[发明专利]在工业自动化环境中使用的分层结构化数据模型

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2005年5月13日提交的题为“SCHEMA THAT FACILITATES PLANT REPRESENTATION AND RELATED FUNCTIONALITY(方便车间表示和 相关功能的模式)”的序列号为No.60/680,682的美国临时专利申请以及2005年9 月30日提交的题为“HIERARCHICALLY STRUCTURED DATA MODEL FOR UTILIZATION IN INDUSTRIAL AUTOMATION ENVIRONMENTS(工业自动化环 境中使用的分层结构化数据模型)”的序列号为No.11/240,335的美国非临时专利 申请的优先权，这两个申请通过引用全部结合于此。

技术领域

本发明涉及工业控制系统，尤其涉及工业设备中的模式使用。

背景

由于计算技术的进步，与仅仅几年前的基本上类似的商业相比，目前商业能 够更有效地运作。例如，内部网络使公司员工能够通过电子邮件即时通信、向其它 员工快速传递数据文件、操作数据文件、共享与项目相关的数据以减少工作成果的 复制等。此外，技术的进步已经使工厂应用变得部分或完全自动化。例如，曾经需 要工人接近重型机械和其它各种危险条件的操作现在可在安全距离以外完成。

此外，与人类动作相关联的缺点通过使用高精确机器而得以最小化。这些工 厂设备中的许多都向可由工厂地面的系统/过程/项目管理者访问的数据库或引用 数据库的web服务提供与制造相关的数据。例如，传感器和关联软件能检测特定 机器在限定时段内完成操作的许多实例。此外，可将来自传感器的数据传送到与系 统警报相关的处理单元。因此，工厂自动化系统可查看采集到的数据并自动和/或 半自动地调度设备维护、替换设备、以及与使过程自动化相关的其它各种程序。

虽然已针对使工业过程自动化取得了各种进步，但是控制器的使用和设计很 大程度上并未改变。工业控制器是用于控制工业过程、制造装备、和诸如通过网络 化系统的数据采集的其它工厂自动化过程的专用计算机。控制器通常与其它计算机 系统协作以形成一种环境，藉此进行多数现代的自动化制造操作。这些操作包括诸 如钢的材料生产的前端加工，以及涉及装配先前经加工材料的诸如汽车制造的较复 杂的制造工艺。通常，诸如在汽车的情形中，复杂组件可在高科技机器人协助工业 控制过程的情况下制造。

在包括诸如食品、饮料和药物的日用品基本生产的许多自动化过程中，复杂 的状态逻辑通常由系统工程师设计并编程或者在某些情况下由自动化装备制造商 提供。通常通过通用PLC梯形逻辑或者由顺序功能图或功能块支持的高级语言来 编程。顺序逻辑可用于诸如材料运送和传送操作、封装操作的多种任务或者作为装 配过程自身的一部分使用，其中装配的各个阶段按顺序排列直到最终装配完成。应 该理解，实现自动化生产需要大量计划和设计，涉及执行各个顺序的适当操作的几 百个机器、计算机和程序逻辑。

与控制系统相关联的普遍问题是缺乏跨系统/过程的一致性，以及缺乏在控制 器制造商、软件销售商和顾客之间的一致性。这种不一致可能如同软件销售商与顾 客之间的命名惯例差异一样简单，或者如同相对于工业自动化框架部分的不同软件 表示一样复杂。考虑到上述差异(以及种种其它差异)，使过程自动化通常需要相 当数量的特设编码(ad-hoc coding)。因此，制造商使用计算机和程序设计专家来 生成和维护使制造过程自动化所必需的特设程序要花费高额成本。然后，这种成本 被转嫁到所制造产品的购买者身上。

关于常规控制器的更多细节，这种控制器已被设计成能有效执行实时控制。 例如，常规可编程逻辑控制器、机器人控制器、数字控制器、智能设备等从传感器 接收数据并基于收到的数据来控制致动器、驱动器等。这些设备通过与源和/或目 的地关联的符号和/或地址来识别数据的源和/或目的地。更具体地，工业控制器包 括通信端口和/或适配器，并且传感器、致动器、驱动器等通信地耦合到这种端口/ 适配器。因此，控制器可在收到数据时识别设备的身份并进一步将控制数据传送到 合适的设备。