一种基于知识的可编程逻辑控制器制造技术

本申请涉及一种采用灵活的现场知识管理和分析的基于知识的可编程逻辑控制器。此外，公开了一种在多个扫描周期内操作智能可编程逻辑控制器的方法，其包括智能可编程逻辑控制器执行控制程序和用于分析由该智能可编程逻辑控制器接收和传输的数据的一个或多个推理算法。智能可编程逻辑控制器经由包括在该智能可编程逻辑控制器中的部署接口从外源接收一个或多个用户指定的陈述性知识模型。智能可编程逻辑控制器在控制程序的运行时期间基于用户指定的陈述性知识模型动态地修改推理算法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及包括知识管理和分析在内的现场功能的可编程逻辑控制器的使用。所公开的技术可以应用于例如使用可编程控制器的各种自动化生产环境。
技术介绍
可编程逻辑控制器（PLC）是被配置成执行不断地收集关于输入设备的状态的数据以控制输出设备的状态的软件的专用计算机控制系统。PLC通常包括三个主要组件：处理器（其可以包括多个处理器核心和易失性存储器）、包含应用程序的易失性存储器，以及用于连接到自动化系统中的其他设备的一个或多个输入/输出（I/O）端口。PLC被用在各种工业环境中来控制自动化系统。自动化系统通常在其日常操作中产生大量的数据。该数据可以包括例如传感器数据、致动器和控制程序参数，以及与服务活动相关联的信息。然而，传统的自动化系统并且特别是PLC不能够充分地处理该数据。例如，在大部分系统中，由于硬件和软件限制，仅能够分析和存储一小部分的自动化系统数据。大量无关数据可以被产生，而重要的数据点却被丢失。可以在更高的自动化层对不重要的数据应用压缩，然而重要的数据在行经自动化层时就会丢失。此外，即使在试图避免数据丢失的情况下，也可能有对其余的计算基础设施提出的显著需求。例如，PLC数据处理可以导致对网络带宽以及存储容量的高需求。此外，当数据通过自动化系统层时，数据的上下文可能会丢失。这会对自动化系统造成一些不希望有的二次影响。例如，如果在更高的自动化层、基于低质量/保真度的数据执行数据分析，那么重要的数据可能会丢失而致使自动化系统低效或次优运行。如今，诸如传感器数据或来自自动化系统的报警之类的数据在SCADA级、MES级和/或以上被存储、处理和分析。采用这种方法的问题在于：在许多真实世界的场景中，完整的PLC数据集由于有限的通信带宽而不能够被发送到远程系统用于分析。这对于高分辨率的数据（例如，具有高采样频率的传感器）以及具有测量中的极端并且快速变化的信号（例如，电流和电压）尤其是一个问题。在实践中，这意味着在车间（shopfloor）中发生的事件未被检测到。一个来自汽车行业的示例是由两个连续的机器/生产模块之间的过程同步中的问题引起的所谓的微间断——短缺的产品停止2秒以下。另一个示例是能够指示传感器问题但如今不能在SCADA级上检测到的在部件定位过程中发生的快速振荡。传统的PLC没有为应对这些挑战所需的数据配置（provisioning）、准备和分析提供足够的支持。PLC上的数据分析被限制为已经随PLC一起提供给客户并且独立于受控过程的PLC硬件的特定报警。此外，客户能够使用他们的工程工具（例如，TIA）或者使用用于定义简单标准报警的报警框架或者为更复杂的事件编程专用的功能块来配置过程相关的报警。数据配置是使用预定义和工程数据块来完成的。然而，这样的数据块、功能块或报警的部署需要停止和更新PLC以及许多连接设备（诸如，HMI、SCADA系统等）。数据模型和分析程序的规范应当更加灵活。传统的方法会导致高的工程（开发和编程）工作量，并且还大大地降低了机器的OEE（更新所需的停机时间）。添加新的传感器并将信号提供给SCADA级需要复杂的重新设计。这同样适用于添加新的监控规则或报警。
技术实现思路
本专利技术的实施例通过提供与包括知识管理和分析在内的现场功能的PLC相关的方法、系统和装置解决和克服了以上不足和缺点中的一个或多个。根据本专利技术的一个方面，在多个扫描周期内操作智能可编程逻辑控制器的方法包括智能可编程逻辑控制器执行控制程序以及一个或多个用于分析由智能可编程逻辑控制器接收与传输的数据的推理算法。智能可编程逻辑控制器经由包括在该智能可编程逻辑控制器中的部署接口从外源接收一个或多个用户指定的陈述性知识模型。所述用户指定的陈述性知识模型可以包含例如使用网络（Web）本体语言（OWL）表达的本体。在一些实施例中，用户指定的陈述性知识模型包含使用预测模型标记语言（PMML）标准表达的预测模型和/或使用规则交换格式（RIF）标准表达的一个或多个规则。智能可编程逻辑控制器在控制程序的运行时期间基于用户指定的陈述性知识模型动态地修改推理算法。本专利技术的附加特征和优点将从以下参考附图进行的图示实施例的详细描述中变得显而易见。在前述方法的一些实施例中，一个或多个推理算法基于一个或多个供应商指定的知识模型进行配置。例如，在一个实施例中，一个或多个供应商指定的知识模型包含与智能可编程逻辑控制器的一种或多种能力相关的信息、在智能可编程逻辑控制器可用的诊断知识以及由智能可编程逻辑控制器使用的数据布局信息。以上关于前述方法所描述的各种执行步骤可以在智能可编程逻辑控制器的硬件处理资源上以各种方式进行分布。例如，在一些实施例中，所述方法进一步包括智能可编程逻辑控制器使用包括在该智能可编程逻辑控制器中的处理器的第一核心执行控制程序。推理算法然后可以使用包括在智能可编程逻辑控制器中的处理器的第二核心进行动态修改。在一些实施例中，在前述方法中所使用的用户指定的陈述性知识模型包含在控制程序中可用的一个或多个软测量（soft-sensor）的指示。例如，在一个实施例中，推理算法的修改导致新的推理算法，其执行其中在每个扫描周期期间确定与软测量对应的更新的软测量值并将其存储在智能可编程逻辑控制器上的过程。根据本专利技术的其他实施例，用于在多个扫描周期内操作智能可编程逻辑控制器的制品包含保持用于执行前述方法（其具有或不具有以上讨论的各种附加特征）的计算机可执行指令的非暂时性的、有形的计算机可读介质。根据本专利技术的其他实施例，智能可编程逻辑控制器包含一个或多个被配置成根据一个扫描周期执行的处理器、包含过程图像区的易失性计算机可读存储介质、非易失性计算机可读存储介质，以及根据扫描周期由一个或多个处理器执行的多个控制器组件。所述控制器组件包括数据连接器组件、数据分析组件和语境化组件。所述数据连接器组件包括被配置成经由包括在智能可编程逻辑控制器中的部署接口从外源接收一个或多个用户指定的陈述性知识模型的部署接口。在一些实施例中，所述部署接口包括网络服务器（例如，MiniWeb）接口。所述数据分析组件具有被配置成执行一个或多个用于分析经由数据连接器组件接收和传输的数据的推理算法的自动推理器模块。所述语境化组件包含被配置成在控制程序运行时期间基于一个或多个用户指定的陈述性知识模型动态地修改一个或多个推理算法的知识管理器。前述可以配置有各种处理资源。例如，在一些实施例中，一个或多个处理器包含被配置成执行控制程序的第一处理器核心和被配置成与所述控制程序的执行并行地修改一个或多个推理算法的第二处理器核心。在一些实施例中，一个或多个处理器执行多个线程，其包含被配置成执行控制程序的第一线程，以及被配置成修改一个或多个推理算法的一个或多个第二线程。本专利技术的附加特征和优点将从以下参考附图进行的图示实施例的详细描述中变得显而易见。附图说明本专利技术的前述和其他方面会在结合附图阅读时从以下详细描述中得到最好的理解。为了说明本专利技术的目的，在附图中示出目前优选的实施例，然而，要被理解的是，本专利技术并不局限于所公开的特定手段。包括在附图中的是以下图：图1提供了根据本专利技术的一些实施例的集成到自动化系统中的智能PLC的系统视图；图2提供了包括在采用支持基于知识的控制器体系结构的组件的智能PLC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在多个扫描周期内操作智能可编程逻辑控制器的方法，所述方法包含：由智能可编程逻辑控制器执行控制程序；由智能可编程逻辑控制器执行一个或多个用于分析由智能可编程逻辑控制器接收和传输的数据的推理算法；由智能可编程逻辑控制器经由包括在该智能可编程逻辑控制器中的部署接口从外源接收一个或多个用户指定的陈述性知识模型；以及由智能可编程逻辑控制器基于一个或多个用户指定的陈述性知识模型在控制程序的运行时期间动态地修改一个或多个推理算法。

【技术特征摘要】
2015.07.16 US 14/8007291.一种在多个扫描周期内操作智能可编程逻辑控制器的方法，所述方法包含：由智能可编程逻辑控制器执行控制程序；由智能可编程逻辑控制器执行一个或多个用于分析由智能可编程逻辑控制器接收和传输的数据的推理算法；由智能可编程逻辑控制器经由包括在该智能可编程逻辑控制器中的部署接口从外源接收一个或多个用户指定的陈述性知识模型；以及由智能可编程逻辑控制器基于一个或多个用户指定的陈述性知识模型在控制程序的运行时期间动态地修改一个或多个推理算法。2.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个推理算法基于一个或多个供应商指定的知识模型进行配置。3.如权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个供应商指定的知识模型包含与智能可编程逻辑控制器的一种或多种能力相关的信息、在智能可编程逻辑控制器可用的诊断知识以及由智能可编程逻辑控制器使用的数据布局信息。4.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个用户指定的陈述性知识模型包含使用网络本体语言（OWL）表达的本体。5.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个用户指定的陈述性知识模型包含使用预测模型标记语言（PMML）标准表达的预测模型。6.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个用户指定的陈述性知识模型包含使用规则交换格式（RIF）标准的一个或多个规则。7.如权利要求1所述的方法，进一步包含：由智能可编程逻辑控制器使用包括在该智能可编程逻辑控制器中的处理器的第一核心执行控制程序，其中所述一个或多个推理算法被使用包括在该智能可编程逻辑控制器中的处理器的第二核心动态地修改。8.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个用户指定的陈述性知识模型包含在控制程序中可用的一个或多个软测量的指示。9.如权利要求8所述的方法，其中所述一个或多个推理算法的修改导致执行过程的新推理算法，所述过程包含：在每个扫描周期期间确定与所述一个或多个软测量对应的更新的软测量值；以及在每个扫描周期期间把更新的软测量值存储在可操作地耦合到智能可编程逻辑控制器的非易失性计算机可读存储介质上。10.一种智能可编程逻辑控制器，其包含：被配置成根据扫描周期执行的一个或多个处理器；包含过程图像区的易失性计算机可读存储介质；非易失性计算机可读存储介质；以及根据扫描周期由一个或多个处理器执行的多个控制器组件，所述多个控制器组件包含：数据连接器组件，其具有被配置成经由包括在智能可编程逻辑控制器中的部署接口从外源接收一个或多个用户指定的陈述性知...

【专利技术属性】
技术研发人员：S兰帕特，王凌云，R勒普拉蒂，J罗斯卡，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE