本发明涉及一种工业自动化设施。尤其是，本发明涉及管理虚拟控制单元，这些虚拟控制单元控制在工业自动化设施中执行的工业过程。
背景技术：
1、在自动化行业中，诸如机器控制、诊断功能、项目规划功能的自动化功能越来越多地使用软件/虚拟控制单元来虚拟地实现。因此，机器的自动化功能不是作为独立的硬件组件集成到机器中，而是在实际机器外部的计算环境中基于软件实现。
2、工业自动化设施的运行者可使用来自不同制造商的生产机器。各个制造商可追求不同的方法来实现对机器的控制。当控制机器的软件与硬件分开提供时，管理机器的运行而不考虑制造商是具有挑战性的。
3、因此，需要管理工业自动化设施中不同机器的虚拟控制单元。
4、本发明的目的是通过管理控制工业自动化设施中的机器的虚拟控制单元来提供可靠和灵活的工业自动化设施。此外，目的是确保工业自动化设施的高可用性和完整性，同时支持工业自动化设施中机器的动态重新配置。
技术实现思路
1、本发明的目的通过以下公开的示例来实现。
2、在本发明的一个示例中，本发明的目的通过一种管理工业自动化设施中的虚拟控制单元的方法来实现，其中，工业自动化设施包括多台机器，每台机器被配置为执行至少一个工业过程的一个或多个步骤，该方法包括：生成一个或多个模板，模板包括用于虚拟控制单元的一个或多个部署标准，虚拟控制单元中的每一个能够控制多台机器中的至少一个；基于部署标准将虚拟控制单元映射到一个或多个计算节点，其中当受控机器处于运行中时，在映射的计算节点上实例化虚拟控制单元；以及使用证明来验证虚拟控制单元的实例化是符合模板的，其中在虚拟控制单元的部署之后，证明确认了一个或多个经确定的部署参数，其中当有效地实例化虚拟控制单元时，多台机器根据从虚拟控制单元中的至少一个接收的控制命令来执行工业过程。
3、在另一个示例中，该目的通过一种用于管理工业自动化设施中的虚拟控制单元的软件制品来实现，其中，工业自动化设施包括被配置为执行至少一个工业过程的多台机器，并且其中，软件制品被实施为本发明公开的一个或多个模板，模板包括：虚拟控制单元的标识符，其中虚拟控制单元能够控制多台机器或多台机器的子集；以及用于虚拟控制单元的部署标准，其中，当多台机器处于运行中时，在计算节点上实例化虚拟控制单元，并且其中，当虚拟控制单元根据模板被有效实例化时，多台机器中的每一个执行工业过程的一个或多个步骤。
4、在另一个示例中，本发明的目的通过一种工业自动化设施来实现，其中，工业自动化设施包括多台机器，每台机器被配置为执行至少一个工业过程的一个或多个步骤，该系统包括：一个或多个处理单元，其通信地联接到一个或多个存储单元，其包括由处理单元执行的指令，指令被存储在模板模块，其被配置为生成至少一个模板，模板包括能够控制多台机器中的至少一台机器的虚拟控制单元的一个或多个部署标准；部署管理器模块，被配置为将虚拟控制单元映射到一个或多个计算节点，其中，当受控机器处于运行中时，在映射的计算节点上实例化虚拟控制单元；以及部署验证模块，被配置为使用证明来验证虚拟控制单元的实例化是符合模板的，其中，在虚拟控制单元的部署之后，该证明确认了一个或多个部署参数，并且其中，当有效地实例化虚拟控制单元时，多台机器执行工业过程。
5、在另一个示例中，本发明的目的通过一种工业自动化设施中的机器来实现，该机器被配置为与工业自动化设施中的其它机器协作来执行工业过程，其中，该机器包括：传感器和致动器，当机器处于运行中时能够执行工业过程的一个或多个步骤；输入/输出接口，与传感器和致动器通信；一个或多个存储器单元，包括被存储为模块的指令，存储器单元包括模板模块，模板模块被配置为生成至少一个模板，模板包括能够控制机器的虚拟控制单元的一个或多个部署标准，其中当机器处于运行中，基于部署标准在计算节点上实例化虚拟控制单元；以及处理单元，当实例化与机器相关联的虚拟控制单元时，生成控制致动器的控制信号。
6、在又一个示例中，该目的通过其中存储有机器可读指令的计算机可读介质来实现，当由处理单元执行该指令时，使得处理单元执行根据本发明公开的方法的步骤。
7、在更详细地描述本发明之前，应当理解，在本专利文献提供了某些单词和短语的各种定义，并且本领域普通技术人员将理解，这些定义在许多(如果不是大多数的话)情况下适用于这些定义的单词和短语的先前和将来的使用。尽管一些术语可包括多种实施方式，但所附权利要求书可明确地将这些术语限制于具体实施方式。还应当理解，通过适当地配置和调整系统，所建议的系统也可以包括在所建议的方法的上下文中解释的特征，反之亦然。
8、本发明中使用的“工业自动化设施”是指用于制造、生产的设施，可以是半自动或全自动的。例如，工业自动化设施可以包括实验室设施、楼宇设施、制造业设施等。工业自动化设施也可以指上述设施的组合。
9、工业自动化设施的特性在于它包括作为信息物理设备的机器。这些机器单独地执行工业过程的一部分。工业过程的示例可以包括为汽车车身喷漆、组装汽车或汽车的一部分、制造化合物、在仓库中运输材料等。
10、工业自动化设施包括诸如机床、移动机器人、无人驾驶运输系统等机器。机器是计算机控制的机器，并且由虚拟控制单元控制。虚拟控制单元是指在与机器分开的计算基础设施上执行的机器可读指令。如果虚拟控制单元实现了对该机器的控制功能，则可以认为该虚拟控制单元属于该机器。技术人员将理解，一个或多个虚拟控制单元可以链接到单台机器以进行其运行。除了向机器发送控制机器的命令之外，来自机器的测量将被发送到链接的虚拟控制单元。因此，当执行虚拟控制单元时，执行机器的功能。虚拟控制单元的功能包括自动化功能，诸如机器控制，在一些实施方式中，虚拟控制单元还被用于执行诊断功能、项目规划功能。
11、本发明提出了一种用于虚拟控制单元(vcn)的部署模板。在本发明中，vcn的内容在它们一起提供一台或多台机器的自动化功能的意义上是一致的。各个vcn可以在不同的计算服务器上运行，例如，在本地边缘云中或后端云中。本发明中公开的部署模板能够确定执行各个vcn所需的合适计算资源。本发明使得工业自动化设施的运行者能够动态和可靠地以自动化方式实例化vcn。此外，本发明使得在工业自动化设施中开发和销售机器的机器制造商能够使用部署模板来定义机器的运行条件。因此，本发明有利地实现了机器的动态重新配置，用于灵活和可靠的工业自动化设施。
12、管理工业自动化设施中的vcn的方法包括生成一个或多个模板，该模板包括用于虚拟控制单元的一个或多个部署标准，每个vcn能够控制多台机器中的至少一个。部署标准可以提供在其上实例化vcn的计算节点的类。此外，部署标准还可以包括vcn之间的模板数据流。可以基于来自vcn的数据流速率、来自vcn的实时通信请求和在vcn之间传输的数据包的数据包参数中的至少一个来定义模板数据流。模板指定哪个vcn链接到机器，并且还提供允许部署链接的机器的vcn的标准。通过生成部署模板，本发明有利地提供vcn的可靠和自动化部署。
13、该方法包括基于部署标准将vcn映射到一个或多个计算节点，其中，当受控机器处于运行中时，在映射的计算节点上实例化vcn。部署标准不仅将vcn链接到机器，还确定了如何以及哪些计算节点执行vcn。因此，机器的供应商可以通过确定如何执行链接到机器的vcn来确保机器的可靠运行。
14、该方法可以包括基于模板提供的部署标准来平衡映射的计算节点上的负载。一种平衡负载的方法是基于数据敏感度来平衡在计算节点上的vcn部署。在一个实施方式中，该方法可以包括根据部署标准来确定vcn是否要在工业自动化设施内的本地网络中的本地计算节点和/或外部网络中的外部计算节点上实例化，以及基于该确定将vcn映射到本地计算节点和/或外部计算节点。通过在本地计算节点上选择性地部署vcn，链接的机器和工业过程的敏感数据保留在工业自动化设施内。此外，本地计算节点不承担与敏感数据无关和/或不需要实时执行的vcn的计算要求。
15、在另一实施方式中，除了部署标准之外，模板还可以提供优先级标准。优先级标准定义了是否将vcn部署在具有实时能力的计算节点上。可以基于优先级标准来执行负载的平衡。因此，该方法可还包括基于模板中提供的优先级标准来平衡映射的计算节点上的负载，其中，基于优先级标准在本地计算节点和外部计算节点之间调整负载。
16、该方法还可以包括通过合并至少两个或更多个虚拟控制单元的模板来生成工业过程的综合部署模板，其中综合部署模板指定公共计算基础设施上虚拟控制单元的全局部署标准，其中公共计算基础设施包括本地计算节点和外部计算节点中的至少一个。使用模板，工业自动化设施的运行者可以在与工业自动化设施相关联的适当计算节点上自动实例化机器的vcn。为了执行工业过程，可能需要合并多个模板，以便链接的机器一起工作来执行过程。因此，综合部署模板提供了全局部署标准，即，指定如何在公共计算基础设施的计算节点上部署不同机器的vcn的全局策略。
17、在一个实施方式中，可以使用模拟来生成综合部署模板。相应地，该方法可以包括通过测试每个模板的部署标准来模拟虚拟控制单元的模板；使用模拟结果来确定全局部署标准；根据全局部署标准来合并模板，其中全局部署标准确保满足每个模板中的部署标准。
18、该方法还包括使用证明来验证虚拟控制单元的实例化是符合模板的，其中，在虚拟控制单元的部署之后，该证明确认了一个或多个经确定的部署参数，其中，当有效实例化虚拟控制单元时，多台机器根据从虚拟控制单元中的至少一个接收的控制命令来执行工业过程。在自动执行vcn的部署的场景中，本发明确保根据模板有效地进行这种自动部署。通过验证部署参数，本发明确保保持工业自动化设施的完整性。
19、在一个实施方式中，基于vcn之间的数据流来执行验证。此外，基于本地网络和外部网络中的数据流来执行验证。相应地，该方法可以包括通过网络监测模块确定虚拟控制单元之间的数据流；检测数据流与模板和综合部署模板中的至少一者中提供的模板数据流相比的至少一个偏差。
20、在一个实施方式中，证明是基于加密技术和协议的。部署的证明可以是加密保护的数据结构，其确认部署参数与相关联的vcn的部署模板匹配。证明可以是可验证的凭证。例如，部署可以是部署参数的数字签名确认。在另一实施方式中，可以通过确定由已经部署的vcn控制的机器的上升参数来执行证明。
21、如果部署参数未被验证，则该方法可还包括当检测到偏差时，生成紧急停止信号，以停止多台机器或多台机器的子集在工业自动化设施中执行工业过程。该方法还可以包括当控制多台机器中的一台机器的虚拟控制单元没有根据模板实例化时，确定不允许这一台机器运行。因此，本发明认识到vcn的错误部署会导致链接的机器的错误功能。如果链接的机器已经处于运行中，则使用紧急停止信号来停止运行。否则，将阻止机器进行初始化。因此，本发明保持了工业过程的完整性，并确保了安全的工业自动化设施。
22、可以使用计划和调度管理系统、诸如制造执行系统来管理工业自动化设施。可以进一步分析证明，以修改工业自动化设施的计划和调度。因此，基于vcn的实例化的证明，为多台机器生成生产计划安排。通过将证明结果与制造执行系统链接起来，可以实现工业自动化设施的动态管理。例如，生产订单的任务可以分配给有验证或证明可用的机器。
23、通过模板实现vcn的管理。因此，本发明包括一种用于管理工业自动化设施中的虚拟控制单元的软件制品，其中，工业自动化设施包括被配置为执行至少一个工业过程的多台机器，并且其中，软件制品被实现为本文中的一个或多个模板，该模板包括vcn的标识符；以及
24、用于vcn的部署标准，其中，当多台机器处于运行中，在计算节点上实例化虚拟控制单元，并且其中，当每个vcn根据模板被有效地实例化时，多台机器中的每一个执行工业过程的一个或多个步骤。
25、软件制品还可包括虚拟控制单元与相关联计算节点类的映射，其中，计算节点类确定在其上实例化虚拟控制单元的一个或多个计算节点，其中，至少基于计算节点的位置和计算节点的类型来定义计算节点类；以及虚拟控制单元之间的模板数据流，其中，基于来自虚拟控制单元的数据流速率、来自虚拟控制单元的实时通信请求和在虚拟控制单元之间传输的数据包的数据包参数中的至少一个来定义模板数据流。
26、在某些场景中，使用系统管理工业自动化设施。该系统还能够管理vcn。该系统包括通信地联接到一个或多个存储单元的一个或多个处理单元，该存储单元包括由该处理单元执行的指令，该指令被存储在模板模块中，该模板模块被配置为生成至少一个模板，该模板包括能够控制多台机器中的至少一台机器的虚拟控制单元的一个或多个部署标准。该系统还包括部署管理器模块，该部署管理器模块被配置为将虚拟控制单元映射到一个或多个计算节点，其中当受控机器处于运行中时，在映射的计算节点上实例化虚拟控制单元。此外，该系统包括部署验证模块，该部署验证模块被配置为使用证明来验证虚拟控制单元的实例化是符合模板的，其中，在虚拟控制单元的部署之后，该证明确定了一个或多个部署参数，并且其中，当有效地实例化虚拟控制单元时，多台机器执行工业过程。
27、在一个实施方式中，该系统的处理单元被配置为执行本文中公开的方法的步骤。
28、工业自动化设施包括至少一台机器。该机器可以被配置为实现本发明。该机器包括传感器和致动器，当机器处于运行中时能够执行工业过程的一个或多个步骤。该机器还包括与传感器和致动器通信的输入/输出接口。该机器还包括一个或多个存储器单元，其包括被存储为模块的指令，存储器单元包括模板模块，该模板模块被配置为生成至少一个模板，该模板包括能够控制机器的虚拟控制单元的一个或多个部署标准，其中，当机器处于运行中，基于部署标准在计算节点上实例化虚拟控制单元。该机器还包括处理单元，当实例化与机器相关联的虚拟控制单元时，处理单元生成控制致动器的控制信号。当vcn被有效地实例化时，处理单元向致动器生成控制信号，从而执行工业过程的一个或多个步骤。当vcn被错误地实例化时，处理单元生成紧急信号，以停止机器的运行。如果vcn没有被有效地实例化，则处理单元还可以生成负启动信号，以确保直到vcn被有效地实例化为止，机器才被启动。
29、前面已经相当宽泛地概述了本公开的技术特征，以便本领域技术人员可以更好地理解下面的详细描述。下文将描述形成权利要求主题的本公开的附加特征和优点。本领域技术人员将理解，他们可以容易地使用所公开的概念和具体实施方式作为修改或设计其他结构以实现与本公开内容相同目的的基础。本领域技术人员还将认识到，这样的等同构造没有脱离本公开最广泛形式的范围。