepten, Sollwerten, Ausgaben, Raten, Steueraktionen, Diagnostiken, Alarmen, Ereignissen und/oder Änderungen daran entsprechen. Einige Beispiele für Echtzeitdaten können Prozessmodelle, Statistiken, Statusdaten und Netzwerk- und Anlagemanagementdaten einschließen.
Beispiele für Echtzeitdaten, die durch Benutzerschnittstellenknoten oder -vorrichtungen 112 gecacht oder gesammelt werden können, können beispielsweise Benutzeranmeldungen, Benutzerabfragen, Daten, die von einem Benutzer erfasst werden (z. B. mittels Kamera, Audio- oder Videoaufzeichnungsvorrichtung), Benutzerbefehle, Erstellung, Veränderung oder Löschung von Dateien, physischer oder räumlicher Ort eines Benutzerschnittstellenknotens oder einer Benutzerschnittstellenvorrichtung, Ergebnisse einer Diagnostik oder eines Tests, die/der an der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 durchgeführt wurde, und andere Aktionen oder Aktivitäten, die durch einen Benutzer initiiert wurden oder mit diesem zusammenhängen, der mit einem Benutzerschnittstellenknoten 112 interagiert.
Gesammelte Daten können dynamische oder statische Daten sein. Gesammelte Daten können beispielsweise Datenbankdaten, Streaming-Daten und/oder Transaktionsdaten einschließen. Jegliche Daten, die ein Knoten 108 generiert, empfängt oder beobachtet, können allgemein mit einem entsprechenden Zeitstempel oder der Angabe der Zeit der Sammlung/des Cachens gesammelt oder gecacht werden. Alle Daten, die ein Knoten 108 generiert, empfängt oder beobachtet, werden in einer bevorzugten Ausführungsform in seinem Speicherraum (z. B. Speicherung im hochdichten Speicher M_X) mit einer jeweiligen Angabe einer Zeit der Sammlung/des Cachens jedes Datums (z. B. einem Zeitstempel) gesammelt oder gecacht.
In einer Ausführungsform kann jeder der Knoten 110, 112 (und gegebenenfalls mindestens einer der anderen Knoten 115) konfiguriert werden, um automatisch Echtzeitdaten zu sammeln oder zu cachen und herbeizuführen, dass die gesammelten/gecachten Daten an die Großdatenanwendung 102 und/oder andere Knoten 108 geliefert werden, ohne dass verlustreiche Datenkompression, Teilabtastung von Daten oder Konfigurieren des Knotens für Datensammlungszwecke erforderlich ist. Im Unterschied zu Prozesssteuersystemen des Standes der Technik muss die Identität von Daten, die an den Knoten oder Vorrichtungen 108 des Prozesssteuersystem-Großdatennetzwerks 100 gesammelt werden, a priori in den Vorrichtungen 108 nicht definiert oder konfiguriert werden. Die Rate, mit der Daten in den Knoten 108 gesammelt und von diesen abgegeben wird, muss zudem auch nicht konfiguriert, ausgewählt oder definiert werden. Die Knoten 110, 112 (und gegebenenfalls mindestens einer der anderen Knoten 115) des Prozesssteuer-Großdatensystems können stattdessen automatisch alle Daten, die in den Knoten generiert, von diesen empfangen oder erhalten werden, mit der Rate sammeln, mit der die Daten generiert, empfangen oder erhalten werden, und herbeiführen, dass die gesammelten Daten in hoher Qualität (z. B. ohne Verwendung verlustreicher Datenkompression oder jeglicher anderer Techniken, die zu Verlust der Originalinformationen führen können) an die Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 und gegebenenfalls an andere Knoten 108 des Netzwerks 100 geliefert werden.
In 2 ist ein detailliertes Blockdiagramm gezeigt, das beispielhafte Providerknoten 110 illustriert, die mit dem Backbone 105 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks verbunden sind. Providerknoten 110 können, wie bereits erörtert, Vorrichtungen einschließen, deren Hauptfunktion im automatischen Generieren und/oder Empfangen von Prozesssteuerungsdaten liegt, die verwendet werden, um Funktionen zur Steuerung eines Prozesses in Echtzeit in der Prozessanlagenumgebung 10 durchzuführen, wie Prozesscontroller, Feldvorrichtungen und E/A-Vorrichtungen. In einer Prozessanlagenumgebung 10 empfangen Prozesscontroller Signale, die von Feldvorrichtungen durchgeführte Prozessmessungen angeben, verarbeiten diese Informationen, um eine Steuerroutine zu implementieren, und generieren Steuersignale, die über verdrahtete oder drahtlose Kommunikationsverbindungen zu anderen Feldvorrichtungen gesendet werden, um den Betrieb eines Prozesses in der Anlage 10 zu steuern. Mindestens eine Feldvorrichtung führt in der Regel eine physische Funktion durch (z. B. ein Ventil öffnen oder schließen, eine Temperatur erhöhen oder absenken, usw.), um den Betrieb eines Prozesses zu steuern, und einige Typen von Feldvorrichtungen können unter Verwendung von E/A-Vorrichtungen mit Controllern kommunizieren. Prozesscontroller, Feldvorrichtungen und E/A-Vorrichtungen können verdrahtet oder drahtlos sein, und jegliche Anzahl und Kombination von verdrahteten und drahtlosen Prozesscontrollern, Feldvorrichtungen und E/A-Vorrichtungen können Knoten 110 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks 100 sein.
2 illustriert einen Controller 11, der kommunikativ mit den verdrahteten Feldvorrichtungen 15–22 über Eingabe/Ausgabe-(E/A)-Karten 26 und 28 verbunden ist und kommunikativ über ein Drahtlos-Gateway 35 und den Netzwerk-Backbone 105 mit den drahtlosen Feldvorrichtungen 40–46 verbunden ist. (Der Controller 11 kann in einer anderen Ausführung jedoch unter Verwendung eines anderen Kommunikationsnetzwerks als Backbone 105, wie unter Verwendung einer anderen verdrahteten oder einer drahtlosen Kommunikationsverbindung, kommunikativ mit dem Drahtlos-Gateway 35 verbunden sein.) In 2 ist der Controller 11 als Knoten 110 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 gezeigt und ist direkt mit dem Backbone 105 des Prozesssteuerungs-Großdatennetzwerks verbunden.
Der Controller 11, der beispielsweise der DeltaV^TM Controller sein kann, der von Emerson Process Management angeboten wird, kann betrieben werden, um einen Chargenprozess oder einen kontinuierlichen Prozess unter Verwendung von mindestens einer der Feldvorrichtungen 15–22 und 40–46 zu implementieren. Der Controller 11 kann kommunikativ mit den Feldvorrichtungen 15–22 und 40–46 unter Verwendung von beliebiger gewünschter Hardware und Software mit beispielsweise Standard 4–20 ma Vorrichtungen, E/A-Karten 26, 28 und/oder beliebigem intelligenten Kommunikationsprotokoll verbunden sein, wie dem FOUNDATION^® Fieldbusprotokoll, dem HART^® Protokoll, dem drahtlosen WirelessHART^® Protokoll, usw. In einer Ausführungsform kann der Controller 11 zusätzlich oder alternativ mit mindestens einigen der Feldvorrichtungen 15–22 und 40–46 unter Verwendung des Backbones 105 des Großdatennetzwerks verbunden sein. In der in 2 illustrierten Ausführungsform sind der Controller 11, die Feldvorrichtungen 15–22 und die E/A-Karten 26, 28 drahtgebundene Vorrichtungen, und die Feldvorrichtungen 40–46 sind drahtlose Feldvorrichtungen. Die verdrahteten Feldvorrichtungen 15–22 und drahtlosen Feldvorrichtungen 40–46 können natürlich jeglichem anderen gewünschten Standard/jeglichen anderen gewünschten Standarten oder Protokollen entsprechen, wie verdrahteten oder drahtlosen Protokollen einschließlich jeglichen zukünftig entwickelten Standards oder Protokollen.
Der Controller 11 von 2 schließt einen Prozessor 30 ein, der ein oder mehrere Prozesssteuerungsroutinen (gespeichert in einem Speicher 32) implementiert oder beaufsichtigt, wozu Steuerschleifen gehören können. Der Prozessor 30 kann mit den Feldvorrichtungen 15–22 und 40–46 und mit anderen Knoten (z. B. Knoten 110, 112, 115) kommunizieren, die kommunikativ mit dem Backbone 105 verbunden sind. Es sei darauf hingewiesen, dass jegliche Steuerroutinen oder -module (einschließlich Qualitätsprognose- und Fehlererkennungsmodulen oder Funktionsblöcken), die hier beschrieben sind, Teile aufweisen können, die von anderen Controllern oder anderen Vorrichtungen implementiert oder ausgeführt werden, falls dies gewünscht wird. Die hier beschriebenen Steuerroutinen oder -module, die in dem Prozesssteuerungssystem 10 implementiert werden sollen, können jede beliebige Form annehmen, einschließlich Software, Firmware, Hardware, usw. Steuerroutinen können in jedem gewünschten Softwareformat implementiert werden, wie unter Verwendung von objektorientierter Programmierung, Leiterlogik, sequentiellen Funktionsdiagrammen, Funktionsblockdiagrammen oder unter Verwendung von jeglicher anderen Softwareprogrammiersprache oder jedes anderen Designparadigmas. Die Steuerungsroutinen können in jedem gewünschten Speichertyp gespeichert werden, wie Schreib-Lese-Speicher (RAM) oder Nur-Lese-Speicher (ROM). Die Steuerungsroutinen können in ähnlicher Weise in beispielsweise ein oder mehrere EPROMs, EEPROMs, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs) oder jegliche anderen Hardware- oder Firmwareelemente hardcodiert werden. Der Controller 11 kann somit konfiguriert werden, um eine Steuerungsstrategie oder Steuerungsroutine in jeder gewünschten Weise zu implementieren.
Die Steuerung 11 implementiert in einigen Ausführungsformen eine Steuerungsstrategie, die etwas verwendet, das üblicherweise als Funktionsblöcke bezeichnet wird, wobei jeder Funktionsblock ein Objekt oder anderer Teil (z. B. eine Unterroutine) einer gesamten Steuerungsroutine ist und zusammen mit anderen Funktionsblöcken (über als Links bezeichnete Kommunikationen) arbeitet, um innerhalb des Prozesssteuerungssystems 10 Prozesssteuerungsschleifen zu implementieren. Funktionsblöcke auf Steuerungsbasis führen in der Regel eine von einer Eingabefunktion, wie sie mit einem Sender, einem Sensor oder anderer Messvorrichtung für Prozessparameter assoziiert ist, einer Steuerungsfunktion, wie sie mit einer Steuerungsroutine assoziiert ist, die PID, Fuzzy Logic usw. Steuerung durchführt, oder einer Ausgabefunktion durch, die den Betrieb irgendeiner Vorrichtung, wie eines Ventils, steuert, um irgendeine physische Funktion innerhalb des Prozesssteuerungssystems 10 durchzuführen. Natürlich gibt es Hybrid- und andere Typen von Funktionsblöcken. Funktionsblöcke können in Controller 11 gespeichert und durch diesen ausgeführt werden, was in der Regel der Fall ist, wenn diese Funktionsblöcke für Standard 4–20 ma Geräte und irgendwelche Typen von intelligenten Feldvorrichtungen, wie HART-Vorrichtungen, verwendet werden oder mit ihnen assoziiert sind, oder können in den Feldvorrichtungen selbst gespeichert und durch diese implementiert sein, was bei Fieldbus-Vorrichtungen der Fall sein kann. Der Controller 11 kann eine oder mehrere Steuerungsroutinen 38 einschließen, die eine oder mehrere Steuerschleifen implementieren können. Jede Steuerungsschleife wird typischerweise als Steuermodul beschrieben und kann durchgeführt werden, indem einer oder mehrere der Funktionsblöcke ausgeführt werden.
Die verdrahteten Feldvorrichtungen 15–22 können jegliche Typen von Vorrichtungen sein, wie Sensoren, Ventile, Sender, Positionierer, usw., während die E/A-Karten 26 und 28 jegliche Typen von E/A-Vorrichtungen sein können, die jeglichem gewünschten Kommunikations- oder Conttrollerprotokoll entsprechen. In der in 2 illustrierten Ausführungsform sind die Feldvorrichtungen 15–18 Standard 4–20 ma Vorrichtungen oder HART-Vorrichtungen, die über analoge Leitungen oder kombinierte analoge und digitale Leitungen mit der E/A-Karte 26 kommunizieren, während die Feldvorrichtungen 19–22 intelligente Geräte sind, wie FOUNDATION^® Fieldbus Feldvorrichtungen, die über einen digitalen Bus unter Verwendung eines Fieldbus-Kommunikationsprotokolls mit der E/A-Karte 28 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können jedoch mindestens einige der verdrahteten Feldvorrichtungen 15–22 und/oder mindestens einige der E/A-Karten 26, 28 mit dem Controller 11 unter Verwendung des Backbones 105 des Großdatennetzwerks kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können jedoch mindestens einige der verdrahteten Feldvorrichtungen 15–22 und/oder mindestens einige der E/A-Karten 26, 28 Knoten des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 sein.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform kommunizieren die drahtlosen Feldvorrichtungen 40–46 in einem Drahtlosnetzwerk 70 unter Verwendung eines Drahtlosprotokolls, wie des WirelessHART-Protokolls. Derartige Feldvorrichtungen 40–46 können direkt mit einem oder mehreren anderen Knoten 108 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks 100 kommunizieren, die auch so konfiguriert sind, dass sie drahtlos (beispielsweise mit dem Drahtlosprotokoll) kommunizieren. Um mit einem oder mehreren anderen Knoten 108 zu kommunizieren, die nicht zur drahtlosen Kommunikation konfiguriert sind, können die drahtlosen Feldvorrichtungen 40–46 ein Drahtlos-Gateway 35 nutzen, das mit dem Backbone 105 oder einem anderen Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerk verbunden ist. In einigen Ausführungsformen können mindestens einige der drahtlosen Feldvorrichtungen 40–46 Knoten des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 sein.
Das Drahtlos-Gateway 35 ist ein Beispiel für eine Providervorrichtung 110, die Zugang zu verschiedenen Drahtlosvorrichtungen 40–58 eines Drahtloskommunikationsnetzwerks 70 bereitstellen kann. Das Drahtlos-Gateway 35 bietet insbesondere kommunikative Kopplung zwischen den Drahtlosvorrichtungen 40–58, den verdrahteten Vorrichtungen 11–28 und/oder anderen Knoten 108 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks 100 (einschließlich des Controllers 11 von 2). Das Drahtlos-Gateway 35 kann beispielsweise kommunikative Kopplung unter Verwendung des Backbones 105 des Großdatennetzwerks und/oder durch Verwendung von einem oder mehreren anderen Kommunikationsnetzwerken der Prozessanlage 10 bereitstellen.
Das Drahtlos-Gateway bietet in einigen Fällen kommunikative Kopplung durch Routing-, Pufferungs- und Zeitgebungsdienste an untere Schichten der Protokollstapel der verdrahteten oder drahtlosen Kommunikation (z. B. Adressenkonvertierung, Routing, Paketsegmentierung, Priorisierung, usw.), während eine gemeinsam genutzte Schicht oder gemeinsam genutzte Schichten der Protokollstapel der drahtgebundenen und drahtlosen Kommunikation durchtunnelt werden. Das Drahtlos-Gateway 35 kann in anderen Fällen Befehle zwischen drahtgebundenen und Drahtlos-Protokollen übersetzen, die keinerlei Protokollschichten gemeinsam nutzen. Zusätzlich zu Protokoll- und Befehlskonvertierung kann das Drahtlos-Gateway 35 synchronisierte Zeitgebung bereitstellen, die von Zeitschlitzen und Superframes (Sets von Kommunikationszeitschlitzen mit identischem zeitlichem Abstand) eines Zeitplanungsschemas verwendet werden, das mit dem in dem Drahtlos-Netzwerk 70 implementierten Drahtlosprotokoll assoziiert ist. Das Drahtlos-Gateway 35 kann ferner Netzwerkmanagement und administrative Funktionen für das Drahtlosnetzwerk 70 bereitstellen, wie Ressourcenmanagement, Leistungsanpassungen, Linderung von Netzwerkfehlern, Überwachung des Datenverkehrs, Sicherheit und dergleichen. Das Drahtlos-Gateway 35 kann ein Knoten 110 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 sein.
Ähnlich den verdrahteten Feldvorrichtungen 15–22 können die Drahtlosfeldvorrichtungen 40–46 des Drahtlosnetzwerks 70 physische Steuerfunktionen innerhalb der Prozessanlage 10 durchführen, z. B. Ventile öffnen und schließen sowie Messungen von Prozessparametern durchführen. Die Drahtlosfeldvorrichtungen 40–46 sind jedoch so konfiguriert, dass sie unter Verwendung des Drahtlosprotokolls des Netzwerks 70 kommunizieren. Die Drahtlosfeldvorrichtungen 40–46, das Drahtlos-Gateway 35 und andere Drahtlosknoten 52–58 des Drahtlosnetzwerks 70 sind als solche Produzenten und Konsumenten der Drahtloskommunikationspakete.
In einigen Szenarien kann das Drahtlosnetzwerk 70 nicht-drahtlose Vorrichtungen einschließen. Eine Feldvorrichtung 48 von 2 kann beispielsweise eine alte 4–20 mA Vorrichtung sein, und eine Feldvorrichtung 50 kann eine traditionelle verdrahtete HART-Vorrichtung sein. Die Feldvorrichtungen 48 und 50 können, um innerhalb des Netzwerks 70 zu kommunizieren, über einen Drahtlosadapter (WA) 52a oder 52b mit dem Drahtloskommunikationsnetzwerk 70 verbunden sein. Die Drahtlosadapter 52a, 52b können zudem andere Kommunikationsprotokolle unterstützen, wie Foundation^® Fieldbus, PROFIBUS, DeviceNet, usw. Das Drahtlosnetzwerk 70 kann ferner einen oder mehrere Netzwerkzugangspunkte 55a, 55b einschließen, die physische Vorrichtungen in verdrahteter Kommunikation mit dem Drahtlos-Gateway 35 trennen können oder mit dem Drahtlos-Gateway 35 als integrale Vorrichtung bereitgestellt werden können. Das Drahtlosnetzwerk 70 kann auch einen oder mehrere Router 58 einschließen, um Pakete von einer drahtlosen Vorrichtung innerhalb des Drahtloskommunikationsnetzwerks 70 an eine andere Drahtlosvorrichtung weiterzuleiten. Die Drahtlosvorrichtungen 32–46 und 52–58 können miteinander und mit dem Drahtlos-Gateway 35 oder Drahtlosverbindungen 60 des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 70 kommunizieren.
2 schließt demnach mehrere Beispiele für Providervorrichtungen 110 ein, die vorrangig dazu dienen, verschiedenen Netzwerken des Prozesssteuerungssystems Netzwerkroutingfunktionalität und Administration zur Verfügung zu stellen. Das Drahtlos-Gateway 35, die Zugangspunkte 55a, 55b und der Router 58 schließen Funktionalität zum Routen von Drahtlospaketen in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk 70 ein. Das Drahtlos-Gateway 35 führt Verkehrsmanagement und administrative Funktionen für das Drahtlosnetzwerk 70 durch und routet Verkehr zu und von verdrahteten Netzwerken, die sich in kommunikativer Verbindung mit dem Drahtlosnetzwerk 70 befinden. Das Drahtlosnetzwerk 70 kann ein drahtloses Prozesssteuerungsprotokoll verwenden, das speziell Prozesssteuerungsnachrichten und -funktionen unterstützt, wie WirelessHART.
Die Providerknoten 110 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks 100 können jedoch auch andere Knoten einschließen, die unter Verwendung anderer Drahtlosprotokolle kommunizieren. Die Providerknoten 110 können beispielsweise einen oder mehrere Drahtloszugangspunkte 72 einschließen, die andere Drahtlosprotokolle einsetzen, wie WiFi oder andere IEE 802.11-konforme drahtlose LAN-Netzwerkprotokolle, Mobilkommunikationsprotokolle wie WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), LTE (Long Term Evolution) oder andere ITU-R-(International Telecommunication Union Radiocommunication Sector)-kompatible Protokolle, Kurzwellenradiokommunikationen, wie Nahfeldkommunikationen (NFC) und Bluetooth oder andere Drahtloskommunikationsprotokolle. Solche Drahtloszugangspunkte 72 ermöglichen typischerweise, dass handgeführte oder sonstige tragbare Rechenvorrichtungen (z. B. Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112) über ein entsprechendes Drahtlosnetzwerk kommunizieren können, das sich von dem Drahtlosnetzwerk 70 unterscheidet und ein anderes Drahtlosprotokoll als das Drahtlosnetzwerk 70 unterstützt. In einigen Szenarien kann/können zusätzlich zu tragbaren Rechenvorrichtungen ein oder mehrere Prozesssteuervorrichtungen (z. B. Controller 11, Feldvorrichtungen 15–22 oder Drahtlosvorrichtungen 35, 40–58) auch drahtlos kommunizieren, wie durch die Zugangspunkte 72 unterstützt wird.
Die Providerknoten 110 können zusätzlich oder alternativ einen oder mehrere Gateways 75, 78 zu Systemen einschließen, die sich außerhalb des unmittelbaren Prozesssteuerungssystems 10 befinden. Solche Systeme sind in der Regel Kunden oder Anbieter von Informationen, die durch das Prozesssteuerungssystem 10 generiert oder von diesem betrieben werden. Ein Anlagen-Gateway-Knoten 75 kann beispielsweise die unmittelbare Prozessanlage 10 (mit ihrem eigenen jeweiligen Backbone 105 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks) mit einer anderen Prozessanlage mit ihrem eigenen jeweiligen Backbone des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks kommunikativ verbinden. Ein Backbone 105 eines Einzelprozesssteuer-Großdatennetzwerks kann mehrere Prozessanlagen oder Prozesssteuerungsumgebungen bedienen.
In einem anderen Beispiel kann ein Anlagen-Gateway-Knoten 75 die unmittelbare Prozessanlage 10 mit einer vorherigen Prozessanlage oder Anlage des Standes der Technik kommunikativ verbinden, die kein Prozesssteuer-Großdatennetzwerk 100 oder Backbone 105 einschließt. In diesem Beispiel kann der Anlagen-Gateway-Knoten 75 Nachrichten zwischen einem Protokoll, das von dem Prozesssteuer-Großdaten-Backbone 105 der Anlage 10 genutzt wird, und einem anderen Protokoll, das durch das frühere System genutzt wird (z. B. Ethernet, Profibus, Fieldbus, DeviceNet, usw.) konvertieren oder übersetzen.
Die Providerknoten 110 können ein oder mehrere externe System-Gateway-Knoten 78 einschließen, um das Prozesssteuer-Großdatennetzwerk 100 kommunikativ mit dem Netzwerk eines externen öffentlichen oder privaten Systems zu verbinden, wie einem Laborsystem (z. B. Laborinformationsmanagementsystem oder LIMS), einer Operator Rounds-Datenbank, einem Materialhandhabungssystem, einem Wartungsmanagementsystem, einem Produktbestandssteuerungssystem, einem Produktionszeitplansystem, einem Wetterdatensystem, einem Transport- und Handhabungssystem, einem Verpackungssystem, dem Internet, einem Prozesssteuerungssystem eines anderen Providers oder anderen externen Systemen. Obwohl 2 nur einen einzelnen Controller 11 mit einer endlichen Anzahl von
Feldvorrichtungen 15–22 und 40–46 illustriert, ist dies nur eine beispielhafte und nichteinschränkende Ausführungsform. In die Providerknoten 110 des Prozesssteuer- Großdatennetzwerk 100 kann jede Anzahl von Controllern 11 eingeschlossen werden, und beliebige der Controller 11 können mit jedweder Anzahl von verdrahteten oder drahtlosen Feldvorrichtungen 15–22 und 40–46 kommunizieren, um einen Prozess in dem Plan zu steuern. Die Prozessanlage 10 kann ferner auch jegliche Zahl von Drahtlos-Gateways 35, Routern 58, Zugangspunkten 55, Drahtlosprozesssteuerungskommunikationsnetzwerken 70, Zugangspunkten 72 und/oder Gateways 75, 78 einschließen.
Wie bereits erörtert, kann bzw. können ein oder mehrere der Providerknoten 110 einen jeweiligen Mehrkernprozessor P_MCX, einen jeweiligen Speicherraum mit hoher Dichte M_X oder sowohl einen jeweiligen Mehrkernprozessor P_MCX als auch einen Speicherraum mit hoher Dichte M_X einschließen (gekennzeichnet in 2 durch das Symbol BD). Jeder Providerknoten 100 kann seinen Speicherraum M_X (und in einigen Ausführungsformen seinen Flash-Speicher) zum Sammeln und Cachen von Daten einsetzen. Jeder der Knoten 110 kann herbeiführen, dass seine gecachten Daten an die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 übertragen werden. Ein Knoten 110 kann beispielsweise herbeiführen, dass mindestens ein Teil der Daten in seinem Cache periodisch an die Großdatenanwendung 102 übertragen werden. Der Knoten 110 kann alternativ oder zusätzlich herbeiführen, dass mindestens ein Teil der Daten in seinem Cache an die Großdatenanwendung 102 gestreamt werden. Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann in einer Ausführungsform ein Abonnent eines Streaming-Dienstes sein, der die gecachten oder gesammelten Daten von dem Knoten 110 überträgt. Der Providerknoten 110 kann in einer Ausführungsform den Streaming-Dienst hosten.
Für Knoten 110, die eine direkte Verbindung zu dem Backbone 105 haben (z. B. der Controller 11, das Anlagen-Gateway 75, das Drahtlos-Gateway 35) können die jeweiligen gecachten oder gesammelten Daten in einer Ausführungsform direkt von dem Knoten 110 über den Backbone 105 an die Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 übertragen werden. Bei mindestens einigen der Knoten 110 kann die Sammlung und/oder das Cachen jedoch in Ebenen oder Schichten erfolgen, so dass gecachte oder gesammelte Daten an einem Knoten, der sich weiter nachgeordnet (d. h. weiter entfernt) von der Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 befindet, zwischendurch an einem Knoten gecacht werden, der sich weiter vorgeordnet befindet (z. B. der Großdatenanwendung 102 näher ist).
Um Datencaching in Schichten oder Ebenen zu illustrieren, wird ein beispielhaftes Szenarium bereitgestellt. In diesem beispielhaften Szenarium cacht in Bezug auf 2 eine Feldvorrichtung 22 Prozesssteuerdaten, die sie generiert oder empfängt, und führt herbei, dass der Inhalt ihres Caches an eine „vorgeordnete“ Vorrichtung abgegeben wird, die in den Kommunikationsweg zwischen der Feldvorrichtung 22 und der Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 eingeschlossen ist, wie die E/A-Vorrichtung 28 oder den Controller 11. Die Feldvorrichtung 22 kann beispielsweise den Inhalt ihres Caches an die E/A-Vorrichtung 28 streamen, oder die Feldvorrichtung 22 kann den Inhalt ihres Caches periodisch an die E/A-Vorrichtung 28 übertragen. Die E/A-Vorrichtung 28 cacht die Informationen, die von der Feldvorrichtung 22 erhalten werden, in ihrem Speicher M₅ (und kann in einigen Ausführungsformen auch Daten, die von anderen nachgeordneten Feldvorrichtungen 19–21 erhalten wurden, in ihrem Speicher M₅ cachen) zusammen mit anderen Daten, die die E/A-Vorrichtung 28 direkt generiert, empfängt und beobachtet. Die Daten, die an der E/A-Vorrichtung 28 gesammelt und gecacht werden (einschließlich der Inhalte des Caches der Feldvorrichtung 22) können dann periodisch an den vorgeordneten Controller 11 übertragen und/oder gestreamt werden. Auf Ebene des Controllers 11 cacht in ähnlicher Weise der Controller 11 Informationen, die von nachgeordneten Vorrichtungen empfangen wurden (z. B. den E/A-Karten 26, 28 und/oder jeglichen der Feldvorrichtungen 15–22) in seinem Speicher M₆ und aggregiert in seinem Speicher M₆ die nachgeordneten Daten mit Daten, die der Controller 11 selbst direkt generiert, empfängt und beobachtet. Der Controller kann dann periodisch die aggregierten gesammelten oder gecachten Daten an die Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 liefern und/oder streamen.
In dem zweiten Beispielszenarium von Cachen in Schichten oder Ebenen steuert der Controller 11 einen Prozess unter Verwendung von verdrahteten Feldvorrichtungen (z. B. einer oder mehreren der Vorrichtungen 15–22) und mindestens einer Drahtlos-Feldvorrichtung (z. B. Drahtlos-Feldvorrichtung 44). In einer ersten Ausführungsform dieses zweiten Beispielszenariums werden die gecachten oder gesammelten Daten an der Drahtlosvorrichtung 44 direkt von der Drahtlosvorrichtung 44 (z. B. über das Großdatennetzwerk 105) an den Controller geliefert und/oder gestreamt und in dem Controller-Cache M₆ zusammen mit Daten von anderen Vorrichtungen oder Knoten gespeichert, die sich nachgeordnet zu dem Controller 11 befinden. Der Controller kann periodisch die in seinem Cache M₆ gespeicherten Daten an die Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 liefern oder streamen.
In einer anderen Ausführungsform dieses zweiten Beispielszenariums können die an der Drahtlosvorrichtung 44 gecachten oder gesammelten Daten schließlich über einen alternativen Pfad in Ebenen oder Schichten, z. B. über die Vorrichtung 42a, den Router 52a, den Zugangspunkt 55a und das Drahtlos-Gateway 35, an die Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 geliefert werden. In dieser Ausführungsform können mindestens einige der Knoten 41a, 52a, 55a oder 35 des alternativen Pfads Daten von nachgeordneten Knoten cachen und ihre gecachten Daten periodisch an einen weiter vorgeordnet befindlichen Knoten liefern oder streamen.
Daher können unterschiedliche Typen von Daten an unterschiedlichen Knoten des Verfahrenssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 unter Verwendung verschiedener Schichtungs- oder Ebenenanordnungen gecacht werden. Daten, die der Steuerung eines Prozesses entsprechen, können in einer Ausführungsform schichtenweise unter Verwendung von Providervorrichtungen 110 gecacht und geliefert werden, deren Hauptfunktionalität in der Steuerung liegt (z. B. Feldvorrichtungen, E/A-Karten, Controller), während Daten, die Netzwerkverkehrsmessung entsprechen, schichtenweise unter Verwendung von Providervorrichtungen 110 gecacht und geliefert werden können, deren Hauptfunktionalität Verkehrsmanagement ist (z. B. Router, Zugangspunkte und Gateways). Daten können in einer Ausführungsform über Providerknoten oder Vorrichtungen 110 geliefert werden, deren Hauptfunktion (und in einigen Szenarien einzige Funktion) in der Sammlung und dem Cachen von Daten von nachgeordneten Vorrichtungen liegt (hier aus „Historienknoten“ bezeichnet. Ein Ebenensystem von Historienknoten oder Rechenvorrichtungen kann beispielsweise über das Netzwerk 100 lokalisiert sein, und jeder Knoten 110 kann periodisch gecachte Daten an einen Historienknoten einer ähnlichen Ebene, z. B. unter Verwendung des Backbones 105, liefern oder streamen. Nachgeordnete Historienknoten können gecachte Daten an vorgeordnete Historienknoten liefern oder streamen, und schließlich können die Historienknoten, die sich unmittelbar nachgeordnet zu der Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 befinden, die jeweiligen gecachten Daten zur Speicherung an die Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 liefern oder streamen.
Schichtenweises Cachen kann in einer Ausführungsform durch Knoten 110 durchgeführt werden, die miteinander unter Verwendung des Backbones 105 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks kommunizieren. In einer Ausführungsform können mindestens einige der Knoten 110 gecachte Daten an andere Knoten 110 auf einer anderen Ebene unter Verwendung eines anderen Kommunikationsnetzwerks und/oder anderen Protokolls kommunizieren, wie HART, WirelessHART, Fieldbus, DeviceNet, WiFi, Ethernet oder anderem Protokoll.
Obwohl ebenen- oder schichtweises Cachen in Bezug auf Providerknoten 110 erörtert wurde, können die Konzepte und Techniken natürlich in gleicher Weise auf Benutzerschnittstellenknoten 112 und/oder andere Typen von Knoten 115 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 angewendet werden. Das Teilset der Knoten 108 kann in einer Ausführungsform ebenen- oder schichtweises Cachen ausführen, während ein anderes Teilset der Knoten 108 herbeiführen kann, dass seine gecachten/gesammelten Daten direkt an die Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 geliefert werden, ohne an einem Zwischenknoten gecacht oder temporär gespeichert zu werden. In einigen Ausführungsformen können Historienknoten Daten von mehreren unterschiedlichen Knotentypen cachen, z. B. von einem Providerknoten 110 und einem Benutzerschnittstellenknoten 112.
Backbone des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks
Der Backbone 105 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks kann, wiederum in 1, eine Vielzahl vernetzter Rechenvorrichtungen oder Schalter einschließen, die konfiguriert sind, um Pakete zu/von verschiedenen Knoten 108 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 und zu/von der Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 zu routen (die selbst ein Knoten des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 ist). Die Vielzahl von vernetzten Rechenvorrichtungen des Backbones 105 kann durch eine beliebige Zahl drahtloser und/oder verdrahteter Verbindungen miteinander verbunden sein. Der Backbone 105 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks kann in einer Ausführungsform ein oder mehrere Firewall-Vorrichtungen einschließen.
Der Backbone 105 des Großdatennetzwerks kann ein oder mehrere geeignete Routingprotokolle einschließen, z. B. Protokolle, die in die Internet Protocol (IP) Suite (z. B. UPD (User Datagram Protocol), TCP (Transmission Control Protocol), Ethernet, usw.) oder andere geeignete Routing-Protokolle eingeschlossen sind. In einer Ausführungsform verwenden mindestens einige der Knoten 108 ein Streaming-Protokoll, wie das Stream Control Transmission Protocol (SCTP), um gecachte Daten von den Knoten der Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 über den Netzwerk-Backbone 105 zu streamen. Jeder Knoten 108, der in das Prozessdaten-Großdatennetzwerk 100 eingeschlossen ist, kann typischerweise mindestens eine Anwendungsschicht (und für einige Knoten zusätzliche Schichten) des Routing-Protokolls/der Routing-Protokolle unterstützen, das/die von Backbone 105 unterstützt wird/werden. In einer Ausführungsform wird jeder Knoten 108 innerhalb des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 eindeutig identifiziert, z. B. durch eine eindeutige Netzwerkadresse.
Mindestens ein Teil des Prozesssteuersystem-Großdatennetzwerks 100 kann in einer Ausführungsform ein Ad-hoc-Netzwerk sein. Als solches können mindestens einige der Knoten 108 ad-hoc sich mit dem Netzwerk-Backbone 105 (oder einem anderen Knoten des Netzwerks 100) verbinden. Jeder Knoten, der die Anforderung zur Teilnahme an dem Netzwerk 100 stellt, muss in einer Ausführungsform authentifiziert werden. Authentifizierung wird in folgenden Abschnitten detaillierter erörtert.
Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung
In 1 ist in dem beispielhaften Prozesssteuerungssystem-Großdaten-Prozesssteuerungsnetzwerk 100 der Prozesssteuer-Großdatenapparat oder die Anwendung 102 innerhalb des Netzwerks 100 zentralisiert und konfiguriert, um Daten (z. B. mittels Streaming und/oder über irgendein anderes Protokoll) von den Knoten 108 des Netzwerks 100 zu erhalten und die empfangenen Daten zu speichern. Der Prozesssteuer-Großdatenapparat oder die Anwendung 102 kann als solches einen Datenspeicherbereich 120 zum Historisieren oder Speichern der Daten, die von den Knoten 108 erhalten werden, eine Vielzahl von Anwendungsdatenempfängern 122 und eine Vielzahl von Anwendungsanforderungsdienstleistern 125 einschließen. Jede dieser Komponenten 120, 122, 125 der Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 wird anschließend detaillierter beschrieben.
Der Prozesssteuerungssystem-Großdatenspeicherbereich 120 kann mehrere physische Datenlaufwerke oder Speicherentitäten umfassen, wie RAID-(Redundant Array of Independent Disks)-Speicher, Cloud-Speicher oder jegliche andere geeignete Datenspeichertechnologie, die für Datenbank- oder Datenzentrenspeicherung geeignet ist. Der Datenspeicherbereich 120 hat für die Knoten 108 des Netzwerks 100 jedoch das Aussehen eines einzelnen oder unitären logischen Datenspeicherbereichs oder einer Entität. Der Datenspeicher 120 kann als solches als ein zentralisierter Großdatenspeicherbereich 120 für das Prozesssteuer-Großdatennetzwerk 100 oder die Prozessanlage 10 angezeigt werden. In einigen Ausführungsformen kann ein einzelner logischer zentralisierter Datenspeicherbereich 120 mehrere Prozessanlagen bedienen (z. B. die Prozessanlage 10 und eine andere Prozessanlage). Ein zentralisierter Datenspeicherbereich 120 kann beispielsweise mehrere Raffinerien eines Energieunternehmens bedienen. Der zentralisierte Datenspeicherbereich 120 kann in einer Ausführungsform direkt mit dem Backbone 105 verbunden sein. Der zentralisierte Datenspeicherbereich 120 kann in einigen Ausführungsformen über mindestens eine Kommunikationsverknüpfung mit hoher Bandbreite mit dem Backbone 105 verbunden sein. Der zentralisierte Datenspeicherbereich 120 kann in einer Ausführungsform eine integrale Firewall einschließen.
Die Struktur des unitären logischen Datenspeicherbereichs 120 unterstützt in einer Ausführungsform die Speicherung aller mit dem Prozesssteuerungssystem zusammenhängenden Daten. Jeder Eintrag, Datenpunkt oder jede Beobachtung der Datenspeicherungsentität kann beispielsweise eine Angabe der Identität der Daten (z. B. Quelle, Vorrichtung, Kennung, Position, usw.), einen Inhalt der Daten (z. B. Messung, Wert, usw.) und einen Zeitstempel einschließen, der die Zeit angibt, zu der die Daten gesammelt, generiert, empfangen oder beobachtet wurden. Diese Einträge, Datenpunkte oder Beobachtungen werden hier als „Zeitreihendaten” bezeichnet. Die Daten können unter Verwendung eines gemeinsamen Formats einschließlich eines Schemas, das beispielsweise skalierbare Speicherung, gestreamte Daten und Abfragen mit niedriger Latenz unterstützt, in dem Datenspeicherbereich 120 gespeichert werden.
Das Schema kann in einer Ausführungsform das Speichern mehrerer Beobachtungen in jeder Zeile und das Verwenden eines Zeilenschlüssels mit einem benutzerdefinierten Hash zur Filterung der Daten in der Zeile einschließen. Der Hash basiert in einer Ausführungsform auf dem Zeitstempel und einer Kennung (einem Tag). Der Hash kann beispielsweise ein gerundeter Wert des Zeitstempels sein, und das Tag kann einem Ereignis oder einer Entität von oder eine Relation zu dem Prozesssteuerungssystem sein. Metadaten, die jeder Zeile oder einer Gruppe von Zeilen entsprechen, können in einer Ausführungsform auch in dem Datenspeicherbereich 120 gespeichert werden, entweder integral mit den Zeitreihendaten oder getrennt von den Zeitreihendaten. Die Metadaten können beispielsweise in wenig schematisierter Weise getrennt von den Zeitreihendaten gespeichert werden.
Das Schema, welches zum Speichern von Daten in der Anwendungsdatenspeicherung 120 verwendet wird, wird in einer Ausführungsform auch zum Speichern von Daten in dem Cache M_X von mindestens einem der Knoten 108 eingesetzt. In dieser Ausführungsform bleibt das Schema demnach erhalten, wenn Daten von den lokalen Speicherbereichen M_X der Knoten 108 über den Backbone 105 des Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendungsdatenspeicher 120 übertragen werden.
Zusätzlich zu der Datenspeicherung 120 kann die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 ferner ein oder mehrere Anwendungsdatenempfänger 122 einschließen, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie Datenpakete von dem Backbone 105 empfangen, die Datenpakete verarbeiten, um die darin enthaltenen wesentlichen Daten und den Zeitstempel abzurufen, und die wesentlichen Daten und den Zeitstempel in dem Datenspeicherbereich 120 zu speichern. Die Anwendungsdatenempfänger 122 können beispielsweise auf einer Vielzahl von Rechenvorrichtungen oder Schaltern liegen. Mehrere Anwendungsdatenempfänger 122 (und/oder mehrere Instanzen von mindestens einem Datenempfänger 122) können in einer Ausführungsform parallel an mehreren Datenpaketen operieren.
In Ausführungsformen, in denen die empfangenen Datenpakete das Schema einschließen, welches von dem Datenspeicherbereich 120 der Prozesssteuer-Großdatenanwendung verwendet wird, befüllen die Anwendungsdatenempfänger 122 lediglich weitere Einträge oder Beobachtungen des Datenspeicherbereichs mit der schematischen Information (und können gegebenenfalls entsprechende Metadaten speichern, sofern gewünscht). In Ausführungsformen, in denen die empfangenen Datenpakete nicht das Schema verwenden, welches von dem Datenspeicherbereich 120 genutzt wird, können die Anwendungsdatenempfänger 122 die Pakete dekodieren und Zeitreihendatenbeobachtungen oder Datenpunkte des Datenspeicherbereichs 120 der Prozesssteuer-Großdatenanwendung (und gegebenenfalls entsprechende Metadaten) entsprechend befüllen.
Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann zudem ein oder mehrere Anwendungsanforderungsdienstleister 125 einschließen, die jeweils konfiguriert sind, um auf Zeitreihendaten und/oder Metadaten zuzugreifen, die in dem Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendungsspeicher 120 gespeichert sind, z. B. auf Anforderung einer anfordernden Entität oder Anwendung. Die Anwendungsanforderungsempfänger 125 können beispielsweise auf einer Vielzahl von Rechenvorrichtungen oder Schaltern liegen. In einer Ausführungsform liegen mindestens einige der Anwendungsanforderungsdienstleister 125 und der Anwendungsdatenempfänger 122 auf der selben Rechenvorrichtung oder den selben Rechenvorrichtungen (z. B. auf einer integrierten Vorrichtung) oder sind in eine integrale Anwendung eingeschlossen.
In einer Ausführungsform können mehrere Anwendungsanforderungsdienstleister 125 (und/oder mehrere Instanzen von mindestens einem Anwendungsanforderungsdienstleister 125) parallel an mehreren Anforderungen von mehreren anfordernden Entitäten oder Anwendungen arbeiten. In einer Ausführungsform kann ein einzelner Anwendungsanforderungsdienstleister 125 mehrere Anforderungen bedienen, wie mehrere Anforderungen von einer einzelnen Entität oder Anwendung oder mehrere Anforderungen von unterschiedlichen Instanzen einer Anwendung.
Die 3 und 4 sind beispielhafte Blockdiagramme, die detailliertere Konzepte und Techniken illustrieren, die mit den Anwendungsdatenempfängern 122 und den Anwendungsanforderungsdienstleistern 125 der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 erreicht werden können.
3 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm, welches die Verwendung der Anwendungsdatenempfänger 122 zur Übertragung von Daten (z. B. gestreamten Daten) von den Knoten 108 des Prozesssteuer-Großdatennetzwerks 100 an die Großdatenanwendung 102 zur Speicherung und Historisierung illustriert. 3 illustriert vier beispielhafte Knoten 108 von 1, d. h. den Controller 11, eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 12, das Drahtlos-Gateway 35 und ein Gateway zu einem Drittanbietergerät oder Netzwerk 78. Die in Bezug auf 3 erörterten Techniken und Konzepte können jedoch auf einen beliebigen Typ und eine beliebige Anzahl der Knoten 108 angewendet werden. Obwohl 3 zudem nur drei Anwendungsdatenempfänger 122a, 122b und 122c illustriert, können die 3 entsprechenden Techniken und Konzepte auf jeden beliebigen Typ und jede beliebige Zahl von Anwendungsdatenempfängern 122 angewendet werden.
In der in 3 illustrierten Ausführungsform schließt jeder der Knoten 11, 12, 35 und 78 einen jeweiligen Scanner S₁₁, S₁₂, S₃₅, S₇₈ zum Erfassen von Daten ein, die durch den Knoten 11, 12, 35 und 78 generiert, empfangen oder anderweitig beobachtet werden. Die Funktionalität jedes Scanners S₁₁, S₁₂, S₃₅, S₇₈ kann in einer Ausführungsform durch einen jeweiligen Prozessor P_MCX des jeweiligen Knotens 11, 12, 35, 78 ausgeführt werden. Der Scanner S₁₁, S₁₂, S₃₅, S₇₈ kann herbeiführen, dass die erfassten Daten und ein entsprechender Zeitstempel temporär in einem jeweiligen lokalen Speicher M₁₁, M₁₂, M₃₅, M₇₈ gespeichert oder gecacht werden können, beispielsweise in einer Weise wie zuvor beschrieben. Die erfassten Daten schließen als solche Zeitreihendaten oder Echtzeitdaten ein. Die erfassten Daten werden in einer Ausführungsform in jedem der Speicher M₁₁, M₁₂, M₃₅ und M₇₈ unter Verwendung des Schemas gespeichert oder gecacht, das von dem Prozesssteuer-Großdatenspeicherbereich 120 genutzt wird.
Jeder Knoten 11, 12, 35 und 78 kann mindestens einige der gecachten Daten an einen oder mehrere Anwendungsdatenempfänger 122a–122c übertragen, z. B. unter Verwendung des Netzwerk-Backbones 105. Mindestens ein Knoten 11, 12, 35, 78 kann beispielsweise mindestens einige der Daten von seinem jeweiligen Speicher M_X schieben („pushen“), wenn der Cache bis zu einem bestimmten Schwellenwert gefüllt ist. Der Schwellenwert des Caches kann in einer Ausführungsform einstellbar sein. In einer Ausführungsform kann mindestens ein Knoten 11, 12, 35, 78 mindestens einige der Daten aus seinem jeweiligen Speicher M_X pushen, wenn eine Ressource (z. B. eine Bandbreite des Netzwerks 105, der Prozessor P_MCX oder irgendeine andere Ressource) in ausreichendem Maße verfügbar ist. In einer Ausführungsform kann ein Verfügbarkeitsschwellenwert einer speziellen Ressource einstellbar sein.
In einigen Ausführungsformen kann mindestens ein Knoten 11, 12, 35, 78 mindestens einige der in den Speichern M_X gespeicherten Daten in periodischen Intervallen pushen. Die Periodizität eines speziellen Zeitintervalls, in dem Daten gepusht werden, kann auf einem Datentyp, dem Typ des pushenden Knotens, dem Ort des pushenden Knotens und/oder anderen Kriterien basieren. Die Periodizität eines speziellen Zeitintervalls kann in einer Ausführungsform einstellbar sein. In einigen Ausführungsformen kann mindestens ein Knoten 11, 12, 35, 78 Daten in Reaktion auf eine Anforderung bereitstellen (z. B. von der Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102).
In einigen Ausführungsformen kann mindestens ein Knoten 11, 12, 35, 78 mindestens einige der Daten in Echtzeit streamen, wenn die Daten von jedem Knoten 11, 12, 35, 78 generiert, erhalten oder anderweitig beobachtet werden (der Knoten kann z. B. nicht temporär die Daten speichern oder cachen, oder speichert die Daten möglicherweise nur so lange, wie der Knoten zur Verarbeitung der Daten zum Streamen benötigt). Mindestens einige der Daten können beispielsweise mittels eines Streaming-Protokolls an den einen oder die mehreren Anwendungsdatenempfänger 122 gestreamt werden. Ein Knoten 11, 12, 35, 78 kann in einer Ausführungsform einen Streaming-Dienst hosten, und mindestens einer der Datenempfänger 122 und/oder des Datenspeicherbereichs 120 kann den Streaming-Dienst abonnieren.
Übertragene Daten können demnach von einem oder mehreren Anwendungsdatenempfängern 122a–122c, z. B. über den Netzwerk-Backbone 105 empfangen werden. Ein spezieller Anwendungsdatenempfänger 122 kann in einer Ausführungsform konzipiert sein, um Daten von einem oder mehreren speziellen Knoten zu empfangen. Ein spezieller Anwendungsdatenempfänger 122 kann in einer Ausführungsform konzipiert sein, um Daten von nur einem oder mehreren speziellen Typen von Vorrichtungen zu empfangen (z. B. Controllern, Routern oder Benutzerschnittstellenvorrichtungen). Ein spezieller Anwendungsdatenempfänger 122 kann in einigen Ausführungsformen konzipiert sein, um nur einen oder mehrere spezielle Typen von Daten zu empfangen (z. B. nur Netzwerkmanagementdaten oder nur sicherheitsbezogene Daten).
Die Anwendungsdatenempfänger 122a–122c können herbeiführen, dass die Daten in dem Großdaten-Anwendungsspeicherbereich 120 gespeichert oder historisiert werden. Die von jedem der Anwendungsdatenempfänger 122a–122c empfangenen Daten können beispielsweise unter Verwendung des Prozesssteuer-Großdatenschemas in dem Datenspeicherbereich 120 gespeichert werden. In der in 3 gezeigten Ausführungsform werden die Zeitreihendaten 120a als separat von entsprechenden Metadaten 120b gespeichert dargestellt, obwohl in einigen Ausführungsformen mindestens einige der Metadaten 120b integral mit den Zeitreihendaten 120a gespeichert werden können.
Daten, die über die Vielzahl von Anwendungsdatenempfängern 122a–122c empfangen werden, sind in einer Ausführungsform integriert, so dass Daten von mehreren Quellen kombiniert werden können (z. B. in die selbe Gruppe von Reihen des Datenspeicherbereichs 120). In einer Ausführungsform werden Daten, die über die Vielzahl von Anwendungsdatenempfängern 122a–122c empfangen werden, gereinigt, um Rauschen und inkonsistente Daten zu entfernen. Ein Anwendungsdatenempfänger 122 kann in einer Ausführungsform Datenreinigung und/oder Datenintegration an mindestens einigen der empfangenen Daten durchführen, bevor die empfangenen Daten gespeichert werden, und/oder die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann in einer Ausführungsform einige oder alle der empfangenen Daten reinigen, nachdem die empfangenen Daten in dem Speicherbereich 102 gespeichert wurde. Eine Vorrichtung oder ein Knoten 110, 112, 115 kann in einer Ausführungsform herbeiführen, dass zusätzliche Daten, die mit den zu übertragenden Dateninhalten zusammenhängen, übertragen werden, und der Anwendungsdatenempfänger 122 und/oder der Großdaten-Anwendungsspeicherbereich 120 kann/können diese zusätzlichen Daten zur Durchführung von Datenreinigung einsetzen. Mindestens einige Daten können in einer Ausführungsform (mindestens teilweise) durch einen Knoten 110, 112, 115 vor dem Knoten 110, 112, 115 gereinigt werden, der herbeiführt, dass die Daten zur Speicherung an den Großdatenanwendungs-Speicherbereich 120 übertragen werden.
In Bezug auf 4 ist 4 nun ein beispielhaftes Blockdiagramm, das die Verwendung von Anwendungsanforderungsdienstleistern 125 zum Zugriff auf die historisierten Daten illustriert, die in dem Datenspeicherbereich 120 der Großdatenanwendung 102 gespeichert sind. 4 schließt ein Set von Anwendungsanforderungsdienstleistern oder -diensten 125a–125e ein, die jeweils konfiguriert sind, um auf Zeitreihendaten 120a und/oder 120b per Anforderung einer anfordernden Entität oder Anwendung zuzugreifen, wie Datenanforderer 130a–130c oder Datenanalyse-Engine 132a–132b. Während 4 fünf Anwendungsanforderungsdienstleister 125a–125e, drei Datenanforderer 130a–130c und zwei Datenanalyse-Engines 132a, 132b illustriert, können die hier in Bezug auf 4 erörterten Techniken und Konzepte auf jegliche Anzahl und jegliche Typen von Anwendungsanforderungsdienstleistern 125, Datenanforderern 130 und/oder Datenanalyse-Engines 132 angewendet werden.
In einer Ausführungsform können mindestens einige der Anwendungsanforderungsdienstleister 125 jeweils einen speziellen Dienst oder eine spezielle Anwendung bereitstellen, der bzw. die Zugriff auf mindestens einige der Daten benötigt, die in dem Prozesssteuer-Großdatenspeicherbereich 120 gespeichert sind. Der Anwendungsanforderungsdienstleister 125a kann beispielsweise ein Datenanalyseunterstützungsdienst sein, und der Anwendungsanforderungsdienstleister 125b kann ein Datentrendunterstützungsdienst sein. Andere Beispiele für Dienste 125, die durch die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 bereitgestellt werden können, können einen Konfigurationsanwendungsdienst 125c, einen Diagnostikanwendungsdienst 125d und einen weiterentwickelten Steuerungsanwendungsdienst 125e einschließen. Ein weiterentwickelter Steuerungsanwendungsdienst 125e kann beispielsweise Modellvorhersagesteuerung, Chargendatenanalysen, Analysen fortlaufender Daten und andere Anwendungen einschließen, die zur Modellkonstruktion und zu anderen Zwecken historisierte Daten benötigen. Andere Anforderungsdienstleister 125 können auch in die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 eingeschlossen werden, um andere Dienste oder Anwendungen zu unterstützen, z. B. einen Kommunikationsdienst, Administrationsdienst, Gerätemanagementdienst, Planungsdienst und andere Dienste.
Ein Datenanforderer 130 kann eine Anwendung sein, die Zugriff auf Daten anfordert, die in dem Prozesssteuerungssystem-Großdatenspeicherbereich 120 gespeichert sind. Die entsprechenden Daten können basierend auf einer Anforderung des Datenanforderers 130 aus dem Prozesssteuer-Großdatenspeicherbereich 120 abgerufen werden und können zu Datenformularen transformiert und/oder konsolidiert werden können, die von dem Anforderer 130 verwendbar sind. In einer Ausführungsform können ein oder mehrere Anwendungsanforderungsdienstleister 125 Datenabruf und/oder Datentransformation an mindestens einigen der angeforderten Daten durchführen.
Mindestens einige der Datenanforderer 130 und/oder mindestens einige der Anforderungsdienstleister 125 können Webdienste oder Web-Anwendungen sein, die von der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 gehostet werden und durch Knoten des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 (z. B. Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 oder Providervorrichtungen 110) zugänglich sind. Demnach können in einer Ausführungsform mindestens einige der Vorrichtungen oder Knoten 108 einen jeweiligen Web-Server einschließen, um einen Webbrowser, eine Web-Clientschnittstelle oder ein Plugin zu unterstützen, das einem Datenanforderer 130 oder einem Anforderungsdienstleister 125 entspricht. Ein Browser oder eine Anwendung, der/die auf einer Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 gehostet wird, kann Daten oder eine Webseite, die in der Großdatenanwendung 102 gespeichert sind, ausgeben. Bei Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 kann in einer Ausführungsform insbesondere ein Datenanforderer 130 oder ein Anforderungsdienstleister 125 Displays und gespeicherte Daten über eine Benutzerschnittstellen (UI)-Dienstschicht 135 ziehen („Pullen“).
Eine Datenanalyse-Engine 132 kann eine Anwendung sein, die eine rechenintensive Analyse an mindestens einigen der Zeitreihendatenpunkte durchführt, die in dem Anwendungsspeicherbereich 120 gespeichert sind, um Kenntnisse zu generieren. Die Datenanalyse-Engine 132 kann als solche ein neues Set von Datenpunkten oder Beobachtungen generieren. Die neuen Kenntnisse oder neuen Datenpunkten können eine Analyse von Aspekten der Prozessanlage 10 (z. B. Diagnostik oder Fehlersuche) a posteriori bereitstellen und/oder kann a priori-Vorhersagen (z. B. Prognosen) in Bezug auf die Prozessanlage 10 bereitstellen. Eine Datenanalyse-Engine 132 führt in einer Ausführungsform Data Mining an einem ausgewählten Teilset der gespeicherten Daten 120 durch und führt Musterauswertung an den durch Data Mining erhaltenen Daten durch, um die neuen Kenntnisse oder das neue Set von Datenpunkten oder Beobachtungen zu generieren. In einigen Ausführungsformen können mehrere Datenanalyse-Engines 132 oder Instanzen davon zusammenwirken, um die neuen Kenntnisse oder das neue Set von Datenpunkten zu generieren.
Die neuen Kenntnisse oder das neue Set von Datenpunkten können beispielsweise in dem Anwendungsspeicherbereich 120 gespeichert (z. B. diesem hinzugefügt) werden und können zusätzlich oder alternativ an einer oder mehreren Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 präsentiert werden. Die neuen Kenntnisse können in einigen Ausführungsformen in eine oder mehrere Steuerungsstrategien eingebaut werden, mit denen die Prozessanlage 10 arbeitet. Eine spezielle Datenanalyse-Engine 132 kann ausgeführt werden, wenn dies durch einen Anwender angegeben wird (z. B. über eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 112), und/oder die spezielle Datenanalyse-Engine 132 kann automatisch durch die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 ausgeführt werden.
Die Datenanalyse-Engines 132 der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 können mit den gespeicherten Daten arbeiten, um zeitbezogene Beziehungen zwischen verschiedenen Entitäten und Providern innerhalb und außerhalb der Prozessanlage 10 zu ermitteln, und können die ermittelte zeitbezogene Beziehung nutzen, um ein oder mehrere Prozesse der Anlage 10 entsprechend zu steuern. Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 ermöglicht das Koordinieren von einem oder mehreren Prozessen mit anderen Prozessen und/oder deren Anpassung im Zeitverlauf an sich ändernde Bedingungen und Faktoren. Die Koordination und/oder Anpassungen können in einigen Ausführungsformen automatisch ermittelt und unter Leitung der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 ausgeführt werden, wenn Bedingungen und Ereignisse eintreten, wodurch die Effizienz wesentlich erhöht und die Produktivität optimiert wird, verglichen mit Steuerungssystemen des Standes der Technik.
Beispiele für mögliche Szenarien, in denen die Kenntnisfindungstechniken von Datenanalyse-Engines 132 zum Tragen kommen, sind wie folgt. In einem Beispielszenarium führt eine bestimmte Kombination von Ereignissen zu schlechter Produktqualität, wenn das Produkt schließlich zu einem späteren Zeitpunkt generiert wird (z. B. mehrere Stunden nach Auftreten der Kombination von Ereignissen). Die Bedienperson kennt die Beziehung zwischen dem Auftreten der Ereignisse und der Produktqualität nicht. Statt die schlechte Produktqualität mehrere Stunden später zu erkennen und zu ermitteln und somit Fehler zu suchen, um die wahren Ursachen der schlechten Produktqualität zu bestimmen (wie es zurzeit in bekannten Prozesssteuerungssystemen geschieht), kann die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 (und insbesondere eine oder mehrere der Datenanalyse-Engines 132 darin) automatisch die Kombination der Ereignisse bei oder kurz nach deren Auftreten erkennen, z. B. wenn die Daten, die dem Auftreten der Ereignisse entsprechen, an die Anwendung 102 übertragen werden. Die Datenanalyse-Engines 132 können die schlechte Produktqualität basierend auf dem Auftreten dieser Ereignisse vorhersagen, eine Bedienperson über die Vorhersage informieren und/oder automatisch einen oder mehrere Parameter oder Prozesse in Echtzeit anpassen oder ändern, um die Auswirkungen der Kombination von Ereignissen zu lindern. Eine Datenanalyse-Engine 132 kann einen revidierten Sollwert oder revidierte Parameterwerte ermitteln und dazu führen, dass die revidierten Werte von Providervorrichtungen 110 der Prozessanlage 10 verwendet werden. Auf diese Weise ermöglicht die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 das Erkennen und mögliche Lindern von Problemen in viel schnellerer und effizienter Weise, verglichen mit derzeit bekannten Prozesssteuerungssystemen.
In einem anderen beispielhaften Szenarium können mindestens einige der Datenanalyse-Engines 132 genutzt werden, um Änderungen im Produktbetrieb zu erkennen. Die Datenanalyse-Engines 132 können beispielsweise Änderungen in bestimmten Kommunikationsraten und/oder Änderungen oder Muster der Parameterwerte erkennen, die im Zeitverlauf von einem Sensor oder mehreren Sensoren empfangen wurden, was anzeigen kann, dass sich die Dynamik des Systems ändert. In einem weiteren beispielhaften Szenarium können die Datenanalyse-Engines 132 eingesetzt werden, um auf Grundlage des Verhaltens von Prozessen und des Auftretens von Alarmen, die diese spezielle Charge betreffen, über die Anlage 10 und die Zeit zu diagnostizieren und zu ermitteln, dass eine spezielle Charge von Ventilen oder anderen Anbietergeräten fehlerhaft ist.
In einem anderen beispielhaften Szenarium können mindestens einige der Datenanalyse-Engines 132 Produktkapazitäten vorhersagen, wie die Potenz eines Impfstoffs. Die Datenanalyse-Engines 132 können in einem weiteren beispielhaften Szenarium mögliche Sicherheitsprobleme im Zusammenhang mit der Prozessanlage 10 überwachen und erkennen, wie Anstiege an Anmeldemustern, erneuten Versuchen und ihre entsprechenden Orte. Die Datenanalyse-Engines 132 können in einem anderen beispielhaften Szenarium Daten analysieren, die über die Prozessanlage 10 oder eine oder mehrere andere Prozessanlagen aggregiert oder gespeichert sind.
Auf diese Weise ermöglicht die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 einem Unternehmen, das mehrere Prozessanlagen besitzt oder betreibt, diagnostische und/oder prognostische Informationen auf Regions-, Industrie- oder Unternehmensbasis zu gewinnen.
Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio
Wie bereits in Bezug auf 1 erwähnt, kann das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 eine Schnittstelle zu dem beispielhaften Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 für die Konfiguration und Datenexploration bereitstellen. Das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 kann in kommunikativer Verbindung mit einem oder mehreren Anwendungsdatenempfängern 122 der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 und/oder mit einem oder mehreren Anwendungsanforderungsdienstleistern 125 der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 sein. Das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 kann in einer Ausführungsform auf einer oder mehreren Rechenvorrichtungen liegen, von denen null oder mehr eine Rechenvorrichtung sein kann, auf der eine weitere Komponente der Prozesssteuer-Großdatenanwendung 102 liegt (z. B. ein Anwendungsanforderungsdienstleister 125, ein Anwendungsdatenempfänger 122 oder eine andere Komponente). Das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 ermöglicht allgemein das Durchführen von Konfiguration und Datenexploration in einer Offline-Umgebung, und jegliche Ausgaben, die durch das Studio 109 generiert werden, können in eine Laufzeitumgebung der Prozesssteuerungsanlage 10 hinein instanziiert werden. Der Begriff „Offline” bedeutet hier, dass Konfigurations- und Datenexplorationsaktivitäten von der laufenden Anlage 10 unterteilt sind, so dass Konfigurations- und Datenexplorationsaktivitäten durchgeführt werden, ohne die Betriebsabläufe der Prozessanlage 10 zu beeinträchtigen, selbst wenn die Anlage 10 selbst läuft oder online ist.
Ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudios 109 ist in 5 gezeigt und wird unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die 1–4 erörtert. Das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 kann ein oder mehrere Konfigurations- oder Explorationanwendungen oder Tools 145 bereitstellen, um Konfiguration und Datenexploration zu ermöglichen. Die Anwendungen oder Tools 145 können beispielsweise einen Dashboard-Editor 150, einen Modelleditor 152, einen Datenexplorer 155, einen Analyse-Editor 158 und/oder ein oder mehrere andere Tools oder Anwendungen 160 einschließen. Jedes dieser Tools 150–160 wird nachfolgend beschrieben.
Jedes der Tools 150–160 kann mit mindestens einigen der gespeicherten Zeitreihendaten 120 und/oder einer oder mehreren Definitionen 162 arbeiten, die für das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 verfügbar sind. Die Definitionen 162 können Konstruktionskomponenten beschreiben, die mit dem Prozesssteuerungssystem 10 assoziiert sind, die von einem Tool 145 kombiniert werden können, um komplexere Komponenten zu generieren, die später instanziiert werden können. Die Definitionen 162 werden in einer Ausführungsform in dem Prozesssteuerungssystem-Großdatenspeicherbereich 120 oder in irgendeinem anderen Speicherbereich gespeichert, der für das Großdatenstudio 109 zugänglich ist.
Die Definitionen 162, die für die Tools 145 verfügbar sind, können beispielsweise ein oder mehrere Displaykomponentendefinitionen 165 einschließen, die Komponenten definieren oder beschreiben, die das Präsentieren verschiedener Anzeigesymbole, Text, Grafiken und Ansichten auf einer Benutzerschnittstelle ermöglichen. Die Displaykomponentendefinitionen können beispielsweise Displayelementdefinitionen, Displayansicht- oder -visualisierungsdefinitionen, Bindungsdefinitionen usw. einschließen.
Die Definitionen 162 können ein oder mehrere Modellierungsdefinitionen 168 einschließen. Modellierungsdefinitionen 168 können beispielsweise Definitionen von Produkten (z. B. Produkte, die durch die Prozessanlage 10 erzeugt werden), Definitionen von Geräten oder Vorrichtungen (z. B. Geräte oder Vorrichtungen, die zur Prozessanlage 10 gehören), Definitionen von Parametern, Berechnungen, Funktionsblöcken, Laufzeitmodulen und andere Funktionalität, die zur Steuerung von Prozessen und zum anderweitigen Betreiben, Managen oder Optimieren der Prozessanlage 10 verwendet werden, und/oder andere Entitätsdefinitionen definieren oder beschreiben. Modellierungsdefinitionen können, wenn sie instanziiert sind, in ein Prozesssteuerungsmodell oder in ein anderes Modell aufgenommen werden, das mit der Konfiguration, dem Betrieb und/oder Management von mindestens einem Teil der Prozesssteuerungsanlage 10 und/oder darin gesteuerten Prozessen zusammenhängt.
Die Definitionen 162 können in einer Ausführungsform ein oder mehrere Datendefinitionen 170 einschließen. Datendefinitionen 170 können einen Typ von Daten definieren, der als Eingang in oder Ausgang von einem Modell dient, wie einem Prozesssteuerungsmodell, einem Datenanalysemodell oder jeglichem anderen Modell, das mit der Konfiguration, dem Betrieb, Management und/oder der Analyse von mindestens einem Teil der Prozesssteuerungsanlage 10 und/oder darin gesteuerten Prozessen zusammenhängt. Die Modelle, deren Eingang oder Ausgang die definierten Daten sind, können allgemein aus einer oder mehreren Entitäten erstellt werden, deren Definition in die Modellierungsdefinitionen 168 eingeschlossen ist.
Datendefinitionen 170 können als solche verschiedene Datentypen (strukturiert und/oder unstrukturiert), Kontexte und/oder Grenzbedingungen von Daten definieren oder beschreiben, die innerhalb der Prozessanlage 10 kommuniziert, generiert, empfangen und/oder beobachtet werden. Die Datendefinitionen 170 können Datenbankdaten, gestreamte Daten, Transaktionsdaten und/oder jeden anderen Typ von Daten betreffen, die über das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 kommuniziert werden und in Prozesssteuerungssystem-Großdatenspeicher 120 gespeichert oder historisiert werden. Die Datenstromdefinitionen 170 können beispielsweise einen speziellen Datenstream als Temperaturen in Grad Celsius umfassend beschreiben, die typischerweise im Bereich von Temperatur A bis Temperatur B erwartet werden. Die Datenstromdefinitionen 170 können andere Stromdaten als Verbindungszeiten und Identitäten von Vorrichtungen an einem speziellen Drahtloszugangspunkt umfassend beschreiben. Die Datenstromdefinitionen 170 können noch einen weiteren Datenstrom als Alarmereignisse an einem speziellen Controllertyp einschließend beschreiben. Die Datenstromdefinitionen 170 können demnach auch Definitionen oder Beschreibungen von Datenbeziehungen einschließen. Die Datenstromdefinitionen 170 können beispielsweise eine Beziehung einschließen, die zeigt, dass Alarmereignisdaten von einem Controller, einem Sensor oder einer Vorrichtung produziert werden können; oder die Datenstromdefinitionen können eine Beziehung einschließen, die zeigt, wie ein Prozentsatz an Verunreinigung in einem Eingangsmaterial die Ausgangsqualität einer bestimmten Straße beeinflusst.
In einer Ausführungsform können die Datendefinitionen 170 Definitionen und Beschreibungen von Datentypen, Kontexten und/oder Grenzbedingungen von Daten einschließen, die von Displays, Analysen und anderen Anwendungen genutzt werden, die die Prozessanlage 10 betreffen. Die Datendefinitionen 170 können beispielsweise Boolesche Zahlen, wissenschaftliche Notation, Variablennotation, Text in unterschiedlichen Sprachen, Verschlüsselungsschlüssel und dergleichen beschreiben.
Die Definitionen 162 können zudem ein oder mehrere Analysen oder Algorithmusdefinitionen 172 einschließen. Analysedefinitionen 172 können beispielsweise rechenintensive Analysen, die mit einem Set von Daten durchgeführt werden können, z. B. an einem ausgewählten Teilset der gespeicherten Daten 120, definieren oder beschreiben. Beispiele für Analysedefinitionen 172 können Datenanalysen (z. B. Mittelwerte, Graphen, Histogramme, Klassifizierungstechniken, usw.), Wahrscheinlichkeits- und/oder Statistikfunktionen (z. B. Regression, partielle kleinste Quadrate, bedingte Wahrscheinlichkeiten, usw.), zeitbezogene Analyse (z. B. Zeitreihen, Fourier-Analyse, usw.), Visualisierungen (z. B. Balkendiagramme, Scatterplots, Tortendiagramme, usw.), Discovery-Algorithmen, Data Mining-Algorithmen, Datentrends, usw. einschließen. In einer Ausführungsformen können mindestens einige der Analysedefinitionen 172 verschachtelt sein und/oder mindestens einige der Analysedefinitionen 172 können voneinander abhängig sein.
Natürlich können zur Verwendung durch die Tools 145 des Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudios 109 andere Definitionen 175 zusätzlich zu oder anstelle der bereits erörterten Definitionen 165–172 verfügbar sein. In einer Ausführungsformen können mindestens einige der Definitionen 162 durch die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 automatisch erstellt und gespeichert werden. In einer Ausführungsform können mindestens einige der Definitionen 162 durch einen Anwender mittels einer Benutzerschnittstelle 112 erstellt und gespeichert werden.
Das beispielhafte Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 schließt demnach eine Schnittstelle oder ein Portal 180 ein, wobei eine jeweilige Instanz derselben/desselben an jeder Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 präsentiert wird. Das Prozesssteuerungs-Großstudio 109 kann beispielsweise einen Webdienst oder eine Web-Anwendung hosten, die dem Portal 180 entspricht, worauf an einer Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 über einen Webbrowser, ein Plugin oder eine Web-Clientschnittstelle zugegriffen werden kann. Eine Benutzerschnittstelle des Großdatenstudios 109 kann in einem anderen Beispiel eine Client-Anwendung an einer Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 einschließen, die mit einer Host- oder Serveranwendung an dem Prozesssteuer-Großdatenstudio 109 kommuniziert, die dem Portal 180 entspricht. Für einen Anwender kann in einer Ausführungsform das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudioportal 180 als navigierbare Anzeige auf einer Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 erscheinen.
In einer Ausführungsform kann ein Zugriffsmanager 182 des Datenstudios 109 sicheren Zugriff auf das Datenstudio 109 bereitstellen. Möglicherweise muss ein Anwender, eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 und/oder eine Zugriffsanwendung durch den Zugriffsmanager 182 authentifiziert werden, um Zugriff auf das Großdatenstudio 109 zu erhalten. Der Anwender muss in einer Anwendung möglicherweise einen Benutzernamen und ein Passwort oder andere sichere Identifizierungsmittel (z. B. biometrische Identifizierungsmittel, usw.) bereitstellen, um sich am Datenstudioportal 180 anzumelden. Der Anwender, die Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 und/oder die Zugriffsanwendung muss/müssen zusätzlich oder alternativ möglicherweise authentifiziert werden, wie durch Verwendung einer Infrastruktur mit öffentlichem Schlüssel (Public Key Infrastructure; PKI), eines Verschlüsselungsalgorithmus oder eines anderen Algorithmus. In einer Ausführungsform kann eine Authentifizierungszertifizierung eines PKI-Verschlüsselungsalgorithmus, die von der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 genutzt wird, auf Grundlage von mindestens einem Parameter generiert werden, wie einer räumlichen oder geografischen Position, einer Zugriffszeit, einem Zugriffskontext, einer Identität des Anwenders und/oder des Arbeitgebers des Anwenders, einer Identität der Prozesssteuerungsanlage 10, eines Herstellers der Benutzervorrichtung 112 oder einem anderen Parameter. In einer Ausführungsform können ein eindeutiger Ausgangspunkt („Seed“), der dem Zertifikat entspricht, und der gemeinsame Schlüssel auf einem oder mehreren der Parametern basieren.
Das Datenstudioportal 180 kann dem Anwender, der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 und/oder der Zugriffsanwendung nach der Authentifizierung den Zugriff auf die Tools oder Funktionen 145 des Prozesssteuer-Großdatenstudios 109 erlauben. In einer Ausführungsform kann ein Symbol, das jedem Tool oder jeder Funktion 150–160 entspricht, auf der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 angezeigt werden. Nach der Auswahl eines bestimmten Tools 150–160 kann eine Reihe von Displayansichten oder Bildschirmen präsentiert werden, damit der Anwender das ausgewählte Tool nutzen kann.
Das Modelleditortool 152 kann einem Benutzer die Konfiguration (z. B. Erstellung oder Modifizierung) eines Modells zum Steuern von Prozessen in dem Prozesssteuerungssystem 10 ermöglichen. Ein Benutzer kann beispielsweise verschiedene Modellierungsdefinitionen 168 (und in einigen Fällen Datenstromdefinitionen 170) auswählen und verbinden, um Modelle zu generieren oder zu ändern.
Der Analyseneditor 182 kann einem Benutzer die Konfiguration (z. B. Erstellung oder Modifizierung) einer Datenanalysefunktion (z. B. eine der Datenanalyse-Engines 132) zum Analysieren von Daten ermöglichen, die das Prozesssteuerungssystem 10 betreffen. Ein Benutzer kann beispielsweise eine komplexe Datenanalysefunktion von einer oder mehreren Analysedefinitionen 172 (und in einigen Fällen mindestens einige der Datenstromdefinitionen 170) konfigurieren.
Ein Benutzer kann historisierte oder gespeicherte Daten 120 mit dem Datenexplorer 155 erkunden. Der Datenexplorer 155 kann einem Anwender das Anzeigen oder Visualisieren von mindestens Teilen der gespeicherten Daten 120 basierend auf den Datenstromdefinitionen 170 (und in einigen Fällen basierend auf mindestens einigen der Analysedefinitionen 172) ermöglichen. Der Datenexplorer 155 kann beispielsweise einem Anwender das Ziehen von Temperaturdaten eines speziellen Behältnisses von einem bestimmten Zeitraum sowie das Anwenden einer Trendanalyse ermöglichen, um die Temperaturänderungen während dieses Zeitraums anzuzeigen. Der Datenexplorer 155 kann in einem anderen Beispiel einem Anwender die Durchführung einer Regressionsanalyse ermöglichen, um unabhängige oder abhängige Variablen zu bestimmen, die die Behältnistemperatur beeinflussen.
Der Dashboard-Editor 150 kann in einer Ausführungsform einem Anwender ermöglichen, Dashboard-Anzeigen oder Displayansichten zu konfigurieren. Der Begriff „Dashboard” bezieht sich hier allgemein auf Benutzerschnittstellendisplays der Laufzeitumgebung der Prozessanlage 10, die auf verschiedenen Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 angezeigt werden. Ein Dashboard kann eine Echtzeitansicht eines Betriebs eines Teils eines Prozesses einschließen, der in der Anlage 10 gesteuert wird, oder kann eine Ansicht von anderen Daten einschließen, die den Betrieb der Prozessanlage 10 betreffen (z. B. Netzwerkverkehr, Standorte der Techniker, Teilebestellung, Arbeitsauftragsplanung, usw.), zum Beispiel. In einigen Ausführungsformen kann ein Laufzeit-Dashboard eine Benutzersteuerung einschließen, um auf das Datenstudioportal 180 zuzugreifen, damit ein Anwender Konfigurationen durchführen kann.
Während das obige einen Anwender beschreibt, der auf die Tools 145 zugreift, kann in einigen Ausführungsformen natürlich eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 und/oder eine Zugriffsanwendung in ähnlicher Weise auf irgendeines der Tools 145 zugreifen.
Jedes der Tools 150–160 kann jeweilige Ausgaben 200 generieren. Definitionen, die den generierten Ausgaben 200 entsprechen, können mit den anderen Definitionen 162, z. B. entweder automatisch oder in Reaktion auf einen Benutzerbefehl, gespeichert oder gesichert werden. In einer Ausführungsform werden die entsprechenden Definitionen der Ausgaben 200 der Tools 150–160 in dem Prozesssteuerungssystem-Großdatenspeicherbereich 102 gespeichert, beispielsweise als Typ von Zeitreihendaten 102a und (gegebenenfalls) entsprechenden Metadaten 102b.
Mindestens einige Ausgaben 200 können in die Laufzeitumgebung des Prozesssteuerungssystems 10 hinein instanziiert werden. Der Modelleditor 152 kann beispielsweise Modelle 202 generieren (z. B. Prozesssteuerungsmodelle, Netzwerkmanagementmodelle, Diagnosemodelle, usw.) oder Änderungen an einem bestehenden Modell 202, die auf einen oder mehrere Providervorrichtungen oder Knoten 110 heruntergeladen werden können. In einer Ausführungsform können entsprechende Definitionen der generierten Modelle und/oder Modelländerungen 202 in den Modellierungsdefinitionen 168 gespeichert werden.
Der Dashboard-Editor 150 kann ein oder mehrere Displays oder Displaykomponenten 205 generieren, wie betriebliche, Konfigurations- und/oder Diagnosedisplays, Datenanalysedisplays und/oder Grafiken oder Text, die an Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 präsentiert werden können. Der Dashboard-Editor 150 kann zudem entsprechende Bindungen 206 für die Displays oder Displaykomponenten 205 generieren, so dass die 205 in einer Laufzeitumgebung instanziiert werden können. Entsprechende Definitionen des generierten Displays/der generierten Displaykomponenten 205 und ihrer jeweiligen Bindungen 206 können in einer Ausführungsform in den Displaykomponentendefinitionen 165 gespeichert werden.
Der Analyseneditor 158 kann Datenanalysefunktionen, Berechnungen, Dienstprogramme oder Algorithmen 208 generieren (z. B. eine oder mehrere der in 4 gezeigten Datenanalysen 132), die von der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 genutzt werden können. Entsprechende Analysedefinitionen der generierten Analysen 208 können beispielsweise in den Analysedefinitionen 172 gespeichert werden.
In spezieller Bezugnahme auf das Datenexplorertool 155 kann der Datenexplorer 155 Zugriff auf historisierte Daten bereitstellen, die in dem Prozesssteuerungssystem-Großdatenspeicherbereich 102 gespeichert sind. Die historisierten Daten können Zeitreihendatenpunkte 120a einschließen, die während der Laufzeit des Prozesssteuerungssystems 10 gesammelt worden sind und (zusammen mit jeglichen entsprechenden Metadaten 120b) in dem Prozesssteuerungssystem-Großdatenspeicherbereich 120 gespeichert worden sind. Die historisierten Daten können beispielsweise Angaben zu Modellen, Parametern und Parameterwerten, Chargenrezepten, Konfigurationen, usw. einschließen, die während des Betriebs der Prozessanlage 10 verwendet wurden, und die historisierten Daten können Angaben von Benutzeraktionen einschließen, die während des Betriebs der Prozessanlage oder verwandten Aktivitäten aufgetreten sind.
Mit dem Datenexplorer 155 können in einer Ausführungsform verschiedene Visualisierungen von mindestens Teilen der gespeicherten Daten 120 durchgeführt werden. Der Datenexplorer 155 kann beispielsweise eine oder mehrere Datenanalysedefinitionen 172 nutzen, um eine Datenvisualisierung an der Datenstudioschnittstelle oder dem Portal 180 zu präsentieren. Nach Betrachten der Visualisierung kann ein Anwender 112 eine zuvor unbekannte Datenbeziehung 210 finden. Ein Anwender 112 kann beispielsweise eine Datenbeziehung zwischen einem speziellen Ereignis, einer Umgebungstemperatur und einer Ausbeute einer Produktionsstraße finden. Die gefundene Datenbeziehung 210 kann als solche eine Ausgabe 200 des Datenexplorers 155 sein und z. B. als Datendefinition 170 gespeichert werden.
In einer Ausführungsform kann der Anwender die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102, (z. B. über den Analyseeditor 158 am Datenstudioportal 180) instruieren, jegliche Modelle 168 zu identifizieren, die durch die gefundene Beziehung 210 beeinflusst werden können. Der Anwender 112 kann beispielsweise unter Verwendung des Analyseeditors 158 eine oder mehrere Datenanalyse-Engines 132 auswählen, um an der gefundenen Beziehung 210 (und gegebenenfalls zusammen mit zusätzlichen gespeicherten Daten 120) zu arbeiten. In Reaktion auf die Benutzeranweisung kann die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 ein oder mehrere Modelle 168 identifizieren, die durch die gefundene Datenbeziehung 210 beeinflusst werden. In einer Ausführungsform kann die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 auch aktualisierte Parameterwerte 212 und/oder neue Parameter 215 für die beeinflussten Modelle 168 auf Grundlage der gefundenen Datenbeziehung 210 ermitteln und kann die beeinflussten Modelle 168 automatisch aktualisieren. Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann in einer Ausführungsform basierend auf der gefundenen Datenbeziehung 210 automatisch ein neues Modell 202 erstellen. Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann in einer Ausführungsform die aktualisierten und/oder neuen Modelle 202, Parameter 215, Parameterwerte 215, usw. als entsprechende Definitionen 162 speichern. In einer Ausführungsform kann jedwedes der identifizierten Modelle 168, 202, Parameter 215, Parameterwerte 212, usw. dem Anwender 112 z. B. über das Portal 180 präsentiert werden, und die Datenanwendung 102 kann, statt Änderungen automatisch zu implementieren, dies möglicherweise nur tun, wenn der Anwender es so instruiert.
In einigen Ausführungsformen kann die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102, statt sich auf die anwendergeführte Kenntnisfindung zu verlassen, automatisch Erkenntnisfindung durchführen, indem historisierte Daten automatisch analysiert werden. Eine oder mehrere Datenanalyse-Engines 132 der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 können beispielsweise im Hintergrund ausgeführt werden, um einen oder mehrere Laufzeitdatenströme automatisch zu analysieren und/oder zu explorieren. Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann beispielsweise im Hintergrund eine Instanz des Datenexplorers 155 und/oder des Analyseneditors 158 durchführen. Die Datenanalyse-Engines 132 können basierend auf Hintergrundexploration und –analyse eine zuvor unbekannte Datenbeziehung 218 finden. Die Datenanalyse-Engines 132 können die gefundene Datenbeziehung 218 beispielsweise in den Datendefinitionen 170 speichern. Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 (z. B. das Datenstudio 109, ein Anwendungsdatenempfänger 122 oder andere Komponente) kann in einer Ausführungsform einen Anwender über die gefundenen Datenbeziehung 218 informieren oder benachrichtigen, z. B. über das Portal 180.
Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann in einer Ausführungsform automatisch gespeicherte Modelle, Parameter und/oder Parameterwerte 168 identifizieren, die von der automatisch gefundenen Datenbeziehung 218 beeinflusst werden können, und kann basierend auf der gefundenen Datenbeziehung 218 aktualisierte oder neue Parameterwerte 212, aktualisierte oder neue Modelle 202 und/oder durchzuführende Aktionen 220 bestimmen. Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann in einer Ausführungsform einem Anwender 112 über das Portal 180 die aktualisierten/neuen Parameter 215, Parameterwerte 212, Modelle 202 und/oder andere Aktionen 220 vorschlagen. Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann beispielsweise neue Alarmgrenzen vorschlagen, kann das Austauschen eines Ventils vorschlagen oder kann eine Vorhersagezeit vorschlagen, zu der ein neuer Bereich der Anlage 10 installiert werden soll und betriebsbereit sein soll, um den Ausstoß zu optimieren. In einer Ausführungsform kann die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 automatisch ein neues oder aktualisiertes Modell, einen neuen oder aktualisierten Parameter, Parameterwert oder eine neue oder aktualisierte Aktion anwenden, ohne den Anwender 112 zu informieren.
Die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 kann in einer Ausführungsform hypothetische Kandidatenmodelle, Parameter, Parameterwerte und/oder Aktionen modifizieren oder erstellen und kann ihre Hypothesen offline, z. B. gegen ein größeres Teilset der historisierten Daten 120, testen. In dieser Ausführungsform können dem Anwender nur validierte Modelle, Parameter, Parameterwerte und/oder Aktionen vorgeschlagen werden, die in den Definitionen 162 gespeichert sind, und/oder automatisch auf das System 10 angewendet werden.
Wenn wir uns nun 6 zuwenden, so ist 6 ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Kopplung zwischen der Konfigurations- und Explorationsumgebung (z. B. der Offline-Umgebung) 220, die durch das Prozesssteuerungssystem-Großdatenstudio 109 bereitgestellt wird, und einer Laufzeitumgebung 222 illustriert, die in der Prozessanlage oder dem Steuerungssystem 10 instanziiert ist. Die Kopplung wird in einer Ausführungsform durch ein oder mehrere Skripte 225 bewirkt.
Die Skripte 225 können eine oder mehrere Fähigkeiten bereitstellen, um beispielsweise ausführbare Programme 228 entsprechend den Definitionen 162 von Modellen 168, Datenbindungen und Dashboard-Informationen 165, Datenbeziehungen 170 und/oder anderen Aspekten aus der Konfigurations- und Explorationsumgebung 220 in die Laufzeitumgebung 222 von einem oder mehreren Knoten 108 herunterzuladen. Die Skripte 225 können demnach Onlinezugriff auf eine oder mehrere Komponenten 162 ermöglichen, die während einer Offlinephase (z. B. unter Verwendung der Tools 145 von Datenstudio 109) entwickelt wurden. In einer Ausführungsform können die Skripte 225 zudem Fähigkeiten für einen Knoten 108 bereitstellen, Informationen, die in der Laufzeitumgebung 222 generiert oder erstellt werden, in die Konfigurations- und Explorationsumgebung 220 hochzuladen. Neue oder modifizierte Modelle, Parameter, Analysen oder andere Entitäten, die an einer Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 erstellt wurden, können beispielsweise als neue oder modifizierte Definitionen 162 hochgeladen und gespeichert werden.
Die Skripte 225 können in einer Ausführungsform ausführbare Programme 228 entsprechend ausgewählten Definitionen 162 auf einen oder mehrere Knoten 108 herunterladen. Ein spezielles Download-Skript 225 kann in Reaktion auf eine Benutzeranweisung ausgeführt werden oder kann automatisch durch die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 ausgeführt werden. In der Laufzeitumgebung 222 kann eine Laufzeit-Engine 230 (z. B. wie durch einen Prozessor ausgeführt, wie den Prozessor P_MCX) an den ausführbaren Programmen 228 arbeiten, um die Entitäten gemäß den ausgewählten Definitionen 162 zu instanziieren. In einer Ausführungsform kann jeder Knoten 108 eine jeweilige Laufzeit-Engine 230 einschließen, um an den heruntergeladenen ausführbaren Programmen 228 zu arbeiten.
In Bezug auf ausführbare Programme 228, die insbesondere Dashboard-Displays entsprechen, kann ein jeweiliges Download-Skript 225 Datendefinitionen 170 und/oder Modelldefinitionen 168 an die Dashboard-Definition 165 binden, um ein entsprechendes Dashboard-ausführbares Programm 228 zu generieren. In einigen Ausführungsformen muss möglicherweise Vorverarbeitung mit einem Dashboard-ausführbaren Programm 228 erfolgen, bevor das entsprechende Dashboard-Display 232 und die entsprechenden Daten und/oder Modellbeschreibungen an einer Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 in die Laufzeitumgebung 222 geladen werden. In einer Ausführungsform kann eine Laufzeit-Dashboard-Unterstützungs-Engine 235 die Vorverarbeitung und/oder das Laden in die Laufzeitumgebung 222 ausführen. Die Laufzeit-Dashboard-Unterstützungs-Engine 235 kann beispielsweise eine Anwendung in kommunikativer Verbindung mit der Laufzeit-Engine 230 sein. Die Laufzeit-Dashboard-Unterstützungs-Engine 235 kann beispielsweise auf der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102, der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 oder mindestens teilweise auf der Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 und mindestens teilweise auf der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 gehostet werden. Die Laufzeit-Engine 230 schließt in einigen Ausführungsformen mindestens einen Teil der Laufzeit-Dashboard-Unterstützungs-Engine 235 ein.
7 illustriert ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Unterstützung von Großdaten in einem Prozesssteuersystem oder einer Prozessanlage. Das Verfahren 300 kann in dem Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 von 1 oder in jedem anderen geeigneten Netzwerk oder System implementiert werden, dass Großdaten in einem Prozesssteuerungssystem oder einer Prozessanlage unterstützt. Das Verfahren 300 wird in einer Ausführungsform durch die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 von 1 implementiert. Das Verfahren 300 wird zu illustrierenden (und nicht einschränkenden) Zwecken anschließend unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die 1–6 erörtert.
In Block 302 können Daten empfangen werden. Die Daten können beispielsweise durch die Großdatenanwendung 102 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100, z. B. durch einen oder mehrere Datenempfänger 122, empfangen werden. Die Daten können einer Prozessanlage und/oder einem Prozess, der von einer Prozessanlage gesteuert wird, entsprechen. Die Daten können beispielsweise Echtzeitdaten, die während der Steuerung eines Prozesses in der Prozessanlage generiert wurden, Konfigurationsdaten, Chargendaten, Netzwerkmanagement- und -verkehrsdaten verschiedener in die Prozessanlage eingeschlossener Netzwerke, Daten, die Anwender- oder Bedienpersonaktionen angeben, Daten, die dem Betrieb und Status von in die Anlage eingeschlossenen Geräten und Vorrichtungen entsprechen, Daten, die durch Entitäten generiert oder an diese übertragen werden, die sich außerhalb der Prozessanlage befinden, sowie andere Daten einschließen.
Die Daten können von einem oder mehreren Knoten 108 in kommunikativer Verbindung mit dem Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 empfangen werden. Die Daten können beispielsweise von einem Providerknoten 110, einem Benutzerschnittstellenknoten 112 und/oder von einem anderen Knoten 115 empfangen werden, der kommunikativ mit dem Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 verbunden ist. Die empfangenen Daten können Zeitreihendaten einschließen, wobei jeder Datenpunkt beispielsweise zusammen mit einem Zeitstempel erhalten wird, der eine Zeit der Sammlung des Datenpunkts an dem jeweiligen Knoten 108 zeigt.
In einer Ausführungsform kann mindestens ein Teil der Daten über einen Streaming-Dienst empfangen werden. Der Streaming-Dienst kann in einer Ausführungsform durch einen Knoten 108 des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks 100 gehostet werden, und die Großdatenanwendung 102 oder ein Datenempfänger 122, der in die Großdatenanwendung 102 eingeschlossen ist, kann den von dem Knoten 108 gehosteten Streaming-Dienst abonnieren.
Die empfangenen Daten können an einem Block 305 dazu gebracht werden, in einem unitären logischen Großdatenspeicherbereich gespeichert zu werden, wie dem Prozesssteuerungssystem-Großdatenspeicherbereich 120 oder irgendeinem anderen geeigneten Datenspeicherbereich. Der unitäre logische Großdatenspeicherbereich kann Daten in einem gemeinsamen Format für alle Typen von empfangenen Daten speichern. Das gemeinsame Format kann insbesondere Echtzeitsuchen und Exploration der gespeicherten Daten in zeitgerechter und effizienter Weise ermöglichen. Die empfangenen Daten werden in einer Ausführungsform zusammen mit entsprechenden Metadaten in dem unitären logischen Großdatenspeicherbereich gespeichert.
An einem Block 308 kann ein Dienst an mindestens einem Teil der Daten, die in dem unitären logischen Großdatenspeicherbereich gespeichert sind, zur Ausführung gebracht werden. Die Großdatenanwendung 102 oder ein Anwendungsanforderungsdienstleister 125 der Großdatenanwendung 102 kann in einer Ausführungsform die Ausführung des Dienstes herbeiführen. Die Ausführung eines Dienstes kann in Reaktion auf eine Benutzeranforderung herbeigeführt werden, oder der Dienst kann dazu gebracht werden, automatisch ausgeführt zu werden. Die Großdatenanwendung 102 kann in einer Ausführungsform den durchzuführenden Dienst auswählen.
Der Dienst kann in einer Ausführungsform eine rechenintensive Analyse sein, wie eine Regressionsanalyse, eine Clusteranalyse, eine Datentrendanalyse oder andere rechenintensive Analyse. Die rechenintensive Analyse kann beispielsweise an einem ersten Teilset der Daten arbeiten, die in dem unitären logischen Großdatenspeicherbereich gespeichert sind, und kann ein Ergebnis generieren, das ein zweites Teilset von Daten einschließt. In einer Ausführungsform kann das Ergebnis einem Anwender an einer Benutzerschnittstelle präsentiert werden. Das Ergebnis kann dem Anwender in einer Ausführungsform zusammen mit einem oder mehreren Vorschlägen präsentiert werden, wie Vorschlägen zu weiteren rechenintensiven Analyse, deren Ausführung erwünscht sein könnte, zu einer bestimmten Benutzeraktion, die durchzuführen ist, zu einem Zeitpunkt, an dem die bestimmte Benutzeraktion durchgeführt werden sollte, und dergleichen.
Das zweite Teilset der Daten kann eine Datendefinition oder -beziehung einschließen. Das zweite Teilset der Daten kann beispielsweise eine Änderung an einer bestehenden Entität im Zusammenhang mit dem Prozesssteuerungssystem oder der Anlage anzeigen, oder kann eine neue Entität anzeigen, die mit dem Prozesssteuerungssystem oder der Anlage assoziiert werden sollte. Die geänderte oder neue Entität kann beispielsweise eine Dashboarddisplaykomponente, ein Prozessmodell, ein Funktionsblock, eine Datenbeziehung, ein Parameter oder Parameterwert, eine Bindung oder eine rechenintensive Analyse sein.
Das zweite Set von Daten kann an Block 310 gespeichert werden. Das zweite Set von Daten kann beispielsweise in dem unitären logischen Großdatenspeicherbereich gespeichert werden.
In Block 308 kann in einigen Ausführungsformen ein Dienst zusätzlich zu oder anstelle einer rechenintensiven Analyse ausgeführt werden. Der Dienst kann beispielsweise ein Konfigurationsdienst, ein Diagnosedienst, ein Steuerungsanwendungsdienst, ein Kommunikationsdienst, ein Administrationsdienst, ein Gerätemanagementdienst, ein Planungsdienst oder irgendein anderer Dienst sein.
Mobiler Kontrollraum
Dashboarddisplays 232 und das Datenstudioportal 180 können bei dem Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 an jeder authentifizierten Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 verfügbar sein. Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 können ferner Mobilvorrichtungen sein. Benutzerschnittstellen und Displays, die in Steuerungssystemen des Standes der Technik nur durch Arbeitsstationen an festen Kontrollraumorten bereitgestellt werden, können in einem System 10, das durch die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 unterstützt wird, an mobilen Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 verfügbar sein. In einigen Konfigurationen eines Systems 10, das durch die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 unterstützt wird, können alle Benutzerschnittstellen, die mit einer Prozessanlage 10 zusammenhängen, gänzlich an einem Set von mobilen Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 (z. B. ein „mobiler Kontrollraum“) bereitgestellt werden, und die Prozessanlage 10 schließt möglicherweise gar keinen festen Kontrollraum ein. In einer Ausführungsform muss eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 authentifiziert werden, um irgendwelche und sämtliche Funktionalität eines festen Kontrollraums durchzuführen, einschließlich Konfigurieren und Herunterladen von Modellen, Erstellen und Starten von Anwendungen und Dienstprogrammen, Durchführen von Aktivitäten in Bezug auf Netzwerkmanagement, gesichertem Zugriff, Systemleistungsauswertungen, Produktqualitätskontrolle usw. Eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 kann beispielsweise unter Verwendung eines Verfahrens wie zuvor zum Authentifizieren von Vorrichtungen und Knoten in dem Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk 100 authentifiziert werden.
Zur Unterstützung eines derartigen mobilen Kontrollraums kann die Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendung 102 ein oder mehrere Dienste für mobile Kontrollräume bereitstellen oder hosten. Ein Dienst für mobile Kontrollräume kann beispielsweise ein spezieller Typ von Datenanforderer 130 oder eine andere Anwendung sein. In einer Ausführungsform kann an jeder Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 ein Webserver bereitgestellt werden, um einen Browser auf Webbasis, eine webbasierte Anwendung oder ein Plugin als Schnittstelle zu den Diensten für mobile Kontrollräume zu unterstützen, die von der Anwendung 102 gehostet werden.
Ein Beispiel für einen Dienst für mobile Kontrollräume kann einen Gerätewahrnehmungsdienst einschließen. In diesem Beispiel können, wenn ein mobiler Arbeiter seine Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 innerhalb der Anlage 10 bewegt, verschiedene Providervorrichtungen oder Knoten 110 in festen Positionen die Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 automatisch selbstidentifizieren, z. B. unter Verwendung eines Drahtloskommunikationsprotokolls wie eines IEEE 802.11-konformen Drahtlos-LAN-Protokolls, eines Mobilkommunikationsprotokolls wie WiMAX, LTE oder eines anderen ITU-R-kompatiblen Protokolls, eines Kurzwellenradiokommunikationsprotokolls wie Nahfeldkommunikation (NFC) oder Bluetooth, eines Prozesssteuerungs-Drahtlosprotokolls, wie WirelessHART, oder irgendeines anderen geeigneten Drahtloskommunikationsprotokolls. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 und eine feste Providervorrichtung 110 können automatisch authentifizieren und eine sichere verschlüsselte Verbindung bilden (z. B. in einer Weise, die zuvor für die Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 und das Datenstudio 109 erörtert wurde). Der Gerätewahrnehmungsdienst kann in einer Ausführungsform herbeiführen, dass eine oder mehrere Anwendungen, die speziell die festen Providervorrichtung 110 betreffen, an der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 automatisch gestartet werden, wie ein Arbeitsauftrag, eine Diagnose, Analyse oder andere Anwendung.
Ein weiterer beispielhafter Dienst für mobile Kontrollräume kann ein Dienst zur Wahrnehmung von Orten und/oder Zeitplänen sein. In diesem Beispiel kann der Orts- und/oder Zeitplanwahrnehmungsdienst die Position, den Zeitplan, die Kompetenzen und/oder den Arbeitselementfortschritt eines mobilen Arbeiters verfolgen, z. B. basierend auf der authentifizierten Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 des mobilen Arbeiters. Der Orts- und/oder Zeitplanwahrnehmungsdienst auf der Anwendung 102 kann basierend auf der Verfolgung ermöglichen, dass Anlagenkarten, Gerätefotos oder -videos, GPS-Koordinaten und andere Informationen, die dem Ort eines Arbeiters entsprechen, automatisch ermittelt und auf der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 angezeigt werden, um den mobilen Arbeiter in Navigation und Geräteidentifizierung zu unterstützen. Ein mobiler Arbeiter hat möglicherweise zusätzlich oder alternativ spezielle Kompetenzen, so dass der Orts- und Zeitplanwahrnehmungsdienst das Erscheinungsbild des Dashboards 232 des Arbeiters auf Grundlage der Kompetenzen und/oder dem Ort der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 automatisch benutzerspezifisch anpassen kann. In einem anderen Szenarium kann der Orts- und/oder Zeitplanwahrnehmungsdienst den mobilen Arbeiter in Echtzeit über ein neu erstelltes Arbeitselement informieren, das ein Geräteteil in seiner Nähe betrifft und um das sich der mobile Arbeiter qualifiziert kümmern kann. In einem weiteren Szenarium kann der Orts- und/oder Zeitplanwahrnehmungsdienst dazu führen, dass eine oder mehrere Anwendungen, die speziell den Ort und/oder die Kompetenz des mobilen Arbeiters betreffen, auf der Benutzerschnittstellenvorrichtung 112 automatisch gestartet werden.
Ein weiterer beispielhafter Dienst für mobile Kontrollräume kann ein Zusammenarbeitsdienst für mobile Arbeiter sein. Der Zusammenarbeitsdienst für mobile Arbeiter kann ermöglichen, dass eine sichere Zusammenarbeitssitzung zwischen mindestens zwei Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 eingerichtet wird. Die sichere Zusammenarbeitssitzung kann in einer Ausführungsform automatisch eingerichtet werden, wenn zwei Vorrichtungen 112 sich einander nähern und einander wahrnehmen, z. B. durch Verwendung eines Drahtlosprotokolls, wie bereits in Bezug auf den Gerätewahrnehmungsdienst erörtert wurde. Nachdem die Sitzung eingerichtet ist, kann eine Synchronisation der Daten zwischen den Benutzerschnittstellenvorrichtungen 112 während einer Zusammenarbeitssitzung durchgeführt werden.
Ein weiterer beispielhafter Dienst für mobile Kontrollräume kann ein Synchronisationsdienst für mobile Arbeiteranwendungen sein. Mithilfe dieses Dienstes kann ein mobiler Arbeiter seine Arbeit zwischen verschiedenen Hardwareplattformen verschieben (z. B. einer Mobilvorrichtung, einer Arbeitsstation, einer Heimarbeitrechenvorrichtung, einem Tablet und dergleichen), während der Status seiner Arbeit in verschiedenen Anwendungen gehalten wird. Anwendungssynchronisation kann in einer Ausführungsform automatisch durchgeführt werden, wenn zwei unterschiedliche Hardwareplattformvorrichtungen 112 sich einander nähern und einander wahrnehmen, z. B. über ein Drahtlosprotokoll, wie bereits in Bezug auf den Gerätewahrnehmungsdienst erörtert wurde. Ein mobiler Arbeiter kann beispielsweise einfach sein Tablet in die Nähe eines Desktop-Computers im Büro bringen, um nahtlos dort weiterzuarbeiten, wo er im Feld begonnen hat.
Es sind natürlich andere Dienste für mobile Kontrollräume zusätzlich zu den hier bereits erörterten möglich, und diese können durch das Prozesssteuerungssystem-Großdatenanwendungsnetzwerk 100 unterstützt werden.
Ausführungsformen der in der vorliegenden Offenbarung beschrieben Techniken können jegliche Anzahl der folgenden Aspekte allein oder in Kombination einschließen:

1. Ein System zum Unterstützen von Großdaten in einer Prozesssteuerungsanlage, umfassend einen unitären logischen Datenspeicherbereich, der eine oder mehrere Datenspeichervorrichtungen einschließt, die konfiguriert sind, um unter Verwendung eines gemeinsamen Formats Daten zu speichern, die mindestens einer/m von der Prozessanlage oder einem in der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, wobei die Daten mehrere Datentypen und ein Set von Datentypen einschließen, das Konfigurationsdaten, fortlaufende Daten und Ereignisdaten einschließt, die dem Prozess entsprechen. Das System kann ferner eine oder mehrere Datenempfängerrechenvorrichtungen umfassen, die konfiguriert sind, um die Daten von einer oder mehreren anderen Vorrichtungen zu empfangen und herbeizuführen, dass die Daten in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden.
2. Das System nach dem vorherigen Aspekt, wobei die Daten Zeitreihendaten ein
schließen.
3. Das System nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der Dateneintrag der Zeitreihendaten, die in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden, einen Inhalt und einen Zeitstempel einschließt, wobei der Zeitstempel eine Zeit der Generierung des Inhalts des Dateneintrags anzeigt.
4. Das System nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der unitäre logische Datenspeicherbereich ferner konfiguriert ist, um Metadaten zu speichern, die den Daten entsprechen.
5. Das System nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Daten unter Verwendung eines gemeinsamen strukturierten Formats gespeichert werden, und wobei die Metadaten unter Verwendung eines unstrukturierten Formats gespeichert werden.
6. Das System nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Daten ferner mindestens eines der Folgenden einschließen: Daten, die die Integrität einer in die Prozessanlage eingeschlossenen Maschine zeigen, Daten die die Integrität eines speziellen, in die Prozessanlage eingeschlossenen Geräteteils anzeigen, Daten, die die Integrität einer speziellen, in die Prozessanlage eingeschlossenen Vorrichtung anzeigen, oder Daten, die einem Parameter entsprechen, der mit der Sicherheit der Prozessanlage zusammenhängt.
7. Das System nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Daten ferner mindestens eine der Folgenden einschließen: Daten, die eine Benutzereingabe beschreiben, die an einem der einen oder mehreren Vorrichtungen eingegeben wurde; Daten, die ein Kommunikationsnetzwerk der Prozessanlage beschreiben; Daten, die von einem Rechensystem außerhalb der Prozessanlage empfangen wurden; oder Daten, die von einer anderen Prozessanlage empfangen wurden.
8. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Daten, die das Kommunikationsnetzwerk der Prozessanlage beschreiben, Daten umfassen, die mindestens eine von einer Leistung, einer Ressource oder einer Konfiguration des Kommunikationsnetzwerks beschreiben.
9. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die eine oder mehreren Datenspeichervorrichtungen in mindestens eines von einer Datenbank, einem RAID-Speichersystem, einem Cloud-Datenspeichersystem, einem verteilten Dateiensystem oder anderem Massendatenspeichersystem eingeschlossen sind.
10. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei mindestens der Teil der Daten unter Verwendung eines Streaming-Dienstes, der von mindestens einem des einen oder der mehreren anderen Vorrichtungen gehostet wird, gestreamt wird, und wobei der unitäre logische Datenspeicherbereich oder mindestens einer oder mehrere Datenempfängerrechenvorrichtungen ein Abonnent des Streaming-Dienstes ist.
11. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die eine oder mehreren anderen Vorrichtungen einschließen: eine Feldvorrichtung und einen Controller, die kommunikativ gekoppelt sind, um einen Prozess in der Prozessanlage zu steuern, und mindestens eine Benutzerschnittstellenvorrichtung oder eine Netzwerkmanagementvorrichtung.
12. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei herbeigeführt wird, dass alle Daten, die durch mindestens eine der einen oder mehreren anderen Vorrichtungen generiert und davon empfangen wurden, in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden.
13. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das System ferner ein Set von Anforderungsdienstleisterrechenvorrichtungen umfasst, die konfiguriert sind, um einen oder mehrere Dienste durchzuführen, die mindestens einen Teil der in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeicherten Daten verwenden, wobei der eine oder die mehreren Dienste eine rechenintensive Analyse einschließen.
14. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die mindestens eine Datenempfängerrechenvorrichtung und die mindestens eine Anforderungsdienstleisterrechenvorrichtung eine integrale Rechenvorrichtung sind.
15. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei mindestens eine der Anforderungsdienstleisterrechenvorrichtungen ferner konfiguriert ist, um basierend auf einer Ausführung der rechenintensiven Analyse eine Änderung einer in die Prozessanlage eingeschlossenen konfigurierten Entität zu ermitteln.
16. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die mindestens eine der Anforderungsdienstleisterrechenvorrichtungen ferner auf mindestens eines von: (i) Präsentieren der bestimmten Änderung auf einer Benutzerschnittstelle, oder (ii) automatisches Anwenden der Änderung auf die konfigurierte Entität konfiguriert ist.
17. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der eine oder die mehreren Dienste ferner einen Dienst einschließen, um ein Set von Definitionen zu generieren, die einem Set von Entitäten entsprechen, die in einer Laufzeitumgebung der Prozessanlage instanziiert werden können.
18. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Set der Entitäten mindestens eine(s) der Folgenden einschließt: eine konfigurierbare Vorrichtung, eine Diagnostikanwendung, eine Displayanzeigeanwendung, ein Steuermodell oder eine Steueranwendung.
19. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Set der Definitionen in einer offline-Umgebung der Prozessanlage generiert wird, und wobei das System ferner ein Set von Skripten umfasst, um mindestens eine Definition, die in den Set von Definitionen eingeschlossen ist, zu transformieren und die transformierte mindestens eine Definition in die Laufzeitumgebung der Prozessanlage zu laden.
20. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die mindestens eine Definition in der offline-Umgebung in Reaktion auf eine Benutzereingabe generiert wird.
21. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die mindestens eine Definition in der offline-Umgebung automatisch generiert wird.
22. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der mindestens eine des einen oder der mehreren Dienste ein Webdienst ist.
23. Ein Verfahren zum Unterstützen von Großdaten in einer Prozesssteuerungsanlage, das durch irgendeines der Systeme nach irgendeinem der hier beschriebenen Aspekte ausgeführt wird. Das Verfahren kann das Empfangen von Daten, die mindestens einer der Prozesssteuerungsanlage oder einem durch die Prozesssteuerungsanlage gesteuerten Prozess entsprechen, an einer oder mehreren Datenempfängerrechenvorrichtungen und das Herbeiführen des Speicherns der empfangenen Daten unter Verwendung eines gemeinsamen Formats in einem unitären logischen Datenspeicherbereich einschließen, wobei der unitäre logische Datenspeicherbereich eine oder mehrere Datenspeichervorrichtungen einschließt, die konfiguriert sind, um mehrere Typen von Daten unter Verwendung eines gemeinsamen Formats und ein Set von Typen von Daten einschließlich Konfigurationsdaten, fortlaufenden Daten und Ereignisdaten zu speichern, die dem Prozess entsprechen.
24. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Empfangen der Daten das Empfangen von mindestens einem Teil der Daten unter Verwendung eines Streaming-Dienstes umfasst.
25. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, das ferner das Abonnieren des Streaming-Dienstes umfasst.
26. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Empfangen der Daten das Empfangen der Daten von einer oder mehreren anderen Vorrichtungen umfasst, die in die Prozessanlage eingeschlossen sind, wobei die eine oder mehreren anderen Vorrichtungen einen Controller in kommunikativer Verbindung mit einem Feldvorrichtung einschließt/einschließen, um den Prozess zu steuern.
27. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, das ferner das Herbeiführen der Durchführung eines Dienstes unter Verwendung von mindestens einem Teil der Daten umfasst, die in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert sind.
28. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Herbeiführen des durchzuführenden Dienstes das Herbeiführen des Durchführens einer rechenintensiven Analyse umfasst.
29. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Herbeiführen der rechenintensiven Analyse das Herbeiführen der rechenintensiven Analyse in Reaktion auf eine Benutzeranforderung umfasst.
30. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Herbeiführen der rechenintensiven Analyse das Auswählen und Herbeiführen der rechenintensiven Analyse in automatischer Weise durch das System umfasst.
31. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der mindestens eine Teil der Daten, der in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert ist, ein erstes Set von Daten ist, und das Verfahren ferner das Generieren eines zweiten Sets von Daten bezogen auf einer Ausführung der rechenintensiven Analyse mit dem ersten Set von Daten umfasst.
32. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, das ferner das Speichern des zweiten Sets von Daten in dem unitären logischen Datenspeicherbereich umfasst.
33. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Speichern des zweiten Sets von Daten das Speichern von mindestens einem der Folgenden umfasst: einer Displaykomponentendefinition, einer Bindungsdefinition, einer Prozessmodelldefinition, einer Datendefinition, einer Datenbeziehung oder einer Definition einer anderen rechenintensiven Analyse.
34. Ein oder mehrere materielle, nicht-vorübergehende, computerlesbare Speichermedien, die darauf computerausführbare Anwendungen speichern, die bei Ausführung durch einen Prozessor das Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Aspekte ausführen.
35. Ein System, dass irgendeine Anzahl der vorhergehenden Aspekte umfasst. Das System kann ein Prozesssteuerungssystem sein und ferner einschließen: einen Controller, der konfiguriert ist, um einen Prozess in dem Prozesssteuerungssystem zu steuern; eine Feldvorrichtung, die kommunikativ mit dem Controller verbunden ist, wobei die Feldvorrichtung konfiguriert ist, um eine physische Funktion zur Steuerung des Prozesses in dem Prozesssteuerungssystem durchzuführen, und die Feldvorrichtung, die konfiguriert ist, um zu dem Controller Echtzeitdaten oder diese von ihm zu empfangen, die der physischen Funktion entsprechen; und einen Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat. Der Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat kann einschließen: einen unitären logischen Datenspeicherbereich, der ein oder mehrere Datenspeichervorrichtungen einschließt, die konfiguriert sind, um unter Verwendung eines gemeinsamen Formats Konfigurationsdaten, die dem Controller entsprechen, und die Echtzeitdaten zu speichern; und eine oder mehrere Datenempfängerrechenvorrichtungen, um die Echtzeitdaten zu empfangen und herbeizuführen, dass die empfangenen Daten in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden. Der Controller kann ein erster Knoten eines Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks sein, und der Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat kann ein zweiter Knoten des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks sein.
36. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks mindestens eines von einem verdrahteten Kommunikationsnetzwerk oder einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk einschließt.
37. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk mindestens teilweise ein Ad-hoc-Netzwerk ist.
38. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk ein erstes Kommunikationsnetzwerk ist, und wobei die Feldvorrichtung kommunikativ über ein zweites Kommunikationsnetzwerk mit dem Controller verbunden ist, welches sich von dem ersten Kommunikationsnetzwerk unterscheidet.
39. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk ferner einen oder mehrere andere Knoten einschließt, wobei der eine oder die mehreren anderen Knoten mindestens eins der Folgenden einschließen: eine Benutzerschnittstellenvorrichtung, eine Gateway-Vorrichtung, einen Zugangspunkt, eine Routing-Vorrichtung, eine Netzwerkmanagementvorrichtung oder eine Eingangs-/Ausgangskarte (E/A-Kar
te), gekoppelt an den Controller oder an einen anderen Controller.
40. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er die Echtzeitdaten cacht, und wobei eine Angabe einer Identität der Echtzeitdaten aus einer Konfiguration des Controllers ausgeschlossen ist.
41. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, das ferner eine Prozesssteuerungssystem-Großdatenbenutzerschnittstelle umfasst, die konfiguriert ist, um es einem Benutzer ermöglicht, über eine Benutzerschnittstellenvorrichtung mindestens eine Benutzeraktion aus einem Set von Benutzeraktionen durchzuführen, welche einschließen: Anzeigen von mindestens einem Teil der in dem unitären logischen Großdatenspeicherbereich gespeicherten Daten; Anfordern der Durchführung eines Dienstes, wobei der Dienst mindestens den Teil der in dem unitären logischen Großdatenspeicherbereich gespeicherten Daten benötigt; Anzeigen eines Ergebnisses einer Leistung des Dienstes; Konfigurieren einer in das Prozesssteuerungssystem eingeschlossenen Entität; Herbeiführen der Instanziierung der Entität in dem Prozesssteuerungssystem; und Konfigurieren eines zusätzlichen Dienstes. Die Benutzerschnittstelle kann ein dritter Knoten des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks sein.
42. Das System nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Prozesssteuerungssystem-Großdatenbenutzerschnittstelle konfiguriert ist, um mindestens einen von dem Anwender oder der Benutzerschnittstellenvorrichtung zu authentifizieren, und wobei eine oder mehrere Benutzeraktionen, die in dem Set von Benutzeraktionen eingeschlossen sind, dem Benutzer zur Auswahl auf Grundlage der Authentifizierung verfügbar gemacht werden.

Bei Implementierung in Software können jedwede der hier beschriebenen Anwendungen, Dienste und Engines in beliebigem materiellen, nicht-vorübergehenden, computerlesbaren Speicher gespeichert sein, wie auf einer magnetischen Platte, einer Laserdisk, Festkörperspeichervorrichtung, einer molekularen Speichervorrichtung oder anderem Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Computers oder Prozessors, usw. Obwohl die hier offenbarten Beispielsysteme so offenbart sind, dass sie unter anderen Komponenten Software und/oder Firmware einschließen, die auf Hardware ausgeführt werden, ist zu beachten, dass derartige Systeme lediglich als illustrierend und nicht als einschränkend angesehen werden sollten. Es ist beispielsweise vorgesehen, dass beliebige oder alle dieser Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten ausschließlich in Hardware, ausschließlich in Software oder in irgendwelcher Kombination von Hardware und Software verkörpert sein können. Obwohl die hier beschriebenen Beispielsysteme demnach als in Software implementiert beschrieben sind, die auf einem Prozessor von einer oder mehreren Rechenvorrichtungen läuft, werden Fachleute leicht erkennen, dass die gegebenen Beispiele nicht den einzigen Weg zur Implementierung derartiger Systeme darstellen.
Während die vorliegende Erfindung daher unter Bezugnahme auf bestimmte Beispiele beschrieben worden ist, die nur als illustrierend und nicht als die Erfindung einschränkend gedacht sind, ist es für Fachleute offensichtlich, dass an den offenbarten Ausführungsformen Änderungen, Zusätze oder Löschungen vorgenommen werden können, ohne von der Idee und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEE 802.11-konforme [0054]
IEEE 802.11-konformen [0143]

Claims

System zum Unterstützen von Großdaten in einer Prozesssteuerungsanlage, umfassend: einen unitären logischen Datenspeicherbereich, der eine oder mehrere Datenspeichervorrichtungen einschließt, die konfiguriert sind, um unter Verwendung eines gemeinsamen Formats Daten zu speichern, die mindestens einer von der Prozessanlage oder einem in der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, wobei die Daten mehrere Datentypen und ein Set von Datentypen einschließen, das Konfigurationsdaten, fortlaufende Daten und Ereignisdaten einschließt, die dem Prozess entsprechen; und eine oder mehrere Datenempfängerrechenvorrichtungen, die konfiguriert sind, um die Daten von einer oder mehreren anderen Vorrichtungen zu empfangen und herbeizuführen, dass die Daten in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Daten Zeitreihendaten einschließen, wobei vorzugsweise der Dateneintrag der Zeitreihendaten, die in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden, einen Inhalt und einen Zeitstempel einschließt, wobei der Zeitstempel eine Zeit der Generierung des Inhalts der Dateneingabe angibt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der unitäre logische Datenspeicherbereich ferner konfiguriert ist, um Metadaten zu speichern, die den Daten entsprechen, wobei vorzugsweise die Daten unter Verwendung eines gemeinsamen strukturierten Formats gespeichert werden, und wobei die Metadaten vorzugsweise unter Verwendung eines unstrukturierten Formats gespeichert werden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Daten ferner mindestens eines der Folgenden einschließen: Daten, die die Integrität einer in die Prozessanlage eingeschlossenen Maschine angeben, Daten, die die Integrität eines speziellen in die Prozessanlage eingeschlossenen Geräteteils angeben, Daten, die die Integrität eines speziellen in die Prozessanlage eingeschlossenen Geräts angeben, oder Daten, die einem Parameter entsprechen, der mit der Sicherheit der Prozessanlage verknüpft ist und/oder wobei die Daten ferner mindestens eines der Folgenden einschließen: Daten, die eine Benutzereingabe beschreiben, die an einer der einen oder der mehreren anderen Vorrichtungen eingegeben worden ist; Daten, die ein Kommunikationsnetzwerk der Prozessanlage beschreiben; Daten, die von einem Rechensystem empfangen wurden, das sich außerhalb der Prozessanlage befindet; oder Daten, die von einer anderen Prozessanlage empfangen wurden, wobei vorzugsweise die Daten, die das Kommunikationsnetzwerk der Prozessanlage beschreiben, Daten umfassen, die mindestens eine von einer Leistung, einer Ressource oder einer Konfiguration des Kommunikationsnetzwerks beschreiben.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehreren Datenspeichervorrichtungen in mindestens eines von einer Datenbank, einem RAID-Speichersystem, einem Cloud-Datenspeichersystem, einem verteilten Dateiensystem oder anderem Massendatenspeichersystem eingeschlossen sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens der Teil der Daten unter Verwendung eines Streaming-Dienstes, der von mindestens einer der einen oder mehreren anderen Vorrichtungen gehostet wird, gestreamt wird, und wobei der unitäre logische Datenspeicherbereich oder mindestens eine oder mehrere Datenempfängerrechenvorrichtungen ein Abonnent des Streaming-Dienstes ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei die eine oder mehreren anderen Vorrichtungen einschließen: eine Feldvorrichtung und einen Controller, die kommunikativ gekoppelt sind, um einen Prozess in der Prozessanlage zu steuern, und mindestens eine von einer Benutzerschnittstellenvorrichtung oder einer Netzwerkmanagementvorrichtung.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei herbeigeführt wird, dass alle Daten, die durch mindestens eine der einen oder mehreren anderen Vorrichtungen generiert und davon empfangen wurden, in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei das System ferner ein Set von Anforderungsdienstleisterrechenvorrichtungen umfasst, die konfiguriert sind, um einen oder mehrere Dienste, vorzugsweise einen Netzdienst unter Verwendung von mindestens einem Teil der in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeicherten Daten durchzuführen, wobei der eine oder die mehreren Dienste eine rechenintensive Analyse einschließen, wobei vorzugsweise die mindestens eine Datenempfängerrechenvorrichtung und die mindestens eine Anforderungsdienstleisterrechenvorrichtung eine integrale Rechenvorrichtung sind, und/oder wobei vorzugsweise mindestens eine der Anforderungsdienstleisterrechenvorrichtungen ferner konfiguriert ist, um basierend auf einer Ausführung der rechenintensiven Analyse eine Änderung einer in die Prozessanlage eingeschlossenen konfigurierten Entität zu bestimmen, wobei besonders bevorzugt die mindestens eine der Anforderungsdienstleisterrechenvorrichtungen ferner auf mindestens eines von (i) Präsentieren der bestimmten Änderung auf einer Benutzerschnittstelle, oder (ii) automatisches Anwenden der Änderung auf die konfigurierte Entität konfiguriert ist.
System nach Anspruch 9, wobei der eine oder die mehreren Dienste ferner einen Dienst einschließen, um ein Set von Definitionen zu generieren, die einem Set von Entitäten entsprechen, die in einer Laufzeitumgebung der Prozessanlage instanziiert werden können, wobei vorzugsweise das Set der Entitäten mindestens eine der Folgenden einschließt: eine konfigurierbare Vorrichtung, eine diagnostische Anwendung, eine Displayanzeigeanwendung, ein Steuermodell oder eine Steueranwendung.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, wobei ein/das Set der Definitionen in einer offline-Umgebung der Prozessanlage generiert wird, und wobei das System ferner ein Set von Skripten umfasst, um mindestens eine Definition, die in das Set der Definitionen eingeschlossen ist, zu transformieren und die transformierte mindestens eine Definition in die Laufzeitumgebung der Prozessanlage zu laden, wobei besonders bevorzugt die mindestens eine Definition in der offline-Umgebung in Reaktion auf eine Benutzereingabe generiert wird oder wobei die mindestens eine Definition in der offline-Umgebung automatisch generiert wird.
Verfahren zum Unterstützen von Großdaten in einer Prozesssteuerungsanlage, umfassend: Empfangen von Daten, die mindestens einer von der Prozesssteuerungsanlage oder einem durch die Prozesssteuerungsanlage gesteuerten Prozess entsprechen, in einer oder mehreren Datenempfangsrechenvorrichtungen; und Herbeiführen der Speicherung der empfangenen Daten unter Verwendung eines gemeinsamen Formats in einem unitären logischen Datenspeicherbereich, wobei der unitäre logische Datenspeicherbereich ein oder mehrere Datenspeichervorrichtungen, die konfiguriert sind, um mehrere Typen von Daten unter Verwendung eines gemeinsamen Formats zu speichern, und ein Set von Typen von Daten einschließt, die Konfigurationsdaten, fortlaufende Daten und Ereignisdaten einschließen, die dem Prozess entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Empfangen der Daten das Empfangen von mindestens einem Teil der Daten unter Verwendung eines Streaming-Dienstes umfasst, vorzugsweise ferner das Abonnieren des Streaming-Dienstes umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei das Empfangen der Daten das Empfangen der Daten von einer oder mehreren anderen Vorrichtungen umfasst, die in die Prozessanlage eingeschlossen sind, wobei die eine oder mehreren anderen Vorrichtungen einen Controller in kommunikativer Verbindung mit einer Feldvorrichtung einschließt, um den Prozess zu steuern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, insbesondere nach Anspruch 12, das ferner das Herbeiführen der Durchführung eines Dienstes unter Verwendung von mindestens einem Teil der Daten umfasst, die in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert sind, wobei vorzugsweise das Herbeiführen des durchzuführenden Dienstes das Herbeiführen des Durchführens einer rechenintensiven Analyse umfasst, wobei besonders bevorzugt das Herbeiführen der rechenintensiven Analyse das Herbeiführen der rechenintensiven Analyse in Reaktion auf eine Benutzeranforderung umfasst oder das Auswählen und Herbeiführen der rechenintensiven Analyse in automatischer Weise durch das System umfasst und/oder wobei der mindestens eine Teil der Daten, der in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert ist, ein erstes Set von Daten ist, und das Verfahren ferner das Generieren eines zweiten Sets von Daten bezogen auf eine Ausführung der rechenintensiven Analyse mit dem ersten Set von Daten umfasst sowie vorzugsweise ferner das Speichern des zweiten Sets von Daten in dem unitären logischen Datenspeicherbereich umfasst, wobei besonders bevorzugt das Speichern des zweiten Sets von Daten das Speichern von mindestens einem der Folgenden umfasst: einer Displaykomponentendefinition, einer Bindungsdefinition, einer Prozessmodelldefinition, einer Datendefinition, einer Datenbeziehung oder einer Definition einer anderen rechenintensiven Analyse.
Prozesssteuerungssystem, umfassend: einen Controller, der konfiguriert ist, um einen Prozess in dem Prozesssteuerungssystem zu steuern; eine Feldvorrichtung, die kommunikativ mit dem Controller verbunden ist, wobei die Feldvorrichtung konfiguriert ist, um eine physische Funktion durchzuführen, um den Prozess in dem Prozesssteuerungssystem zu steuern, und wobei die Feldvorrichtung konfiguriert ist, um Echtzeitdaten an den Controller zu übertragen oder von diesem zu empfangen, die der physischen Funktion entsprechen; und einen Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat, wobei der Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat einschließt: einen unitären logischen Datenspeicherbereich, der eine oder mehrere Datenspeichervorrichtungen einschließt, die konfiguriert sind, um unter Verwendung eines gemeinsamen Formats die Echtzeitdaten und Konfigurationsdaten zu speichern, die dem Controller entsprechen, und einen oder mehrere Datenempfängerrechenvorrichtungen, um die Echtzeitdaten zu empfangen und herbeizuführen, dass die empfangenen Daten in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden; wobei der Controller ein erster Knoten eines Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks ist, wobei vorzugsweise das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk mindestens teilweise ein Ad-hoc-Netzwerk ist, und der Prozesssteuerungssystem-Großdatenapparat ein zweiter Knoten des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks ist.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 16, wobei das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks mindestens eines von einem verdrahteten Kommunikationsnetzwerk oder einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk einschließt, wobei vorzugsweise das Prozesssteuerungs-Großdatennetzwerk ein erstes Kommunikationsnetzwerk ist, und wobei die Feldvorrichtung kommunikativ über ein zweites Kommunikationsnetzwerk mit dem Controller verbunden ist, welches sich von dem ersten Kommunikationsnetzwerk unterscheidet und/oder wobei das Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerk vorzugsweise ferner einen oder mehrere andere Knoten einschließt, wobei der eine oder die mehreren anderen Knoten mindestens eins der Folgenden einschließen: eine Benutzerschnittstellenvorrichtung, eine Gateway-Vorrichtung, einen Zugangspunkt, eine Routing-Vorrichtung, eine Netzwerkmanagementvorrichtung oder eine Eingangs-/Ausgangskarte (E/A-Karte), gekoppelt an den Controller oder an einen anderen Controller.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er die Echtzeitdaten cacht, und wobei eine Angabe einer Identität der Echtzeitdaten aus den Konfigurationsdaten ausgeschlossen ist, die dem Controller entsprechen.
Prozesssteuerungssystem einem der Ansprüche 16 bis 18, insbesondere nach Anspruch 16, das ferner eine Prozesssteuerungssystem-Großdaten-Benutzerschnittstelle umfasst, die es einem Benutzer ermöglicht, über eine Benutzerschnittstellenvorrichtung mindestens eine Benutzeraktion aus einem Set von Benutzeraktionen durchzuführen, welche einschließen: Anzeigen mindestens eines Teils der Daten, die in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert sind; Anfordern des Durchführens eines Dienstes, wobei der Dienst mindestens den Teil der Daten benötigt, die in dem unitären logischen Datenspeicherbereich gespeichert sind; Anzeigen eines Ergebnisses einer Leistung des Dienstes; Konfigurieren einer Entität, die in das Prozesssteuerungssystem eingeschlossen ist; Herbeiführen einer Instanziierung einer konfigurierten Entität in dem Prozesssteuerungssystem und Konfigurieren eines zusätzlichen Dienstes, wobei die Benutzerschnittstelle ein dritter Knoten des Prozesssteuerungssystem-Großdatennetzwerks ist, wobei vorzugsweise die Prozesssteuerungssystem-Großdaten-Benutzerschnittstelle konfiguriert ist, um mindestens einen der Anwender, der Benutzerschnittstellenvorrichtung oder einer Zugangsanwendung, die auf der Benutzerschnittstellenvorrichtung läuft, zu authentifizieren, und wobei ein oder mehrere Benutzeraktionen, die in den Set der Benutzeraktionen eingeschlossen sind, dem Anwender bezogen auf die Authentifizierung zur Auswahl zugänglich gemacht werden.