[发明专利]智能可编程逻辑控制器

说明书

一种在多个扫描循环之上操作智能可编程逻辑控制器的方法，包括：通过智能可编程逻辑控制器在可操作地耦合到智能可编程逻辑控制器的易失性计算机可读存储介质中创建过程图像区域。智能可编程逻辑控制器然后在每一个扫描循环期间利用包括与生产单元相关联的数据的内容来更新过程图像区域。通过智能可编程逻辑控制器在每一个扫描循环期间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存储过程图像区域的内容。智能可编程逻辑控制器利用标注系统情境信息来标注过程图像区域的内容以生成情境化数据。

技术领域

本发明大体涉及配置为提供设备上数据分析和存储的智能可编程逻辑控制器，连同涉及其的方法、系统和装置。所公开的技术可以应用于例如其中使用可编程控制器的各种自动化生产环境。

背景技术

可编程逻辑控制器（PLC）是配置为执行软件的专门计算机控制系统，该软件连续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。PLC典型地包括三个主要组件：处理器（其可以包括易失性存储器），包括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它设备的一个或多个输入/输出（I/O）端口。

在各种工业场景中利用PLC来控制自动化系统。自动化系统典型地在其日常操作中生成大量数据。该数据可以例如包括传感器数据、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，常规自动化系统，并且特别地PLC，不能够完全地利用该数据。例如，在大多数系统中，由于硬件和软件限制，仅可以分析和存储该数据的小部分。可能产生巨量无关数据而同时丢失重要数据点。可能在关于不重要的数据的较高自动化层处应用压缩，而同时重要数据在行进通过自动化层时丢失。此外，甚至在尝试避免数据的丢失的情况下，可能存在放置于计算基础设施的其余部分上的显著需求。例如，PLC数据处理可能导致对于网络带宽以及存储容量的高需求。附加地，数据的情境可能在数据穿过自动化系统层时丢失。这在自动化系统上引起若干不期望的副作用。例如，如果基于低质量/保真度数据在较高的自动化层处执行数据分析，则重要数据可能丢失，从而使自动化系统低效地或者欠佳地操作。

自动化系统中非充分的数据处置能力还引起各种其它具体问题。如果数据采集的分辨率/采样速率不充分，则可能不会检测到许多机器事件。例如，如果通过机器智能而丢失毫秒范围中的机器停止，则关键性能指示符（例如，总体设备有效性）计算不准确。可能不会立即检测到质量问题，因为仅可以连续地监测非常少的过程变量。

附加地，在PLC中，对于商业分析应用，关于控制层上可用的过程的情境知识丢失。要求极大努力来在自动化系统的较高层处重新构建这样的情境知识。特别地，较高层级软件功能性在监控和数据采集（SCADA）、制造执行系统（MES）或者企业资源规划（ERP）系统中的实现变得复杂得多并且成本高得多。继而，这引起这些解决方案的较高的研发和定制成本。例如，考虑用于控制冷却剂流的阀门控制程序，直至罐体温度达到某一水平。人们可以推得，必须存在冷却剂流速率和温度降低之间的某种相关性（具有某一延迟）。为了检测这样的相关性（其可以用于商业层上的预测性过程监测），要求使用数百个参数的成对相关性分析。

常规PLC还缺少执行控制层数据的在线分析的任何能力。商业分析可以离线完成并且支持过去产物（例如，过去批次）的回顾分析。然而，仅具有某一延迟的产物的在线分析是可能的，并且因此，向基于分析的控制中的直接干预几乎不大可能。此外，不大可能基于隐藏变量（即，在PLC内被内部使用以例如控制过程或者参数化传感器、致动器或控制程序的数据点）和控制参数实现统计质量和过程控制，因为这样的数据在控制层外部不可用。然而，这样的数据是重要的并且可能引起质量问题的早期检测。

发明内容

本发明的实施例通过提供涉及配置为在设备本身上执行各种功能的PLC的方法、系统和装置，而不是在外部处理数据来解决和克服以上不足和缺点中的一个或多个。在本文中称为“智能PLC”的这种PLC包括各种组件，其可以配置为提供控制应用中的增强功能的分类。例如，在一些实施例中，智能PLC包括深层集成的数据历史学家（historian）和分析功能。该技术特别很好地适于但不限于各种工业自动化场景。