包括过程控制系统和至少一个过程模块的设备、相关方法、计算机程序产品和数据处理装置

摘要

本公开描述一种设备(100)，所述设备(100)包括：过程控制系统(10)；至少一个过程模块(50，60)；以及与至少一个过程模块(50，60)关联的过程模块逻辑实体(26)，其中所述过程控制系统配置成经由过程模块接口与至少一个过程模块(50，60)进行通信；并且其中所述过程模块逻辑实体(26)提供所述过程模块(50，60)的控制逻辑。本公开还涉及一种方法，所述方法包括提供如所述的设备(100)或者提供所述设备(100)的模型，所述方法进一步包括反映所述过程模块(50，60)在规程中、通常在诊断规程中或者在配置规程中的控制逻辑。本公开更进一步涉及对应计算机程序产品和对应数据处理装置。

说明书

技术领域

本公开一般涉及包括过程控制系统和至少一个过程模块的设备、与这种设备相关的方法、与这种设备和这种方法相关的计算机程序产品以及与这种设备和这种方法相关的数据处理装置。

背景技术

过程工程设备（process engineering plant）(例如化学工程设备或者用于制药工业的生产过程中的设备)通常包括多个过程模块，所述多个过程模块以便利的方式相组合以得到预期过程。通常，通过这类过程模块进行的模块化可帮助以经济的方式并且甚至按较少量在定制过程中产生化学或药物产品。

过程模块提供一个或多个模块特定服务或过程功能，例如温度控制、剂量、搅拌等。过程模块可展现用于与更高级系统的通信的接口。接口细节(例如与特定模块的通信的种类、用于接收指令命令的命令语法以及用于为更高级系统提供返回信息的信令方案)被包含在模块类型包(MTP)中。MTP通常是过程模块的机器可访问描述文件，通常是具有标记结构的文件(例如XML文件、AML/CAEX文件等)或者更简单的结构(例如JSON等)。

在更高级系统(过程控制系统，例如SCADA系统)中，多个过程模块能够相互链接，以得到所涉及的过程模块的相应服务的组合。通过这种组合或编排（orchestration），得到预计产品的子过程或完整过程。

每个过程模块向过程控制系统展现其一个或多个接口；它还包括它自己的照管过程模块的自动化的模块控制系统。为了使过程模块执行所编排的服务中的特定任务，它需要被配置，以及用于特定自动化功能或服务功能的控制代码必须被设计。甚至因为提供类似功能但由不同厂商所制造的过程模块改变，所以目标特定控制代码通常相互有所不同。因此，目标特定控制代码只能够用于特定模块内，它针对所述特定模块被设计。

待解决的问题

因此，过程控制系统仅具有关于特定过程模块能够执行的一个或多个服务的信息以及通过访问过程模块的接口是可得到的信息。本申请的目的是要改进过程控制系统与由该过程控制系统所控制的一个或多个过程模块之间的交互，特别是使交互更为灵活。

发明内容

按照方面，一种设备包括过程控制系统和至少一个过程模块，所述过程控制系统配置成经由过程模块接口与至少一个过程模块进行通信。所述设备进一步包括与至少一个过程模块关联的过程模块逻辑实体。过程模块逻辑实体提供过程模块的控制逻辑。

通常，过程模块逻辑实体将过程模块的控制逻辑提供给过程控制系统、与过程控制系统所链接的分析系统、被链接到过程控制系统或者运行过程控制系统的编排系统等。

过程模块接口可包括仅仅基本接口功能，例如简单输入/输出功能(例如“选择”端子)和测量装置(例如现场仪器等)。但是，过程模块接口还可包括扩展接口功能，例如通过一个或多个模块专用控制器(例如可编程逻辑控制器PLC)所提供的接口，所述模块专用控制器连接到并且控制过程模块和/或测量装置(例如现场仪器等)的致动器。过程模块接口的不同功能性或复杂度将称作过程模块接口程度（degree）。通常，过程模块接口程度反映过程模块复杂度，例如服务的数量或者过程模块能够执行的不同服务的异质性。具有较低复杂度的过程模块的示例是小型泵模块；具有较高复杂度的过程模块的示例是组合诸如加热、搅拌和泵浦之类的服务的过程模块。

按照方面，一种方法包括：提供设备或者设备的模型，所述设备包括过程控制系统和至少一个过程模块，所述过程控制系统配置成经由过程模块接口与至少一个过程模块进行通信，所述设备进一步包括与至少一个过程模块关联的过程模块逻辑实体，所述过程模块逻辑实体将过程模块的控制逻辑提供给过程控制系统；以及反映过程模块在规程中(通常在诊断规程中或者在配置规程中)的控制逻辑。

在实施例中，该方法是诊断规程，其包括：操作设备；将经过过程模块接口所得到的至少一个过程模块值映射到过程模块的控制逻辑的对应部分；以及呈现过程模块的控制逻辑，其包括所映射的过程模块值。

通常，通过显示部件上的图形用户界面(GUI)例如向操作人员或维护人员呈现包括所映射的过程值的控制逻辑。显示部件可以是虚拟显示器(例如软件显示界面)或者提供包含GUI的显示数据的硬件显示界面。显示部件可以是物理显示器，例如屏幕等。该设备可包括显示部件，所述显示部件用于呈现图形用户界面。在实施例中，GUI包括互锁查看器。

在实施例中，过程模块值用来识别过程模块的状态模型中的状态，通常为当前状态。通常，例如在GUI中呈现当前状态。例如，除了当前状态之外，还可呈现当前状态之后的一个或多个状态以用于取向（orientation）。通常，当前状态之后并且被呈现的一个或多个状态是有可能在将来成为当前状态的状态，所述可能性取决于当前状态的特性。状态可包括由过程模块所提供的服务的序列或功能。该序列或功能由控制逻辑或者由操作人员或维护人员在某个时间点结束，并且调用到后续状态（successor state）的状态转变。

通过按照诊断规程的方法，该设备的错误或不当行为的来源可被识别为属于过程模块或者属于过程控制系统。执行诊断的操作人员可被呈现有控制逻辑，其中一个或多个过程模块值被映射到控制逻辑。这与常规技术形成对照，其中仅展现(一个或多个)过程模块的接口，以及控制逻辑是不可访问的。即使控制逻辑的呈现不一定使过程模块上运行的实际控制代码是可访问的，控制逻辑的呈现也可通过操作人员进行诊断来注释，并且被发送给过程模块厂商，以便修复源于实际控制代码的故障。

在实施例中，在按照诊断规程的方法中，所操作的设备包括多个过程模块；一个或多个相应过程模块值被映射到多个过程模块中的多个或全部过程模块的控制逻辑的对应部分；以及呈现多个或全部过程模块的控制逻辑。此外，呈现可经由GUI来执行。这可帮助识别引起错误或者没有如预计的那样表现的特定过程模块。

按照方面，该方法是配置规程，其包括：确定至少一个过程模块的过程模块接口程度；以及按照所确定的过程模块接口程度，在过程控制系统中实现与过程模块的控制逻辑对应的控制功能。

通常，当确定过程模块接口程度涉及基本接口功能时，在过程控制系统中实现与过程模块的控制逻辑对应的控制功能；而当确定过程模块接口程度涉及扩展接口功能时，假定过程模块本身提供控制功能，使得不存在对于在过程控制系统中实现控制功能的需要。

在实施例中，在按照配置规程的方法中，该设备包括至少两个过程模块，其中至少一个过程模块具有基本接口功能，并且其中至少一个过程模块具有扩展接口功能。过程模块逻辑实体可以仅对具有基本接口功能的过程模块而存在或者被提供。

通常，控制逻辑是控制代码不可知的（agnostic），即，它不取决于过程模块的目标特定控制代码的某种类型或格式。因此，控制逻辑的格式甚至对相同种类的不同过程模块(例如提供相同服务或者提供类似服务但是从不同厂商可得到的类似过程模块)也是相同的。

在实施例中，过程模块逻辑实体是被包含在相应过程模块的模块类型包(MTP)或者与其链接的控制逻辑描述，例如MTP信息。MTP信息可以是MTP文件或MTP数据库条目。MTP信息可以是基于标记语言的(例如基于AML的、基于CAEX的等等)，但是并不局限于此。在实施例中，通过控制逻辑描述来扩展基于标记语言的MTP信息。备选地或另外地，在实施例中，基于标记语言的MTP信息可包含到单独信息的链接，所述单独信息是与MTP信息分开的文件或数据库或者数据库条目。

在实施例中，过程控制系统是模块化设备的编排系统的组成部分。备选地，在与编排系统不同的系统上执行过程控制系统。系统可以是独立计算机，例如PC或工业计算机。系统还可包括系统的至少一部分作为基于云计算的服务(例如系统即服务、应用即服务等)来执行。

本公开的另外的方面涉及一种计算机程序产品，其用于提供如本文所述设备的或者如本文所述设备的模型的计算机辅助的本文所述诊断规程或者本文所述的计算机辅助配置规程。关于计算机程序产品，该计算机程序产品包括非易失性数据存储介质。数据存储介质包括指令，所述指令在被加载到计算机中并且在其上执行时使该计算机执行如本文所述的方法，通常是按照诊断规程的方法或者按照配置规程的方法。

本公开的又一方面涉及一种数据处理装置，其用于提供如本文所述设备的或者如本文所述设备的模型的计算机辅助诊断规程或者计算机辅助配置规程。该数据处理装置包括人机界面，例如图形用户界面。该数据处理装置进一步包括用于在按照如本文所述的诊断规程的方法中或者在按照如本文所述的配置规程的方法中反映设备的或者设备的模型的过程模块的控制逻辑的部件。

理解的是，与方法中的任一种方法相关的或者与其结合描述的任何方面、特征和优点也可适用于执行该方法的计算机程序产品并且可适用于用来执行该方法的数据处理装置。

可采取处理器、处理子单元或者任何其他适当处理装置的形式来提供数据处理装置的任何部件。在数据处理装置中，可在数据存储介质上或者在多个数据存储介质上提供部件的至少一些，其中部件访问一个或多个数据存储介质上例如采取计算机可访问指令的形式的数据。部件还可包括程序代码，所述程序代码被加载到部件中并且由部件来执行。

如本文所使用的，人机界面(HMI)可包括显示装置，例如屏幕。在实施例中，设备的软件显示界面或硬件显示界面可与HMI在逻辑或物理上耦合，以便在HMI的屏幕上提供显示数据。优选地，向HMI提供用于接收用户输入的输入装置，例如鼠标、轨迹球、轨迹笔、键盘、触摸面板等。

附图说明

在下文中，将参照附图来描述本公开的实施例，其中：

图1是按照实施例的设备的部分的工程工具环境的示意图；

图2是按照实施例的设备的示意图；

图3是按照实施例的设备的另一个示意图；

图4是按照实施例的设备的另一个示意图；

图5是示出反映诊断规程中的控制逻辑的方法的流程图；以及

图6是示出反映配置规程中的控制逻辑的方法的流程图。

具体实施方式

下面以更详细的方式描述本公开的实施例。理解的是，实施例的方面、特征和优点能够适当地并且如技术人员所理解的那样相互组合或者被省略。在以下描述中，相似参考数字描述可适用于全部附图的相似功能，而适当地缩简或省略这类功能的重复描述。

图1以示意的方式示出按照本公开的实施例的用于设计设备的一些部分的工程工具30。图2-4示出被链接到图1的部分中的一些部分的设备100。在这里，描述图1和图2-4两者的方面。

在图1中，第一过程模块50和第二过程模块60配置有工程工具30。过程模块50、60各自提供模块特定服务或过程功能，例如温度控制、剂量、搅拌等。在图2-4的过程控制系统10中，工程工具30能够被执行，并且经由适当人机界面(HMI，未示出)上的图形用户界面(GUI)向操作人员呈现。过程控制系统10可以是高阶系统(例如如图4中所示的编排系统14)的组成部分。过程模块50包括用于模块外部通信(例如与过程控制系统10的通信)的过程模块接口51。同样，过程模块60包括用于模块外部通信(例如用于与过程控制系统10的通信)的过程模块接口61。

通过在过程控制系统10的控制下组合多个过程模块50、60，能够配置模块化设备，例如用于化学或制药过程的模块化设备。模块化设备的基本思路是要通过从多个适当过程模块50、60组装设备来创建设备的总体功能性。过程模块50、60可例如经由用于物质的管道在物理上直接相互连接(例如采取物理输入/输出级联的形式)。但是，过程模块50、60还可例如经由另外的元件(例如容器等)的媒介作用（intermediation）在功能上相互连接。模块50、60共同用作过程(即，例如化学或制药过程)中的过程元件。每个模块50、60可具有它自己的自动化系统，因为模块50、60可由不同厂商来提供。

通过工程工具30，用于第一过程模块50的目标特定控制代码55被创建并且被传递给第一过程模块50。同样，通过工程工具，用于第二过程模块65的另一个目标特定控制代码65被创建并且被传递给第二过程模块65。在这个上下文中，目标特定意味着对于执行相似或类似功能的不同模块50、60，控制代码55、65可例如因不同模块特定代码执行性质而相互不同地来构成或组成。

工程工具30可以是中性工程工具，该中性工程工具能够用于设计用于不同模块50、60的不同类型控制代码55、65中的多个或全部控制代码55、65。采用中性工程工具的工程规程是目标系统无关的。然而，由中性工程工具所输出的控制代码55、65对相应模块50、60是特定的，即，不是相互可互换的。中性工程工具可配备有例如目标相关插件等，以用于目标系统代码生成。

工程工具30还创建用于过程模块50、60中的每个过程模块的接口规范或接口描述15、25。接口描述15、25包括相应过程模块接口51、61的规范。接口描述通常指定接口细节，例如与特定模块的通信的种类、用于接收指令命令的命令语法和信令方案。作为示例，接口描述15、25的至少部分采取模块类型包(MTP)的形式，例如MTP数据文件。MTP通常描述对应过程模块50、60的一个或多个过程功能，例如它如何进行工作或操作、它如何被可视化等。接口描述15、25的部分可已经是特定MTP所采用的标准的组成部分。接口描述15、25的其他部分(例如用于激活某些过程模块功能的功能接口描述)是MTP的组成部分，并且可参照标准中的部分。描述用于提供用来从过程控制级来控制自动化系统(例如SCADA系统)的方式的接口51、61。

在示例中，MTP数据文件是描述文件，该描述文件被链接到它所描述的相应过程模块50、60。通常，MTP文件具有标记结构，例如AML、CAEX等。

每个过程模块50、60服务于某个过程功能，或者能够配置成服务于某个过程功能。使用照管自动化的小型控制系统来自动化过程模块50、60上运行的过程步骤。模块内部控制系统分别通过控制代码55、65来配置。在图1中所示的示例中，设计中性控制代码31。在不同过程模块50、60可提供不同模块或过程功能(例如搅拌、泵浦等)的意义上，中性控制代码31是模块特定的。但是，中性控制代码31是某个过程模块50、60为了提供或实现这类模块功能而使用的实际实现不特定的。例如，具有相同或相似(相当)服务但是由不同厂商所提供的不同过程模块50、60的中性控制代码31在模块50、60之中通常是相同中性控制代码31。也就是说，中性控制代码31能够再用于不同模块50、60，例如来自不同模块厂商的提供相同或相似服务的代码不兼容模块50、60。从中性控制代码31，创建模块特定控制代码55、65。

接口描述15、25能够用于可能在过程控制系统10上运行的过程编排系统中，以用于不同过程模块50、60之间的协调。但是，接口描述15、25不一定与相应模块50、60的控制逻辑相关。

在图1中所示的实施例中，除了用于过程模块60的接口描述25之外，还提供过程模块逻辑实体26。过程模块逻辑实体26提供过程模块60的控制逻辑。注意的是，本描述仅作为示例，以及多个或全部过程模块50、60同样可与对应过程模块逻辑实体关联。

由过程模块逻辑实体26所提供的控制逻辑通常是目标系统无关的。换言之：通常，控制逻辑的格式对于不同类型的过程模块50、60将是相同的。

作为示例，过程模块逻辑实体26是对包含接口描述25的模块类型包(MTP)的扩展。换言之：由过程模块逻辑实体26所提供的控制逻辑可以是MTP文件的扩展(例如采取作为AML标准的一部分的PLCOpenXML的格式)。控制逻辑通常扩展MTP文件中的一个或多个因果矩阵。但是，控制逻辑也可采取另一种格式来添加到MTP文件，或者它可按照另一种适当方式(例如经由数据库条目、文件系统条目等)来链接到MTP文件。

通过提供属于特定过程模块60的过程模块逻辑实体26，逻辑被展现并且是可访问的，从而从控制逻辑观点来看使过程模块60成为白盒。

在图2中，过程控制系统10经由工程工具30来提供有用于过程模块60的接口描述25和过程模块逻辑实体26。过程模块60又经由工程工具30来提供有特定控制代码65。过程控制系统10经由接口11与过程模块60的接口61相连接。

在操作中，常规过程模块将仅展现其接口，这在模块没有如预计的那样进行工作或表现的情况下将使诊断困难。当进行这种诊断时，期望有权访问控制逻辑，即，调查正运行代码，以充分了解模块或者查找例如互锁。互锁或者互锁状况通常是一种状态，在该状态中，到后继状态中的状态转变例如因配置错误而不是可能的，即，被阻止或锁定。在其中不同模块厂商提供来自不同厂商的不同类型的模块的较大设备中，这种诊断可能不是易于访问的。其他厂商特定工具(源于不同模块厂商的多个其他不同工具)可难以学习以便操作每个特定工具，从而使增加的时间量被花费以取得诊断结果。此外，厂商特定工具可引起另外的许可费用、PC上的工具安装的工作量等。

但是，在本配置中，经由过程模块逻辑实体26来提供过程模块60的控制逻辑的通用表示。例如，可能具有被映射到控制逻辑的某个部分的过程值的控制逻辑的表示能够经由编排系统来提供，该编排系统在过程控制系统10上的GUI上运行。所映射的过程值可以是经由所使用的通信协议(例如开放通信协议统一架构OPC UA)所得到的即时值（livevalue）。在示范实施例中，GUI可以是与编排系统中所使用的工程工具相同的工程工具30。而且，诸如互锁查看器之类的工具可与所展现的控制逻辑结合使用。

在诊断操作中，来自MTP扩展(经由过程模块逻辑实体所展现的控制逻辑)的附加信息可帮助执行诊断操作的操作人员识别错误的来源，例如出故障的过程模块50、60、出故障的编排层等。

在图3中，示出设备的编排规程中涉及的设备100的一些元件。在图3中，过程控制系统10包括用于过程模块编排的编排GUI 13以及高级控制器12。

在模块选择和编排过程中，待使用的过程模块必须被选择。大体上，功能大的模块能够与功能小的模块加以区分。功能“大”无需必然意味着这种大模块的物理尺寸是大的；但是功能“大”的模块趋向于具有比小的模块更大的功能性，并且因此能够易于被编排；特别是，大的模块通常伴随（come with）内部控制器，例如内部PLC。另一方面，功能小的模块具有它们能够被灵活使用的优点。按常规，又对于功能小的模块，必须为每个小的模块提供控制器(专用PLC)。通过本文所述的技术，没有其自己的内部控制器的小的模块是可能的。

作为示例，没有专用控制器的小的模块60可具有接口61，所述接口61仅包括基本接口功能，例如简单输入/输出功能(不限于“选择”端子)和简单现场仪器。同样，大的模块50具有内部专用控制器；因此，其接口51具有扩展接口功能，该扩展接口功能反映扩展控制逻辑。

作为一种方式，在图3中，采取中性格式来设计过程模块50、60，并且生成其相应的目标特定控制代码55、65。大的过程模块50的接口描述15作为标准(即，非扩展)MTP文件来创建。用于小的过程模块60的接口描述25作为具有与其关联的过程模块逻辑实体26的MTP文件来创建。

包含接口描述15、接口描述25和过程模块逻辑实体26的MTP文件能够被导入到编排GUI 13中。从过程模块逻辑实体26，能够得出用于高级控制器12的控制代码，所述控制代码反映小的过程模块60的控制逻辑。在编排GUI 13中执行实际编排时，过程控制系统10可实现高级控制器12中的所得出控制代码。

图4示出在操作中按照结合图3所述的规程所配置的设备100。高级控制器12例如经由适当现场总线系统70(例如Profinet总线)在通信上（commucatively）连接到过程模块50、60的接口51、61。用于执行大的过程模块50的所编排服务的控制代码直接在过程模块50的内部控制器上运行，以及高级控制器与大的过程模块50之间经由现场总线系统70的通信主要包括开始/停止命令的交换和测量值的反馈。用于执行小的过程模块60的所编排服务的控制代码在高级控制器上远程运行。在图4中，过程控制系统10作为编排系统14的一部分运行，但是并不局限于此。

图5是示出反映诊断规程中的控制逻辑的方法的流程图。

在S10中，提供设备100。该设备包括过程控制系统10、至少一个过程模块50和60以及与过程模块60关联的过程模块逻辑实体26。过程模块逻辑实体26提供过程模块60的控制逻辑。

在S11中，操作设备100。通常，设备100是包括过程模块50、60的所编排模块化设备。在S12中，通过在人机界面(HMI)的图形用户界面(GUI)中呈现控制逻辑来反映过程模块60的控制逻辑。

在S13中，至少一个过程模块值（通常为过程模块60上运行的服务的实时值(即时值)）被映射到GUI中的控制逻辑的对应部分。如本文所使用的，映射可包括指配关于过程模块值属于控制逻辑的对应部分的视觉指示。

在S14中，在过程模块的控制逻辑中呈现所映射的过程模块值。如本文所使用的，呈现可包括向用户呈现，即，经由GUI。

在S15中，判定相应模块是否错误地表现。如果在S15中判定相应模块错误地表现，则可执行适当动作(例如更换模块、注释错误代码序列并且向模块厂商发送所注释代码序列等)，以及该过程在S16中结束。如果在S15中判定相应模块没有错误地表现，则该规程对于另一个过程模块返回到S12。

图6是示出反映配置规程中的控制逻辑的方法的流程图。

在S20中，提供设备100的模型。设备100包括过程控制系统10、至少一个过程模块50和60以及与过程模块60关联的过程模块逻辑实体26。过程模块逻辑实体26提供过程模块60的控制逻辑。

在S21中，通过在人机界面(HMI)的图形用户界面(GUI)中呈现控制逻辑，来反映过程模块60的控制逻辑。

在S22中，过程模块60的过程模块接口程度被确定为基本接口功能或者扩展接口功能。

在S23中，如果过程模块接口程度已经确定为基本接口功能，则在S24中在过程控制系统10中实现与过程模块60的控制逻辑对应的控制功能，以及该规程在S25中结束。如果过程模块接口程度已经确定为扩展接口功能，则该规程直接在S26中结束。