專利名稱：工業系統中非時間序列事件的關聯的制作方法
技術領域：
0001本主題發明總體上涉及采用網絡流量分析器的工業網絡系統，并且
尤其涉及使完全不同的多條數據相互關聯并基于這些數據預測工業過程的 結果。
背景技術：
0002計算機網絡技術的進步不斷共享日益高效的和普及的系統之間的信 息。這些進步促使對網絡系統的越來越多的開發，其中已經出現了包括無 線網絡的新型傳輸基礎結構。隨著網絡系統數量、速度和復雜性的提高， 出現了相應的網絡問題。典型地，連接到通常被稱為網絡流量分析器的專 用、獨立、診斷設備的引入可以幫助解決一些網絡問題。
0003通常，網絡流量分析器獲取關于網絡流量參數的關鍵信息并能夠獲 取和記錄這些數據以提供在網絡總線上的通信信息的一個永久記錄。基于 存在的某些條件，能夠控制網絡流量網絡流量分析器開始和/或結束記錄。 傳統地，網絡流量分析器是一個單獨的、專用的支持設備。網絡流量分析 器通常基于PC或為一種專用工具并需要專用網絡接口硬件和軟件模塊以 適合特定網絡標準或配置。當用戶在實時環境中利用網絡時，經常需要分 析網絡和收集診斷信息。診斷網絡故障問題要求配置帶有適當的網絡接口 模塊和關聯軟件的網絡流量分析器。在公共通信鏈路或網絡上，數據可與這些遠程模塊相互通信，其中 網絡上的任意一個或全部模塊通過一個公共和/或工業通信協議進行通信。 一個控制系統中的多個控制器能夠與另外一個、與駐留在其他控制系統中 的控制器通信或與系統或控制環境外側的應用進行通信(例如，與系統和 應用相關的事務)。因此，管理過程，例如用于故障控制的診斷/預測方法 正變得越來越復雜。圖9a和9b示出了使用 一個過程趨勢部件預測過程結果的示例性工 業自動化網絡。
0025]圖IO示出了可以用于實現本主題創新不同方面的示例性計算環境。


圖11示出了根據本主題創新的一個方面的可以使用一個過程趨勢 部件的帶有一個底板和關聯模塊的工業裝置。
發明詳述 圖1示出了確定和/或預測工業過程結果和促進與本發明一個方面一致的工業系統的診斷/預測的過程趨勢部件的示例性框圖。過程趨勢部件110 能夠進一步使用啟發式模型以預測工業運行的不同階段的結果。例如，僅僅代 替存儲值，？ 1起值轉變的消息可被存儲和使用以取得共享相同消息的不同階段 的關聯。因此，可以發現不同參數間的關聯(例如，動態地)并且合適的校正 調整被應用到工業過程中。這使得緊密控制和縮短過程參數反應時間以及對它 們的修改成為可能。此外，由于可以容易地修改過程參數，可減輕涉及與常規
工廠控制器相關的問題。這些工業系統100的數據組包括"內部"數據流102(例 如，從工業單元收集的歷史數據)的數據集和"外部，，數據流104 (例如，關于 網絡服務的流量數據)。不使用過渡層，過程趨勢部件110同樣可以與嵌入的 歷史機關聯以提供與控制器的直接接口 ，并因此提供比諸如常規歷史機更快的 數據交換率。同樣地，過程趨勢部件110通過底板可直接與控制器通信，或者 通過網絡接口遠程通信。將會理解雖然僅示出了單一的外部數據流104和內部 數據流102,本發明并不限于此，其可包括多個這樣的數據流。該協調部件220可與能夠使用內部數據流202和外部數據流204的過程 趨勢部件210關聯。該數據202和204可被轉化為用于實時順序修改過程的決 策信息。過程趨勢部件210可以是與控制部件(未示出)共同運行的應用的一 部分，其起到工業網絡系統200管理控制中心的作用。如先前解釋的一樣，傳統系統中這兩個數據流分別被收集，通常使 用不同的設備和軟件。 一旦收集以后，常規地，數據流分別被分析和日志 中事件和網絡流量之間的定時關系被暗示并被手動確定(如果可能這樣做 的話)。圖3示出了執行流量分析器功能性的網絡接口、執行時間記錄功 能性的宿主CPU、共享的印時戳/順序計數產生器370和保留流量分析器
11(TA )數據和事件日志數據的外部RAM332之間的關系。與本發明工業系 統關聯的協調能夠收集事件日志和網絡流量數據流并通過公共印時戳/順序 計數產生器370協調它們之間的關系。該協調維持事件和網絡流量之間的 定時和順序關系，為確定兩個數據流之間的因果提供機構。不同地將事件 記錄器和流量分析器共享公共印時戳/順序計數產生器，為收集的個體數據 做標記。通過將數據標記有共同標志以表示被收集過，例如，甚至在事件 日志和流量分析器數據流被獨立地收集和上傳的情況下，由PC中應用軟件 可重新造出現內容的順序。此外，從多個模塊上傳的數據流能夠被協調、 提供同步印時戳/順序計數發生器(例如，通過IEEE1588 )。
00351與本發明的一個方面一致，網絡^妾口 320包括執4亍標準網絡接口協 議的不同部件以及需要執行嵌入的網絡流量分析器的附加部件。標準部件 包括例如接收調制解調器322、接收機篩選器/濾波器324 (或者以太網尋 址)，網絡運行控制部件326、存儲器接口 328和傳送調制解調器330。接 收調制解調器322可連接到網絡總線340以接收由其他設備傳送到網絡的 信號。相似地，傳送調制解調器330可連接至網絡總線340以傳送從包括 網絡接口的設備出發的信號至網絡。盡管接收調制解調器322和傳送調制 解調器330被示出為獨立的部件，應當理解這兩個部件可被在一個能夠同 時傳送信息至網絡和從網絡接收信息的無線電收發機部件中執行。接收調 制解調器322可連接至接收篩選器/濾波器324。接收篩選器/濾波器324確 定放置在網絡上的信息是否計劃給該特定設備。網絡上的每個設備被代表 性地分配一個專有標識符。接收器篩選器/濾波器324識別該專有標識符并 確定網絡上的該信息是否計劃給各自的設備。接收器篩選器/濾波器324能 夠進一步連接至接收調制解調器322、網絡運行控制部件326和存儲器接口 328。一旦確定網絡上的數據計劃給所述的設備，隨后網絡運行控制部件326 因此解釋和響應該信息。存儲器接口 328連接至接收篩選器/濾波器324、 常規運行控制部件326、傳送調制解調器330和外部隨機存取存儲器(RAM )332。盡管RAM332被示出為在網絡接口外部，應當理解RAM同樣可以在 內部執行，或者RAM332可作為內部存儲器和外部存儲器的結合被執行。 由于受網絡運行控制部件326指揮，如果需要，存儲器接口 328從RAM332 上傳數據或從RAM332下載數據。如果需要數據隨后通過存儲器接口 328 從RAM332傳送到傳送調制解調器330和網絡，或者從接收篩選器/濾波器 324通過存儲器接口 328傳送到RAM332。
0036帶有嵌入的網絡流量分析器的網絡接口 320可作為專用集成電路 (ASIC )被執行。該ASIC的特定部件組成因不同的網絡標準和協議的需 要而不同。盡管示出為在ASIC中執行，應當理解本發明可在標準集成電路 上、分立元件、多個ASIC、它們的組合或重復所需功能和本發明計劃包括 所有這些配置的任意方式。
0037通過向網絡接口增加附加部件334,任何包括網絡與附加部件接口 的適合設備均可作為網絡流量分析器被使用。附加部件334包括流量分析 器濾波器部件336和流量分析器控制部件338。由接收調制解調器322接收 網絡數據并傳送該數據至流量分析器濾波器部件(未示出)。將會理解圖3 本質上是示例性的，其他包括外部分析器設備的儀器例如外部設備可連接 至網絡。
00381該流量分析器濾波器能夠包括例如，媒體存取控制(MAC)標識符 (ID)濾波器部件、目標MAC ID濾波器部件、包濾波器部件(預定的， 非預定的等等)，以及其他濾波器部件以捕獲與網絡協議或以太網情況的 IP地址/廣播地址有關的信息。例如，這些其他濾波器部件可以包括序號濾 波器部件、包長度濾波器部件、檢查和數據部件和典型地與已知網絡協議 相關的任意其他信息。所有濾波器的組合允許網絡接口確定哪個設備是正 在傳送的數據源、哪個設備是正在傳送數據的終點、正在傳送的信息的類型、正在傳送的數據的長度和與診斷網絡問題有關的其他信息。由流量分
析器控制部件338完成網絡流量分析器控制。該流量分析器控制部件338 進一步包括監控部件、收集起/止部件、存儲器配置和狀態部件和存儲器上 傳/下載部件。監控部件監控正常設備運行以確定可用處理器和網絡流量分 析器功能可利用的存儲器接入帶寬。收集起/止部件確定數據采集將開始和 結束的條件。起止條件可由多種不同情況觸發，它們包括但并不限于此， 時間、持續期、特定條件的出現、包類型、或數據或特定條件的缺失、包 類型或數據。存儲器配置和狀態部件同存儲器上傳/下載部件一起幫助控制 所收集數據進出存儲器的管理。 附加部件可以包括硬件和固件以實現作為嵌入的網絡流量分析器 的運行。附加固件包括與網絡流量分析器的接口。附加固件包括特定網絡 的必要信息，包括濾波器配置、存儲器配置關聯狀態、收集起止、網絡流 量分析器存儲器上傳。用該附加硬件和固件部件，依照一套規定條件，接 口設備能夠開始和結束收集、集合和分析數據。
0040圖4示出了匹配部件410作為本發明工業系統400 —部分。匹配部 件410能夠在該同步工業設置中以預定的觸發事件預定模塊/工業區域，基 于不同區域的觸發事件調整數據采樣速率。基子規定區域和/或事件觸發器， 可隨后向用戶顯示該數據。工業區域411、 413、 415可被指定和/或識別為 工業自動化環境400中的區域。可為區域識別指定任意區域數字(1至m， 其中m是整數)，每個區域411、 413、 415可以為任意形狀、尺寸等。和/ 或與任意機器相連，過程，作為工業系統的一部分一其中每個區域能夠一 直保持靜止，超時改變等等。圖9a示出了使用基于數據確定/預測工業過程結果和促進工業系統的診 斷/預測的過程趨勢部件965的示例性工業自動化網絡，從內部數據流(例如， 從嵌入式歷史機)和外部數據流(例如，從流量分析器)。 一方面，過程趨勢 部件可以是模塊955的一部分。工業設置900進一步包括諸如數據庫910、人 機接口 (HMI) 920和可編程邏輯控制器(PLC) 930、目錄接口 940。過程趨 勢部件965進一步與人工智能(AI )部件950聯合以促進工業過程結果的預測。將會理解圖IO描述了擔當用戶與基本的計算機資源之間的媒介的所述 在適當的運行環境1010中的軟件。這種軟件包括一個運行系統1028。運行可以 存儲在磁盤存儲器1024中的運行系統，以控制并分配計算機系統1012的資源。 系統應用軟件1030經由程序模塊1032和存儲在系統存儲器1016或盤式存儲器 1024中的程序數據1034，通過運行系統1028利用資源的分配。必須明白的是， 本文描述的各種部件可以使用各種運行系統或運行系統的組合。
[0059用戶通過一個或多個輸入裝置1036向計算機1012輸入命令或信息。輸入 裝置1036包括但不限于例如鼠標的定點設備、軌跡球(trackball)、鐵筆(stylus)、 觸摸板、鍵盤、擴音器、操縱桿、游戲墊、圓盤式衛星電視天線、掃描儀、TV 調諧卡、數碼相機、數碼攝像機、網絡照相機等等。這些和其他輸入裝置經由 一個或多個接口端口 1038連接到通過系統總線1018連接到處理單元1014。 一個 或多個^妾口端口 1038^括例如， 一個串行端口、 一個并4亍端口、 一個游戲端口、 和一個通用總線(USB)。 一個或多個輸出裝置1040使用一些與一個或多個輸入 裝置1036相同類型的端口。這樣例如， 一個USB端口可以用于向計算機1012提 供輸入，并且向輸出裝置1040從計算機I012輸出信息。在其他的要求專門適配 器的輸出裝置1040中，提供輸出適配器1042以表明有一些輸出裝置1040，例如 監視器、揚聲器、打印機。為了舉例而不是限制，輸出適配器1042包括提供輸 出裝置1040和系統總線1018之間連接的裝置——顯卡和聲卡。需要注意的是， 例如一個或多個遠程計算機1044的其他裝置和/或裝置的系統具有輸入和輸出 能力。
[0060計算機1012可以在利用邏輯連接到一個或多個遠程計算機例如遠程計 算機1044的網絡環境下運行。 一個或多個遠程計算機1044可以是個人計算機、服務器、路由器、網絡PC、工作站、基于微處理器的設備、對等裝置(peerdevice) 或其他共同網絡節點等等，并且通常包括一些或所有上述與計算機1012相關的 元件。為了簡明起見，和一個或多個遠程計算機1044—起僅示出了 一個存儲裝 置1046。遠程計算機1044通過一個網絡接口 1048邏輯連接到計算機1012，并且 然后經由通信連接器1050物理連接到計算機1012。網絡接口 1048包含通訊網絡 例如局域網(LAN)和廣域網(WAN)。 LAN技術包括光纖分布式數據接口 (FDDI)、銅分布式數據接口(CDDI)、以太網/IEEE 802.3、令牌網/IEEE 802.5等 等。WAN技術包括但不限于點到點連接、像綜合服務數字網絡(ISDN)切換網 絡電路及在其上的改變、包交換網絡、和數字用戶線(DSL)。
[00611通信連接器指用于將網絡接口 1048連接到總線1018的硬件/軟件。雖然 為了清楚，示出的通信連接器1050在計算機1012的內部，它也可以在計算機 1012的外部。僅為了示意的目的，用于連接到總線1018的便于的硬件/軟件包括 內部和外部技術，例如，包括普通電話級調制解調器的調制解調器、電纜調制
解調器以及DSL調制解調器、ISDN適配器以及以太網卡。
0062如本文所用的，術語"部件"、"系統，，等等除了機電裝置之外，也可以指 有關的實體，或者是硬件、硬件和軟件的組合、軟件或在執行的軟件。例如， 一個部件可以是但不限于是一個在處理器上運行的程序、處理器、 一個對象 (object)、 一個可執行程序、 一個線程、 一個程序和/或一個計算機。通過示意， 計算機上運行的應用軟件和計算機都可以是一個部件。 一個或多個部件可以屬 于一個進程和/或線程，并且一個部件可以位于一個計算機上和/或分布與兩個 或多個計算才幾之間。詞"示例性的，，在本文中用于表示作為一個例子、示例或例 證。本文中描迷為"示例性的，，任何方面或設計沒有必要解釋為優選的或比其他 的方面或設計有利。0063圖11還示出了一個示例性的環境，該環境可以使用根據本主題創新的 不同方面使同步數據的不同片段相關聯的 一個過程趨勢部件。每個功能模塊 1114都通過可分離的連接器1130附裝到底板1116上，該連接器允許模塊1114 從底板1116移除，以便其可以被替換或維修而無需打亂其他模塊1114。底板 1116向模塊1114提供到其他模塊1114的電源和通信通道。通過底板1116與 其他模塊1114的本地通信依靠通過將連接器1130電連接到底板1116的底板 接口 1132來完成。底板接口 1132監控底板1116上的消息，以基于作為該消 息一部分的消息地址以及消息目的地來識別那些旨在發給特定模塊1114的消 息。底板接口 1132接收的消息傳送到模塊1114中的內部總線1134上。
0064內部總線1134將底板接口 1132與存儲器1136、微處理器1128、前面 板電路1138、 I/O接口電路1139和通信網絡接口電路1141.連接。微處理器 1128可以是一個通用微處理器，它提供用于包括在存儲器1136內指令的串行 或并行執行，以及向并且從存儲器1136和與內部總線1134相聯系的其他裝置 讀數據和寫數據。微處理器1128包括提供微處理器1128的定時的時鐘電路(未 示出)，但也可以與改進的精度的外部時鐘1143通信。這個時鐘1143可以是 晶體振蕩器或包括無線鏈接到外部時間標準的其他時間標準。時鐘1143的精 確度可以作為一個重量指標記錄在存儲器1136中。面板電路1138包括例如現 有技術中已知的狀態指示燈和例如用于將模塊1U4鎖定在不工作狀態的手動 運行開關。
[0065存儲器1136可以包括可以由微處理器1128執行的控制程序或例程， 以及執行那些程序或例程所必需的變量和數據。至于I/O模塊，存儲器1136 也可以包括一個I/O表格，它保持通過例如在此示出位于I/O網絡1122上的I/O 模塊1120從工業控制器1110接收輸入或向其傳送輸出的當前的狀態。模塊 1114可以通過硬件配置技術和/或軟件編程技術被適配為用于完成本創新的不 同方法。0066要認識到，盡管已經以兩個數據流之間的關系對不同方面進行了初 步說明，但本發明并不局限于此，并且多重的數據流也落在本發明的范圍 之內。而且，盡管說明了一個內部的數據流和一個外部的數據流，應認識 到，數據流可以包括多重內部、多重外部、內部與外部或者多重內部與外 部數據流的任意組合。以上所說明的內容包括不同示例性的方面。當然， 不可能為了說明這些方面的目的而說明多個部件或者方法的每一個可能 的組合，但是本領域的一個普通技術人員都可以認識到，許多進一步的組 合與置換是可能的。特別關于由上述多個部件(多個組件、裝置、電路、 系統等)所執行的不同功能，用于說明這些部件的術語(包括提及的"裝置") 是旨在對應于(除非另外指明)執行所述部件(如，功能性的等效物)的 所述功能的任何部件，即使在結構上不等同于所披露的結構，但它執行本 發明在此所述的示例性的方面的功能。在這方面，還應認識到的是，本發 明包括一種系統，以及一種計算機可讀的介質，它具有多個計算機可執行 的指令，用于執行本創新的不同方法的多個動作和/事件。而且，對于在詳
細說明或者權利要求中使用的術語"包括(includes)，，的含義而言，這一術 語是旨在與術語"包括(comprising)，，類似的方式成為包含性的，正如當把 "包括comprising" 在權利要求中用作一個過渡性詞時的解釋。
權利要求
1.一種工業自動化系統，包括使與該多個工業自動化系統(100，200，400，500)相關聯的多個數據(102，104，202，204)流進行同步的一個協調組件(220)；以及一個過程趨勢組件(110，210，965)，該組件基于一個網絡上的多個數據流的同步，預測用于該工業自動化系統(100，200，400，500)的操作的結果。
2. 如權利要求1所述的工業自動化系統，該多個數據流包括一組內部數 據流或外部數據流或其組合。
3. 如權利要求1所述的工業自動化系統，進一步包括識別該多個數據流的 流向的一個識別組件。
4. 如權利要求1所述的工業自動化系統，進一步包括一個集中式數據收 集，該數據收集器存儲來自該多個數據流的統一標準的大量數據。
5. 如權利要求1所述的工業自動化系統，進一步包擴多個啟發式模塊，該 模塊預測與該工業自動化系統相關聯操作的一個階段的結果。
6. 如權利要求1所述的工.業自動化系統，進一步包括一個具有一個嵌入 式網絡流量分析器(NTA)的網絡。
7. 用于在一個工業車間內的一個工業過程中調配多個過程的一種方法，包 括識別一個工業過程，用于收集多重數據流 (102， 104， 202， 204 ); 維持該多重數據流(102， 104， 202， 204 )之間的一個順序關系；并且基于該多重數據流(102, 104， 202， 204 )實時修改該工業過程(100, 200， 400， 500 )。
8. 如權利要求7所述方法，進一步包括預測該工業過程到結果。
9. 如權利要求8所述到方法，進一步包括嵌入一個網絡流量分析器，作為 網絡的一部分。
10. —種工業系統，包i舌用于收集與一個工業過程(100， 200,400， 500 )相關的多重數據流(102， 104,202,204 )的收集裝置(911);和用于關聯由收集裝置(911 )收集的數據和該工業過程(100，200，400， 500 )的多個操作的結果的多個裝置(110,210,965 )。
全文摘要
顯示內部和外部數據流之間的可用關系的系統和方法。一個協調部件可以同時地收集和分析該“內部”數據流和“外部”數據流，并且一個可視化部件可以在歷史數據和網絡數據的一個集合上呈現一種視覺提示的形式。因此，替代僅僅將數據值存儲為時間的函數，可以動態地使用其他非時間序列的相關狀態向用戶展示數據。
文檔編號G05B19/418GK101408767SQ20081016887
公開日2009年4月15日 申請日期2008年9月28日 優先權日2007年9月28日
發明者C·M·里斯查爾, J·D·布拉德福德, K·H·霍爾, K·R·哈里斯, M·G·蓋馳, M·J·貝爾維斯奇, R·J·克雷奇曼, T·西奧瑞克 申請人:洛克威爾自動控制技術股份有限公司