自动化工程的设施中的资源管理的系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于自动化技术的设施中的资源管理的系统。


背景技术：

2.用于工业自动化技术系统的现场设备在现有技术中是已知的。现场设备通常用于过程自动化以及制造自动化中。原则上，现场设备是指在过程中使用并且提供或处理过程相关信息的所有设备。现场设备因此用于捕获和/或影响过程变量。传感器单元用于捕获过程变量。例如，这些用于压力和温度测量、电导率测量、流量测量、ph测量、液位测量等，并且捕获压力、温度、电导率、ph值、液位、流量等的对应过程变量。致动器系统用于影响过程变量。例如，这些是能够影响管道中流体的流量或罐中的液位的泵或阀门。除了前述的测量设备和致动器之外，现场设备还被理解为包括远程i/o、无线电适配器或者通常而言布置在现场级的设备。
3.endress hauser集团生产和销售各种此类现场设备。
4.除了传感器和/或致动器之外，诸如如今已知的现场设备通常具有测量换能器电子设备。这用于处理从传感器收集的测量信号或来自致动器的致动信号并且将它们转换成测量值，或转换为从其导出的附加信息(例如包络线)或转换为操纵变量。为此，现场设备具有将现场设备设置为相应应用的参数。
5.目前可用的现场设备有时具有大量参数，因此参数化是一个复杂并且容易出错的过程(由于错误设置的参数值)，这也需要高昂的测试费用。更换现场设备是复杂的，因为更换设备必须具有与要更换的现场设备相同的参数化。如果并非所有参数值都设置正确，这也能够导致信息丢失。
6.测量换能器电子设备的软件基本上保持不变，并且很少通过更新进行更换。这些更新通常用于修复错误。然而，软件启用的功能范围保持基本相同并且无法扩展。此外，现场设备在其资源上是有限的，因此通常只存在很小的存储器和性能资源。即使软件的更新能够添加进一步的功能，例如如专利申请de 10 2012 112 842中所述，由于现场设备的有限存储器和性能资源，它们的功能复杂性会很低。
7.此外，现场设备不向上兼容。例如，如果新一代现场设备上市，这通常具有增加的存储器和性能资源。在此能够例如通过改进的测量和评估算法来增加测量换能器电子设备软件的功能范围，因为可用的资源更多。然而，此版本的软件将与旧的现场设备不兼容，因为这些设备具有较低的存储器和性能资源。
8.通过de 10 2011 006 989 a1和de 10 2013 103 212 a1变得已知的是，现场设备仅经由通信网络来输出原始数据，即，例如通过测量和评估算法仅被处理到基本程度的测量信号和/或致动信号。然后，测量值或操纵变量的计算在现场设备之外的网络组件中进行，例如在云中进行。然而，这里出现下述问题：不能实时获得测量值或操纵变量，这不适合对时间要求严格的应用。然而，这并不能解决测量换能器电子设备的软件的更新问题。


技术实现要素：

9.从这个问题出发，本发明的目的是提供一种系统，该系统使得可以简化现场设备对过程的适应性，并且确保未来的测量和评估算法能够用于现场现有的现场设备。
10.该目的通过一种用于自动化技术的设施中的资源管理的系统来实现，包括：
[0011]-具有容器部分、管理部分和执行单元的服务器平台，
[0012]
其中，容器部分包括多个逻辑/应用组件，
[0013]
其中，逻辑/应用组件包含用于执行功能的算法或指令，并且其中，逻辑/应用组件需要最小的计算资源或存储器资源以在设备上可执行，以及
[0014]
其中，执行单元提供定义的计算资源或存储器资源，并且被设计为实例化或执行至少一个逻辑/应用组件；
[0015]-至少一个现场设备，其集成在第一通信网络中的设施的现场级中，具有至少一个传感器单元和/或致动器单元和执行单元，
[0016]
其中，传感器单元被设计为捕获过程工程过程的物理或化学测量变量，
[0017]
其中，致动器单元被设计为影响过程工程过程的物理或化学测量变量，
[0018]
其中，现场设备被设计为将由传感器单元捕获的测量变量和/或致动器单元的操纵变量作为原始数据输出，以及
[0019]
其中，执行单元提供定义的计算资源或存储器资源，并且被设计为实例化或执行至少一个逻辑/应用组件；
[0020]-边缘设备，其连接到第一通信网络并且通过第二通信网络直接地或间接地与服务器平台通信，
[0021]
具有通信单元和执行单元，
[0022]
其中，通信单元被设计为在边缘设备、现场设备和服务器平台之间交换数据，
[0023]
其中，执行单元提供定义的计算资源或存储器资源并且被设计为实例化或执行至少一个逻辑/应用组件，以及
[0024]
其中，服务器平台的管理部分被设计为，在操作员选择之后，根据需要的最小计算资源或存储器资源将逻辑/应用组件之一分配给现场设备、边缘设备或服务器平台，并且将它们加载到现场设备、边缘设备或服务器平台上，并且指令它们以实例化逻辑/应用组件。
[0025]
在根据本发明的系统中使用的现场设备的示例已经在说明书的介绍部分中进行了描述。
[0026]
根据本发明的系统的有利发展，使得现场设备、边缘设备和服务器平台的所提供的计算资源或存储器资源的大小彼此不同，其中，现场设备具有所提供的最小大小的计算资源或存储器资源，并且其中，服务器平台具有所提供的最大大小的计算资源或存储器资源。
[0027]
根据本发明的系统的优选发展，使得在除了在所述服务器平台上之外所述逻辑/应用组件也能够在所述边缘设备和/或所述现场设备上被实例化的情况下，将经由实例化组件向所述操作员给出选择选项。
[0028]
根据本发明的系统的有利的发展，使得在要在现场设备或边缘设备上实例化逻辑/应用组件的情况下，即使现场设备或边缘设备无法提供所需要的最小计算资源或存储器资源，管理部分被设计为将逻辑/应用组件分布在现场设备和边缘设备的执行单元之间
或多个现场设备或多个边缘设备的执行单元之间，并且使得它们一起被实例化。
[0029]
根据本发明的系统的优选发展，使得管理部分被配置为管理操作员的许可信息，并且根据对对应执行单元的许可信息来将逻辑/应用组件的至少一些仅仅实例化特定时间。
[0030]
根据本发明的系统的有利发展，使得在交换或新添加边缘设备和/或现场设备的情况下，管理部分被设计为自动地、特别是类似于要更换的边缘设备或现场设备地或根据操作员简档将对应逻辑/应用组件分配给新的边缘设备或现场设备。
[0031]
根据本发明的系统的优选发展，使得第一通信网络是基于以太网的通信网络或自动化技术的现场总线网络，或者基于hart协议，其中，第一通信网络被设计为无线的或有线的。
[0032]
根据本发明的系统的有利发展，使得边缘设备通过作为第二通信网络的因特网与服务器平台通信。
[0033]
根据本发明的系统的优选发展，使得边缘设备经由数据连接、特别是无线数据连接而连接到附加设备，并且其中，附加设备能够通过因特网连接而连接到服务器平台，并且被设计为建立在边缘设备与服务器平台之间的通信连接。
[0034]
根据本发明的系统的有利发展，使得边缘设备与服务器平台仅在逻辑/应用组件被分配给边缘设备和/或现场设备的那些时间处于通信连接中，并且其中，通信连接在分配或实例化的启动之后被终止。
[0035]
根据本发明的系统的优选发展，使得将相同逻辑/应用组件的多个版本分配给边缘设备或现场设备的对应执行单元，并且其中，只有由服务器平台的管理部分发布的逻辑/应用组件能够被实例化。
[0036]
根据本发明的系统的有利发展，使得服务器平台被设计为基于云的。
[0037]
根据本发明的系统的优选发展，使得逻辑/应用组件执行以下逻辑或应用之一：
[0038]-处理现场设备的原始数据，特别是计算和/或评估包络线；
[0039]-现场设备和至少一个其他现场设备的原始数据的共同处理；
[0040]-记录现场设备的原始数据；
[0041]-诊断功能性；
[0042]-通信组件，特别是网络特定的通信组件；
[0043]-对应设备的参数化，对应设备的执行单元实例化或执行逻辑/应用组件。
[0044]
能够一起处理多个现场设备的原始数据以便获得例如不能由任何单个现场设备捕获的过程变量的值。在关键词“传感器融合”下已知多个主要过程变量的组合以便能够计算辅助过程变量。
附图说明
[0045]
参考下图更详细地解释本发明。图示如下：
[0046]
图1：根据本发明的系统的示意图。
具体实施方式
[0047]
图1示出了根据本发明的系统。多个现场设备fg1、fg2被集成到自动化技术的设施
a中。在特定情况下，现场设备fg1是通过基于雷达的传感器单元se来测量容器中测量介质的液位的液位测量设备。现场设备fg2是其致动器单元ae是阀的致动器，通过该阀调节进入容器的流入。现场设备fg1、fg2通过第一通信网络kn1(例如自动化技术的现场总线(profibus pa、foundation fieldbus等))或基于例如hart多点的hart连接到边缘设备ed。在此，第一通信网络能够是有线的或无线的，例如具有对应的无线现场总线标准。
[0048]
能够在设施a中设置更多的边缘设备，这些边缘设备能够与更多的现场设备进行通信(在图1中用虚线表示)。边缘设备也能够相互通信并交换数据。
[0049]
现场设备fg1、fg2和边缘设备ed两者都包括所谓的执行单元ae
fg1
、ae
fg2
、ae
ed
。这些执行单元ae
fg1
、ae
fg2
、ae
ed
是带有软件容器的电子单元，逻辑/应用组件ko能够被加载到软件容器中。逻辑/应用组件ko包含并且允许功能性的执行，这些功能性扩展了现场设备fg1、fg2或边缘设备ed的基本功能性。现场设备fg1、fg2和边缘设备ed各自表示定义的计算资源或存储器资源。计算资源例如由微处理器和/或asic提供。存储器资源例如由易失性和/或非易失性(工作)存储器模块提供。通常，在边缘设备ed中能够提供比在现场设备fg1、fg2中更多的计算资源或存储器资源。
[0050]
为了在所提供的预期执行单元ae
fg1
、ae
fg2
、ae
ed
中执行逻辑/应用组件ko，应用计算资源或存储器资源的特定最低要求。如果现场设备fg1、fg2或边缘设备ed无法提供这些，则将无法执行逻辑/应用组件ko。
[0051]
边缘设备通过第二通信网络kn2，特别是互联网，连接到根据云计算技术设计的服务器平台sp。服务器平台sp包括几个组件：一方面，服务器平台sp包括容器部分ca，其中，存储了多个上述逻辑/应用组件ko。此外，服务器平台sp包括管理部分ma，其管理逻辑/应用组件ko在设施a中的不同现场设备fg1、fg2和边缘设备ed之间的分布。另一方面，服务器平台包含它自己的执行单元ae
ed
，其用于在服务器平台sp上执行逻辑/应用组件ko。服务器平台sp能够提供计算资源或存储器资源作为现场设备fg1、fg2和边缘设备ed。
[0052]
在操作员方面，能够选择逻辑/应用组件ko，它们将被用于设施a的测量设备中。然后，管理应用ma启动逻辑/应用程序组件ko到相应的测量组件fg1，fg2、ed的传输，前提是它们的计算资源或存储器资源是足够的，并且启动在对应的执行单元ae
sp
、ae
fg1
、ae
fg2
、ae
ed
中已传输的逻辑/应用组件ko的实例化。
[0053]
下面描述能够通过根据本发明的系统实现的两个应用示例：
[0054]
在第一个示例性发展中，图1所示的设施部分第一次被建造或投入运行。现场设备fg1、fg2和边缘设备在设施a中按照预期进行运输和安装，并且相互连接。
[0055]
现场设备fg1、fg2配备有特殊逻辑/应用组件ko的第一版本，其通过在相应的执行单元ae
fg1
、ae
fg2
中执行而实现扩展的诊断功能性。例如，在申请人的名为“heartbeat”的现场设备中实现的这些诊断功能性使得能够验证现场设备fg1、fg2的硬件组件。
[0056]
在一段运行时间后，由现场设备fg1、fg2的制造商提供新版本的逻辑/应用组件ko。这由制造商加载到服务平台的容器部分ca中。操作员，在这种情况下是设施操作员，被提供逻辑/应用组件ko的更新。在选择逻辑/应用组件ko之后，管理部分ma检查新逻辑/应用组件ko在执行单元ae
fg1
、ae
fg2
中的可执行性。然而，最新版本的逻辑/应用组件ko需要的资源太高并且现场设备fg1、fg2无法提供该资源。然而，边缘设备ed确实具有这些需要的资源。因此，管理部分ma启动将逻辑/应用组件ko的新版本加载到边缘设备ed上。然后，执行单
元a
ed
能够通过经由第一通信网络访问现场设备fg1、fg2的硬件组件来执行诊断功能性。
[0057]
在另一段运行时间之后，由现场设备fg1、fg2的制造商提供逻辑/应用组件ko的另一个新版本。这由制造商加载到服务平台的容器部分ca中。向操作员，在这种情况下是设施操作员，提供逻辑/应用组件ko的更新。在选择逻辑/应用组件ko之后，管理部分ma检查执行单元ae
fg1
、ae
fg2
、ae
ed
中的另外的新逻辑/应用组件ko的可执行性。然而，最新版本的逻辑/应用组件ko需要过高的资源，现场设备fg1、fg2和边缘设备ed都无法提供该过高的资源。然而，服务平台sp本身确实拥有这些需要的资源。因此，管理部分ma启动将逻辑/应用组件ko的新版本加载到服务平台sp的执行单元ae
sp
中。然后，这能够通过经由第一和第二通信网络kn1、kn2访问现场设备fg1、fg2的硬件组件来执行诊断功能性。
[0058]
第二应用案例还涉及两个现场设备fg1、fg2的初始调试。在这种情况下，两个现场设备fg1、fg2属于同一类型，但旨在用于在启动后执行不同的测量任务。
[0059]
在第一步骤中，现场设备fg1、fg2经由第一通信网络kn1连接到边缘设备ed。边缘设备ed识别现场设备fg1、fg2的类型。然后，边缘设备ed在服务平台sp中注册这两个设备，并且用信号通知其设备类型或设备标识符。
[0060]
在第二部分中，服务平台sp的管理部分ma在每种情况下将用于现场设备fg、fg2中的每一个的逻辑/应用组件ko加载到边缘设备ed上。通过在执行单元ae
ed
中执行逻辑/应用组件ko，可以对由现场设备fg1、fg2传输到边缘设备ed的原始数据进行基本评估。
[0061]
在第三步骤中，操作员在服务平台上为每个现场设备fg选择相应的测量任务。替代地，测量任务已经被预先选择，或者由服务平台sp例如基于相应现场设备fg1、fg2的环境数据自动地识别和选择。可替代地，测量任务在制造时已经被存储在设备中，并且由边缘设备ed读出以及传输到服务平台sp。
[0062]
在第四步骤中，服务平台sp的管理部分ma根据所选择的测量任务将特定的逻辑/应用组件ko加载到边缘设备上。
[0063]
在测量模式下，现场设备fg1、fg2现在将与所捕获的测量值相关的原始数据传输到边缘设备ed。对应于由执行单元ae
ed
执行的特定逻辑/应用组件ko，原始数据被处理或被评估并且被传输到服务平台sp。
[0064]
参考符号列表
[0065]aꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
自动化技术的设施
[0066]
ae
sp
、ae
fg1
、ae
fg2
、ae
ed
ꢀꢀ
执行单元
[0067]
ak
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
致动器单元
[0068]
ca
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
容器部分
[0069]
ed
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
边缘设备
[0070]
fg1，fg2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
现场设备
[0071]
ke
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
边缘设备通信单元
[0072]
kn1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一通信网络
[0073]
kn2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二通信网络
[0074]
ko
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
逻辑/应用组件
[0075]
ma
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
管理部分
[0076]
se
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器单元
[0077]
sp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
服务器平台