工业系统中非时间序列事件的关联的制作方法

专利名称：工业系统中非时间序列事件的关联的制作方法
技术领域：
0001本主题发明总体上涉及采用网络流量分析器的工业网络系统，并且
尤其涉及使完全不同的多条数据相互关联并基于这些数据预测工业过程的 结果。
背景技术：
0002计算机网络技术的进步不断共享日益高效的和普及的系统之间的信 息。这些进步促使对网络系统的越来越多的开发，其中已经出现了包括无 线网络的新型传输基础结构。随着网络系统数量、速度和复杂性的提高， 出现了相应的网络问题。典型地，连接到通常被称为网络流量分析器的专 用、独立、诊断设备的引入可以帮助解决一些网络问题。
0003通常，网络流量分析器获取关于网络流量参数的关键信息并能够获 取和记录这些数据以提供在网络总线上的通信信息的一个永久记录。基于 存在的某些条件，能够控制网络流量网络流量分析器开始和/或结束记录。 传统地，网络流量分析器是一个单独的、专用的支持设备。网络流量分析 器通常基于PC或为一种专用工具并需要专用网络接口硬件和软件模块以 适合特定网络标准或配置。当用户在实时环境中利用网络时，经常需要分 析网络和收集诊断信息。诊断网络故障问题要求配置带有适当的网络接口 模块和关联软件的网络流量分析器。在公共通信链路或网络上，数据可与这些远程模块相互通信，其中 网络上的任意一个或全部模块通过一个公共和/或工业通信协议进行通信。 一个控制系统中的多个控制器能够与另外一个、与驻留在其他控制系统中 的控制器通信或与系统或控制环境外侧的应用进行通信(例如，与系统和 应用相关的事务)。因此，管理过程，例如用于故障控制的诊断/预测方法 正变得越来越复杂。图9a和9b示出了使用 一个过程趋势部件预测过程结果的示例性工 业自动化网络。
0025]图IO示出了可以用于实现本主题创新不同方面的示例性计算环境。


图11示出了根据本主题创新的一个方面的可以使用一个过程趋势 部件的带有一个底板和关联模块的工业装置。
发明详述 图1示出了确定和/或预测工业过程结果和促进与本发明一个方面一致的工业系统的诊断/预测的过程趋势部件的示例性框图。过程趋势部件110 能够进一步使用启发式模型以预测工业运行的不同阶段的结果。例如，仅仅代 替存储值，？ 1起值转变的消息可被存储和使用以取得共享相同消息的不同阶段 的关联。因此，可以发现不同参数间的关联(例如，动态地)并且合适的校正 调整被应用到工业过程中。这使得紧密控制和缩短过程参数反应时间以及对它 们的修改成为可能。此外，由于可以容易地修改过程参数，可减轻涉及与常规
工厂控制器相关的问题。这些工业系统100的数据组包括"内部"数据流102(例 如，从工业单元收集的历史数据)的数据集和"外部，，数据流104 (例如，关于 网络服务的流量数据)。不使用过渡层，过程趋势部件110同样可以与嵌入的 历史机关联以提供与控制器的直接接口 ，并因此提供比诸如常规历史机更快的 数据交换率。同样地，过程趋势部件110通过底板可直接与控制器通信，或者 通过网络接口远程通信。将会理解虽然仅示出了单一的外部数据流104和内部 数据流102,本发明并不限于此，其可包括多个这样的数据流。该协调部件220可与能够使用内部数据流202和外部数据流204的过程 趋势部件210关联。该数据202和204可被转化为用于实时顺序修改过程的决 策信息。过程趋势部件210可以是与控制部件(未示出)共同运行的应用的一 部分，其起到工业网络系统200管理控制中心的作用。如先前解释的一样，传统系统中这两个数据流分别被收集，通常使 用不同的设备和软件。 一旦收集以后，常规地，数据流分别被分析和日志 中事件和网络流量之间的定时关系被暗示并被手动确定(如果可能这样做 的话)。图3示出了执行流量分析器功能性的网络接口、执行时间记录功 能性的宿主CPU、共享的印时戳/顺序计数产生器370和保留流量分析器
11(TA )数据和事件日志数据的外部RAM332之间的关系。与本发明工业系 统关联的协调能够收集事件日志和网络流量数据流并通过公共印时戳/顺序 计数产生器370协调它们之间的关系。该协调维持事件和网络流量之间的 定时和顺序关系，为确定两个数据流之间的因果提供机构。不同地将事件 记录器和流量分析器共享公共印时戳/顺序计数产生器，为收集的个体数据 做标记。通过将数据标记有共同标志以表示被收集过，例如，甚至在事件 日志和流量分析器数据流被独立地收集和上传的情况下，由PC中应用软件 可重新造出现内容的顺序。此外，从多个模块上传的数据流能够被协调、 提供同步印时戳/顺序计数发生器(例如，通过IEEE1588 )。
00351与本发明的一个方面一致，网络^妾口 320包括执4亍标准网络接口协 议的不同部件以及需要执行嵌入的网络流量分析器的附加部件。标准部件 包括例如接收调制解调器322、接收机筛选器/滤波器324 (或者以太网寻 址)，网络运行控制部件326、存储器接口 328和传送调制解调器330。接 收调制解调器322可连接到网络总线340以接收由其他设备传送到网络的 信号。相似地，传送调制解调器330可连接至网络总线340以传送从包括 网络接口的设备出发的信号至网络。尽管接收调制解调器322和传送调制 解调器330被示出为独立的部件，应当理解这两个部件可被在一个能够同 时传送信息至网络和从网络接收信息的无线电收发机部件中执行。接收调 制解调器322可连接至接收筛选器/滤波器324。接收筛选器/滤波器324确 定放置在网络上的信息是否计划给该特定设备。网络上的每个设备被代表 性地分配一个专有标识符。接收器筛选器/滤波器324识别该专有标识符并 确定网络上的该信息是否计划给各自的设备。接收器筛选器/滤波器324能 够进一步连接至接收调制解调器322、网络运行控制部件326和存储器接口 328。一旦确定网络上的数据计划给所述的设备，随后网络运行控制部件326 因此解释和响应该信息。存储器接口 328连接至接收筛选器/滤波器324、 常规运行控制部件326、传送调制解调器330和外部随机存取存储器(RAM )332。尽管RAM332被示出为在网络接口外部，应当理解RAM同样可以在 内部执行，或者RAM332可作为内部存储器和外部存储器的结合被执行。 由于受网络运行控制部件326指挥，如果需要，存储器接口 328从RAM332 上传数据或从RAM332下载数据。如果需要数据随后通过存储器接口 328 从RAM332传送到传送调制解调器330和网络，或者从接收筛选器/滤波器 324通过存储器接口 328传送到RAM332。
0036带有嵌入的网络流量分析器的网络接口 320可作为专用集成电路 (ASIC )被执行。该ASIC的特定部件组成因不同的网络标准和协议的需 要而不同。尽管示出为在ASIC中执行，应当理解本发明可在标准集成电路 上、分立元件、多个ASIC、它们的组合或重复所需功能和本发明计划包括 所有这些配置的任意方式。
0037通过向网络接口增加附加部件334,任何包括网络与附加部件接口 的适合设备均可作为网络流量分析器被使用。附加部件334包括流量分析 器滤波器部件336和流量分析器控制部件338。由接收调制解调器322接收 网络数据并传送该数据至流量分析器滤波器部件(未示出)。将会理解图3 本质上是示例性的，其他包括外部分析器设备的仪器例如外部设备可连接 至网络。
00381该流量分析器滤波器能够包括例如，媒体存取控制(MAC)标识符 (ID)滤波器部件、目标MAC ID滤波器部件、包滤波器部件(预定的， 非预定的等等)，以及其他滤波器部件以捕获与网络协议或以太网情况的 IP地址/广播地址有关的信息。例如，这些其他滤波器部件可以包括序号滤 波器部件、包长度滤波器部件、检查和数据部件和典型地与已知网络协议 相关的任意其他信息。所有滤波器的组合允许网络接口确定哪个设备是正 在传送的数据源、哪个设备是正在传送数据的终点、正在传送的信息的类型、正在传送的数据的长度和与诊断网络问题有关的其他信息。由流量分
析器控制部件338完成网络流量分析器控制。该流量分析器控制部件338 进一步包括监控部件、收集起/止部件、存储器配置和状态部件和存储器上 传/下载部件。监控部件监控正常设备运行以确定可用处理器和网络流量分 析器功能可利用的存储器接入带宽。收集起/止部件确定数据采集将开始和 结束的条件。起止条件可由多种不同情况触发，它们包括但并不限于此， 时间、持续期、特定条件的出现、包类型、或数据或特定条件的缺失、包 类型或数据。存储器配置和状态部件同存储器上传/下载部件一起帮助控制 所收集数据进出存储器的管理。 附加部件可以包括硬件和固件以实现作为嵌入的网络流量分析器 的运行。附加固件包括与网络流量分析器的接口。附加固件包括特定网络 的必要信息，包括滤波器配置、存储器配置关联状态、收集起止、网络流 量分析器存储器上传。用该附加硬件和固件部件，依照一套规定条件，接 口设备能够开始和结束收集、集合和分析数据。
0040图4示出了匹配部件410作为本发明工业系统400 —部分。匹配部 件410能够在该同步工业设置中以预定的触发事件预定模块/工业区域，基 于不同区域的触发事件调整数据采样速率。基子规定区域和/或事件触发器， 可随后向用户显示该数据。工业区域411、 413、 415可被指定和/或识别为 工业自动化环境400中的区域。可为区域识别指定任意区域数字(1至m， 其中m是整数)，每个区域411、 413、 415可以为任意形状、尺寸等。和/ 或与任意机器相连，过程，作为工业系统的一部分一其中每个区域能够一 直保持静止，超时改变等等。图9a示出了使用基于数据确定/预测工业过程结果和促进工业系统的诊 断/预测的过程趋势部件965的示例性工业自动化网络，从内部数据流(例如， 从嵌入式历史机)和外部数据流(例如，从流量分析器)。 一方面，过程趋势 部件可以是模块955的一部分。工业设置900进一步包括诸如数据库910、人 机接口 (HMI) 920和可编程逻辑控制器(PLC) 930、目录接口 940。过程趋 势部件965进一步与人工智能(AI )部件950联合以促进工业过程结果的预测。将会理解图IO描述了担当用户与基本的计算机资源之间的媒介的所述 在适当的运行环境1010中的软件。这种软件包括一个运行系统1028。运行可以 存储在磁盘存储器1024中的运行系统，以控制并分配计算机系统1012的资源。 系统应用软件1030经由程序模块1032和存储在系统存储器1016或盘式存储器 1024中的程序数据1034，通过运行系统1028利用资源的分配。必须明白的是， 本文描述的各种部件可以使用各种运行系统或运行系统的组合。
[0059用户通过一个或多个输入装置1036向计算机1012输入命令或信息。输入 装置1036包括但不限于例如鼠标的定点设备、轨迹球(trackball)、铁笔(stylus)、 触摸板、键盘、扩音器、操纵杆、游戏垫、圆盘式卫星电视天线、扫描仪、TV 调谐卡、数码相机、数码摄像机、网络照相机等等。这些和其他输入装置经由 一个或多个接口端口 1038连接到通过系统总线1018连接到处理单元1014。 一个 或多个^妾口端口 1038^括例如， 一个串行端口、 一个并4亍端口、 一个游戏端口、 和一个通用总线(USB)。 一个或多个输出装置1040使用一些与一个或多个输入 装置1036相同类型的端口。这样例如， 一个USB端口可以用于向计算机1012提 供输入，并且向输出装置1040从计算机I012输出信息。在其他的要求专门适配 器的输出装置1040中，提供输出适配器1042以表明有一些输出装置1040，例如 监视器、扬声器、打印机。为了举例而不是限制，输出适配器1042包括提供输 出装置1040和系统总线1018之间连接的装置——显卡和声卡。需要注意的是， 例如一个或多个远程计算机1044的其他装置和/或装置的系统具有输入和输出 能力。
[0060计算机1012可以在利用逻辑连接到一个或多个远程计算机例如远程计 算机1044的网络环境下运行。 一个或多个远程计算机1044可以是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的设备、对等装置(peerdevice) 或其他共同网络节点等等，并且通常包括一些或所有上述与计算机1012相关的 元件。为了简明起见，和一个或多个远程计算机1044—起仅示出了 一个存储装 置1046。远程计算机1044通过一个网络接口 1048逻辑连接到计算机1012，并且 然后经由通信连接器1050物理连接到计算机1012。网络接口 1048包含通讯网络 例如局域网(LAN)和广域网(WAN)。 LAN技术包括光纤分布式数据接口 (FDDI)、铜分布式数据接口(CDDI)、以太网/IEEE 802.3、令牌网/IEEE 802.5等 等。WAN技术包括但不限于点到点连接、像综合服务数字网络(ISDN)切换网 络电路及在其上的改变、包交换网络、和数字用户线(DSL)。
[00611通信连接器指用于将网络接口 1048连接到总线1018的硬件/软件。虽然 为了清楚，示出的通信连接器1050在计算机1012的内部，它也可以在计算机 1012的外部。仅为了示意的目的，用于连接到总线1018的便于的硬件/软件包括 内部和外部技术，例如，包括普通电话级调制解调器的调制解调器、电缆调制
解调器以及DSL调制解调器、ISDN适配器以及以太网卡。
0062如本文所用的，术语"部件"、"系统，，等等除了机电装置之外，也可以指 有关的实体，或者是硬件、硬件和软件的组合、软件或在执行的软件。例如， 一个部件可以是但不限于是一个在处理器上运行的程序、处理器、 一个对象 (object)、 一个可执行程序、 一个线程、 一个程序和/或一个计算机。通过示意， 计算机上运行的应用软件和计算机都可以是一个部件。 一个或多个部件可以属 于一个进程和/或线程，并且一个部件可以位于一个计算机上和/或分布与两个 或多个计算才几之间。词"示例性的，，在本文中用于表示作为一个例子、示例或例 证。本文中描迷为"示例性的，，任何方面或设计没有必要解释为优选的或比其他 的方面或设计有利。0063图11还示出了一个示例性的环境，该环境可以使用根据本主题创新的 不同方面使同步数据的不同片段相关联的 一个过程趋势部件。每个功能模块 1114都通过可分离的连接器1130附装到底板1116上，该连接器允许模块1114 从底板1116移除，以便其可以被替换或维修而无需打乱其他模块1114。底板 1116向模块1114提供到其他模块1114的电源和通信通道。通过底板1116与 其他模块1114的本地通信依靠通过将连接器1130电连接到底板1116的底板 接口 1132来完成。底板接口 1132监控底板1116上的消息，以基于作为该消 息一部分的消息地址以及消息目的地来识别那些旨在发给特定模块1114的消 息。底板接口 1132接收的消息传送到模块1114中的内部总线1134上。
0064内部总线1134将底板接口 1132与存储器1136、微处理器1128、前面 板电路1138、 I/O接口电路1139和通信网络接口电路1141.连接。微处理器 1128可以是一个通用微处理器，它提供用于包括在存储器1136内指令的串行 或并行执行，以及向并且从存储器1136和与内部总线1134相联系的其他装置 读数据和写数据。微处理器1128包括提供微处理器1128的定时的时钟电路(未 示出)，但也可以与改进的精度的外部时钟1143通信。这个时钟1143可以是 晶体振荡器或包括无线链接到外部时间标准的其他时间标准。时钟1143的精 确度可以作为一个重量指标记录在存储器1136中。面板电路1138包括例如现 有技术中已知的状态指示灯和例如用于将模块1U4锁定在不工作状态的手动 运行开关。
[0065存储器1136可以包括可以由微处理器1128执行的控制程序或例程， 以及执行那些程序或例程所必需的变量和数据。至于I/O模块，存储器1136 也可以包括一个I/O表格，它保持通过例如在此示出位于I/O网络1122上的I/O 模块1120从工业控制器1110接收输入或向其传送输出的当前的状态。模块 1114可以通过硬件配置技术和/或软件编程技术被适配为用于完成本创新的不 同方法。0066要认识到，尽管已经以两个数据流之间的关系对不同方面进行了初 步说明，但本发明并不局限于此，并且多重的数据流也落在本发明的范围 之内。而且，尽管说明了一个内部的数据流和一个外部的数据流，应认识 到，数据流可以包括多重内部、多重外部、内部与外部或者多重内部与外 部数据流的任意组合。以上所说明的内容包括不同示例性的方面。当然， 不可能为了说明这些方面的目的而说明多个部件或者方法的每一个可能 的组合，但是本领域的一个普通技术人员都可以认识到，许多进一步的组 合与置换是可能的。特别关于由上述多个部件(多个组件、装置、电路、 系统等)所执行的不同功能，用于说明这些部件的术语(包括提及的"装置") 是旨在对应于(除非另外指明)执行所述部件(如，功能性的等效物)的 所述功能的任何部件，即使在结构上不等同于所披露的结构，但它执行本 发明在此所述的示例性的方面的功能。在这方面，还应认识到的是，本发 明包括一种系统，以及一种计算机可读的介质，它具有多个计算机可执行 的指令，用于执行本创新的不同方法的多个动作和/事件。而且，对于在详
细说明或者权利要求中使用的术语"包括(includes)，，的含义而言，这一术 语是旨在与术语"包括(comprising)，，类似的方式成为包含性的，正如当把 "包括comprising" 在权利要求中用作一个过渡性词时的解释。
权利要求
1.一种工业自动化系统，包括使与该多个工业自动化系统(100，200，400，500)相关联的多个数据(102，104，202，204)流进行同步的一个协调组件(220)；以及一个过程趋势组件(110，210，965)，该组件基于一个网络上的多个数据流的同步，预测用于该工业自动化系统(100，200，400，500)的操作的结果。
2. 如权利要求1所述的工业自动化系统，该多个数据流包括一组内部数 据流或外部数据流或其组合。
3. 如权利要求1所述的工业自动化系统，进一步包括识别该多个数据流的 流向的一个识别组件。
4. 如权利要求1所述的工业自动化系统，进一步包括一个集中式数据收 集，该数据收集器存储来自该多个数据流的统一标准的大量数据。
5. 如权利要求1所述的工业自动化系统，进一步包扩多个启发式模块，该 模块预测与该工业自动化系统相关联操作的一个阶段的结果。
6. 如权利要求1所述的工.业自动化系统，进一步包括一个具有一个嵌入 式网络流量分析器(NTA)的网络。
7. 用于在一个工业车间内的一个工业过程中调配多个过程的一种方法，包 括识别一个工业过程，用于收集多重数据流 (102， 104， 202， 204 ); 维持该多重数据流(102， 104， 202， 204 )之间的一个顺序关系；并且基于该多重数据流(102, 104， 202， 204 )实时修改该工业过程(100, 200， 400， 500 )。
8. 如权利要求7所述方法，进一步包括预测该工业过程到结果。
9. 如权利要求8所述到方法，进一步包括嵌入一个网络流量分析器，作为 网络的一部分。
10. —种工业系统，包i舌用于收集与一个工业过程(100， 200,400， 500 )相关的多重数据流(102， 104,202,204 )的收集装置(911);和用于关联由收集装置(911 )收集的数据和该工业过程(100，200，400， 500 )的多个操作的结果的多个装置(110,210,965 )。
全文摘要
显示内部和外部数据流之间的可用关系的系统和方法。一个协调部件可以同时地收集和分析该“内部”数据流和“外部”数据流，并且一个可视化部件可以在历史数据和网络数据的一个集合上呈现一种视觉提示的形式。因此，替代仅仅将数据值存储为时间的函数，可以动态地使用其他非时间序列的相关状态向用户展示数据。
文档编号G05B19/418GK101408767SQ20081016887
公开日2009年4月15日 申请日期2008年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者C·M·里斯查尔, J·D·布拉德福德, K·H·霍尔, K·R·哈里斯, M·G·盖驰, M·J·贝尔维斯奇, R·J·克雷奇曼, T·西奥瑞克 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司