本發(fā)明大體涉及配置為提供設(shè)備上數(shù)據(jù)分析和存儲的智能可編程邏輯控制器，連同涉及其的方法、系統(tǒng)和裝置。所公開的技術(shù)可以應(yīng)用于例如其中使用可編程控制器的各種自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)境。

背景技術(shù)：

可編程邏輯控制器（PLC）是配置為執(zhí)行軟件的專門計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該軟件連續(xù)地收集關(guān)于輸入設(shè)備的狀態(tài)的數(shù)據(jù)以控制輸出設(shè)備的狀態(tài)。PLC典型地包括三個(gè)主要組件：處理器（其可以包括易失性存儲器），包括應(yīng)用程序的易失性存儲器、以及用于連接到自動(dòng)化系統(tǒng)中的其它設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出（I/O）端口。

在各種工業(yè)場景中利用PLC來控制自動(dòng)化系統(tǒng)。自動(dòng)化系統(tǒng)典型地在其日常操作中生成大量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以例如包括傳感器數(shù)據(jù)、致動(dòng)器和控制程序參數(shù)、以及與服務(wù)活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的信息。然而，常規(guī)自動(dòng)化系統(tǒng)，并且特別地PLC，不能夠完全地利用該數(shù)據(jù)。例如，在大多數(shù)系統(tǒng)中，由于硬件和軟件限制，僅可以分析和存儲該數(shù)據(jù)的小部分?？赡墚a(chǎn)生巨量無關(guān)數(shù)據(jù)而同時(shí)丟失重要數(shù)據(jù)點(diǎn)?？赡茉陉P(guān)于不重要的數(shù)據(jù)的較高自動(dòng)化層處應(yīng)用壓縮，而同時(shí)重要數(shù)據(jù)在行進(jìn)通過自動(dòng)化層時(shí)丟失。此外，甚至在嘗試避免數(shù)據(jù)的丟失的情況下，可能存在放置于計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的其余部分上的顯著需求。例如，PLC數(shù)據(jù)處理可能導(dǎo)致對于網(wǎng)絡(luò)帶寬以及存儲容量的高需求。附加地，數(shù)據(jù)的情境可能在數(shù)據(jù)穿過自動(dòng)化系統(tǒng)層時(shí)丟失。這在自動(dòng)化系統(tǒng)上引起若干不期望的副作用。例如，如果基于低質(zhì)量/保真度數(shù)據(jù)在較高的自動(dòng)化層處執(zhí)行數(shù)據(jù)分析，則重要數(shù)據(jù)可能丟失，從而使自動(dòng)化系統(tǒng)低效地或者欠佳地操作。

自動(dòng)化系統(tǒng)中非充分的數(shù)據(jù)處置能力還引起各種其它具體問題。如果數(shù)據(jù)采集的分辨率/采樣速率不充分，則可能不會檢測到許多機(jī)器事件。例如，如果通過機(jī)器智能而丟失毫秒范圍中的機(jī)器停止，則關(guān)鍵性能指示符（例如，總體設(shè)備有效性）計(jì)算不準(zhǔn)確。可能不會立即檢測到質(zhì)量問題，因?yàn)閮H可以連續(xù)地監(jiān)測非常少的過程變量。

附加地，在PLC中，對于商業(yè)分析應(yīng)用，關(guān)于控制層上可用的過程的情境知識丟失。要求極大努力來在自動(dòng)化系統(tǒng)的較高層處重新構(gòu)建這樣的情境知識。特別地，較高層級軟件功能性在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）或者企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)變得復(fù)雜得多并且成本高得多。繼而，這引起這些解決方案的較高的研發(fā)和定制成本。例如，考慮用于控制冷卻劑流的閥門控制程序，直至罐體溫度達(dá)到某一水平。人們可以推得，必須存在冷卻劑流速率和溫度降低之間的某種相關(guān)性（具有某一延遲）。為了檢測這樣的相關(guān)性（其可以用于商業(yè)層上的預(yù)測性過程監(jiān)測），要求使用數(shù)百個(gè)參數(shù)的成對相關(guān)性分析。

常規(guī)PLC還缺少執(zhí)行控制層數(shù)據(jù)的在線分析的任何能力。商業(yè)分析可以離線完成并且支持過去產(chǎn)物（例如，過去批次）的回顧分析。然而，僅具有某一延遲的產(chǎn)物的在線分析是可能的，并且因此，向基于分析的控制中的直接干預(yù)幾乎不大可能。此外，不大可能基于隱藏變量（即，在PLC內(nèi)被內(nèi)部使用以例如控制過程或者參數(shù)化傳感器、致動(dòng)器或控制程序的數(shù)據(jù)點(diǎn)）和控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)質(zhì)量和過程控制，因?yàn)檫@樣的數(shù)據(jù)在控制層外部不可用。然而，這樣的數(shù)據(jù)是重要的并且可能引起質(zhì)量問題的早期檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例通過提供涉及配置為在設(shè)備本身上執(zhí)行各種功能的PLC的方法、系統(tǒng)和裝置，而不是在外部處理數(shù)據(jù)來解決和克服以上不足和缺點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。在本文中稱為“智能PLC”的這種PLC包括各種組件，其可以配置為提供控制應(yīng)用中的增強(qiáng)功能的分類。例如，在一些實(shí)施例中，智能PLC包括深層集成的數(shù)據(jù)歷史學(xué)家（historian）和分析功能。該技術(shù)特別很好地適于但不限于各種工業(yè)自動(dòng)化場景。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在多個(gè)掃描循環(huán)之上操作智能PLC的方法包括在易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中創(chuàng)建過程圖像區(qū)域。智能PLC然后在每一個(gè)掃描循環(huán)期間利用內(nèi)容更新過程圖像區(qū)域，該內(nèi)容包括與生產(chǎn)單元相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。過程圖像區(qū)域的內(nèi)容由智能PLC在每一個(gè)掃描循環(huán)期間存儲在非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上。智能PLC利用自動(dòng)化系統(tǒng)情境信息標(biāo)注過程圖像區(qū)域的內(nèi)容以生成情境化數(shù)據(jù)。自動(dòng)化系統(tǒng)情境信息可以例如包括以下中的一個(gè)或多個(gè)：生成數(shù)據(jù)的設(shè)備的指示、包括智能PLC的自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)描述、系統(tǒng)工作模式指示符、以及關(guān)于在生成過程圖像區(qū)域的內(nèi)容時(shí)產(chǎn)生的產(chǎn)物的信息。附加地或者可替換地，情境化數(shù)據(jù)可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè)：由智能PLC利用的自動(dòng)化軟件的描述、或者指示在生成過程圖像區(qū)域的內(nèi)容時(shí)的自動(dòng)化軟件的狀態(tài)的狀態(tài)指示符。

前述方法可以在一些實(shí)施例中利用附加特征而增強(qiáng)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，智能PLC將一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)分析算法應(yīng)用于過程圖像區(qū)域的內(nèi)容或者情境化數(shù)據(jù)以得到所計(jì)算的數(shù)據(jù)。智能PLC然后基于所計(jì)算的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)生產(chǎn)單元的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)生成參數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以在從非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)檢索的歷史過程圖像數(shù)據(jù)上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)分析算法。

附加地，智能PLC可以執(zhí)行各種壓縮進(jìn)程。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，智能PLC在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上存儲內(nèi)容之前在每一個(gè)掃描循環(huán)期間壓縮過程圖像區(qū)域的內(nèi)容。在另一個(gè)實(shí)施例中，智能PLC壓縮并且存儲其生成的情境化數(shù)據(jù)。

前述方法還可以用作制造品或者裝置的部分。例如，在一些實(shí)施例中，用于在多個(gè)掃描循環(huán)之上操作智能PLC的制造品包括保持計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的非暫時(shí)性、有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，以用于在具有或者沒有以上討論的增強(qiáng)的情況下執(zhí)行方法。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，智能PLC包括配置成根據(jù)掃描循環(huán)執(zhí)行的處理器、包括過程圖像區(qū)域的易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)、非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)、以及由處理器根據(jù)掃描循環(huán)執(zhí)行的控制器組件?？刂破鹘M件可以例如包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移組件、控制應(yīng)用組件、以及歷史學(xué)家組件，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移組件配置成在每一個(gè)掃描循環(huán)期間利用與生產(chǎn)單元相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容來更新過程圖像區(qū)域，控制應(yīng)用組件配置成在過程圖像區(qū)域的內(nèi)容上執(zhí)行應(yīng)用邏輯，歷史學(xué)家組件配置成在每一個(gè)掃描循環(huán)期間在非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上存儲過程圖像區(qū)域的內(nèi)容。歷史學(xué)家組件可以進(jìn)一步配置成基于所計(jì)算的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)生產(chǎn)單元的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)生成參數(shù)（例如，采樣速率）。該歷史學(xué)家數(shù)據(jù)還可以配置成在非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上存儲內(nèi)容之前在每一個(gè)掃描循環(huán)期間壓縮過程圖像區(qū)域的內(nèi)容。

在一些實(shí)施例中，前述智能PLC可以包括附加組件。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，控制器包括情境化組件和數(shù)據(jù)連接器組件，情境化組件配置成通過利用自動(dòng)化系統(tǒng)情境信息標(biāo)注過程圖像區(qū)域的內(nèi)容來生成情境化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)連接器組件配置成將情境化數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)或多個(gè)外部組件。在另一個(gè)實(shí)施例中，智能PLC包括數(shù)據(jù)分析組件，其配置成在情境化數(shù)據(jù)上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)分析算法以得到所計(jì)算的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析組件還可以配置成在從非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)檢索的歷史過程圖像數(shù)據(jù)上執(zhí)行數(shù)據(jù)分析算法。

本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)將從參照附圖進(jìn)行的說明性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述顯而易見。

附圖說明

在結(jié)合附圖閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述最佳地理解本發(fā)明的前述和其它方面。出于說明本發(fā)明的目的，在圖中示出了當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，然而要理解到，本發(fā)明不限于所公開的具體手段。在附圖中包括以下各圖：

圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的集成到工業(yè)環(huán)境中的智能PLC的系統(tǒng)視圖；

圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的包括在智能PLC中的系統(tǒng)組件的圖示；以及

圖3提供了圖示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的由智能PLC執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理的流程圖。

具體實(shí)施方式

本文中公開了大體涉及智能可編程邏輯控制器（PLC）的系統(tǒng)、方法和裝置，智能可編程邏輯控制器（PLC）在本文中稱為“智能PLC”，其配置成在PLC本身上存儲和分析數(shù)據(jù)，而不是要求用于存儲和處理的外部設(shè)備。本文中描述的技術(shù)可以應(yīng)用在其中使用控制系統(tǒng)的各種場景（包括但不限于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境）中。

簡要地，根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例，智能PLC提供了可以存在于各種組合中的若干技術(shù)特征。智能PLC提供控制層設(shè)備上的高效數(shù)據(jù)存儲。更具體地，所選擇的控制層可以通過用于時(shí)間序列數(shù)據(jù)的高效存儲機(jī)制（即，“歷史學(xué)家”功能）而擴(kuò)展，該高效存儲機(jī)制允許高分辨率時(shí)間戳數(shù)據(jù)的短期/中期歸檔。在高保真度數(shù)據(jù)的情況下，很少（如果有的話）事件丟失。高效壓縮算法（例如，旋轉(zhuǎn)門（swinging door）的變形）可以用于減少存儲和通信需求。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，智能PLC還可以提供智能設(shè)備上數(shù)據(jù)生成方法。用于數(shù)據(jù)濾波的方法可以在生成數(shù)據(jù)的情況下直接應(yīng)用以確保如果其提供附加信息內(nèi)容，則僅存儲附加數(shù)據(jù)。這些方法還可以主動(dòng)地分析傳入數(shù)據(jù)并且根據(jù)當(dāng)前需要配置數(shù)據(jù)采集（例如通過調(diào)節(jié)樣本速率或者通過僅在已經(jīng)檢測到某些事件的情況下存儲數(shù)據(jù)）。智能PLC還可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)豐富的、且語義學(xué)的情境化，并且執(zhí)行控制層語義學(xué)分析。附加地，在一些實(shí)施例中，智能PLC還提供跨自動(dòng)化系統(tǒng)的分布式分析。

圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的集成到自動(dòng)化系統(tǒng)100中的智能PLC的系統(tǒng)視圖。該示例在概念上將工業(yè)環(huán)境劃分成生產(chǎn)層105、控制層110和IT層115。在常規(guī)系統(tǒng)中，在IT層115處執(zhí)行大部分?jǐn)?shù)據(jù)處置功能。使用智能PLC 110E和110F，在圖1中圖示的系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)處置功能中的許多個(gè)向下推送至控制層110。例如，在一些實(shí)施例中，歷史學(xué)家能力（諸如用于時(shí)間序列數(shù)據(jù)的高效數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)的智能濾波）可以直接地實(shí)現(xiàn)在智能PLC 110E和110F上。這允許控制層115以較少的存儲/通信努力利用高保真度數(shù)據(jù)，使得很少（如果有的話）事件無法被檢測。在一些實(shí)施例中，智能PLC 110E和110F還提供豐富的情境化功能性。通過向數(shù)據(jù)添加控制層知識，可能不必要在IT層115處重新發(fā)現(xiàn)關(guān)于商業(yè)分析115C的知識。附加地，在一些實(shí)施例中，智能PLC 110E和110F直接地在其相應(yīng)設(shè)備上提供數(shù)據(jù)分析功能性，由此增加機(jī)器和過程效率。

繼續(xù)參照圖1，在生產(chǎn)層105處，一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)單元（例如，單元105A）操作。每一個(gè)生產(chǎn)單元通過控制層110處的一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場設(shè)備（例如，現(xiàn)場設(shè)備110A）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在控制層110處，每一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備可以連接到智能PLC（例如，智能PLC 110E）。從生產(chǎn)單元接收的數(shù)據(jù)被（直接地通過現(xiàn)場設(shè)備或者經(jīng)由智能PLC）轉(zhuǎn)移至IT層115。IT層115包括執(zhí)行各種后處理和存儲任務(wù)的系統(tǒng)。圖1的示例包括監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）服務(wù)器（或網(wǎng)關(guān)）組件115A。該組件115A允許操作員遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制控制層110和生產(chǎn)層105處的設(shè)備。附加地，SCADA服務(wù)器組件115A收集來自較低層105,110的數(shù)據(jù)并且處理信息以使其可用于統(tǒng)一車間知識倉庫115B。統(tǒng)一車間知識倉庫115B還提供從較低層105,110接收的數(shù)據(jù)的處理和存儲。各種功能性可以由統(tǒng)一車間知識倉庫115B提供。例如，在一些實(shí)施例中，統(tǒng)一車間知識倉庫115B包括用于基于由較低層105,110生成的數(shù)據(jù)而生成分析的功能性。

每一個(gè)智能PLC 110E和110F包括三個(gè)基本部分：處理器，非暫時(shí)性、非易失性存儲器系統(tǒng)，以及提供輸入/輸出功能性的數(shù)據(jù)連接器。非易失性存儲器系統(tǒng)可以采取許多形式，包括例如可移除存儲器卡或閃速驅(qū)動(dòng)。可以在智能PLC 110E和110F內(nèi)執(zhí)行的應(yīng)用在下文參照圖2更加詳細(xì)地描述。智能PLC 110E的數(shù)據(jù)連接器（有線地或者無線地）連接到現(xiàn)場設(shè)備110A和110B。類似地，智能PLC 110F的數(shù)據(jù)連接器連接到現(xiàn)場設(shè)備110C和110D。本領(lǐng)域中已知的任何現(xiàn)場設(shè)備可以與本文中描述的智能PLC一起使用?？梢耘c智能PLC一起使用的示例現(xiàn)場設(shè)備包括但不限于壓力開關(guān)、傳感器、推動(dòng)按鈕、流開關(guān)和層級開關(guān)。要指出，智能PLC 110E和110F可以零散地集成到生產(chǎn)環(huán)境中。例如，在圖2中，生產(chǎn)單元105A和105B通過其相應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備連接到智能PLC 110E和110F，而生產(chǎn)單元105C直接地通過其相應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備110G向統(tǒng)一車間知識倉庫115通信。

相比于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)（例如，控制知識、環(huán)境狀況和服務(wù)發(fā)生率），智能PLC 110E和110F可以使用附加情境量度而豐富數(shù)據(jù)。這允許從具有較高置信度和質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析得到領(lǐng)悟。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100使用語義學(xué)數(shù)據(jù)表示語言和標(biāo)準(zhǔn)以用于自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的情境化。這允許以最少努力配置商業(yè)分析以及SCADA級歷史學(xué)家（例如，OSI PI資產(chǎn)架構(gòu)）以用于與來自其它系統(tǒng)/設(shè)備/源的數(shù)據(jù)集成。而且，系統(tǒng)100可以提供控制層110處的基于模型的語義學(xué)分析。因而，可以在設(shè)備運(yùn)行時(shí)間期間更新分析算法，并且根源分析可以通過提供對模型（而不是功能塊中的編譯邏輯）的明確訪問來改進(jìn)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100在控制層110中引入分布式數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)并且與外部大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施集成。因而，應(yīng)用可以與存儲位置無關(guān)地訪問所有請求的數(shù)據(jù)。

圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的包括在智能PLC中的系統(tǒng)組件200的圖示。過程圖像組件225是控制器的CPU易失性系統(tǒng)存儲器中的存儲器區(qū)域，其在每一個(gè)處理/掃描循環(huán)中基于與生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)（例如，所連接的I/O的輸入和輸出）而更新。在每一個(gè)處理步驟中，控制應(yīng)用230讀取過程圖像，執(zhí)行所部署的應(yīng)用邏輯，并且將結(jié)果寫回到過程圖像中。由系統(tǒng)組件200捕獲或生成的任何數(shù)據(jù)可以經(jīng)由數(shù)據(jù)連接器組件210提供給外部組件。在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)連接器組件210經(jīng)由推送方法遞送數(shù)據(jù)（即，向外部組件主動(dòng)地發(fā)送）。在其它實(shí)施例中，在由外部組件詢問數(shù)據(jù)的情況下，可以使用拉取方法。附加地，推送和拉取方法可以在一些實(shí)施例中組合，使得智能PLC配置成處置兩種形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。

繼續(xù)參照圖2，每一個(gè)循環(huán)的過程圖像被歷史學(xué)家組件220讀取并且永久地存儲在非易失性物理存儲介質(zhì)上。在一些實(shí)施例中，這種歷史學(xué)家組件220配置成部署數(shù)據(jù)壓縮算法以減少數(shù)據(jù)體積。其由此可以為應(yīng)用提供對過去過程圖像的訪問。數(shù)據(jù)可以在固定的時(shí)間窗口內(nèi)被存儲，或者在線算法被用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)高速緩存試探法。作為歷史學(xué)家組件220的部分，智能數(shù)據(jù)生成算法可以連續(xù)地分析過程圖像和情境以調(diào)節(jié)所連接的I/O的數(shù)據(jù)生成參數(shù)（例如，采樣速率）。例如，對于快速改變的傳感器信號，可以選擇高采樣速率，而對于緩慢改變的傳感器信號，較低的采樣速率是充足的。數(shù)據(jù)分析組件205包括處理（從歷史學(xué)家詢問的）過去或當(dāng)前過程圖像的數(shù)據(jù)分析算法的集合。各種數(shù)據(jù)分析算法可以包括在數(shù)據(jù)分析組件205中。例如，在一些實(shí)施例中，這些算法包括聚類、歸類、基于邏輯的推理和統(tǒng)計(jì)分析算法中的一個(gè)或多個(gè)。此外，算法可以經(jīng)由模型指定，該模型可以在設(shè)備上的運(yùn)行時(shí)間期間部署。數(shù)據(jù)分析組件205還可以包括各種分析模型和解譯這些模型的專用算法。由數(shù)據(jù)分析組件205生成的結(jié)果可以存儲在歷史學(xué)家組件220中，寫回到過程圖像組件225和/或經(jīng)由數(shù)據(jù)連接器組件210而提供給外部組件。因而，智能PLC可以被視為用于向自動(dòng)化系統(tǒng)中的其它設(shè)備提供分布式分析的設(shè)備。

情境化組件215利用情境信息標(biāo)注傳入數(shù)據(jù)以促進(jìn)其隨后的解譯。如本文中使用的情境信息可以包括描述數(shù)據(jù)的含義的任何信息。例如，自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的情境可以包括關(guān)于生成數(shù)據(jù)的設(shè)備（例如，傳感器）的信息、關(guān)于自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（例如，車間的拓?fù)洌┑男畔?、關(guān)于系統(tǒng)的工作模型（例如，故障事件）的信息、關(guān)于自動(dòng)化軟件及其在生成數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)的信息、和/或關(guān)于生成數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的產(chǎn)物/批次的信息。情境化組件配置成向其它組件中的任一個(gè)提供數(shù)據(jù)以用于更多具體處理需要。由情境化組件215生成的情境信息可以不限于資產(chǎn)結(jié)構(gòu)，而是還可以包括控制知識、產(chǎn)物特定信息、過程信息、事件信息、以及潛在地其它方面，諸如外部事件（比如天氣信息）。這樣的情境信息可以從工程化工具（例如，西門子完全集成的自動(dòng)化工具）導(dǎo)入。附加地，在一些實(shí)施例中，情境化組件215提供語義學(xué)情境化。情境可以由標(biāo)準(zhǔn)建模語言（例如，Web（網(wǎng)絡(luò)）本體語言、資源描述框架）表示，其中正式限定語言構(gòu)造的含義。利用這些語義學(xué)建模標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)的情境化使得商業(yè)分析應(yīng)用能夠自動(dòng)地理解和解譯從自動(dòng)化系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)而沒有手動(dòng)配置努力。

圖3提供了圖示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的由智能PLC執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理的流程圖300。在處理步驟310處壓縮并且存儲來自智能PLC的I/O端口的傳入數(shù)據(jù)305。在處理步驟315處情境化經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)。然后，在處理步驟330處將情境化數(shù)據(jù)320提供給外部系統(tǒng)。要指出，情境化數(shù)據(jù)320可以包括事件信息，以及關(guān)于在事件發(fā)生時(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)的操作特性的信息。

繼續(xù)參照圖3，在處理步驟325處分析來自處理步驟310的原始數(shù)據(jù)和/或來自處理步驟315的情境化數(shù)據(jù)。可以在處理步驟325處執(zhí)行各種形式的分析，包括如上文參照圖2討論的數(shù)據(jù)分析。處理步驟325的結(jié)果是所推得/計(jì)算的數(shù)據(jù)335。在處理步驟340處，使用所推得/計(jì)算的數(shù)據(jù)335來適配控制參數(shù)或數(shù)據(jù)采集策略。例如，所推得/計(jì)算的數(shù)據(jù)335可以用于適配所連接的生產(chǎn)設(shè)備的采樣速率。所推得/計(jì)算的數(shù)據(jù)335可以通過返回到過程步驟310進(jìn)行壓縮以及存儲。附加地，可以在處理步驟330處將所推得/計(jì)算的數(shù)據(jù)335提供給外部系統(tǒng)。

在一些實(shí)施例中，智能PLC提供可以在其頂部上構(gòu)造應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，智能PLC的軟件包括應(yīng)用編程接口（API），其指定外部軟件組件可以如何與操作在智能PLC上的軟件交互。該API可以包括功能，諸如詢問歷史控制器數(shù)據(jù)、基于生產(chǎn)設(shè)備活動(dòng)設(shè)置提醒、以及利用高層數(shù)據(jù)情境化控制器數(shù)據(jù)。API還可以用于將各個(gè)智能PLC聯(lián)網(wǎng)在一起，由此創(chuàng)建控制器的網(wǎng)絡(luò)，其可以通過共享信息而增強(qiáng)其對數(shù)據(jù)的處理，信息諸如關(guān)于其相應(yīng)所連接的生產(chǎn)設(shè)備的情境數(shù)據(jù)。

本文中描述的智能PLC提供優(yōu)于常規(guī)PLC的各種益處。例如，可以優(yōu)化生產(chǎn)過程以增加生產(chǎn)關(guān)鍵性能指示符，諸如機(jī)器利用率或吞吐量。附加地，控制器行為可以通過適配數(shù)據(jù)采集參數(shù)（例如，傳感器的采樣速率、壓縮參數(shù)）、PLC配置（例如，循環(huán)時(shí)間）和用于致動(dòng)器的控制策略（例如，減少通信開銷、改進(jìn)魯棒性等）而優(yōu)化。再次，可以將情境化數(shù)據(jù)提供給其它設(shè)備，諸如例如SCADA、MES、其它PLC和智能現(xiàn)場設(shè)備。對于所有數(shù)據(jù)，可以包括情境信息，諸如當(dāng)前PLC/控制配置、天氣狀況、產(chǎn)物信息。附加地，可以在數(shù)據(jù)流中標(biāo)識事件，可以收集與事件有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且可以在沒有相關(guān)數(shù)據(jù)的情況下將事件數(shù)據(jù)提供給其它設(shè)備。

作為智能PLC的一般應(yīng)用的示例，考慮機(jī)動(dòng)車組裝車間。在機(jī)動(dòng)車門組裝制造單元中，典型地，一個(gè)或多個(gè)PLC用于任務(wù)，諸如從傳送帶系統(tǒng)的多個(gè)傳感器（例如，接近或攝影眼傳感器）接收輸入，以及向控制駐留在傳送帶上的剎車/車體的速度的電機(jī)/驅(qū)動(dòng)器發(fā)出速度命令。PLC與傳送帶系統(tǒng)通信以將剎車定位在理想位置處，其是門組裝單元中首要的并且非常重要的任務(wù)。一旦剎車完美地定位，PLC然后使多個(gè)機(jī)械手協(xié)調(diào)以執(zhí)行其余任務(wù)，諸如將門放置到車體上、焊接等。PLC還向上游和下游自動(dòng)化單元告知當(dāng)前任務(wù)的開始和完成。該過程的主要質(zhì)量問題之一在于，車門沒有正確地定位在車體上，并且焊接在錯(cuò)誤地點(diǎn)處完成。原因可能是多方面的并且是非常復(fù)雜的。例如，汽車剎車沒有正確地定位，或者車門可能沒有由機(jī)械手正確地拾取。在第一種情況下，錯(cuò)誤的剎車位置可能由無效傳感器讀數(shù)（例如，變臟并且有油的條形碼）引起。在常規(guī)PLC和自動(dòng)化系統(tǒng)的情況下，非常晚地（在生產(chǎn)線結(jié)束（EOL）質(zhì)量檢查時(shí)）檢測到差錯(cuò)，并且原因未知。重做（rework）區(qū)域、生產(chǎn)線或者甚至整個(gè)汽車以便解決該問題的成本是非常高的。

利用本文各種實(shí)施例中描述的智能PLC，所有數(shù)據(jù)（例如，傳感器輸入、控制變量等）可以在智能PLC內(nèi)以高采樣速率被歷史記錄?？梢詰?yīng)用高效壓縮以減少智能PLC中所要求的存儲，并且可以記錄所有重要數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以用于了解正?！傲己谩辈僮髂Ｊ?，檢測異常，并且自主地做出反應(yīng)以防止差錯(cuò)。也可以應(yīng)用高級數(shù)據(jù)分析。此外，在智能PLC的情況下，可以利用資產(chǎn)模型（例如，傳感器、傳送帶、剎車等等之間的關(guān)系）、控制模型（可以指示潛在問題的附加控制邏輯和變量）以及其它模型（諸如過程模型和事件模型）來情境化數(shù)據(jù)。在常規(guī)自動(dòng)化系統(tǒng)中，這樣的模型典型地在較高的自動(dòng)化層（諸如制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES））下并且在沒有控制知識的情況下重構(gòu)。然而，這可能呈現(xiàn)由于缺乏PLC層級下的信息而引起的低效。例如，如果條形碼變臟，則將錯(cuò)誤位置發(fā)送給PLC，其然后向傳送帶系統(tǒng)發(fā)布錯(cuò)誤速度命令。最終，其將在最后的重新定位級處觸發(fā)附加控制和振蕩以便補(bǔ)償早期傳感器讀數(shù)差錯(cuò)。這樣的控制知識在控制器外部不可用。在智能PLC的情況下，可以利用這樣的控制知識情境化和分析數(shù)據(jù)。如果焊接質(zhì)量問題出現(xiàn)，則智能PLC可以利用控制邏輯中的附加“不想要”的振蕩來定位差錯(cuò)，并且將質(zhì)量問題（例如，焊接差錯(cuò)）鏈接到傳感器的集合。此外，利用實(shí)時(shí)地（或近乎實(shí)時(shí)地）生成的控制層分析，可以立即標(biāo)識這樣的差錯(cuò)，并且可以較早地告知操作員以停止生產(chǎn)線使得它們可以檢查傳感器讀數(shù)并且避免潛在的高成本焊接問題。利用基于智能PLC歷史學(xué)家功能性的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制，可以了解模式并且可以提前標(biāo)識異常。利用智能PLC的情境化和分析功能性，可以分析異常，并且可以發(fā)現(xiàn)根源。因而，智能PLC不僅能夠遞送征兆而且還能夠遞送診斷。

在一些實(shí)施例中，可以如何利用智能PLC的附加示例是控制啤酒釀造過程的發(fā)酵罐。例如，PLC可以負(fù)責(zé)調(diào)控罐中的壓力（pressure）和溫度。若干溫度和壓力傳感器可用于監(jiān)測發(fā)酵過程的當(dāng)前狀態(tài)。為了調(diào)控罐中的壓力，PLC控制壓力閥門，其可以打開以降低壓力。此外，PLC控制另一個(gè)閥門，其調(diào)控用于調(diào)節(jié)罐中的溫度水平的冷卻劑系統(tǒng)的流動(dòng)速率。

智能PLC可以配置有歷史學(xué)家功能性以在本地持續(xù)若干天和若干月而存儲所有傳感器和控制數(shù)據(jù)。該歷史學(xué)家功能性可以支持傳感器的本機(jī)采樣速率并且可以捕獲所有相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)——包括毫秒?yún)^(qū)域中的頻繁信號改變/振蕩，其典型地不能由傳統(tǒng)系統(tǒng)可靠地捕獲?；谠几叻直媛蕯?shù)據(jù)，可以通過智能PLC檢測和歷史記錄閥門的快速振蕩（即，在毫秒內(nèi)的閥門打開和閉合）。在智能PLC上直接地存儲數(shù)據(jù)還提供必要的可靠性，其可能是食品和飲料產(chǎn)業(yè)中的某些規(guī)范所要求的。在智能PLC的情況下，歷史學(xué)家功能將確保沒有數(shù)據(jù)丟失。

通過歷史學(xué)家功能而使得能夠?qū)崿F(xiàn)的中期/長期高保真度數(shù)據(jù)的可用性可以在智能PLC上直接地分析數(shù)據(jù)中使用。例如，考慮受相鄰閥門和冷卻系統(tǒng)影響的發(fā)酵罐的溫度。不僅通過監(jiān)測溫度曲線的歷史趨勢（如當(dāng)今在SCADA水平上所完成的），而且還通過考慮諸如閥門和所連接的冷卻系統(tǒng)的位置之類的PLC內(nèi)部變量，可以構(gòu)造現(xiàn)場中預(yù)測性模型，其能夠在其實(shí)際發(fā)生之前了解發(fā)酵罐中的液體的溫度是否將要達(dá)到臨界點(diǎn)。例如，閥門的振蕩可以是冷卻劑系統(tǒng)沒有恰當(dāng)?shù)毓ぷ鞯闹甘?，并且如果情況如此，則存在溫度將最終變到其閾值以上的高概率。

在常規(guī)PLC中，不存在描述應(yīng)當(dāng)如何解譯數(shù)據(jù)點(diǎn)的模型。例如，PLC不知曉所連接的是什么類型的傳感器以及使用的是哪種測量單元等等。然而，需要該信息來完全地分析數(shù)據(jù)。如上文所述，參照圖2，智能PLC可以情境化數(shù)據(jù)以便描述數(shù)據(jù)點(diǎn)的含義以及它們?nèi)绾伪舜讼嚓P(guān)。例如，智能PLC可以具有描述溫度傳感器以華氏溫度來測量溫度并且傳感器屬于發(fā)酵罐1的模型，發(fā)酵罐1由冷卻劑系統(tǒng)2調(diào)控。這是用于檢測問題的根源以及用于實(shí)現(xiàn)如在上一段落中描述的溫度的預(yù)測性監(jiān)測的重要信息。如果系統(tǒng)知曉冷卻劑系統(tǒng)2負(fù)責(zé)控制發(fā)酵罐1中的溫度，則其可以推得，與發(fā)酵罐1的溫度有關(guān)的溫度可能是由于冷卻劑系統(tǒng)2中的閥門或者壓力問題所致。這意味著，通過運(yùn)用本地情境信息，智能PLC不僅提供在控制系統(tǒng)中發(fā)生什么的信息，而且還將提供關(guān)于其發(fā)生的原因以及可以進(jìn)行什么以避免問題的信息。

本文中的功能和過程步驟可以響應(yīng)于用戶命令完全地或者部分地或者自動(dòng)地執(zhí)行。自動(dòng)地執(zhí)行的活動(dòng)（包括步驟）是響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行指令或者設(shè)備操作而在沒有活動(dòng)的用戶直接發(fā)起的情況下執(zhí)行的。

圖中的系統(tǒng)和過程不是排他性的。依照本發(fā)明的原理可以導(dǎo)出其它系統(tǒng)、過程和菜單以達(dá)成相同目標(biāo)。盡管已經(jīng)參照特定實(shí)施例描述了該發(fā)明，但是要理解到，僅出于說明目的而在本文中示出和描述了實(shí)施例和變形?？梢杂杀绢I(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前設(shè)計(jì)的修改，而不脫離本發(fā)明的范圍。如本文中所述，可以使用硬件組件、軟件組件和/或其組合實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)、子系統(tǒng)、代理、管理器和過程。在本文中沒有權(quán)利要求要素將在35 U.S.C. 112，第六款的規(guī)定之下進(jìn)行解釋，除非使用短語“用于…的部件”明確地陳述該要素。