用于人机接口(hmi)设备的健康评估的系统和方法

用于人机接口(hmi)设备的健康评估的系统和方法
【专利摘要】一种系统包括人机接口(HMI)健康顾问系统，该HMI健康顾问系统包括具有处理器的健康顾问套件。健康顾问套件的处理器被配置为接收关于HMI设备的操作数据，其中操作数据包括配置数据、日志数据或者其组合。处理器也被配置为向操作数据应用多个规则以前摄地确定HMI问题。处理器也被配置为从对HMI问题的多个已知解决方案中识别对HMI问题的解决方案。处理器还被配置为基于配置数据生成用于HMI设备的配置报告并且生成用于HMI设备的健康评估报告。此外，健康评估报告包括HMI问题和对HMI问题的解决方案。
【专利说明】用于人机接口（HMI)设备的健康评估的系统和方法

【技术领域】
[0001] 这里公开的主题内容涉及工业控制系统的可靠性并且更具体地涉及工业控制系 统中的人机接口（HMI)设备的可靠性。

【背景技术】
[0002] 工业控制系统主要地包括参与控制过程的多种部件和子系统。例如，工业控制系 统的工业控制器可以包括一个或者多个处理器、I/O子系统、存储器等。此外，工业控制器 可以操作地联接到多种其它设备和/或系统以例如控制工业过程。这样，工业控制系统可 能复杂、包括许多相关部件和子系统。因而，识别或者预测工业控制系统操作的可靠性可能 困难和耗时。


【发明内容】

[0003] 以下概括与原先要求保护的发明在范围上相当的某些实施例。这些实施例未旨在 于限制所要求保护的本发明的范围，而是这些实施例仅旨在于提供本发明的可能形式的简 要概述。实际上，本发明可以涵盖可以与以下阐述的实施例相似或者不同的多种形式。
[0004] 在一个实施例中，一种系统包括人机接口（HMI)健康顾问系统，该HMI健康顾问系 统包括具有处理器的健康顾问套件。健康顾问套件的处理器被配置为接收关于HMI设备的 操作数据，其中操作数据包括配置数据、日志数据或者其组合。处理器也被配置为向操作数 据应用多个规则以前摄地确定HMI问题。处理器也被配置为从对HMI问题的多个已知解决 方案中识别对HMI问题的解决方案。处理器还被配置为基于配置数据生成用于HMI设备的 配置报告并且生成用于HMI设备的健康评估报告。此外，健康评估报告包括HMI问题和对 HMI问题的解决方案。
[0005] 在又一个实施例中，一种方法包括经由电子设备的处理器从人机接口（HMI)设备 接收配置数据、日志数据或者二者。该方法也包括经由处理器向配置数据、日志数据或者二 者应用多个规则以预测用于HMI设备的一个或者多个潜在将来维护问题。该方法也包括经 由处理器从针对用于HMI设备的一个或者多个潜在将来维护问题的多个已知解决方案确 定一个或者多个对应解决方案。该方法还包括报告HMI设备的健康评估，其中健康评估包 括用于HMI设备的一个或者多个潜在将来维护问题和一个或者多个对应解决方案。
[0006] 在第三实施例中，一种非瞬态、计算机可读介质包括电子设备的处理器可执行的 指令。指令包括用于接收用于进行人机接口（HMI)设备的健康评估的命令的指令。指令包 括用于接收关于人机接口（HMI)设备的操作数据的指令。指令包括用于从健康顾问数据库 接收多个规则的指令。指令包括用于向操作数据应用多个规则以预测涉及HMI设备的将来 难题的指令。指令也包括用于至少部分基于涉及HMI设备的将来难题从知识库接收多个已 知解决方案的指令。指令也包括用于提供健康评估报告的指令，其中健康评估报告包括HMI 设备的将来难题和多个已知解决方案中的一个或者多个已知解决方案。

【专利附图】

【附图说明】
[0007]本发明的这些以及其它特征、方面和优点将在参照附图阅读以下具体描述时变得 被更好地理解，在附图中，相似标号代表贯穿附图的相似部分，在附图中：
[0008] 图1是通信地联接到工业控制系统的人机接口（HMI)的健康顾问的一个实施例的 示意图；
[0009] 图2是图不工业控制系统和关联健康顾问系统的各种部件的不意图；以及
[0010] 图3是图示在健康顾问评估工业控制系统的HMI的健康时的信息流程的混合流程 图。

【具体实施方式】
[0011] 以下将描述本发明的一个或者多个具体实施例。在努力提供这些实施例的简洁描 述时，可以未在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当认识，在任何这样的实际实现 方式的开发中，如在任何工程或者设计项目中那样，必须做出许多为实现方式所特有的决 策以实现开发者的具体目标、比如符合可以从一个实现方式到另一实现方式变化的与系统 有关和与业务有关的约束。另外，应当认识，这样的开发工作可能复杂和耗时、但是对于从 本公开内容中受益的本领域普通技术人员而言却将是例行设计、制作和制造工作。
[0012] 在介绍本发明的各种实施例的要素时，冠词"一个/ 一种"、"该"和"所述"旨在于 意味着有要素中的一个或者多个要素。术语"包括"和"具有"旨在于包含并且意味着除了 列举的要素之外还可以有附加要素。
[0013] 如提到的那样，工业控制系统可以控制用于工业过程和关联机器、比如燃气涡轮 系统、蒸汽涡轮系统、液压涡轮系统、风涡轮系统、气化器、气体处理系统（例如酸性气体去 除系统）、余热蒸汽发生器（HRSG)、发电系统、化学生产系统、水处理系统或者其任何组合 的操作的控制。这样的工业控制系统可以被实施为适合用于接收输入（例如过程输入）、处 理输入和得出在控制机器或者过程（例如发电过程）时有用的某些控制动作的硬件和软件 部件的组合。工业控制系统的一个部件是人机接口（HMI)。一般而言，HMI可以允许操作者 可视化并且调整受控过程的参数和条件。
[0014] 如同工业控制系统的其它部件，随着时间过去，HMI可能例如由于HMI的硬件和/ 或软件（例如操作系统、安全补丁、应用等）变得陈旧和/或过时而逐渐地经历可靠性损 失。这一可靠性损失可以被用于HMI的意外维护事件增加所证实。尽管纠正维护（CM)技 术可以在意外维护事件已经出现之后修复和/或更新HMI时有用，但是这样的技术未抢先 地防止或者阻止HMI进入无功能状态。另外，在HMI由于意外维护事件而无功能时，操作者 可能丢失工业控制系统中的装备和参数的状态。另外，操作者可能直至HMI系统被带回到 希望的操作条件才能使用HMI以可视化和/或调整受控过程的参数和条件，这可能对于工 业控制系统造成问题。
[0015]考虑到上述，这里描述可以抢先地识别潜在HMI问题（例如冲突、故障、软件错误、 安全弱点等）并且实现前摄HMI维护以预防地解决这些潜在问题、从而提高HMI和工业控 制系统的可操作性和开机时间的前摄健康评估技术。因而，当前公开的技术可以通过预测 潜在故障事件、从而可以在它们出现之前将其解决来回避与其它维护技术（例如CM)关联 的停机时间中的一些或者所有停机时间。因而，可以基于公开的HMI健康顾问系统的推荐 在HMI故障之前执行HMI维护动作、比如应用操作系统补丁、软件更新、配置调整、安全增 强、硬件更换、硬件升级等。另外，在某些实施例中，当前公开的HMI健康顾问系统可以是更 大健康顾问系统或者应用的部分，该更大健康顾问系统或者应用除了HMI设备之外还可以 包括配置为评估工业控制系统的其它部件的健康的部件。因而，当前公开的技术主要地使 HMI以及工业控制系统能够维护操作状态持续更长时间。
[0016] 另外，如以下阐述的那样，当前公开的HMI健康顾问系统主要地利用基于规则的 系统以分析HMI的操作数据和从该操作数据得出用于HMI的健康评估。作为结果，HMI健康 顾问系统可以输出关于HMI的健康的一个或者多个报告。报告可以包括用于HMI设备的配 置信息；硬件安装、去除和/或更换推荐；软件安装、卸载和/或更换推荐；安全推荐等。此 夕卜，在某些实施例中，可以实时或者接近实时或者在周期基础上提供HMI健康评估。例如在 某些实施例中，可以连续地得出和使用HMI健康评估以更新或者改进HMI、因此提供HMI的 健康的最新预报。
[0017] 考虑到上述并且现在转向图1，该图图示通信地联接到HMI设备12的HMI健康顾 问系统10的一个实施例。HMI健康顾问系统10可以包括在机器可读介质中存储的并且被 计算设备（例如计算机、平板电脑、膝上型计算机、笔记本电脑、手机、个人数字助理）用来 实施这里公开的技术的非瞬态代码或者指令。HMI 12可以例如用来向操作者提供用于可 视化和控制工业控制系统14的各种参数的接口。在图1中，所示工业控制系统是电厂14。 所示电厂14可以是任何类型的发电厂14并且可以包括涡轮机械、比如燃气涡轮、蒸汽涡 轮、风涡轮、液压涡轮（hydroturbine)、泵、压缩机或者其它适当部件。涡轮机也可以联接到 发电机以发电。电厂14也可以例如包括配置为气化碳质给料以产生合成气体的气化系统 (例如，一个或者多个气化器），该合成气体可以在由燃气涡轮驱动的发电机使用之前被气 体处理系统处理。应当注意，在某些实施例中，HMI 12可以被操作者用来可视化和/或控 制包括多种适当装备（例如气化系统、涡轮系统、气体处理系统、发电系统、空气分离单元、 余热蒸汽发生器（HRSG)、自动化组装线路或者其它适当工业装备）的多个不同工业控制系 统14 (例如制造厂、化学厂、炼油厂或者其它适当工业控制系统）。
[0018] 图1中所示HMI健康顾问系统10的实施例包括健康顾问数据库16、健康顾问套件 (例如软件和/或硬件工具的套件）18和知识库20。在某些实施例中，健康顾问套件18、健 康顾问数据库16和/或知识库20可以包括由相同处理器执行（例如被公共机器、计算机 或者服务器主控）的指令。在其它实施例中，健康顾问数据库16、健康顾问套件18和知识 库20中的每个部件可以被不同处理器分离地执行（例如被不同机器、计算机或者服务器主 控）。
[0019] 一般而言，健康顾问套件18可以控制健康顾问系统10的操作。也就是说，如以下 阐述的那样，健康顾问套件18可以接收与HMI 12关联的信息（例如配置信息和日志数据） 并且随后利用健康顾问数据库16中存储的规则以分析接收的HMI信息。健康顾问套件18 然后可以利用知识库20中存储的信息以基于分析的HMI信息确定用于HMI 12的推荐。随 后，HMI健康顾问套件18可以输出一个或者多个报告22,该一个或者多个报告的内容可以 用于以下阐述的一个或者多个机会24。例如，健康顾问系统10生成的报告22可以包括如 下报告，该报告具有用于HMI 12的硬件和软件维护推荐（例如HMI健康评估报告）。在某 些实施例中，健康顾问系统10生成的报告22可以附加地或者备选地包括HMI 12的硬件和 /或软件配置（例如HMI配置报告）。
[0020] 在某些实施例中，HMI健康顾问系统10的健康顾问数据库16可以例如包括基于 规则的信息，该基于规则的信息详述关于HMI 12的成功配置的专家知识，以及在做出关于 HMI 12的健康的推断或者预测时有用的知识。此外，在某些实施例中，健康顾问数据库16 中的规则可以基于从其它HMI系统的操作、服务更新、产品服务公告、计算机安全报警、计 算机安全规章、北美电力可靠性公司（NERC)推荐、技术信息通讯（TIL)和/或HMI 12或者 软件用户手册收集的信息。例如，在某些实施例中，健康顾问数据库16可以包括可以用来 预测与HMI 12有关的健康、配置和/或不希望的维护事件（例如电源的故障、处理器核的 故障、输入/输出[I/O]包的故障、存储器不足、松动总线连接、应用死锁或者饥饿、应用故 障或者不稳定、应用冲突或者其它不希望的维护事件）的出现概率的专家系统规则（例如 前向链式专家系统、反向链式专家系统）、回归模型（例如线性回归、非线性回归）、模糊逻 辑模型（例如预测模糊逻辑模型）和其它预测模型（例如马尔科夫链模型、贝叶斯模型、支 持向量机模型）。另外，在某些实施例中，HMI健康顾问系统10可以在分析这些设备时基于 从其它HMI的健康评估（例如为HMI 12生成的报告22)中收集的新信息连续地或者间歇 地更新健康顾问数据库16中的规则。
[0021] 按照具体示例，在一个实施例中，健康顾问数据库16可以包括与在HMI 12上安装 的各种软件包和/或优选版本的软件的软件兼容性有关的规则。因而，健康顾问数据库16 可以存储多个规则，这些规则指示在HMI 12上安装的软件包的某些组合可能互不兼容（例 如在被相同处理器执行时造成意外输出或者终止）。这样，在向HMI配置信息和/或日志数 据应用这些规则时，健康顾问套件18可以确定在HMI 12上可能存在不兼容软件（例如两 个软件包的不兼容版本），这使得操作者有必要卸载、更换或者升级不兼容软件。以下参照 图3更具体讨论健康顾问数据库16的规则。
[0022] 以这一方式，健康顾问套件18可以利用来自健康顾问数据库16的规则以分析HMI 12的配置信息和/或日志数据并且识别潜在问题或者难题。一旦已经识别将来问题，健康 顾问数据库16可以利用知识库20中存储的数据以确定或者识别对这些所识别的问题的解 决方案。这样，在某些实施例中，HMI健康顾问系统10的知识库20可以包括对HMI 12的 已知问题或者顾虑的一个或者多个解决方案、例如包括已知有效HMI配置和/或对已知HMI 硬件或者软件问题的经过测试的解决方案。此外，知识库20可以包括从服务更新、产品服 务公告、计算机安全报警、计算机安全规章、NERC推荐、TIL收集的信息和/或从HMI或者软 件用户手册收集的信息。另外，在某些实施例中，健康顾问套件18可以在分析这些设备时 基于从其它HMI的健康评估（例如为HMI 12生成的报告22)收集的新信息连续地或者间 歇地更新知识库20。另外，在某些实施例中，知识库20和/或健康顾问数据库16可以可访 问（例如经由网络连接），从而客户可以经由其它应用或者接口访问知识库20中存储的推 荐。
[0023] 健康顾问系统10产生的报告22(例如HMI健康评估和/或HMI配置报告）可以多 种方式使用，如图1的机会24为例说明。例如报告22可以用来支持新产品介绍（NPI) 28和 /或执行根本原因分析（RCA) 30 (例如关于HMI 12和/或工业控制系统14的其它部件）。 例如在HMI健康评估（例如报告22)中发现的问题可以辅助识别与用于HMI 12的新硬件 或者软件部件的引入或者HMI设备12的更新版本的引入有关的问题。所识别的问题然后 可以用来例如使用故障树分析、线性回归分析、非线性回归分析、马尔科夫建模、可靠性框 图（RBD)、风险图形、保护层分析（LOPA)或者其它适当分析技术来得出RCA 30。RCA 30然 后可以用来重新工程设计或者以别的方式更新HMI 12和/或工业控制系统14的其它部件 (例如控制器）以解决任何所识别的问题。
[0024] 又例如，报告22中包括的HMI健康评估也可以（例如与知识库20 -起）用来确 定用于HMI 12和/或工业控制系统14的其它部件的工程机会（E0) 32。例如HMI 12的使 用模式（例如处理器使用、存储器使用、网络使用、程序日志、发现的问题、常见问题等）可 以用来得出用于HMI 12和/或工业控制系统14的其它部件（例如控制器）的工程改变。 在某些实施例中，对于HMI 12而言，对HMI12的工程改变可以包括改变存储器分页方案、存 储器分配算法、应用CPU优化（例如指派进程优先级、指派线程优先级）、应用编程优化（例 如识别和重写程序瓶颈、调整用户接口、使用改进的存储器分配、使用处理器专用指令）、应 用联网优化（例如改变发送/接收速率、帧大小、生存时间（TTL)限制）等。例如工程机会 32可以包括修改和改进远程可部署软件升级（RDSU)可以由HMI 12的制造商向客户周期性 地提供。也就是说，基于报告22,可以基于在现场（例如在工业控制系统14)部署RDSU时 遇到的问题和/或顾虑调整这些RDSU。
[0025] 又例如，报告22中包括的HMI健康评估也可以（例如与知识库20 -起）用来确 定与HMI 12和/或工业控制系统14的其它部件有关的收入机会（R0) 34。例如HMI健康 评估24可以详述对HMI 12和/或工业控制系统14的其它部件（例如控制器）的某些升 级，这些升级适合用于提高HMI 12和/或工业控制系统14的性能。这样的升级可以包括 软件更新、比如HMI、分布式控制系统（DCS)、制造执行系统（MES)和/或监控器控制和数据 采集（SCADA)系统的更新版本。升级也可以包括硬件更新、比如对输入/输出系统（例如 I/O包）、存储器、处理器、网络或者网络接口、电源和/或通信总线的升级。通过使用健康 顾问套件18以得出健康评估24,这里描述的技术可以使更高效电厂14成为可能以及减少 的操作成本。
[0026] 图2是描绘通信地联接到HMI健康顾问系统10的工业控制系统14(例如电厂14) 的一个实施例的示意图。工业控制系统14可以包括适合用于执行多种控制和监视应用以 提供操作者接口的计算机系统36、比如HMI 12,工程师或者技术员可以通过该操作者接口 监视工业控制系统14的部件。因而，计算机36包括可以在处理计算机指令时使用的处理 器38以及可以用来存储计算机指令和其它数据的存储器40。计算机系统36可以包括适 合用于运行软件应用的任何类型的计算设备、比如膝上型计算机、工作站、平板电脑或者手 持便携设备（例如个人数字助理或者手机）。实际上，计算机系统36可以包括多种硬件和 /或操作系统平台中的任何硬件和/或操作系统平台。根据一个实施例，计算机36可以主 控其它工业控制软件、比如制造执行系统（MES) 44、分布式控制系统（DCS) 46和/或监控器 控制和数据采集（SCADA)系统48。HMI 12、MES 44、DCS 46和/或SCADA 48可以被存储为 非瞬态有形计算机可读介质、比如计算机36的存储器40上的可执行代码指令。例如计算 机 36 可以主控从 Schenectady，New York 的 General Electric Co?可获得的 ControlST? 和/或ToolboxST?软件。
[0027] 在某些实施例中，HMI 12可以是适合用于提供故障转移或者冗余操作的冗余设 备。在这样的实施例中，HMI 12(例如主控HMI 12的计算机36)可以包括三个核或者分离 控制器（例如核R、S和T)并且可以称为三元模块冗余（TMR)HMI 12。在某些实施例中，三 个核中的两个核可以在HMI 12被第三个核执行之时保持空闲。在这样的实施例中，第二 和第三空闲核可以在恰当地工作时被配置为如果执行核出故障则无缝地恢复HMI 12的执 行。在其它实施例中，各种核可以配合以执行HMI 12(例如使用轮询和/或投票技术）。以 这一方式，HMI 12可以依赖于多个核以提供可靠系统用于操作者可视化和控制工业控制系 统14而未考虑硬件（例如核）故障。如以下讨论的那样，当前公开的健康顾问系统10能 够对于报告22评估HMI12的冗余度。
[0028] 所示HMI健康顾问系统10被计算机50 (例如包括处理器51和存储器52)执行，该 计算机可以被操作者53用来与健康顾问系统10进行接口。因而，计算机50可以包括各种 输入和输出设备（例如鼠标、键盘、监视器、触摸屏、打印机或者其它适当输入或者输出设 备），从而操作者53可以向健康顾问系统10提供命令和从健康顾问系统10接收报告22。 另外，在某些实施例中，计算机50(例如健康顾问系统10)可以通过直接或者间接技术通信 地联接到计算机系统36 (例如HMI 12)以便接收关于HMI 12的操作的信息。例如信号管 道（例如线缆、无线路由器）可以用来将计算机50直接联接到计算机36。类似地，文件传 送机制（例如远程桌面协议（RDP)、文件传送协议（FTP)、人工传送或者其它适当机制）可 以用来间接发送或者接收数据（例如，文件）。另外，可以使用云54计算技术，在这些云计 算技术中，HMI健康顾问系统10的全部或者部分在云54中驻留（reside)并且与计算机系 统36直接或者间接通信（例如经由网络或者因特网）。
[0029] 在某些实施例中，HMI健康顾问系统10可以包括多个子系统或者部件、比如用户 接口部件55、数据收集部件56、规则引擎部件57和/或报告生成器部件58。所示HMI健康 顾问系统10的这些部件可以通过使用非瞬态机器可读介质、比如计算机、膝上型计算机、 笔记本电脑、平板电脑、手机和/或个人数字助理（PDA)的存储器中存储的计算机指令来实 施。如以下更具体讨论的那样，健康顾问系统10的用户接口部件55可以主要地向操作者 53提供用于向HMI健康顾问系统10提供命令的接口（例如图形用户接口（GUI))。例如 操作者53可以使用HMI健康顾问系统10的用户接口部件55以向系统提供用于评估特定 HMI 12、评估HMI 12的特定特征（例如冗余度校验）、暂停HMI 12的评估等的命令或者指 令。另外，用户接口部件55也可以用来向操作者53提供报告22 (例如HMI健康评估报告 和/或HMI配置报告）（例如经由显示器、打印机或者类似输出设备）。
[0030] 在某些实施例中，健康顾问系统10可以包括用于收集和存储与HMI 12有关的操 作数据（例如代表HMI 12的配置、状态、健康和操作条件的数据）的数据收集部件56。数 据收集部件56可以连续地操作或者被周期性地激活并且可以包括在存储和更新存储的数 据时有用的关系数据库、网络数据库、文件等。例如，如以下阐述的那样，数据收集部件56 可以用来通过从HMI 12 (例如从执行HMI 21的计算机36的存储器40)收集一个或者多个 配置文件和/或日志文件来收集（例如经由网络连接）HMI 12的软件和/或硬件部件的各 种配置。
[0031] 在HMI健康顾问系统10的某些实施例中，规则引擎部件57可以用来从HMI 12的 操作数据实现HMI 12健康的确定，如以下关于图3更具体描述的。这些规则可以包括主要 地对关于HMI 12可能在操作期间遇到的潜在问题的专家知识进行编码的多个不同类型的 规则。这样，在某些实施例中，规则引擎部件57可以请求和接收来自健康顾问数据库16的 多个规则、然后向操作数据（例如数据收集部件54收集的配置和日志文件）应用这些规则 以便预测HMI 12可能将来经历的潜在问题。以下关于图3更具体讨论这些规则。
[0032] 在健康顾问系统10的某些实施例中，报告生成器部件58可以用来产生关于HMI 12的健康和状态的一个或者多个报告22。也就是说，在某些实施例中，一旦规则引擎57已 经向HMI 12的操作数据应用规则以识别HMI 12可能遇到的潜在问题，报告生成器部件58 可以生成关于HMI 12的健康和状态的多个报告22。在某些实施例中，健康评估系统10的 报告生成器部件58可以请求和接收来自知识库20的对于HMI 12的被规则引擎57识别的 潜在问题的多个潜在解决方案。因而，报告生成器部件58可以在报告22中与潜在问题的 细节一起包括这些潜在解决方案中的所有或者一些解决方案。
[0033] 在所示工业控制系统14中，计算机系统36和健康顾问系统10通信地连接到工业 控制系统14的工厂数据高速通道60,该工厂数据高速通道适合用于实现在描绘的计算机 36与其它计算机50和/或健康顾问系统10之间的通信。实际上，在某些实施例中，工业控 制系统14可以包括通过工厂数据高速通道60或者通过其它数据总线（例如局域网、广域 网）互连的多个计算机系统36。在一个实施例中，工业控制系统14的工业控制器64可以 包括有助于使工业控制系统14(例如电厂14)中的多种装备自动化、比如涡轮系统68、温度 传感器70、阀72、泵74或者工业控制系统14的任何其它适当部件时有用的计算机指令或 者控制逻辑的处理器66。工业控制器64还可以包括用于在存储例如控制代码（例如计算 机指令和其它数据）时使用的存储器76。例如工业控制器64可以在控制代码中存储在国 际电工委员会（IEC)61804语言标准编写的一个或者多个功能块、顺序功能图（SFC)、梯形 逻辑或者在其它编程语言中编写的程序。在某些实施例中，工业控制器64可以包括配置参 数、比如实例化的功能块（例如用于向存储器中加载的功能块）、联网参数、代码同步和定 时、I/O配置、待使用的存储器数量、存储器分配参数（例如存储器分页参数）等。
[0034] 另外，所示工业控制器64可以与包括但不限于流量计、pH传感器、温度传感器、振 动传感器、间隙传感器（例如测量在旋转部件与静止部件之间的距离）、压力传感器、泵、致 动器、阀等的多种现场设备通信。在一些实施例中，工业控制器64可以是从Schenectady， New York的General Electric Co?可获得的三兀模块冗余（TMNR)Mark? Vie控制器系统。 通过包括三个处理器，TMR控制器64可以提供冗余或者容错操作。在其它实施例中，控制 器64可以包括单个处理器或者双处理器。
[0035] 在描绘的实施例中，涡轮系统68、温度传感器70、阀72和泵74通过使用适合用于 在I/O网络82与H1网络84之间进行接口的连接设备78和89来通信地连接到工业控制 器64和/或健康顾问18。例如连接设备78和80可以包括从Haar，Germany的Softing AG可获得的FG-100连接设备。附加现场设备86(例如传感器、泵、阀、致动器）可以例如通 过使用一个或者多个输入/输出（I/O)包88经由I/O网络82通信地联接到控制器64和/ 或健康顾问18。I/O包88可以各自包括在执行实时操作系统、比如从Waterloo, Ontario, Canada 的 QNX Software Systems/Research in Motion(RIM)可获得的QNR?I时有用的 微处理器90。每个1/0包88也可以包括用于存储计算指令和其它数据的存储器92以及在 监视1/0包88中的环境温度时有用的一个或者多个传感器94、比如温度传感器。在其它实 施例中，涡轮系统68、温度传感器70、阀72、泵74和/或现场设备86可以通过使用直接线 缆敷设（例如经由终端块）或者间接连接（例如文件传送）来连接到控制器64。
[0036] 如描绘的那样，连接设备78和80可以分别包括在执行计算机指令时有用的处理 器96和98并且也可以包括在存储计算机指令和其它数据时有用的存储器100和102。在一 些实施例中，I/O网络82可以是100兆比特（MB)高速以太网（HSE)网络，并且H1网络84可 以是31. 25千比特/秒网络。因而，通过I/O网络82传输和接收的数据又可以被H1网络84 传输和接收。也就是说，连接设备78和80可以充当在I/O网络82与H1网络84之间的网 桥。例如I/O网络82上的更高速数据可以被缓冲、然后在H1网络84上以适当速度被传输。 例如现场设备68、70、72和74可以包括或者可以是工业设备、比如Fieldbus Foundation? 设备，这些设备包括对于Foundation HI双向通信协议的支持。现场设备68、70、72、74和 86也可以包括对于其它通信协议、比如在HART? Communications Foundation(HCF)协 议和Profibus Nutzer Organization e.V. (PN0)协议中发现的通信协议的支持。
[0037] 图3是图示用于过程120的一个实施例的信息流程的混合流程图，HMI健康顾问 系统10通过该过程评估工业控制系统14的HMI12的健康。所示过程120可以通过使用非 瞬态机器可读介质、比如计算机、膝上型计算机、笔记本电脑、平板电脑、手机和/或个人数 字助理（PDA)的存储器中存储的计算机指令来实施。对于所示过程120,健康顾问系统10 首先接收（块122)用于开始HMI健康评估的命令。在某些实施例中，操作者53还可以另 外命令HMI健康顾问系统10如以下讨论的那样执行HMI冗余度校验。在某些实施例中，操 作者53可以利用联接到执行健康顾问套件18的处理器（例如计算机36)的一个或者多个 输入设备以与HMI健康顾问系统10的用户接口部件55交互。例如在某些实施例中，这一 用户接口部件55可以使健康顾问系统10的操作者能够选择工业控制系统14中的待评估 的特定HMI 12、选择将对HMI 12执行的特定分析（例如冗余度校验）以及向HMI健康顾问 系统10提供用于开始和/或暂停HMI 12的评估的命令。
[0038] 一旦健康顾问系统10已经接收用于进行HMI 12的健康评估的指令，健康顾问系 统10 (例如数据收集部件56)可以收集关于HMI12的操作数据124。例如操作数据124可 以包括与HMI 12的配置（例如设置、变量、安装的硬件/软件等）或者操作（例如在操作 期间遇到的硬件和/或软件事件、比如错误、难题、警告）有关的配置文件、日志文件、存储 器转储或者其它适当数据。例如在某些实施例中，HMI健康顾问系统10可以利用数据收集 部件56以通过适当网络连接（例如工厂数据高速通道60)从HMI 12取回操作数据124。 此外，健康顾问系统10的数据收集子系统54可以主要地以高效方式（例如以单通和/或 在HMI 12的活动减少时段期间）从HMI12收集操作数据以便基本上不干扰HMI 12的操 作。在某些实施例中，操作者53可以利用HMI健康顾问系统10的前述用户接口部件55以 从HMI 12向HMI健康顾问系统10提供操作数据124 (例如通过操作者53从HMI 12人工 地收集）。例如操作者53可以利用用户接口部件55以使HMI健康顾问系统10指向加载在 存储用于HMI 12的操作数据124的存储介质（例如CD、DVD、闪卡、拇指驱动、硬驱动或者 其它适当存储介质）上的用于分析的一个或者多个文件。
[0039] 按照具体示例，在一个实施例中，用于HMI 12的操作数据124可以包括用于在操 作期间在HMI 12上安装的和/或被HMI 12使用的一些或者所有软件（例如软件工具、操 作系统、联网软件、固件、微代码、显示驱动程序、声音驱动程序、网络驱动程序、1/0系统驱 动程序）的细节。例如在一个实施例中，细节可以包括操作系统（0S)版本、0S服务包版本、 安装的软件和0S补丁、驱动程序版本、应用版本、应用服务包版本或者其组合。另外，在某 些实施例中，用于HMI 12的操作数据124可以包括用于在操作期间在HMI12上安装的和/ 或被HMI 12使用的所有硬件的细节（例如硬件部件类型、硬件部件版本、硬件部件销售商 等）。在某些实施例中，操作数据124包括日志数据，该日志数据存储关于HMI 12的状态的 细节（例如存储器使用、处理器使用、可用存储空间等）以及HMI 12在操作期间经历的多 个硬件事件、软件事件、用户事件或者其组合。
[0040]一旦HMI健康顾问系统10已经直接（例如从HMI 12)或者间接（例如从操作者 53提供的存储介质）接收操作数据124,健康顾问系统10就可以利用来自健康顾问数据库 的规则126以分析（块128) HMI 12的操作数据124并且前摄地识别潜在问题。在某些实施 例中，规则126可以包括"如果...则"规则而"如果"部分被设置为先行条件并且"则" 部分被设置为先行条件的结果。规则126也可以包括模糊逻辑规则、专家系统规则（例如 前向链式专家系统、反向链式专家系统）、递推规则（例如Prolog规则）、贝叶斯推理规则、 动态逻辑规则（例如模态逻辑）、神经网络规则、基因算法规则或者其组合。可以通过向在 现场中的一个或者多个专家、比如HMI健康专家咨询或者自动地、比如通过使用机器学习 技术（例如加强学习、决策树学习、归纳逻辑编程、神经网络训练、聚类、支持向量机）得出 规则126。除了这些规则126之外或者取代这些规则，也可以使用其它统计和历史分析技 术、比如故障树分析、线性回归分析、非线性回归分析、马尔科夫建模、RBD、风险图形、L0PA、 泊松分布模型、威布尔分析和/或马尔科夫链建模。
[0041] 在已经分析（块128)来自HMI 12的操作数据124之后，健康顾问系统10使用来 自知识库20的推荐130以至少部分基于HMI 12的操作数据124的（例如在块128中执行 的）分析来确定（块132)适当推荐。例如前摄地识别的HMI问题可以包括通过操作数据 124的分析来识别两款不兼容软件（例如HMI 12和MES 44)。因而，HMI健康顾问系统10 可以确定用于问题的多个潜在解决方案（例如将HMI 12或者EMS 44移向分离设备或者处 理器、将HMI 12升级成更新版本、将MES 44升级成更新版本等）。如以下讨论的那样，在某 些实施例中，来自知识库20的潜在解决方案可以被部分地或者完全地包括在HMI健康顾问 系统10生成的报告22中。
[0042] 在确定适当推荐之后，HMI健康顾问系统10(例如健康顾问系统10的报告生成器 部件58)可以生成（块134)和输出用于HMI 12的HMI健康评估报告136和HMI配置报告 138。HMI配置报告138可以包括HMI 12的配置的细节。配置细节可以包括HMI 12使用的 所有软件和硬件部件的列表（例如包括图2的工业控制系统14的部件12、38、40、44、46和 /或48的细节）。细节可以包括关于HMI12使用的硬件和软件部件的细节、比如用于每个 部件的版本信息（例如硬件版本、固件版本、软件版本、微代码版本等）。HMI配置报告124 也可以用可视方式（例如使用图形、图表、框图或者其它适当可视演示）图示HMI 12的硬 件和/或软件部件。另外，在某些实施例中，可以在非专家格式中生成HMI配置报告138,在 该非专家格式中，HMI 12的非专家可能一般不理解的某些术语可以被替换为HMI 12的非 专家可以更容易理解的术语或者措词。例如取代陈述HMI 12是"TMR HMI"，配置报告138 可以代之以陈述HMI 12具有等于三的"冗余度水平"值。
[0043] 如提到的那样，HMI健康评估报告136可以包括关于用于HMI12的修改和改进的推 荐。例如可以推荐用于HMI 12的某些硬件和软件升级或者添加（例如基于来自知识库20 的推荐）。硬件升级可以包括存储器升级、网络装备升级、处理器升级、HMI 12的部件更换、 线缆敷设的更换、电源的更换等。HMI健康评估报告136也可以包括用于添加或者去除某 些部件和有关子系统以例如实现更快控制和/或更快数据处理的推荐。软件推荐可以包括 升级、去除或者重定位计算机36的某些过时软件部件（例如HMI 12、MES 44、DCS46、SCADA 48)、操作系统、软件工具、固件、微代码、应用等。HMI健康评估报告136还可以包括问题清 单，这些问题可能造成不希望的条件、比如HMI 12的意外维护事件或者停用。例如HMI健康 评估报告136可以包括关于不充足存储器40、HMI 12的冗余度损失、有限容量或者带宽、处 理器38的不充分处理能力、计算机36的部件中的任何部件的故障、软件错误、硬件错误、安 全错误等的警告。因而，HMI健康顾问系统10可以确定用于问题的多个潜在解决方案（例 如将HMI 12或者MES 44移向分离设备或者处理器、将HMI 12升级成更新版本、将MES 44 升级成更新版本等）。在某些实施例中，HMI健康顾问系统10可以从知识库20仅选择最适 当解决方案用于包括在HMI健康评估报告136中。在其它实施例中，健康顾问系统10可以 在HMI健康评估报告136中包括所有推荐并且还可以至少部分基于HMI 12中前摄地识别 的问题与来自知识库20的解决方案对应的问题的相似性对个别解决方案评级（例如基于 0% -100%分数）。
[0044]另外，在涉及到冗余HMI (例如TMR HMI)的某些实施例中，HMI健康评估报告136 也可以包括HMI的冗余度的有效性的测量。例如HMI健康评估报告136可以包括TMR HMI 12的条件、包括任何检测到的故障条件、基于报警记入数据的报警报告、基于错误记入数据 的错误报告并且也可以从操作数据124得出总冗余度的有效性或者容易度度量。例如容易 度度量可以详述用于HMI 12的近似百分比容易度或者稳定性水平（例如0% -100%)，其 中用于百分比容易度或者稳定性的更高数可以指示HMI 12更适合用于继续的操作，而用 于百分比容易度或者稳定性的更低数可以指示HMI 12较不适合用于继续的操作。百分比 容易度可以通过使用规则127中的某些规则来得出，这些规则聚焦于确定HMI 12的冗余度 特征在操作中工作的有效性如何。在某些实施例中，百分比容易度也可以通过使用基于输 入的统计或者历史分析、比如泊松分布模型、线性回归分析、非线性回归分析、威布尔分析、 故障树分析、马尔科夫链建模等来发现。
[0045]一旦被生成，HMI健康评估报告136和HMI配置报告138可以被提供给操作者53 和/或其它用户角色（例如系统管理员、工厂操作者、试运行工程师、管理者、程序员、控制 工程师、采购人员、会计人员）以及例如存储于知识库20中。操作者53然后可以使用提供 的报告136和138以改进HMI 12和/或工业控制系统14。例如，HMI 12或者计算机36的 部件可以基于报告136和138来更换、添加或者升级。类似地，NPI 28和RCA 30、E0 32和 /或R0 34可以被得出和用来更高效地工程设计和操作HMI 12和/或工业控制系统14。
[0046] 本技术的技术效果包括收集和分析HMI操作数据124 (例如配置和/或日志文件） 以得出用于HMI 12的健康评估而基本不破坏HMI 12的操作。本实施例实现HMI操作数据 124的基于规则的分析以前摄地识别HMI 12可能在将来操作期间遇到的潜在难题。通过 使用公开的基于规则的方式，规则中编码的专家知识可以在一队HMI设备内被快速地应用 以诊断HMI问题而未实际地需要直接专家注意，并且与这些HMI问题有关的知识和解决方 案可以在该队内容易被共享和测试。公开的实施例提供一个或者多个报告22、比如HMI健 康评估报告136和HMI配置报告138,该一个或者多个报告可以包括配置信息以及用于HMI 12的被前摄地识别的难题和推荐的解决方案。公开的实施例也可以包括可以基于这些报告 22周期性地更新的数据存储部件、比如健康顾问数据库16和知识库20从而连续地扩展健 康顾问系统10的能力。另外，使用报告22, HMI健康顾问系统10可以实现HMI 12的健康 的最新预报并且可以用来得出用于HMI12和/或工业控制系统14的NPI 28、RCA30、工程 设计机会32和/或收入机会34。
[0047]这一书面描述使用示例以公开本发明、包括最佳实施方式并且也使本领域任何技 术人员能够实现本发明、包括制成和使用任何设备或者系统并且执行任何结合的方法。本 发明的可专利范围由权利要求限定并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。这样的 其它示例旨在于如果它们具有未与权利要求的字面语言不同的结构单元或者如果它们包 括具有与权利要求的字面语言的非实质不同的等效结构单元则在权利要求的范围内。
【权利要求】
1. 一种系统，包括： 人机接口（HMI)健康顾问系统，所述人机接口（HMI)健康顾问系统包括： 包括处理器的健康顾问套件，所述处理器被配置为： 接收关于HMI设备的操作数据，其中所述操作数据包括配置数据、日志数据或者其组 合； 向所述操作数据应用多个规则以前摄地确定HMI问题； 从对HMI问题的多个已知解决方案中识别对所述HMI问题的解决方案； 基于接收的所述配置数据生成用于所述HMI设备的配置报告；以及 生成用于所述HMI设备的健康评估报告，其中所述健康评估报告包括所述HMI问题和 对所述HMI问题的所述解决方案。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述配置数据包括关于在所述HMI设备上 安装的多个硬件和软件部件的细节。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，关于在所述HMI设备上安装的所述软件部 件的所述细节包括操作系统（0S)版本、0S服务包版本、驱动程序版本、应用版本、应用服务 包版本或者其组合。
4. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，关于在所述HMI设备上安装的所述硬件部 件的所述细节包括硬件部件类型、硬件部件版本、硬件部件销售商或者其组合。
5. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述日志数据包括关于所述HMI设备在操 作期间经历的多个硬件事件、软件事件、用户事件或者其组合的细节。
6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述健康顾问套件被配置为从所述HMI健 康顾问系统的操作者接收关于所述HMI设备的所述操作数据。
7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述HMI健康顾问系统包括健康顾问数据 库，所述健康顾问数据库被配置为： 存储所述多个规则； 向所述健康顾问套件提供所述多个规则； 从所述健康顾问套件接收所述配置报告、所述健康评估报告或者二者；以及 基于所述配置报告、所述健康评估报告或者这二者更新存储的所述多个规则。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述健康顾问数据库存储的所述多个规 则包括多个"如果...贝U "规则，并且所述健康顾问套件被配置为向接收的操作数据应 用所述多个"如果...贝U "规则以前摄地确定所述HMI问题。
9. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述HMI健康顾问系统包括知识库，所述 知识库被配置为： 存储对HMI问题的多个已知解决方案； 向所述健康顾问套件提供所述多个已知解决方案； 从所述健康顾问套件接收所述配置报告、所述健康评估报告或者这二者；以及 基于接收的所述配置报告、所述健康评估报告或者二者更新存储的所述多个已知解决 方案。
10. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，包括所述HMI设备，其中所述HMI设 备被配置为提供用于操作者可视化和控制工业控制系统的接口，并且工业系统包括气化系 统、涡轮系统、气体处理系统、发电系统或者其任意组合。
11. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述健康顾问套件被配置为周期性地接 收关于所述HMI设备的更新的操作数据、至少部分基于所述更新的操作数据生成用于所述 HMI的更新的健康评估报告。
12. -种方法，包括： 经由电子设备的处理器从人机接口（HMI)设备接收配置数据、日志数据或者这二者； 经由所述处理器向所述配置数据、所述日志数据或者这二者应用多个规则以预测用于 所述HMI设备的一个或者多个潜在将来维护问题； 经由所述处理器从针对用于所述HMI设备的所述一个或者多个潜在将来维护问题的 多个已知解决方案中确定一个或者多个对应解决方案；以及 报告所述HMI设备的健康评估，其中所述健康评估包括用于所述HMI设备的所述一个 或者多个潜在将来维护问题和所述一个或者多个对应解决方案。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，包括从健康顾问数据库接收所述多个 规则和从知识库接收所述多个解决方案。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，包括至少部分基于所述健康评估来更 新所述健康顾问数据库中的所述多个规则和更新来自所述知识库的所述多个解决方案。
15. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，基于从所述HMI设备接收的所述配置数 据生成用于所述HMI设备的配置报告，其中所述配置报告包括关于在所述HMI设备上安装 的多个硬件和软件部件的细节。
16. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述健康评估包括所述HMI设备与一个 或者多个产品手册、产品服务公告、计算机安全报警、北美电力可靠性公司（NERC)推荐或 者其组合的相符性的测量。
17. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述HMI设备是具有冗余度的HMI设 备，并且所述HMI健康评估包括所述HMI设备的所述冗余度的评估。
18. -种包括电子设备的处理器可执行的指令的非瞬态、计算机可读介质，所述指令包 括用于以下操作的指令： 接收用于进行人机接口（HMI)设备的健康评估的命令； 接收关于人机接口（HMI)设备的操作数据； 从健康顾问数据库接收多个规则； 向所述操作数据应用所述多个规则以预测涉及所述HMI设备的将来难题； 至少部分基于涉及所述HMI设备的所述将来难题从知识库接收多个已知解决方案； 提供健康评估报告，其中所述健康评估报告包括所述HMI设备的所述将来难题和所述 多个已知解决方案中的一个或者多个已知解决方案。
19. 根据权利要求18所述的介质，其特征在于，所述指令包括用于以下操作的指令： 接收用于进行所述HMI设备的冗余度评估的命令； 向所述操作数据应用所述多个规则以便确定所述HMI设备的冗余度的有效性的测量； 以及 提供所述健康评估报告，其中所述健康评估报告包括所述HMI设备的所述冗余度的所 述有效性的所述测量。
20.根据权利要求18所述的介质，其特征在于，所述操作数据从所述HMI设备被取回而 基本上不中断所述HMI设备的操作。
【文档编号】G05B23/02GK104412190SQ201380035046
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年6月12日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】K.T.麦卡锡, R.P.拉彻帕利, A.斯里瓦斯塔瓦, G.班纳吉 申请人:通用电气公司