在工业控制器与仿真应用之间交换数据以仿真机器的接口

摘要

本文公开了用于便利对工业自动化中所使用的机器进行仿真的系统、方法和软件。在至少一个实现中，利用API在仿真应用中所创建的仿真模型与该仿真模型外部的工业控制器系统之间建立至少通信链路，其中该仿真模型包括对工业自动化环境中所使用的机器的至少一部分的虚拟表示的定义。然后通过该通信链路在工业控制器系统与仿真模型之间交换数据。

说明书

相关申请的交叉应用

本申请要求于2013年11月8日提交的、题目为“INTEGRATING  CONTROLLERS WITH SIMULATIONS”的美国临时专利申请第 61/901,956号的权益和优先权，其全部内容通过参引合并至本文中。

背景技术

对于工程师、客户和其他相关方来说，可以在设计、原型制作和演示 不同设计选项中对工业设备进行仿真是必要。这样的仿真可以被用于对其 相应的物理设备的随时间推移的虚拟化操作进行模拟，并且还可以被用于 提供各种被仿真设备的视觉表示。在一些示例中，可使用仿真和建模应用 来定义用于被仿真机器部件的参数。这些参数确保了在仿真期间被模拟设 备以与针对其真实世界相应方可以预期的相同方式来执行。

除了提供机器功能性以执行各种工业操作的物理工业设备之外，控制 器系统还是工业自动化环境中的必要部件。通常使用工业控制器系统向物 理机器提供控制指令以完成工厂中的各种任务，例如产品制造、材料处理、 批量处理、监督控制和其他工业功能。因此，通过将工业机器与适当的控 制器进行组合，可以创建能够执行各种操作的工业系统。

发明内容

本文公开了便利对用于工业自动化的机器进行仿真的系统、方法和软 件。在至少一个实现中，利用API在仿真应用中所创建的仿真模型与该 仿真模型外部的工业控制器系统之间建立至少一个通信链路，其中该仿真 模型包括对工业自动化环境中所使用的机器的至少一部分的虚拟表示的 定义。然后通过该通信链路在工业控制器系统与仿真模型之间交换数据。

提供了本概述从而以简化形式介绍下面在技术公开中进一步描述的 概念的选择。应当理解的是，本概述既不旨在标识所要求保护的主题的关 键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

附图说明

参照下面附图可以更好地理解本公开内容的许多方面。尽管结合这些 附图描述了若干实现，但本公开内容并不限于本文所公开的实现。相反， 本公开内容旨在覆盖所有替换、修改和等同物。

图1是示出了可以用于便利对工业自动化中所使用的机器进行仿真 的计算系统的框图；

图2是示出示例性实现中的计算系统的操作的流程图；

图3是示出以被仿真工业设备实现控制器的概览的框图；

图4是示出涉及示例性实现中的计算系统的操作场景的框图；

图5是示出涉及示例性实现中的计算系统的操作场景的框图；

图6是示出示例性实现中的计算系统的框图。

具体实施方式

以下描述和相关联附图教导了本发明的最佳模式。出于教导发明原理 的目的，可以简化或省略最佳模式的一些常规方面。下面的权利要求指定 了本发明的范围。最佳模式的一些方面可能未落入由权利要求所指定的本 发明范围内。因此，本领域技术人员应当认识到，来自最佳模式的变型落 入本发明的范围内。本领域技术人员应当认识到，以下所描述的特征可以 以各种方式来组合以形成本发明的多种变型。因此，本发明并不限于以下 所描述的特定示例，而仅由权利要求或其等同物来限定。

工业自动化环境——例如汽车制造厂、食品加工厂、石油钻井作业、 微处理器制造设施和其他类型的工业企业——通常采用若干机器和其他 设备来执行器业务操作。例如，工业自动化企业可以采用包括如下的机器： 传感器、驱动器、泵、过滤器、钻头、电机、机器人、碾磨机、打印机、 传送带、制造机械或任何其他工业自动化设备。在产品开发的设计、原型 制作和测试阶段，可以利用计算系统对工业自动化环境中所使用的这些机 器和其他设备进行仿真，以向工程师和最终产品客户提供虚拟表示。这些 仿真通常包括正被仿真的机器的物理属性、参数和其他方面，以确保由计 算系统提供适当的模拟。在一些示例中，用户可能期望对被仿真设备进行 控制以进一步说明该设备在被物理实现时可能预期的功能性和操作。因 此，用户可能更喜欢将一个或更多个实际控制器或被模拟控制器附接至被 仿真设备，以演示和测试该设备的不同的可控制操作。

图1是示出可以用于便利对工业自动化系统中所使用的机器进行仿 真的计算系统100的框图。计算系统100包括工业控制器系统110、应用 编程接口(API)120和仿真模型130。计算系统100代表任何计算环境， 其可以包括在一些示例中以分布式方式被定位在地理上不同的区域且经 由通信网络互连的若干不同的系统和设备。

工业控制器系统110包括例如工业控制器，该工业控制器可以包括自 动化控制器、可编程逻辑控制器(PLC)或在自动化控制中使用的任何其 他控制器。工业控制器系统110可以包括一个或更多个物理控制器和/或 以软件实现的模拟控制器——包括物理控制器和模拟控制器的组合。仿真 模型130包括对工业自动化环境中所使用的机器的至少一部分的虚拟表 示的定义。仿真模型130通常至少部分地利用仿真应用来被创建。例如， 仿真应用可以包括第三方仿真框架工具，例如Simulink^TM， 然而仿真应用可以包括任何其他合适的仿真应用或在一些实现中的应用 的组合。除了其他功能性之外，API 120提供了使得能够在工业控制器系 统110与仿真模型130之间进行通信的接口。现在将参照图2来描述计算 系统100的操作。

图2是示出示例性实现中的计算系统100的操作200的流程图。在本 文中，图2所示的操作200还可以被称为仿真过程200。操作200的步骤 在下面放在括号内指示。下面将参照图1的计算系统100来继续仿真过程 200的讨论以说明其操作，但要注意的是，图1中所提供的细节仅是示例 性的，且并不旨在将仿真过程200的范围限制于图1所示的特定实现。

可以采用仿真过程200来对计算系统100进行操作，以便利对工业自 动化中所使用的机器进行仿真。如在仿真过程200的操作流程中所示的， 计算系统100利用应用编程接口(API)120在仿真应用中所创建的仿真 模型130与仿真模型130外部的工业控制器系统110之间建立至少一个 通信链路(201)。应当理解的是，在一些实现中，可以在仿真模型130 与工业控制器系统110之间建立不止一个通信链路。仿真模型130包括对 工业自动化环境中所使用的机器的至少一部分的虚拟表示的定义(201)。 例如。仿真模型130可以定义整个机器人的设计和参数，或者可以定义机 器人的单个部件，例如手臂接合点、驱动电机、关节机构或机器人的一些 其他部分。在一些示例中，仿真模型130可以包括用于呈现机器的三维可 视化或其至少一部分的信息。

通过通信链路在工业控制器系统110与仿真模型130之间交换数据 (202)。在一些实现中，工业控制器系统110可以包括物理工业控制器设 备、以软件实现的模拟工业控制器或任何其他控制系统——包括其组合。 在一些示例中，工业控制器系统110通常可以通过由API 120所建立的通 信链路向仿真模型130提供控制指令。例如，可以利用API 120通过将与 工业控制器系统110相关联的端口链接至仿真模型130以在工业控制器系 统110与仿真模型130之间创建输入和输出接口，来在工业控制器系统 110与仿真模型130之间建立至少一个通信链路。然后可以通过利用输入 和输出接口、在工业控制系统110与仿真模型130之间通过通信链路交换 数据，以在工业控制器系统110与仿真模型130之间传送控制程序参数、 控制信号和其他信息。然后仿真模型130可以利用从工业控制器系统110 接收的数据来生成正被仿真的机器的动画可视化。例如，来自工业控制器 系统110的数据可以指示仿真模型130以与工业控制器系统110可以驱动 物理机器本身相同的方式来使被仿真机器的三维可视化移动或活动。

在一些示例中，可以通过经由如下图形用户界面接收用户输入来将与 工业控制器系统110相关联的端口链接至仿真模型130以创建输入和输出 接口：该图形用户界面定义与工业控制器系统110相关联的端口到仿真模 型130的映射，并且对该映射进行处理以在工业控制器系统110与仿真模 型130之间创建输入和输出接口。例如，图形用户界面可以为操作员呈现 各种不同的输入字段以定义与工业控制器系统110相关联的端口到仿真 模型130的映射。然后，API 120可以对该映射进行处理以在工业控制器 系统110与仿真模型130之间创建输入和输出接口。利用API 120在工业 控制器系统110与仿真模型130之间建立通信链路的其他技术是可能的并 且其落入本公开内容的范围内。

有利地，可以利用API 120在仿真模型130与工业控制器系统110之 间建立至少一个通信链路，使得可以通过通信链路在工业控制系统110与 仿真模型130之间交换数据。由API 120建立的通信链路提供了能够实现 仿真模型130与工业控制器系统110之间的连通性和双向数据交换的接 口。以此方式，仿真模型130能够接收和解释由工业控制器系统110经由 所建立的通信链路发送的控制信号，由此通过与工业控制器系统110集成 来增加仿真模型130的价值和效用。

现在转到图3，图3是示出以被仿真工业设备实现控制器的概览300 的框图。概览300包括控制器模块310、仿真模块320、协同仿真组件模 块330和生成模块340。控制器模块310可以是被配置成管理工业自动化 系统中的一个或更多个设备的任何物理或者模拟控制器。在一些实现中， 控制器模块310可以被配置成提供如下控制指令：该控制指令指示物理和 /或仿真机器或者其单个部件在三维空间中移动或者执行一些动作，例如 控制机器人手臂的运动。仿真模块320可以被配置成生成包括如下仿真文 件的仿真模型：该仿真文件定义真实世界工业设备的各种属性、参数和物 理属性，以确保被仿真设备看上去像根据其建模的物理设备和以根据其建 模的物理设备相同的方式来操作。

通常，基线控制器是可以被执行的控制程序的物理硬件设备。然后可 以载入被定向到该特定控制器硬件的控制程序，以将其重定向到以软件实 现的模拟控制器。因此，一个工作流包括从物理移至使得能够提高模型通 用性的模拟控制。一旦在模拟模型中，模拟控制器就可以与仿真模型进行 交互。另一工作流程考虑相对于仿真的、其中完全在模拟控制器中设计控 制程序的情况。在该情况下，一旦控制程序已经被设计，就可以将其重定 向到硬件控制器。要注意的是，在上述两种转变中，在物理机器与物理控 制器之间或者仿真机器与模拟控制器之间保留有输入/输出(I/O)接口。

在操作中，用户、工程师或一些其它实体可以在仿真模块320内生成 仿真。这样的仿真可以用于对各种工业设备——包括机器人设备、制造设 备、装配设备和其他类型设备——进行建模。除了生成仿真之外，用户可 能还希望利用来自控制器模块310的工业控制器来控制仿真。本文所使用 的控制器模块310旨在表示向所生成的仿真提供控制指令的实际物理控 制器设备或以软件实现的模拟控制器。例如，如果仿真是用于对机器人手 臂进行模拟，则可以使用一个或更多个控制器来管理和控制手臂的运动和 关节。

一旦选择了控制器和仿真，则利用协同仿真组件模块330对控制器和 仿真进行格式化。在一些示例中，协同仿真组件模块330可以被用于利用 功能样机接口(FMI，functional mock-up interface)来对控制器和仿真 进行格式化。FMI定义了要在计算机仿真中使用的标准化接口以开发复 杂的信息物理系统。这些信息物理系统以提供生成仿真所必需的功能的功 能样机单元(FUM，functional mock-up unit)来表示。功能样机单元通 常包括可扩展标记语言(XML)文件，该可扩展标记语言(XML)文件 除了其他之外还包括由FMU使用的变量的定义、由模型使用的方程式— —其可以被定义为功能集合——以及其他选项数据，例如参数表、用户接 口和模型可能需要的文档。

在本示例中，FMI还包括提供功能所必需的信息。因此，在功能样 机单元中实现控制功能的必须部分，以使得控制呈现为FMI内的仿真信 息。仿真功能样机单元344和控制功能样机单元345的组合被用于提供生 成模块340。尽管使用功能样机接口示出，但应理解的是，生成模块340 可以采取用于仿真的任何其他类似标准化接口的形式。模拟仿真接口环境 被用来规定对于每个特定控制系统供应商唯一的这个接口。可以贯穿模拟 仿真接口而提供从工业控制空间到FMI空间的翻译器，并且提供从FMI 空间到工业控制空间的翻译器。

在一些示例中，用户可以直接从控制功能样机单元来控制仿真。因此， 控制功能样机单元包括用于接收控制指令和执行该功能二者的所有必需 功能。在其他实现中，控制功能样机单元可以包含仅对控制仿真所必需的 信息部分。因此，接收来自用户的输入的外部控制器可以利用应用编程接 口(API)——例如图1中所示的API 120——与控制功能样机单元进行 通信。

现在参照图4，图4是示出涉及示例性实现中的计算系统的操作场景 400的框图。计算系统执行模拟仿真接口410，并且可以执行工业控制器 系统420和仿真应用430的一些或所有操作。在一些示例中，计算系统可 以是单个设备，或者可以是横跨分开在不同的地理区域上的许多不同系统 和设备而分布的。

如图4所示，模拟仿真接口410包括配置器模块411、标记服务器412 和同步器413。在本例中，工业控制器系统420包括虚拟控制器模拟器， 例如由Rockwell Automation有限公司提供的RSLogix^TMEmulate 5000。 仿真应用430可以包括任何第三方仿真框架工具，但在该示例中使用 Simulink^TM工具。因此，仿真模型435可以包括针对不同系 统使用库块在中创建的.mdl文件。

模拟仿真接口410用于将控制器标记连接至中的仿真模 型435。为了将虚拟控制器输出信号连接至仿真模型435，有必要在仿真 模型435与工业控制器系统420之间建立接口。为此，模拟仿真接口410 将在控制器420的输入/输出(I/O)信号与仿真模型435之间建立接口。 由模拟仿真接口410建立的接口实现了仿真模型435与控制器420之间的 连通性和以双向方式的数据交换。在该示例中，模拟仿真接口410使用虚 拟控制器模拟器例如RSLogix^TMEmulate 5000来封装控制程序。控制器模 拟器模仿ControlLogix^TM可编程逻辑控制器(PLC)的操作但仅以软件来 模仿。虚拟控制器420利用输出标记向仿真传送数据并且利用输入标记从 仿真接收数据。

配置器部件411托管用于将虚拟控制器420与仿真模型435连接的应 用级信息。标记服务器412协调用于数据交换的输入和输出标记。在一些 实现中，标记服务器412提供分布式通信连通性服务以用于连接在控制器 侧范围中的通信部件。来自FMI的协同仿真主机协调FUM之间的通信。 在标记服务器服务的支配下，控制器及其各自的通信与仿真相协调，这可 能变成非常复杂的通信单元网络。

同步器413协调控制器420与仿真模型435之间的时钟进展以使它们 保持同步。时钟同步通常以两个阶段执行。第一，协同仿真主机协调FMU 之中的全局时间。第二，标记服务器服务协调控制器之中的控制级FMU 时间。在存在不止一个控制级FMU的情况下，可以由协同仿真主机来处 理它们之中的时间同步。

图5是示出涉及示例性实现中的计算系统的操作场景500的框图。操 作场景500能够创建并且操作工业自动化环境中的机器仿真。为了集成设 计、控制、仿真和可视化，可以使用以下系统和工作流。根据示例，系统 体系结构可以总体上由五个主要部分组成：控制程序设计510、工业控制 器系统520、仿真建模530、计算机辅助设计(CAD)实体建模540和可 视化550。可以使用各种基于工业的工具和开源软件以执行这些设计活 动。

在示例中，可以利用控制编程工具——例如由Rockwell Automation 有限公司提供的Studio5000^TM编程工具——来执行控制编程设计510。由 工业控制器系统520来处理控制程序执行，该工业控制器系统其可以包括 以软件实现的模拟虚拟控制器，例如由Rockwell Automation有限公司提 供的RSLogix^TMEmulate 5000。可以通过任何仿真框架工具——例如 Simulink^TM工具——来执行仿真建模530。可以通过任何CAD 软件——例如Solidworks^TM等——来处理实体建模540。最后，可以通过 任何合适的可视化工具——例如可伸缩矢量图形(SVG)工具、虚拟现实 建模语言(VRML)工具和其他工具——来执行可视化550。上述工具中 的每一个都将其自身的数据结构和信息格式带入设计过程。对于集成设计 和验证环境的挑战是将多个信息组合成能被用于将部件调和成快速原型 制作环境的共用信息交换结构。

在图5中，示出了集成系统的示例性信息流。实体建模阶段540产生 要控制的机械系统的三维表示。实体模型可被转换成两个信息元素：运动 学仿真和图形组件。SolidWorks^TM工具提供了插件以生成作为仿真的数据文件和VRML导出文件二者。

由Rockwell Automation有限公司提供的Studio5000^TM工具是用于创 建以基于国际电工委员会(IEC)61131编程语言编写的控制算法的工业 控制编程设计工具510。该控制程序被部署在工业控制器系统520内的虚 拟控制器中。

将运动学仿真下载到工具以用于在特定负载条件下对机 器进行仿真。仿真模型530在运行时间与控制器520进行交互，以利用在 动态加载和控制配置文件的的压力下给出的机器响应来激励控制算法。图 形组件将进一步被处理成变为能够在可视化工具550中进行动画的图形 描述的分层数据结构。可视化工具收集在控制器与仿真交互中所生成的实 时数据。

可以使用不同的技术来连接该信息流的每个阶段。在一个实现中，利 用I/O接口在仿真模型530与控制器520之间传递控制程序参数。 向CAD软件Solidworks^TM提供SimMechanicsLinks插件以将 在实体建模阶段540中所产生的CAD模型传送至仿真模型530。仿真模 型530包含CAD绘图中所描述的机器的每个部件部分的质量和惯性特 性。该信息对于生成机械系统的准确动画是必不可少的。

可以使用仿真模型530的运动学和动态信息以生成逼真的模型条件， 因为在仿真计算中包括模型的实际物理属性。如上所讨论的，可以通过任 何合适的可视化工具——例如，可伸缩矢量图形(SVG)工具、虚拟现实 建模语言(VRML)工具或任何其他仿真建模工具——来执行可视化550。 在至少一个实现中，可以利用导出的VRML模型、以任何VRML兼容的 工具来产生高品质且逼真的动画。VRML提供了开源、平台独立的图形 语言来创建和查看三维模型。VRML是基于文本的语言，因此能够利用 任何文本编辑器来容易地编辑VRML。为了将VRML工具引入该工作流， 有必要将API附接至VRML工具，使得它能够与系统的其他部分进行通 信。当然，除了VRML之外的其他工具可以为此而被利用并且其落入本 公开内容的范围内。

基于该工作流，可以在一个平台下使用这些不同的系统来创建应用。 在工业自动化应用中广泛使用机器人并且系统工程师开发了其控制算法。 在一个示例中，可以使用六轴多关节型机器人模型。在控制程序510中使 用命令位置配置文件来建立用于机器人端部执行器位置的期望运动配置 文件。

命令位置是用于端部执行器的期望运动轨迹的点。为了实现端部执行 器的期望位置，必须由在链接接合点处的驱动电机将机器人的不同部分 (链接)放置在适当位置。这些电机由转矩信号来驱动，该转矩信号要由 控制驱动器来计算。然而，控制转矩取决于系统响应端部执行器处的转矩 和负载的知识。在经典设计方法中，这些信息是通过反复尝试已知的或者 由有经验的设计师已知的。此处的目的在于捕获信息流以用于使生成用于 驱动器和控制器的反馈信息的过程自动化。基于驱动器的转矩信号，每个 接合点将会移动并且端部执行器将会在空间中移动至目标位置。对于闭环 控制，当前位置是对驱动器和控制器的反馈。

已经介绍了使得能够建立虚拟设计工程环境的工作流、验证框架和过 程。环境使得实体模型设计、控制器、仿真和可视化工具能够互操作成为 集成开发环境。结果表明，可以在自动化系统中组装所选择的工作流和信 息交换。虚拟设计工程环境部署使得能够实时观察控制算法在由运动指令 激励和控制的机器原型上的效果。本公开内容使得能够早期验证用于复杂 工业自动化项目和制造厂的控制逻辑。益处包括减小在工业自动化机械的 设计和原型制作期间的工程成本、时间和资源。另外，虚拟设计工程环境 提供了如下新的机会：在无需实际机器的物理存在的情况下，培训控制机 器方面的工程师和操作员。

应当指出，本发明可以在两个主要阶段中使用：设计阶段运行时间和 委托阶段运行时间。在设计阶段运行时间期间，工业控制设备可以是真实 的或者模拟的。任一封装连接至仿真。在委托阶段运行时间期间，工业控 制设备和仿真与真实控制器并行执行。另外，该系统的另一益处在于帮助 系统工程师创建优化的工业控制程序。例如，由Rockwell Automation提 供的Studio5000^TM工具使得能够在线编辑控制程序，并且可以在虚拟设计 中逐步改善设计。

图6是示出示例性实现中的计算系统600的框图。计算机系600提供 了计算系统100或者可用于便利对工业自动化中所使用的机器进行仿真 的任何系统的示例，然而能够执行本文所公开的技术的其他系统可以使用 替选配置，包括计算系统100。计算系统600代表可以在任何计算装置、 系统或设备或其组合中采用的计算系统。例如，可以在服务器计算机、云 计算平台、数据中心、任何物理或虚拟计算机器以及其任何变型或组合中 采用计算系统600。另外，可以在台式计算机、膝上型计算机、平板计算 机、智能电话等中采用计算系统60。

计算系统600包括处理系统601、存储系统603、软件605、通信接 口607和用户接口609。处理系统601在操作上与存储系统603、通信接 口607以及用户接口609耦接。处理系统601从存储系统603加载并执行 软件605。软件605包括应用606，该应用606自身包括仿真过程200。 仿真过程200可以可选地与应用606分开地被实现。软件605在通常由计 算系统600执行并且特别地由处理系统601执行时，指示计算系统600如 本文所描述的那样针对仿真过程200或其变型而操作。计算系统600可以 可选地包括为了简洁起见此处未讨论的附加设备、特征或功能。

计算系统600可以代表任何计算设备、计算系统或可以在其上可以适 当地实现应用606和仿真过程200或其变型的系统。计算系统600的示例 包括移动计算设备，例如移动电话、平板计算机、膝上型计算机、笔记本 计算机和游戏设备以及任何其他类型的移动计算设备和其组合或变型。要 注意的是，还可以将计算系统600的特征和功能性应用于台式计算机、服 务器计算机和虚拟机器以及任何其他类型的计算系统、其变型或组合。

仍然参照图6，处理系统601可以包括从存储系统603检索和执行软 件605的微处理器和其他电路。处理系统601可以在单个处理设备中被实 现，但也可以横跨在执行程序指令中协作的多个处理设备或子系统而分 布。处理系统601的示例包括通用中央处理单元、专用处理器和逻辑设备 以及任何其他类型的处理设备、其组合或变型。

存储系统603可以包括能够由处理系统601读取并且能够存储软件 605的任何非暂态计算机可读介质或存储介质，例如磁盘驱动器、闪存驱 动器、数据存储电路或一些其他硬件存储器装置。在一些示例中，计算机 装置可以包括存储系统603和操作软件605。存储系统603可以包括以任 何方法或技术实现以用于存储信息的易失性和非易失性、可移除和不可移 除的介质，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。存储 系统603可以被实现为单个存储设备，但也可以被实现为横跨相对于彼此 协同定位或分布的多个存储设备或子系统，包括在不同地理区域中的设 备。存储系统603还可以被嵌入各种类型的设备中。存储系统603可以包 括能够与处理系统601通信的附加元件，例如控制器。存储介质的示例包 括随机存取存储器、只读存储器、磁盘、光盘、闪存存储器、虚拟存储器 和非虚拟存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储设备或其它磁存储设备，或者 能够用于存储所需信息并且可以由指令执行系统访问的任何其它介质，以 及其任何组合或变型，或者任何其他类型的存储介质。存储介质在任何情 况下都不是被传播的信号。

在操作中，处理系统601加载并且执行软件605的一部分——例如仿 真过程200——从而如本文所描述的进行操作。特别地，软件605可以以 程序指令来实现，并且除了其他功能之外还可以在其由通常计算系统600 执行或者特别地由处理系统601执行时指示计算系统600或处理系统601 利用应用编程接口(API)来在仿真应用中所创建的仿真模型与仿真模型 外部的工业控制器之间建立至少一个通信链路，其中仿真模型包括对在工 业自动化环境中所使用的机器的至少一部分的虚拟表示的定义，并且通过 通信链路在工业控制器系统与仿真模型之间交换数据。软件605可以包括 附加过程、程序或组件，例如操作系统软件或其它应用软件。操作系统的 示例包括和以及任何其他合适的操作系统。 软件605还可以包括固件或能够由处理系统601执行的一些其他形式的机 器可读处理指令。

一般而言，软件605可以在被加载至处理系统601并且被执行时，将 计算系统600整体从通用计算系统变换至被定制成便利对如本文所描述 的工业自动化中使用的机器进行仿真的专用计算系统以用于每个实现。软 件605还可以变换存储系统603的物理结构。物理结构的特定变换可以取 决于本说明书中的不同实现中的各种因素。这些因素的示例可以包括但不 限于用于实现存储系统603的存储介质的技术，计算机存储介质是否被表 征为主存储设备或次级存储设备等。例如，如果计算机存储介质被实现为 基于半导体的存储器，则软件605可以在其在半导体存储器中被编码时变 换半导体存储器的物理状态。例如，软件605可以变换构成半导体存储器 的晶体管、电容器或其他分离电路元件的状态。对于磁性或光学介质，可 以进行类似的变换。在不背离本说明书范围的情况下，物理介质的其他变 换是可能的，其中提供前述示例仅为了便利该讨论。

通信接口607可以包括使得能够通过通信网络或网络集合、在计算系 统600与其他计算系统(未示出)或服务之间进行通信的通信连接和设备。 一起使得能够进行系统间通信的连接和设备的示例可以包括网络接口卡、 天线、功率放大器、RF电路、收发器和其他通信电路。上述网络、连接 和设备是公知的，因此不必在此详细讨论。

用户接口609可以包括语音输入设备、用于接收来自用户的姿势的触 摸输入设备、用于检测由用户进行的非触摸姿势和其他运动的运动输入设 备，以及能够接收来自用户的用户输入的其他类似输入设备和关联的处理 元件。在用户接口609中还可以包含输出设备，例如显示器系统、扬声器、 触觉设备以及其他类型的输出设备。上述用户输入设备是本领域公知的， 因此不必在此详细讨论。用户接口609还可以包括能够由处理系统601 执行的关联用户接口软件，以支持上述各种用户输入和输出设备。分离地 或彼此结合以及与其它硬件和软件元件结合，用户接口软件和设备可以提 供图形用户界面、自然用户界面或任何其它类型的用户界面。

在图中所提供的功能框图、操作顺序和流程图代表用于执行本公开内 容的新颖方面的示例性体系结构、环境和方法。尽管为了使说明简单，本 文包含的方法可以以功能图、操作序列或流程图的形式并且可以被描述成 一系列动作，但要理解并且领会的是，该方法不受动作顺序的限制，因为 根据其的一些动作可以以不同的顺序发生和/或与来自本文所示出和所描 述的其他动作同时地发生。例如，本领域技术人员要理解并且领会的是， 方法可以替选地例如以状态图而被表示成一系列相互关联的状态或事件。 此外，对于新颖的实现而言，可能并不需要方法中所说明的所有动作。

以上描述和相关附图教导了本发明的最佳模式。所附权利要求指定了 本发明的范围。最佳模式的一些方面可能未落入由权利要求指定的本发明 的范围内。同样，尽管前述讨论描述了特别地结合监视和分析工业过程而 采用的实施方式，但其它应用——例如对何人造或自然存在的系统进行数 学建模或监视——可以从以上讨论的概念的使用中获益。此外，本领域技 术人员应当认识到，上述特征能够以各种方式来组合以形成本发明的许多 变型。因此，本发明并不限于上述特定实施方式，而是仅由权利要求及其 等同物来限定。