用于工业设备的编排的工程设计系统

技术领域

本发明涉及用于工业设备的编排的工程设计系统。

背景技术

通常，模块化设备(plant)的工程设计包括两个阶段：一个阶段是工程设计模块，这与项目无关；而第二个阶段是从模块中工程设计出设备，这与项目有关。这在图1中示出。

因此，自动化架构由两层组成：一层用于模块，而第二层用于过程编排层(processorchestration layer)。这在图2中示出。

今天，模块化设备的编排以直接了当的方式实施。选择模块，创建拓扑(topology)，并且之后开发制法(recipe)。关于对于某个设备应采用哪个模块的决定是基于工程师的知识，而不是基于模块池及其中包含的模块。因此，如果工程师不知道某个模块(或模块类型)可用，则他可能使用不最优地适合设备的模块，例如：模块可能在过程流中产生瓶颈。

假如瓶颈在生产后期被识别并应当被解决，则可选择不同的途径。产生瓶颈的模块可由另一个更有能力的模块交换。该模块可不具有与较小的模块完全相同的接口。为了使用新模块，然后必须调整之前使用该模块的制法。根据制法的数量和接口的不同，这可牵涉大量的时间和努力。

存在对改进用于工业过程的模型开发的需要。

发明内容

因此，将有利的是，具有改进的技术以设计和工程设计模块化设备。

本发明的目的利用独立权利要求的主题来解决，其中另外的实施例并入在从属权利要求中。

在第一方面中，提供一种用于工业设备的编排的工程设计系统。待编排的模块化设备由来自拓扑的至少一个处理器实施，该拓扑包括：

过程编排层(POL)；以及

多个模块；

其中，多个模块的部分形成为至少一个组合模块，并且其中所述至少一个组合模块中的每个组合模块包括多个模块的部分中的至少两个不同的模块；并且

其中，过程编排层配置成控制多个模块，其中通过过程编排层的控制包括经由对所述至少一个组合模块的控制对多个模块的部分的间接控制。

在实例中，通过过程编排层的控制包括对多个模块中的一个或多个模块的直接控制，所述多个模块中的一个或多个模块不是形成为所述至少一个组合模块的多个模块的部分的一部分。

在实例中，拓扑包括至少一个功能块。多个模块中的至少一个模块与所述至少一个功能块相关联，以形成至少一个模块类型组件。通过过程编排层对多个模块的控制包括对所述至少一个模块的间接控制，所述至少一个模块与模块类型组件相关联。

在实例中，所述至少一个处理器包括多个处理器。不同的处理器配置成执行所述至少一个功能块和与所述至少一个功能块相关联的所述至少一个模块。

在实例中，一个或多个模块与一个或多个功能块相关联，以形成模块类型组件，并且其中一个或多个功能块从功能块库中利用。

在实例中，多个模块配置成支承材料连接点以及信息和/或信号连接点。

在实例中，多个模块包括以下中的一个或多个：位置控制模块；加热模块；配给模块(dose module)；反应器模块；过滤器模块，混合模块。

在实例中，所述至少一个功能块包括以下中的一个或多个：逻辑块；转换块。

在实例中，多个模块中的每个模块提供能够从过程编排层控制的一个或多个服务。

在第二方面中，提供一种用于工业设备的编排的工程设计系统。待编排的模块化设备由来自拓扑的至少一个处理器实施，该拓扑包括：

过程编排层；

多个模块；以及

至少一个功能块。

多个模块中的至少一个模块与所述至少一个功能块相关联，以形成至少一个模块类型组件。过程编排层配置成控制多个模块。控制包括对所述至少一个模块的间接控制，所述至少一个模块与模块类型组件相关联。

在实例中，一个或多个模块与一个或多个功能块相关联，以形成模块类型组件，并且其中一个或多个功能块从功能块库中利用。

在实例中，多个模块的部分形成为至少一个组合模块。所述至少一个组合模块中的每个组合模块包括多个模块的部分中的至少两个不同的模块。过程编排层配置成控制多个模块。通过过程编排层的控制包括经由对所述至少一个组合模块的控制对多个模块的部分的间接控制。

在实例中，通过过程编排层的控制包括对多个模块中的一个或多个模块的直接控制，所述多个模块中的一个或多个模块不是形成为所述至少一个组合模块的多个模块的部分的一部分。

在实例中，所述至少一个处理器包括多个处理器。不同的处理器配置成执行所述至少一个功能块和与所述至少一个功能块相关联的所述至少一个模块。

在实例中，多个模块配置成支承材料连接点以及信息和/或信号连接点。

在实例中，多个模块包括以下中的一个或多个：位置控制模块；加热模块；配给模块；反应器模块；过滤器模块，混合模块。

在实例中，所述至少一个功能块配置成支承信号端口。

在实例中，所述至少一个功能块包括以下中的一个或多个：逻辑块；转换块。

在实例中，多个模块中的每个模块提供能够从过程编排层控制的一个或多个服务。

以上方面和实例将从下文中描述的实施例变得显而易见，并参照下文中描述的实施例阐明。

附图说明

将在下文中参照以下附图描述示例性实施例：

图1示出成两个阶段的模块化设备的现有工程设计的实例；

图2示出具有模块层和过程编排层的现有模块化架构的实例(其中示例性拓扑和制法在POL中示出)；

图3示出关于组合模块的具有可选中间层的新模块化架构的实例；

图4示出四个模块(RM、FM1、FM2以及HM)和两个功能块(转换以及或(OR))组成的新拓扑的实例，材料连接示出为从RM至FM1、FM2和HM(管)和信息连接示出为从RM至转换、从转换至HM、从FM1和FM2至或，以及从或至RM(信号)；

图5示出具有硬件构件的新模块化架构的实例；

图6示出由一个或多个物理模块加上一个或多个逻辑功能块组成的新组合模块的实例；

图7示出具有图6的新组合模块的模块化架构的实例；以及

图8示出制法的实例，该制法控制新组合模块的实例并因此提供新服务。

具体实施方式

图3-8涉及用于工业设备的编排的工程设计系统。

用于工业设备的编排的工程设计系统

如下描述用于工业设备的编排的工程设计系统的实例。待编排的模块化设备由来自拓扑的至少一个处理器实施，该拓扑包括：

过程编排层(POL)；以及

多个模块；

其中，多个模块的部分形成为至少一个组合模块，并且其中所述至少一个组合模块中的每个组合模块包括多个模块的部分中的至少两个不同的模块；并且

其中，过程编排层配置成控制多个模块，其中通过过程编排层的控制包括经由对所述至少一个组合模块的控制对多个模块的部分的间接控制。

因此，代替如图2中示出的现有的两层模块化架构，新两层架构可由POL层和(多个)组合模块层形成，或者新三层架构可由POL层，以及(多个)组合模块层和POL层以及模块层形成。

这在图3、图5以及图7中详细地示出。这些图中示出的三层仅用于结构化。因此，对于用户而言，该架构看起来像三层。然而，从硬件角度来看，该架构仍然为两层(模块和POL)，因为来自中间层组合MTP层的不同部分不是在模块中执行就是在POL中执行：

信号连接/转发(在模块之间以及在功能块之间的连接)也在POL中执行(如由图7中的细黑箭头可视化的)。

在实例中，所有多个模块以组合模块的形式被包括。

在实例中，过程编排层配置成直接地控制多个模块中的一个或多个模块。

根据实例，通过过程编排层的控制包括对多个模块中的一个或多个模块的直接控制，所述多个模块中的一个或多个模块不是形成为所述至少一个组合模块的多个模块的部分的一部分。

根据实例，拓扑包括至少一个功能块。多个模块中的至少一个模块与所述至少一个功能块相关联，以形成至少一个模块类型组件(MTP)。通过过程编排层对多个模块的控制可包括对所述至少一个模块的间接控制，所述至少一个模块与模块类型组件相关联。

因此，代替如图2中示出的现有的两层模块化架构，新两层架构可由POL层以及(多个)组合模块和(多个)MTP层形成，或者新三层架构可由POL层，以及(多个)组合模块和(多个)MTP层和POL层，以及模块层形成。

在实例中，所有多个模块以组合模块的形式和以与功能块相关联的模块的形式被包括。

在实例中，过程编排层配置成直接地控制多个模块中的一个或多个模块。

根据实例，所述至少一个处理器包括多个处理器。不同的处理器配置成执行所述至少一个功能块和与所述至少一个功能块相关联的所述至少一个模块。因此，第一处理器可执行所述至少一个功能块，而第二处理器可执行与所述至少一个功能块相关联的所述至少一个模块。

根据实例，一个或多个模块与一个或多个功能块相关联，以形成模块类型组件，并且其中所述一个或多个功能块从功能块库中利用。换句话说，库中已经存在的功能块类型可重新用于以后的控制器，其中将执行功能块。

根据实例，多个模块配置成支承材料连接点以及信息和/或信号连接点。

因此，多个模块配置成例如支承管端口和信号端口。

根据实例，多个模块包括以下中的一个或多个：位置控制模块；加热模块；配给模块；反应器模块；过滤器模块，混合模块。模块可包括如工业环境中利用的其它模块类型。

根据实例，所述至少一个功能块包括以下中的一个或多个：逻辑块；转换块。功能块可包括其它功能块。

根据实例，所述至少一个功能块包括以下中的一个或多个：逻辑块；转换块。

根据实例，多个模块中的每个模块提供能够从过程编排层控制的一个或多个服务。

用于工业设备的编排的工程设计系统

如下描述用于工业设备的编排的工程设计系统的实例。待编排的模块化设备由来自拓扑的至少一个处理器实施，该拓扑包括：

过程编排层(POL)；

多个模块；以及

至少一个功能块。

多个模块中的至少一个模块与至少一个功能块相关联，以形成至少一个模块类型组件(MTP)。过程编排层配置成控制多个模块。控制包括对所述至少一个模块的间接控制，所述至少一个模块与模块类型组件相关联。

因此，代替如图2中示出的现有的两层模块化架构，新两层架构可由POL层和(多个)MTP层形成，或者新三层架构可由POL层，以及(多个)MTP层和POL层，以及模块层形成。

这在图3、图5以及图7中详细地示出。这些图中示出的三层仅用于结构化。因此，对于用户而言，该架构看起来像三层。然而，从硬件角度来看，该架构仍然为两层(模块和POL)，因为来自中间层组合MTP层的不同部分不是在模块中执行就是在POL中执行：

信号连接/转发(在模块之间以及在功能块之间的连接)也在POL中执行(如由图7中的细黑箭头可视化的)。

在实例中，所有多个模块以与功能块相关联的模块的形式被包括。

在实例中，过程编排层配置成直接地控制多个模块中的一个或多个模块。

根据实例，一个或多个模块与一个或多个功能块相关联，以形成模块类型组件，并且其中一个或多个功能块从功能块库中利用。因此，库中已经存在的功能块类型可重新用于以后的控制器，其中将执行功能块。

根据实例，多个模块的部分形成为至少一个组合模块。所述至少一个组合模块中的每个组合模块包括多个模块的部分中的至少两个不同的模块。过程编排层配置成控制多个模块。通过过程编排层的控制包括经由对所述至少一个组合模块的控制对多个模块的部分的间接控制。

因此，代替如图2中示出的现有的两层模块化架构，新两层架构可由POL层以及(多个)组合模块和(多个)MTP层形成，或者新三层架构可由POL层，以及(多个)组合模块和(多个)MTP层和POL层，以及模块层形成。

在实例中，所有多个模块以组合模块的形式和以MTP的形式被包括。

在实例中，过程编排层配置成直接地控制多个模块中的一个或多个模块。

根据实例，通过过程编排层的控制包括对多个模块中的一个或多个模块的直接控制，所述多个模块中的一个或多个模块不是形成为所述至少一个组合模块的多个模块的部分的一部分。

根据实例，所述至少一个处理器包括多个处理器。不同的处理器配置成执行所述至少一个功能块和与所述至少一个功能块相关联的所述至少一个模块。因此，第一处理器可执行所述至少一个功能块，而第二处理器可执行与所述至少一个功能块相关联的所述至少一个模块。

根据实例，多个模块配置成支承材料连接点以及信息和/或信号连接点。因此，多个模块配置成例如支承管端口和信号端口。

根据实例，多个模块包括以下中的一个或多个：位置控制模块；加热模块；配给模块；反应器模块；过滤器模块，混合模块。模块可包括如工业环境中利用的其它模块类型。

根据实例，所述至少一个功能块配置成支承信号端口。

根据实例，所述至少一个功能块包括以下中的一个或多个：逻辑块；转换块。功能块可包括其它功能块。

根据实例，多个模块中的每个模块提供能够从过程编排层控制的一个或多个服务。

现在关于具体的详细实施例进一步详细地描述用于工业设备的编排的工程设计系统，其中再次参照图3-8。

用于工业设备的编排的新工程设计系统可具有多种功能性，并且因此可被视为系统，并且这些系统实际上包括三个部分：

1.由模块和功能块组成的拓扑(在一个图中的混合逻辑)。

2.模块逻辑和功能块，它们在不同的硬件上执行(典型地，对于虚拟模块而言可不是该情况)。

3.(多个)模块加上功能块，它们形成可在编排系统中使用的新MTP。

对于新组合模块的工程设计而言，拓扑图可存在于模块例子以及功能块之外。模块和功能块可经由端口连接。模块支承用于材料(管)和信息(信号)的端口，其中功能块支承信号端口。通过将所有块组合在一个图中，用户可获得对所产生的逻辑的良好概览。

不同块类型(模块和功能块)的执行可由不同的硬件来实现。例如，模块逻辑在模块控制器上执行，而附加的功能块在PC上运行的、POL或OPC UA网关内的控制器或软控制器上执行。

在不同的地点上运行时，逻辑就像它在一个模块内运行一样执行。一旦工程设计并下载组合模块(例如，至POL中的控制器加上正常模块逻辑)，模块就可像任何其它模块一样由来自POL的服务控制。

因此，新服务可仅仅使用来自基础模块的预配置服务。服务可专用于某些需求，并且可接着在POL中更加容易地工程设计。以该方式，非常灵活(并且因此具有许多参数)的服务可通过从它们中制造出一个或多个专用服务而变得更易于使用。它们在这方面也可为专用的，因为其中服务在设备中使用的模块(例如，该模块是损坏的或需要被维修)可很容易地由另一模块替换，该另一模块提供该灵活服务。该灵活性可被预参数化，以形成新服务，该新服务与来自损坏模块的服务完全匹配。因此，损坏的模块可通过具有相同的服务签名(相同的服务参数，并且其甚至可具有相同的服务名称)来用新模块替换。这模仿在软件工程设计中称为"Facade"(用于软件类)的概念，其中新(虚拟)服务改变其外观，而内部部分保持不变。

因此，此处的新开发使模块交换容易，其中获得了益处，因为从相似模块(该相似模块最初不提供相同的服务)中创建新服务为可能的，该新服务与旧服务(先前使用的服务)匹配。在之前使用该服务的制法中，可接着使用新服务，而无需在POL内调整制法。

关于拓扑，这些组合模块的工程设计不同于来自正常模块化工程设计工作流的工程设计。在底部处的模块层与顶部处的POL中间，另一层“挤入”组合模块层中。在该可选层内，模块可通过功能块来丰富并且/或者与其它模块组合。POL可接着将组合模块和正常模块两者编排在一起。假如一模块与另一模块组合并形成新组合模块，如图3中针对模块'a'和'b'示出的那样，则这些模块不应当再由POL直接地控制，因为这可导致与组合模块冲突。未与其它模块组合或未以功能块丰富的模块通常可像之前那样编排，如针对模块'c'示出的那样。

为组合模块添加第三层(在中间)的备选方案是，在POL中工程设计的拓扑可通过如图4中示出的功能块来丰富。在该情况中，该拓扑针对大型设备发现特别实用，并且其中新模块可由其形成，如之前部分(如图3中示出的)中描述的，并形成该中间层。

该途径的一个特性是，使库中已经存在的功能块类型重新用于以后的控制器，其中将执行功能块。在该情况中，该以后的控制器可为AC800M控制器，AC800M控制器具有Control Builder M作为工程设计工具。针对该控制器开发的库可仅利用以下数据导出到一些xml文件中：

功能块类型名称和库名称(以稍后为代码生成找到正确的块)

端口

　　入或出(->放置在块的右侧或左侧处)

　　端口的名称

　　端口的数据类型(以检查什么连接为可能的)

这些块(在工程设计工具中)不包含任何内部逻辑-它们仅为黑匣子。它们可以以类似于Control Builder M内的图中的拓扑连接。当针对组合MTP生成控制代码时，将用具体例子说明Control Builder M内的实际功能块，其包含正确的逻辑。为了该代码生成，需要库名称、功能块类型名称以及端口的连接。

关于执行，形成拓扑的不同部分、模块以及功能块可在不同的硬件上执行，其中不同的模块在不同的控制器内执行，其中提供上文描述的“中间层”，以便使设备进一步结构化。然而，新MTP由POL中运行的模块和逻辑组成地形成，如图5中示出的。

新形成的MTP需要拓扑中的连接以及服务/程序和参数，以使其可在编排环境中被控制。

在一模块需要由另一模块替换或者应当添加并行的模块的情形中，所产生的拓扑的接口应当理想地与之前的相同。图6示出用并行运行的'MTP a'和'MTP b'的结构替换'MTP a'的用例。为了支持用户，接口(此处为至“管_入(Pipe_in)”、“管_出(Pipe_out)”以及“活动(Active)”的连接)已经可放置在图的最右侧和左侧上。它们从'MTP a'获取，因为这是该模块的接口。但是现在，接口针对模块交换保持稳定，并且使用POL中运行的周围功能块来实现此。

在来自'MTP a'的服务可能不能够像之前那样在组合MTP的情况中运行时，且在此类情形中必须工程设计新服务。同样在此处，接口可为相同的，这意味着服务数量和服务名称为相同的，并且所需的服务参数也为相同的。

服务数量、服务名称，

针对服务的策略：自完成或持续的策略，

策略参数：相同编号、名称、数据类型、单位以及最小和最大范围

这可准备为用于用户的框架，以使他可填写针对每个服务的内部逻辑。针对服务的内部逻辑可使用制法编辑器来工程设计，如图8中示出的。在此处，可连接内部模块的服务，以形成新服务。

在组合/虚拟模块中，工程设计利用来自基础模块的服务的新服务。这些新服务可编程成类似于现有服务，如图8中示出的。

针对组合服务的实例如下：

组合功能(不同的模块类型)：

- 加热模块，其提供加热服务

- 反应器模块，其提供：混合、填充、排空

-→组合服务：加热混合

冗余模块(可为相同类型或相似类型的两个模块)：

- 具有相似/相同服务的两个模块的组合

- 组合服务，其确保触发来自基础模块的服务中的一个(检查可用性...)

- 例如过滤器服务，其中不时地需要更换过滤器->过滤器可针对一个模块更换，而另一模块接管负载

瓶颈求解器/按比例放大(可为相同类型或相似类型的两个模块)：

- 作为冗余模块的相似的用例，而不是关注可用性->关注生产量(throughput)

- 具有相似/相同服务的两个模块，它们被组合，以增加模块化设备的吞吐量(throughout)

组合服务，其控制来自基础模块的两个相关服务，可具有一些智能，以便对降低性能起作用(假如一个模块不起作用)

最后，接着生成新MTP，以使其可正如任何其它模块一样在POL中使用。

对于HMI方面，进行如下：

一个新整体HMI基于新工程设计的拓扑生成(例如，图6)。此外，单个模块的HMI照它们的样子采用，并传输至新MTP。MTP支承HMI结构。在此处，单个MTP的HMI放置在新生成的HMI的下面。

通信：

为了通信，新服务经由新组合模块调用，并且因此于是，必须使用另一OPC UA服务器以为了模块。在此处，可使用AC800M的服务器。由于可创建若干新组合的模块，因此服务器应当能够支承该模块。

服务：

服务位于如描述的组合模块中。在下面，使用单个模块的服务，并且因此MTP的信息必须为可用的。

单个MTP的信息可作为附加信息嵌入在新生成的MTP中。备选地或附加地，工程设计数据与之前针对POL生成编排逻辑类似地使用 (并且为足够的)。

用例

在模块交换或者添加并行的冗余或第二模块的情形中，不需要调整的制法为有益的。但是，为了运行相同的制法，模块名称、服务以及参数需要为相同的。这可通过将周围逻辑添加至模块来实现。例如，服务和参数可由此重新命名。新服务可通过预配置现有服务来添加。自完成服务可通过将计时器(或其它终止条件)添加至连续服务来添加。同样，可进行数学运算以重新计算单位。

用以解决瓶颈的另一途径是，添加与现有模块并行的相同或相似类型的另一模块。在该情形中，制法应当保持不变，同样在此处应当作出对接口的调整。两个模块接着以这样的方式组合，即实现一个模块与之前模块的接口。

如以上论述的，新开发是创建虚拟模块，该虚拟模块由实际模块加上一些附加功能组成。实际功能加上附加功能可接着在新MTP中总结，该新MTP可像正常模块一样在POL中使用。

以该方式，提供在工程设计工业模块化设备的背景下相关的技术发展，其具有由POL中运行的功能提供的模块交换的容易性。在一模块应当在模块化设备内由另一模块交换的情形中，先前这个另外的模块可没有100％配合于原有模块。然而，在新开发的情况下，借助于POL中运行的功能，可“包装”模块，以使接口与原有模块的相同。同样，如果模块缺乏自完成服务，则基于连续服务，自完成服务可通过使用外部计时器并将其与模块包装在一起来提供，以使新自完成服务可向POL提供。

总的来说，益处是可以以更灵活的方式使用模块。由于新模块可配合于与旧模块相同的接口，因此可更容易地进行模块交换。因此，制法可像之前那样使用，并且不需要调整。

尽管在附图和前面的描述中详细地示出和描述本发明，但是此类图示和描述应被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于公开的实施例。从对附图、公开内容以及从属权利要求的研究中，通过本领域技术人员在实践要求权利的发明中对公开的实施例的其它变型可被理解和实现。