JP2020510267A

JP2020510267A - 装置を横断する普遍的データアクセス

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Publication number: JP2020510267A
Application number: JP2019552282A
Authority: JP
Inventors: グルーンウォールドトマス; ロージョージ; エアシュフローリアン; ラドウィッグハートマット; ワンリンユン
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: WO2018174867A1; EP3583502A1; CN110678848B; JP6934951B2; US20200073371A1; CN110678848A

Abstract

ローカルに記憶されたプロセスイメージデータへのアクセスを産業生産環境内の他の装置に供給するシステムは、複数のコントローラ装置と１つのプロセスイメージバックボーンとを含む。対応する各コントローラ装置は、プロセスイメージ領域を含む揮発性コンピュータ可読記憶媒体と、不揮発性コンピュータ可読記憶媒体と、生産ユニットに対する動作命令を供給するように構成された制御プログラムと、各スキャンサイクル中、または生産ユニットに関連づけられたプロセスイメージデータ項目を含む１つもしくは複数のイベントの発生に応じて、プロセスイメージ領域を更新するように構成された入出力コンポーネントと、時系列データとしてのプロセスイメージ領域のプロセスイメージデータ項目を不揮発性コンピュータ可読記憶媒体内にローカルに記憶するように構成されたヒストリアンコンポーネントとを含む。プロセスイメージバックボーンにより、各プログラマブル論理回路のプロセスイメージデータ項目への均一なアクセスが複数のコントローラに供給される。

Description

本開示は、一般に、プロセスイメージバックボーンを使用して、複数のオートメーション装置を横断してイメージデータの処理のための普遍的アクセスを供給することに関する。種々のシステムおよび方法が、産業オートメーション用途ならびにコントローラが使用される種々の他の用途に適用可能である。

背景
コントローラとは、出力装置の状態を制御するために入力装置の状態についてのデータを連続的に収集するソフトウェアを実行するように構成された、特別なコンピュータ制御システムである。コントローラの例には、プログラマブルロジックコントローラ、モーションコントローラ、ＣＮＣ、スマートＩ／Ｏおよび駆動コントローラが含まれる。コントローラは、典型的には、３つの主要要素、すなわち（揮発性メモリを含んでよい）プロセッサ、アプリケーションプログラムを含む揮発性メモリ、およびオートメーションシステム内の他の装置への接続のための１つもしくは複数の入出力（Ｉ／Ｏ）ポートを含む。現行のコントローラは、自身のプロセスイメージおよびデータヒストリアンを有する。付加的に、当該システムは、しばしば、オートメーションシステム間の層間（垂直方向）データアクセスを可能にするプロプライエタリのデータアクセスインタフェースを有する。

データ管理およびデータ分析のタスクのため、ならびに１つのタスクの解決に向かって各機械を協働可能とする制御タスクのために、垂直方向および水平方向での全てのオートメーションシステムへのデータアクセスを取得することが重要である。ただし、従来のオートメーションシステムは、コントローラから上層（例えばＳＣＡＤＡレベルまたはＭＥＳレベル）のヒストリアンへの全てのローデータ（数百万のサンプリング点）の転送を要求するピラミッド型構造に従っている。上位レベルへのデータプッシュにより、データの解像度および可読性は低下し、結果としてコントローラの挙動から洞察を抽出するための分析の有効性が制限され、制御最適化のための制御プロセスを妨害する待ち時間が増大する。プロセスデータおよびコントローラロジックへの優先アクセスに基づく深度データ分析において支援を行うコントローラの能力は、従来のシステムでは充分に利用されていない。このことは、制御ロジックのダイナミックな適応的変化または事後のコミッショニング相での変化を現行では支援しておらず、さらに他のコントローラのデータおよびこれが要求される際の文脈の認識も支援していない、静的なコントローラロジック／構成に起因する。

付加的に、種々のデータアダプタが、オートメーションシステムに接続された各装置からの情報の抽出にしばしば必要となる。データ管理およびデータ分析のタスクのために各オートメーション装置および各層を横断して最高のデータアクセスを提供する、相対的に透明な機構は存在しない。さらに、幾つかのオートメーションシステムは、こうしたアクセスを提供さえしておらず、関連データの抽出に出力ファイルの構文解析を要求する。

概要
本発明の各実施形態は、プロセスイメージバックボーンを使用したオートメーション装置を横断する普遍的データアクセスに関する方法、システムおよび装置を提供することにより、上記の１つもしくは複数の欠点および問題点に対処しかつこれらを克服するものである。プロセスイメージバックボーンは、種々の装置または種々のランタイムからのデータアクセスを統合し、種々のランタイム間の分離された相互作用のための媒体として機能する。ここで説明する技術は、限定的ではないが、種々の産業オートメーション用途に特に良好に適する。

幾つかの実施形態によれば、ローカルに記憶されたプロセスイメージデータへのアクセスを産業生産環境内の他の装置に供給するシステムは、複数のコントローラ装置と１つのプロセスイメージバックボーンとを含む。対応する各コントローラ装置は、プロセスイメージ領域を含む揮発性コンピュータ可読記憶媒体と、不揮発性コンピュータ可読記憶媒体と、生産ユニットに対する動作命令を供給するように構成された制御プログラムと、各スキャンサイクル中、または生産ユニットに関連づけられたプロセスイメージデータ項目を含む１つもしくは複数のイベントの発生に応じて、プロセスイメージ領域を更新するように構成された入出力コンポーネントと、時系列データとしてのプロセスイメージ領域のプロセスイメージデータ項目を不揮発性コンピュータ可読記憶媒体内にローカルに記憶するように構成されたヒストリアンコンポーネントとを含む。プロセスイメージバックボーンは、各プログラマブル論理回路のプロセスイメージデータ項目への均一なアクセスを複数のコントローラに供給する。幾つかの実施形態では、コントローラの制御プログラムはさらに、（ｉ）プロセスイメージバックボーンを使用して、第２のコントローラから１つもしくは複数のプロセスイメージデータ項目を回収し、（ｉｉ）回収された１つもしくは複数のプロセスイメージデータ項目を使用して、生産ユニットに対する動作命令を形成するように構成されている。

上述したシステムにおいてプロセスイメージバックボーンを実現するため、種々の技術が使用可能である。例えば、幾つかの実施形態では、バックボーンは、それぞれコントローラ装置の１つに配置された複数のプロセスイメージバックボーンインスタンスを含む。各インスタンスは、例えば、コントローラ上に記憶されたプロセスイメージデータ項目を意味論的に記述する１つもしくは複数のオブジェクトを含むデータレジストリを含むことができる。各コントローラは、そのデータレジストリを、他のコントローラに周期的に、例えばコントローラの起動時に、またはコントローラの再帰的更新に応じて、またはデータレジストリの修正に応じて、送信することができる。代替的に（もしくは付加的に）、データレジストリは、レジストリ内の１つもしくは複数のデータタグをブラウジングするとの要求に応答して送信することもできる。コントローラ間の送信は、例えば、マルチキャストメッセージまたはブロードキャストメッセージを用いて行うことができる。

上述したシステムの幾つかの実施形態では、各コントローラ上に配置されたプロセスイメージバックボーンインスタンスが、複数のコントローラ間でプロセスイメージデータ項目を送信するための出版購読型メッセージングパターンを実現するメッセージングコンポーネントを含む。当該メッセージングコンポーネントは、購読側コントローラによる受取りに対してプロセスイメージデータ項目を出版するための１つもしくは複数のキューを含むことができ、ここで、各キューは特定のプロセスイメージデータ項目または特定のタイプのプロセスイメージデータ項目に関連づけられている。

本発明の別の態様によれば、ローカルのプロセスイメージデータへのアクセスを産業生産環境内の他の装置に供給する方法は、複数のスキャンサイクルにわたって生産ユニットに動作命令を供給し、生産ユニットに関連づけられたデータを含むスキャンサイクルのそれぞれにおいてプロセスイメージ領域を更新するように構成された制御プログラムを実行するコントローラを含む。当該コントローラにより、プロセスイメージデータ項目が、第１のコントローラ上のローカルの不揮発性コンピュータ可読媒体に記憶され、プロセスイメージバックボーンインスタンスが使用されて、記憶されたプロセスイメージデータ項目へのアクセスが１つもしくは複数の第２のコントローラに供給される。当該方法はさらに、プロセスイメージバックボーンインスタンスを使用して、第２のコントローラから１つもしくは複数のプロセスイメージデータ項目を回収し、次いで回収された１つもしくは複数のプロセスイメージデータ項目を使用して、生産ユニットに対する動作命令を形成するコントローラを含むことができる。

上述した方法の幾つかの実施形態では、第１のコントローラ上に配置されたプロセスイメージバックボーンインスタンスが、当該コントローラ上に記憶されたプロセスイメージデータ項目を記述する１つもしくは複数のデータタグを含むデータレジストリを含む。上で検討したものに類似した、ローカルに記憶されたプロセスイメージデータへのアクセスを供給するシステムに関する技術は、各コントローラ間でのデータレジストリの送信に使用可能である。

他の実施形態によれば、産業生産環境内の装置上に記憶されたローカルのプロセスイメージデータにアクセスする方法は、産業生産環境内のコントローラ上に記憶されたプロセスイメージデータ項目を意味論的に記述する１つもしくは複数のオブジェクトを含むデータレジストリを受信し、データレジストリを使用してプロセスイメージデータ項目への要求を形成する、計算装置を含む。当該計算装置は、自身とコントローラとを接続するネットワークを介して要求をコントローラへ送信し、さらにネットワークを介して、要求に応答してコントローラからプロセスイメージデータ項目を受信する。

本発明の付加的な特徴および利点は、添付の図面を参照して行う、図示の実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

本発明の上述した態様および他の態様は、添付の図面に関連して以下の詳細な説明を読むことから最良に理解される。本発明を説明する目的で、現時点での好ましい実施形態を各図に示したが、本発明は開示した特定の手段に限定されないことを理解されたい。図面には以下の各図が含まれる。

フィールドエンティティと他のオートメーション装置とがプロセスイメージバックボーンによって接続されている産業オートメーションシステムを示すアーキテクチャ図である。幾つかの実施形態によるコントローラの概念図である。幾つかの実施形態においてプロセスイメージレジストリデータを表示するために使用可能なタグブラウザＧＵＩの一例を示す図である。プロセスイメージレジストリのマルチキャストまたはブロードキャストを使用して、プロセスイメージバックボーンに接続された装置がその近隣の機能をどのように認識しうるかの一例を示す図である。装置識別子のマルチキャストまたはブロードキャストを使用して、プロセスイメージバックボーンに接続された装置がその近隣の機能をどのように認識しうるかの一例を示す図である。プロセスイメージレジストリをゲートウェイサーバ上に記憶することにより、プロセスイメージバックボーンに接続された装置がその近隣の機能をどのように認識しうるかの一例を示す図である。

詳細な説明
プロセスイメージバックボーンを使用して、複数のオートメーション装置を横断してプロセスイメージデータへ普遍的アクセスを供給することに一般に関連するシステム、方法および装置をここで説明する。プロセスイメージバックボーンは、種々のコントローラのランタイム環境とオートメーション環境内の他のフィールド装置とを実質的に「接着する」ミドルウェアの形態を有する。プロセスイメージバックボーンを使用して、種々の装置が１つの大きなプロセスイメージを概念的に共有する。このように、１つの装置は、自身のローカルのプロセスイメージデータと実質的に同様に、リモートの装置のプロセスイメージデータと相互作用することができる。詳細に後述するように、プロセスイメージバックボーンが提供する透明性および接続性を支援する種々の技術を使用することができる。例えば、データには、データソースへの許可を提供する識別子を使用して、タグが付される。同様のことは、ローカルのファイルが幾つかの実現形態において“C:/file.txt”を使用してアドレシング可能であってかつリモートファイルが“/REMOTE_COMPUTER/C/file.txt”を使用してアドレシング可能なコンピュータシステムについても行うことができる。全てのプロセスイメージデータにタグを付すことにより、プロセスイメージデータの位置に関して寛容な制御プログラムを書き込むことができる。データを記憶した種々の装置間の通信を支援するために、ロバストなネットワークが、メッセージング技術、例えば出版購読型ベースの方法に関連して使用される。よって、データは、プログラムによって直接に参照可能となるのみならず、制御プログラムの実行要求を満足するためにも送給可能となる。

図１には、フィールドエンティティと他のオートメーション装置とがプロセスイメージバックボーンを介して接続されている、産業オートメーションシステム１００を示すアーキテクチャ図が示されている。プロセスイメージバックボーン（ＰＩＢ）は、種々の装置または種々のランタイムからのデータアクセスを統合し、種々のランタイム間の分離された相互作用のための媒体として機能するので、「バックボーン」なる語が用いられている。ＰＩＢは、システム、例えばＯＰＣ統合アーキテクチャ（ＯＰＣＵＡ）によって利用可能な能力を補完する。例えば、ＯＰＣＵＡでは、ＰＩＢによりデータがその時点で利用可能であってかつ使用可能となるように意味論的に記述されている構成がなお必要である。

ＰＩＢでは、プロセスイメージまたはデータヒストリアンは、個々のランタイムのローカルプロセスイメージ内へ組み込まれる代わりに、共通のプロセスイメージ内へ組み込まれる。ＰＩＢは、産業オートメーションシステム１００の全てのノード上のシステム内の全てのデータタグおよび時系列データをブラウジングするためのインタフェースを提供する。各アプリケーションは、プロセスイメージバックボーンのローカルアクセスポイントにアクセスしなければならない。ＰＩＢは、ローカルプロセスイメージもしくはヒストリアンへの、またはリモートプロセスイメージもしくはヒストリアンへのマッピングの責を有する。

図１の例では、コントローラ、ＣＮＣ装置、モーションコントローラ、駆動コントローラおよびスマートＩ／Ｏ装置を含む７個のフィールドエンティティが示されている。各フィールドエンティティは、アプリコンテナにおいて実行される１つもしくは複数のソフトウェアアプリケーション（または「アプリ」）を含む。当該ケースでのアプリの使用は、ＰＩＢを介した普遍的データアクセスの実現にとって完全に任意であることに注意されたい。このように、図１に類似のアーキテクチャは、アプリの機能を提供しない、より従来的なコントローラによって実現可能である。

続いて、図１によれば、各フィールドエンティティは、さらに、アプリ環境において形成されるデータを記憶する埋込み型ヒストリアンと、実行時のアプリの入力、出力などを記憶するプロセスイメージ（図１には示されていない）とを含む。プロセスイメージバックボーンは、有意には、フィールドエンティティの種々のランタイム間の分離された相互作用のための媒体として機能する共通のプロセスイメージである。構造的には、各フィールドエンティティは、そのローカルプロセスイメージを、リアルタイムもしくは疑似リアルタイムで他のフィールドエンティティと通信するためのソフトウェアインスタンスと共にローカルに維持する。幾つかの実施形態では、プロセスイメージバックボーンによるアクセスが可能なデータは、所定の時点で各装置のプロセスイメージ内に存在するデータに制限されている。しかし、幾つかの実施形態では、プロセスイメージバックボーンは、各装置の埋込み型ヒストリアンへのアクセスにも使用可能である。よって、時系列データのウィンドウは、プロセスイメージバックボーンを介してアクセス可能である。

続いて、図１の例によれば、プロセスイメージバックボーンは、ＩＴレベル装置、例えば上位制御およびデータ取得（ＳＣＡＤＡ）システムおよびマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）システム（例えば図１のWINCC/PCS7およびSIMATIC IT）の各装置を横断して実現されている。これらのＩＴレベル装置を接続することにより、サードパーティフィールドエンティティは、プロセスイメージバックボーンに間接的にアクセス可能となる。つまり、例えば、既存のフィールドエンティティは、プロセスイメージバックボーンへのアクセスを支援するために自身の制御プログラムまたはアーキテクチャに必ずしも重大な変更を必要とせず、むしろ、既存のフィールドエンティティは、まさに他のＩＴレベルデータが受信された方式で当該データを受信することができる。ＩＴレベルでのプロセスイメージバックボーンの実現形態によっても、サードパーティＩＴアプリケーションによるプロセスイメージバックボーンデータへのアクセスが可能となる。つまり、幾つかの実施形態では、デスクトップまたはモバイルのアプリが、バックボーンとプロセスイメージデータの観察ウィンドウとへのアクセスを形成可能である。これらのアプリは、プロトコル、例えばＴＣＰ、オープンデータベースコネクティビティ（ＯＤＢＣ）および／またはＯＰＣ統合アーキテクチャ（ＵＡ）を使用して、（例えばイーサネットにより実現される）ローカルイントラネットを使用して、かつ／または１つもしくは複数のインタネットを介して、ＩＴレベル装置と通信可能である。

図１に示したシステムは、またＩＴレベルでのプロセスイメージバックボーンのアクセス可能性も提供し、結果として、ビッグデータプラットフォーム、例えばＨＡＮＡ／Ｈａｄｏｏｐによるプロセスイメージデータの処理を可能にする。このことを使用して、例えば、フィールドレベルでは利用可能でない処理リソースを使用した並列演算環境（例えばNVIDIA CUDA（商標））におけるオートメーションシステム演算についての分析が実行可能となる。

図２には、幾つかの実施形態によるコントローラ２００の概念図が示されている。プロセスイメージ２２５は、生産装置に関連づけられたデータ（例えば接続されたＩ／Ｏの入力および出力）に基づいて各処理／スキャンサイクルごとに更新される、コントローラのＣＰＵの揮発性システムメモリ内のメモリ領域である。各処理ステップでは、制御アプリケーション２３０がプロセスイメージコンポーネント２２５を読み出し、使用されているアプリケーションロジックを実行し、結果をプロセスイメージコンポーネント２２５に戻し書き込みする。

続いて、図２によれば、ヒストリアンコンポーネント２２０により、各サイクルのプロセスイメージが読み出され、不揮発性物理記憶媒体上にローカルに持続的に記憶される。さらに、ヒストリアンコンポーネント２２０は、プロセスイメージデータに関する文脈情報を付加的に記憶可能である（文脈化コンポーネント２１５に関して後述する）。ヒストリアンコンポーネント２２０は、データ圧縮アルゴリズムを使用してデータボリュームを低減し、過去のプロセスイメージへのアクセスをアプリケーションに供給するように構成可能である。データは固定時間窓に対してまたはオンラインで記憶可能であり、アルゴリズムを使用してダイナミックなキャッシングヒューリスティックスを実現することができる。ヒストリアンコンポーネント２２０の一部としてのインテリジェントデータ形成アルゴリズムは、プロセスイメージと、接続されたＩ／Ｏのデータ形成パラメータ（例えばサンプリングレート）を調整するための文脈とを連続的に分析可能である。例えば、高速で変化するセンサ信号に対しては高速のサンプリングレートが選択可能であり、一方、低速で変化するセンサ信号に対しては低速のサンプリングレートで充分である。

データ分析コンポーネント２０５は、プロセスイメージバックボーンを横断してローカルとリモートとの双方で記憶されたデータを分析するための１つもしくは複数の推論アルゴリズムを実行するように構成されている。種々のデータ推論アルゴリズムを、データ分析コンポーネント２０５に含めることができる。例えば、幾つかの実施形態では、これらのアルゴリズムは、１つもしくは複数のクラスタリング、クラス分類、ロジックベースの推論、および統計分析アルゴリズムを含む。さらに、アルゴリズムは、装置のランタイム中に使用可能なモデルによって特定可能である。データ分析コンポーネント２０５は、種々の分析モデルと、これらのモデルを解釈するための専用のアルゴリズムとを含むことができる。データ分析コンポーネント２０５によって形成された結果は、ヒストリアンコンポーネント２２０に記憶可能であり、プロセスイメージコンポーネント２２５に戻し書き込み可能であり、かつ／またはＰＩＢインスタンス２１０を介して外部コンポーネントに供給可能である。つまり、コントローラ２００は、オートメーションシステム内の他の装置に分配された分析を供給する装置と考えることができる。

文脈化コンポーネント２１５は、オートメーションシステムの文脈情報の後の解釈を可能するために、当該文脈情報を有するプロセスイメージコンポーネント２２５の注釈内容によって文脈化データを形成するように構成されている。文脈情報とは、ここで使用している通り、データの意味を記述する任意の情報を含むことができる。例えば、オートメーションシステム内のデータの文脈は、データを形成した装置（例えばセンサ）に関する情報、オートメーションシステムの構造（例えばプラントのトポロジ）に関する情報、システムの作業モードに関する情報（例えばダウンタイムイベント）、オートメーションソフトウェアおよびデータ形成中のその状態に関する情報、および／またはデータ形成中に製造された製品／バッチに関する情報を含むことができる。文脈化コンポーネント２１５は、より具体的な処理要求のため、任意の他のコンポーネントにデータを供給するように構成されている。文脈化コンポーネント２１５が形成する文脈情報は、アセット構造に制限されず、制御知識、製品特定情報、プロセス情報、イベント情報、および潜在的な他の態様、例えば気象情報などの外部イベントを含むことができる。幾つかの文脈情報は、エンジニアリングツール（例えばSiemens Totally Integrated Automationツール）からインポート可能である。付加的に、幾つかの実施形態では、文脈化コンポーネント２１５が意味論的な文脈化を提供する。文脈は、言語構造の意味が形式的に定義されている標準のモデル化言語（例えばWeb Ontology Language, Resource Description Framework）によって表現可能である。当該意味論的モデル化規格によるデータの文脈化により、手動構成の労力なしに、オートメーションシステムから供給されたデータをビジネス分析アプリケーションに自動的に理解させ、また解釈させることができる。

コントローラ２００のコンポーネントが取得したまたは形成した任意のデータは、ここで検討しているプロセスイメージバックボーンを介してコントローラ２００とオートメーションシステム内の他の装置とを接続するＰＩＢインスタンス２１０により、外部コンポーネントへ供給可能である。図１に示したように、ＰＩＢインスタンス２１０は、データレジストリ２１２およびメッセージングコンポーネント２１４を含む。データレジストリ２１２は、コントローラ内で利用可能なプロセスイメージデータのリストを提供する。当該データは、ヒストリアン２２０内またはプロセスイメージ２２５自体内のいずれかに記憶されている。幾つかの実施形態では、データレジストリ２１２は、フォーマット、例えばExtensible Markup Language（ＸＭＬ）を用いて、コントローラ上にローカルに記憶された１つもしくは複数のデータファイルである。コントローラ２００は、データレジストリ２１２、ファイルまたはその一部を供給することにより、オートメーションシステム内の他の装置からのタグブラウザ要求に応答可能である。例えば、装置がデータレジストリ２１２の所定部分のみを要求する場合、ファイルは構文解析可能であり、ファイル全体の適切なサブセットが返送可能である。データレジストリ２１２の内容は、ランタイムに先行してまたはランタイムにおいて占有されうる。例えば、ファイル内容は、コントローラ２００が最初にブートおよび初期化されたときに占有されうる。代替的に、ファイルは、スキャンサイクルごとにまたは幾つかの他のインターバルで更新されうる。幾つかの実施形態では、ファイルが記憶されるよりもむしろ、データレジストリ２１２が要求に応じてダイナミックに形成される。よって、幾つかの実施形態では、データレジストリ２１２は、コントローラのランタイム環境を迅速にスキャンして、その後要求に応答して使用可能となるデータファイルを占有する、１つもしくは複数のプロセスを含む。

ＰＩＢインスタンス２１０内のメッセージングコンポーネント２１４は、オートメーションシステム装置を接続するプロセスイメージバックボーンを介してレジストリおよび他のデータを通信する手段を提供する。メッセージングコンポーネント２１４の正確な実現は、ネットワーキング技術の利用可能性およびシステム要求に依存して変化しうる。例えば、幾つかの実施形態では、メッセージングコンポーネント２１４が、例えばＴＣＰ、ＵＤＰ、ＤＣＣＰ，ＳＣＴＰおよび／またはＲＳＶＰの分野において一般に知られた１つもしくは複数のトランスポート層のプロトコルを実現する。メッセージングコンポーネント２１４は、リアルタイム要求またはサービスの保証品質に基づいてトランスポートのプロトコルの選択を可能にする機能を含む。例えば、ＵＤＰは疑似リアルタイム通信のためにデフォルトで使用可能であり、一方、ＴＣＰはより緩いタイミング要求を有するものの付加的な信頼性を要求する通信に使用される。メッセージングコンポーネント２１４はさらに、実現されたトランスポート層のプロトコルを標準化してブロードキャスト通信またはマルチキャスト通信を行う機能も含む。つまり、例えば、メッセージングコンポーネント２１４はまた、コントローラ２００に独自の識別子をオートメーションシステム内の他の装置へブロードキャストさせることになる。

幾つかの実施形態では、メッセージングコンポーネント２１４も、出版購読型メッセージングを実現する。当該分野で一般に理解されているように、出版購読型メッセージングスキーマとは、メッセージの送信者または「出版者」がメッセージをクラスもしくはタイプへ特徴づけるスキーマである。データが形成されると、メッセージはクラス特有のまたはタイプ特有のキューで配置される。装置は、キュー内で利用可能なデータを「購読する」。こうして、メッセージングコンポーネント２１４は、複数のキューを含むものとして可視化可能であり、各キューは１つもしくは複数の購読者に関連づけられる。出版者がデータをキューに入力した後、当該データはキューの各購読者へ送信される。幾つかの実施形態では、メッセージングコンポーネント２１４は、文脈ベースの出版購読型機能を提供する。例えば、他の装置は、特定のデータタグを購読することができる。キュー内のタグ配置に関連するデータは、結果として、１つもしくは複数の購読側装置に対してメッセージを形成するために用いられる。代替的にもしくは付加的に、メッセージングコンポーネント２１４は、トピックベースのキューを実現することもできる。例えば、コントローラ２００は、所定の購読者への送信のために、制御アプリケーション２３０によって形成される全てのアラームを特定のキューとして出版することができる。

幾つかの実施形態では、メッセージングコンポーネント２１４により、コントローラ２００が従来のクライアントサーバのメッセージングスキーマで動作可能となる。つまり、オートメーションシステム内の各装置は、メッセージングコンポーネント２１４による処理によって、ＨＴＴＰＧＥＴ要求をコントローラ２００に送信可能となる。メッセージングコンポーネント２１４は、ウェブサービス技術、例えばrepresentational state transfer（ＲＥＳＴ）を使用して、予め定められた条件なし動作のセットにより、コントローラ資源へのアクセスを可能にすることができる。プロセスイメージバックボーンは一般にはコントローラデータへの読み出し専用アクセスを提供するように構成されているが、書き込みアクセスも付与されている実施形態では、メッセージングコンポーネント２１４が、ＨＴＴＰ命令、例えばＰＯＳＴ，ＰＵＴ，ＤＥＬＥＴＥなどを支援する付加的な機能を含んでもよい。

コントローラ２００の種々のコンポーネントが、図２に示したＰＩＢインスタンス２１０に接続されていることに注意されたい。これにより、他のコントローラからのデータまたはオートメーション環境内の他の装置からのデータを動作中に直接に標準化することができる。例えば、文脈化コンポーネント２１５は、プロセスイメージバックボーンを介して他の装置から取得されたデータを使用して、プロセスイメージ２２５からのデータを文脈化可能である。同様に、制御アプリケーション２３０は、外部で形成されたデータがロジックに組み込み可能となるように、符号化可能である。例えば、制御アプリケーション２３０は、第２のコントローラからのデータを（例えばＧＥＴ要求を介して）回収するロジックを含むことができる。この場合、当該データは、あたかもローカルで形成されたかのごとく、制御アプリケーション２３０において動作を実行するために使用可能である。例えば、制御アプリケーション２３０における条件付き動作は、オートメーションシステム内の第２のコントローラからのデータに依存しうる。

図２に示したコントローラの種々の実施形態に関連して使用可能なコントローラフィーチャの付加的な例は、“PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER”なるタイトルにて２０１４年８月２５日付提出の米国特許出願第１４／４６７１２５号明細書、“USING SOFT-SENSORS IN A PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER”なるタイトルにて２０１４年１０月３０日付提出のＰＣＴ米国特許出願第１４／６３１０５号明細書、“SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATIC COMPRESSION ALGORITHM SELECION AND PARAMETER TUNING BASED ON CONTROL KNOWLEDGE”なるタイトルにて２０１４年１０月２９日付提出のＰＣＴ米国特許出願第１４／６２７９６号明細書に提示されている。上掲した各出願の全体が引用により本願に組み込まれるものとする。

図３には、幾つかの実施形態においてプロセスイメージレジストリデータの表示に使用可能なタグブラウザＧＵＩ３００の一例が示されている。タグブラウザは、ＧＵＩに含まれるより広い範囲のツールに含めることができる。例えば、図３では、付加的な機能、例えば文脈管理、診断、ヒストリアンアクセスが、タグ特有の機能と共に、タグブラウザＧＵＩ３００内で利用可能である。ドロップダウンリスト３０５により、ユーザは特定のオートメーション装置を選択することができる。当該例では、タグブラウザＧＵＩ３００は、アドレス１９２．１．２．３に位置するオートメーション装置ＭＤ１４Ｚ４３ＤＣにセットされている。ドロップダウンリスト３０５での選択に基づいて、種々のレジストリ項目がセクション３１０においてリスト化される。ここで、各レジストリ項目は、オートメーション装置ＭＤ１４Ｚ４３ＤＣ上で利用可能なデータ変数である。例えば、“/MD14Z43DC(192.1.2.3)/Root/Historian/#Electricity_Demand”は、ＭＤ１４Ｚ４３ＤＣのヒストリアン内に記憶された「電力需要」と称される変数の記述に用いられている。各レジストリ項目に対して完全なパス情報が提供されることに注意されたい。当該パス情報は、データ項目への要求の形成に使用可能である。よって、コントローラは、コントローラＭＤ１４Ｚ４３ＤＣに対し、“/MD14Z43DC(192.1.2.3)/Root/Historian/#Electricity_Demand”からの全てのデータ更新を購読するとの要求を送信可能である。その後、新たな電力需要データが形成されると、これが自動的に購読側コントローラへ送給可能となる。

図４Ａから図４Ｃには、プロセスイメージバックボーンに接続された装置がどのようにしてその近隣の機能を認識しうるかの幾つかの例が示されている。当該例では、プロセスイメージバックボーンへの接続を「プラグアンドプレイ」方式で構成可能とする手法が示されている。当該例のそれぞれには、プロセスイメージバックボーンを介して接続された３つのコントローラ（α，β，δの記号が付されている）が含まれている。コントローラαがプロセスイメージバックボーンに最近追加された、またはコントローラαに対して構成変更がなされた（例えば制御アプリケーションへの更新がインストールされた）とする。図４Ａでは、コントローラαが、コントローラβ，δへの新たなプロセスイメージレジストリをマルチキャストまたはブロードキャストする。この場合、プロセスイメージレジストリは、コントローラβ，δによりローカルで記憶され、コントローラα上に記憶されたデータの要求に使用可能となる。図４Ｂは、図４Ａに類似しているが、レジストリ全体を分配するのではなく、コントローラαは、コントローラβ，δによるデータへのアクセスを可能にするアドレスまたは他の固有の識別子のみを分配する。図４Ａに示したのと同様に、コントローラβ，δは、それぞれの記憶装置上にローカルに固有の識別子を記憶する。図４Ｃでは、プロセスイメージレジストリおよび／またはプロセスイメージバックボーンに接続された全ての装置に対する固有の識別子を記憶したゲートウェイサーバまたは他の計算装置が含まれている。つまり、当該例では、サーバは、コントローラα，β，δに対するプロセスイメージレジストリを記憶することになる。コントローラがバックボーン上の別の機械からのデータにアクセスしようとする場合、当該コントローラは、接続された機械および／またはそのそれぞれのレジストリのリストを要求することができる。

ここで説明している、埋込み型コントローラによって使用されるプロセッサは、１つもしくは複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、または当該分野で公知の任意の他のプロセッサを含むことができる。より一般的には、ここで使用しているプロセッサは、タスクを実行するために、コンピュータ可読媒体上に記憶された機械可読命令を実行する装置であり、ハードウェアおよびファームウェアのいずれか一方またはその組み合わせを含むことができる。プロセッサは、タスクを実行するために実行可能な機械可読命令を記憶したメモリを含んでもよい。プロセッサは、実行可能なプロシージャまたは情報装置によって使用される情報を走査、分析、修正、変換もしくは送信することにより、かつ／または当該情報を出力装置へ転送することにより、当該情報に応じて作用する。プロセッサは、例えば、コンピュータ、コントローラまたはマイクロプロセッサの能力を使用するもしくは含むことができ、さらに実行可能命令を使用して、汎用コンピュータによっては実行されない特別な目的の機能を実行するように調整可能である。プロセッサは、相互作用および／または相互間の通信を可能にする任意の他のプロセッサに（電気的にかつ／または実行可能なコンポーネントを含む形態で）結合可能である。ユーザインタフェースプロセッサまたはジェネレータは、表示イメージまたはその一部を形成するために電子回路もしくはソフトウェアもしくはその双方の組み合わせを含む公知のエレメントである。ユーザインタフェースは、プロセッサまたは他の装置とのユーザインタラクションを可能にする１つもしくは複数の表示イメージを含む。

ここで説明している種々の装置は、埋込み型コントローラおよび関連する計算インフラストラクチャへの制限なく、本発明の各実施形態によりプログラミングされる命令を保持し、データ構造、テーブル、記録もしくはここで説明した他のデータを含む、少なくとも１つのコンピュータ可読媒体もしくはメモリを含むことができる。ここで使用している「コンピュータ可読媒体」なる語は、実行される１つもしくは複数のプロセッサに対する命令の提供に関する任意の媒体をいう。コンピュータ可読媒体は、限定的ではないが、非一時性かつ不揮発性の媒体、揮発性の媒体および送信媒体を含む多数の形態を取りうる。不揮発性の媒体の非限定の例には、光学ディスク、ソリッドステートドライブ、磁気ディスクおよび磁気光学ディスクが含まれる。揮発性の媒体の非限定の例には、ダイナミックメモリが含まれる。送信媒体の非限定の例には、同軸ケーブル、銅線、およびシステムバスを形成するワイヤを含む光ファイバが含まれる。送信媒体は、例えば無線波通信および赤外線データ通信において形成される音波または光波の形態を取ることもできる。

ここで使用している実行可能なアプリケーションは、プロセッサが例えばユーザの命令または入力に応答して、例えばオペレーティングシステム、文脈データ取得装置または他の情報処理装置の所定の機能を実現するように調整するコードまたは機械可読命令を含む。実行可能プロシージャは、コードまたは機械可読命令のセグメント、サブルーチン、またはコードの他の別個のセクション、または１つもしくは複数の特定のプロセスを実行する実行可能なアプリケーションの部分である。当該プロセスは、入力データおよび／またはパラメータを受信すること、受信した入力データについての動作を実行することおよび／または受信した入力パラメータに応答して機能を実行すること、および得られた出力データおよび／またはパラメータを提供することを含みうる。

ここで使用しているグラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ）は、表示プロセッサにより形成され、プロセッサまたは他の装置とのユーザインタラクションおよび関連するデータの取得および機能の処理を可能にする１つもしくは複数の表示イメージを含む。ＧＵＩはまた、実行可能なプロシージャまたは実行可能なアプリケーションも含む。実行可能なプロシージャまたは実行可能なアプリケーションは、表示プロセッサがＧＵＩ表示イメージを表す信号を形成するように調整する。当該信号は、ユーザにより観察されるイメージを表示する表示装置に供給される。プロセッサは、実行可能なプロシージャまたは実行可能なアプリケーションの制御のもと、入力装置から受信した信号に応答してＧＵＩ表示イメージを操作する。こうして、ユーザは、入力装置を使用して表示イメージと相互作用でき、これによりプロセッサまたは他の装置とのユーザインタラクションが可能となる。

ここでの機能およびプロセスは、ユーザ命令に応答して自動的に、完全にもしくは部分的に実行可能である。自動的に実行されるアクティビティ（ステップを含む）は、１つもしくは複数の実行可能命令または装置動作に応答して、当該アクティビティの直接の初期化なしに実行される。

図のシステムおよびプロセスは非排他的なものである。他のシステム、プロセスおよびメニューは、同一の課題を解決する本発明の基本方式によって導出可能である。本発明を特定の実施形態に関して説明したが、ここに図示および説明した実施形態および変形形態は説明のためのみであることを理解されたい。現行の設計に対する修正も、本発明の観点から逸脱することなく、当該分野の技術者により実現可能である。ここで説明したように、種々のシステム、サブシステム、エージェント、マネージャおよびプロセスは、ハードウェアコンポーネント、ソフトウェアコンポーネントおよび／またはこれらの組み合わせを使用して実現可能である。ここでの特許請求の範囲の要素はいずれも、明示的に「〜のための手段」との語句を用いて記載されていないかぎり、米国特許法第１１２条第６段落の但し書きの意に解釈されるべきでない。

Claims

ローカルに記憶されたプロセスイメージデータへのアクセスを産業生産環境内の他の装置に供給するシステムであって、該システムは、
複数のコントローラ装置を含み、ここで、対応する各コントローラ装置は、
プロセスイメージ領域を含む揮発性コンピュータ可読記憶媒体と、
不揮発性コンピュータ可読記憶媒体と、
生産ユニットに対する動作命令を供給するように構成された制御プログラムと、
各スキャンサイクル中、または前記生産ユニットに関連づけられたプロセスイメージデータ項目を含む１つもしくは複数のイベントの発生に応じて、前記プロセスイメージ領域を更新するように構成された入出力コンポーネントと、
時系列データとしての前記プロセスイメージ領域の前記プロセスイメージデータ項目を前記不揮発性コンピュータ可読記憶媒体内にローカルに記憶するように構成されたヒストリアンコンポーネントと
を含み、
前記システムはさらに、各プログラマブル論理回路の前記プロセスイメージデータ項目への均一なアクセスを前記複数のコントローラに供給するプロセスイメージバックボーンを含む、
システム。
前記プロセスイメージバックボーンは、それぞれ前記複数のコントローラ装置の１つに配置された複数のプロセスイメージバックボーンインスタンスを含む、
請求項１記載のシステム。
各コントローラに配置された前記プロセスイメージバックボーンインスタンスは、前記コントローラに記憶された前記プロセスイメージデータ項目を意味論的に記述する１つもしくは複数のオブジェクトを含むデータレジストリを含む、
請求項２記載のシステム。
前記データレジストリは、他の前記コントローラのそれぞれに周期的に送信されるデータファイルを含む、
請求項３記載のシステム。
前記データレジストリは、タグブラウジング要求に応答してダイナミックに形成されるデータファイルを含む、
請求項３記載のシステム。
前記プロセスイメージバックボーンインスタンスは、マルチキャストメッセージまたはブロードキャストメッセージを用いて他の前記コントローラのそれぞれに前記データレジストリを供給するように構成されている、
請求項３記載のシステム。
前記マルチキャストメッセージまたは前記ブロードキャストメッセージは、前記コントローラの起動に応じて送信される、
請求項６記載のシステム。
前記マルチキャストメッセージまたは前記ブロードキャストメッセージは、前記コントローラの再帰的更新に応じて送信される、
請求項６記載のシステム。
前記マルチキャストメッセージまたは前記ブロードキャストメッセージは、前記コントローラによる前記データレジストリの修正に応じて送信される、
請求項６記載のシステム。
各コントローラに配置された前記プロセスイメージバックボーンインスタンスは、複数のコントローラ間でプロセスイメージデータ項目を送信するための出版購読型メッセージングパターンを実現するメッセージングコンポーネントを含む、
請求項２記載のシステム。
前記メッセージングコンポーネントは、購読側コントローラによる受取りに対してプロセスイメージデータ項目を出版するための１つもしくは複数のキューを含み、ここで、各キューは特定のプロセスイメージデータ項目に関連づけられている、
請求項１０記載のシステム。
前記メッセージングコンポーネントは、購読側コントローラによる受取りに対してプロセスイメージデータ項目を出版するための１つもしくは複数のキューを含み、ここで、各キューは特定のタイプのプロセスイメージデータ項目に関連づけられている、
請求項１０記載のシステム。
前記コントローラの前記制御プログラムはさらに、
（ｉ）前記プロセスイメージバックボーンを使用して、第２のコントローラから１つもしくは複数のプロセスイメージデータ項目を回収し、
（ｉｉ）回収された前記１つもしくは複数のプロセスイメージデータ項目を使用して、前記生産ユニットに対する前記動作命令を形成する、
ように構成されている、
請求項１記載のシステム。
ローカルのプロセスイメージデータへのアクセスを産業生産環境内の他の装置に供給する方法であって、該方法は、
第１のコントローラにより、複数のスキャンサイクルにわたって生産ユニットに動作命令を供給するように構成された制御プログラムを実行すること、
前記第１のコントローラにより、前記生産ユニットに関連づけられたデータを含む前記複数のスキャンサイクルのそれぞれにおいてプロセスイメージ領域を更新すること、
前記第１のコントローラにより、プロセスイメージデータ項目を、前記第１のコントローラ上のローカルの不揮発性コンピュータ可読記憶媒体に記憶すること、および
前記第１のコントローラにより、プロセスイメージバックボーンインスタンスを使用して、記憶された前記プロセスイメージデータ項目へのアクセスを１つもしくは複数の第２のコントローラに供給すること
を含む、方法。
前記第１のコントローラ上に配置された前記プロセスイメージバックボーンインスタンスは、前記第１のコントローラ上に記憶された前記プロセスイメージデータ項目を記述する１つもしくは複数のデータタグを含むデータレジストリを含む、
請求項１４記載の方法。
前記データレジストリは、前記第１のコントローラの起動に応じて形成されたデータファイルを含む、
請求項１５記載の方法。
前記データレジストリは、タグブラウジング要求に応答してダイナミックに形成されたデータファイルを含む、
請求項１５記載の方法。
前記方法はさらに、
前記プロセスイメージバックボーンインスタンスを使用して、マルチキャストメッセージまたはブロードキャストメッセージにより前記第２のコントローラのそれぞれに前記データレジストリを供給すること
を含む、
請求項１５記載の方法。
前記マルチキャストメッセージまたは前記ブロードキャストメッセージを、前記コントローラの起動に応じて送信する、
請求項１８記載の方法。
前記プロセスイメージバックボーンインスタンスは、前記プロセスイメージデータ項目を１つもしくは複数の前記第２のコントローラへ送信するための出版購読型メッセージングパターンを用いて、記憶された前記プロセスイメージデータ項目へのアクセスを供給する、
請求項１４記載の方法。
前記方法はさらに、
前記プロセスイメージバックボーンインスタンスを使用して、前記第２のコントローラから１つもしくは複数のプロセスイメージデータ項目を回収すること、および
回収された１つもしくは複数の前記プロセスイメージデータ項目を使用して、前記生産ユニットに対する動作命令を形成すること
を含む、
請求項１４記載の方法。
産業生産環境内の装置上に記憶されたローカルのプロセスイメージデータにアクセスする方法であって、該方法は、
計算装置により、前記産業生産環境内のコントローラ上に記憶されたプロセスイメージデータ項目を意味論的に記述する１つもしくは複数のオブジェクトを含むデータレジストリを受信すること、
前記計算装置により、前記データレジストリを使用してプロセスイメージデータ項目への要求を形成すること、
前記計算装置により、該計算装置と前記コントローラとを接続するネットワークを介して、前記要求を前記コントローラへ送信すること、および
前記計算装置により、前記ネットワークを介して、前記要求に応答して、前記コントローラから前記プロセスイメージデータ項目を受信すること
を含む、方法。