CN107250932A - 可编程逻辑控制器中的语义情境化 - Google Patents

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Abstract

一种对智能可编程控制器中的自动化***数据进行情境化的方法包括智能可编程逻辑控制器搜集自动化***数据并且创建自动化***数据的结构化表示。智能可编程逻辑控制器基于与自动化***数据的结构化表示的相关性，从多个可用语义情境模型选择语义情境模型，并且使用语义情境模型和自动化***数据的结构化表示来创建语义情境化数据。通过智能可编程逻辑控制器将语义情境化数据存储在可操作地耦合到智能可编程逻辑控制器的非易失性计算机可读存储介质上。

Description

可编程逻辑控制器中的语义情境化
技术领域
本发明总地涉及可编程逻辑控制器中的自动化***数据的语义情境化。所公开的技术可以应用于例如使用可编程控制器的各种自动化生产环境。
背景技术
可编程逻辑控制器（PLC）是一种专门的计算机控制***，被配置为执行软件，该软件连续地收集关于输入设备的状态的数据以控制输出设备的状态。PLC通常包括三个主要组件：处理器（其可以包括易失性存储器），包括应用程序的易失性存储器，以及用于连接到自动化***中的其他设备的一个或多个输入/输出（I/O）端口。PLC在各种工业设置中利用来控制自动化***。自动化***通常在其日常操作中生成大量数据。该数据可以包括例如传感器数据、致动器和控制程序参数以及与服务活动相关联的信息。
由于当今自动化***中安装的传感器和致动器的不断增加数量，描述基础技术过程和控制的数据量正在增加。该数据包括例如控制输入变量（例如，传感器）和输出变量（例如，致动器），其历史数据以及控制过程的状态的描述。存在利用该数据获得对过程演进和有效性的附加洞察的巨大潜力，并且该数据可用于过程的增强和优化，例如通过数据分析方法。然而，如果不知道数据生成的情境，则很难理解（潜在地）可用的数据。可能在理解数据中有用的情境信息可以包括例如生成数据的传感器的位置和规格，数据所涉及的致动器的功能，若干相关数据项的因果依赖性，生成数据时处理的产品或批次的标识符，生成数据不久之前执行的维护任务的描述，数据涉及的控制程序的具体部分等。
在常规***中，应用工程师在开发数据分析算法期间静态定义情境知识。也就是说，应用工程师根据他或她对***中可用的情境数据的知识来对分析算法进行编码。然而，这些常规***具有若干缺陷。作为初步的问题，在设计和安装的时候，需要巨大的努力来指定什么信息应该被情境化，它应当如何被捕获，以及它应当如何被形式化。此外，使用情境化数据的作为结果的分析应用是特定于特定客户和/或域的；没有标准化，使得这些应用可以在没有附加定制的情况下重复使用。此外，底层自动化基础设施的变化（例如，添加新的传感器）要求手工努力来适配现有的应用。此外，即使在情境数据可用的情况下，常规***通常也不能以容易提供给服务提供商和其他第三方的格式使其可用。
发明内容
本发明的实施例通过提供涉及使用当数据被生成时直接以标准化、形式的、独立于域的语言表达的语义模型将情境添加到数据中的方法、***和装置，来解决并克服了上述短处和缺点中的一个或多个。在这一点上，情境仍然是已知的，并使情境是持久性的以供之后分析。该技术特别良好地适用于但不限于各种工业自动化设置。
根据本发明的一些实施例，一种在智能可编程逻辑控制器（“智能PLC”）中对自动化***数据进行情境化的方法包括控制器搜集自动化***数据并创建自动化***数据的结构化表示。智能PLC基于与自动化***数据的结构化表示的相关性从多个可用语义情境模型中选择语义情境模型，并使用该语义情境模型和自动化***数据的结构化表示来创建语义情境化数据。语义情境化数据由智能PLC存储在可操作地耦合到智能PLC的非易失性计算机可读存储介质上。
在上述方法中使用的语义情境化数据的特性可以根据本发明的不同实施例而变化。例如在一些实施例中，使用语义情境模型和自动化***数据的结构化表示，通过将语义情境化数据生成为由语义情境模型关联的本体论的实例来创建语义情境化数据。在一些实施例中，使用资源描述框架或Web本体论语言（OWL）来表达语义情境化数据。这些实施例中的语义情境化数据也可以被存储在三元组存储部中，所述三元组存储部位于可操作地耦合到智能PLC的非易失性计算机可读存储介质上。
此外，在本发明的一些实施例中，可以利用附加特征来增强和/或改进上述方法。例如，在一个实施例中，标识与生成自动化***数据相关联的传感器，连同语义情境模型中与传感器相关的本体论实体。语义情境化数据然后包括传感器和本体论实体之间的映射的指示。在一些实施例中，智能PLC基于自动化***数据来更新事件引擎的活动窗。然后，事件引擎可以基于活动窗中的数据生成新事件。当智能PLC检测到新事件时，它可以自动地从可操作地耦合到智能PLC的非易失性计算机可读存储介质中检索与新事件相关联的所存储的情境化数据。然后，智能PLC可以将新事件和所存储的情境化数据写入事件表格。在一些实施例中，智能PLC被配置为接收和响应于对数据的查询。例如，在一个实施例中，智能PLC接收对存储在非易失性计算机可读存储介质中的情境化数据的请求，基于该请求和语义情境模型来制定查询，并基于该查询从非易失性计算机可读存储介质中检索响应数据。
上述方法也可以应用于制品。例如，在本发明的一些实施例中，一种用于在智能PLC中对自动化***数据进行情境化的制品包括保存用于执行上述方法的计算机可执行指令的非暂态的、有形的计算机可读介质，具有/或没有上面阐述的附加特征。
在一些实施例中，智能PLC可以配置有用于对自动化***数据进行情境化的组件。例如，在一个实施例中，智能PLC包括被配置为根据扫描周期而执行的处理器，包括过程图像区域的易失性计算机可读存储介质，非易失性计算机可读存储介质；以及由处理器根据扫描周期执行的控制器组件。控制器组件包括数据传送组件、情境化组件和历史学家组件。数据传送组件被配置为在每个扫描周期期间利用包括自动化***数据的内容来更新过程图像区域。情境化组件被配置为创建自动化***数据的结构化表示，基于与自动化***数据的结构化表示的相关性从可用语义情境模型中选择语义情境模型，并使用语义语境模型和自动化***数据的结构化表示来创建语义情境化数据。历史学家组件被配置为将语义情境化数据存储在非易失性计算机可读存储介质上。这些组件可以被配置有类似于上面关于对数据进行情境化的上述方法讨论的那些的附加特征。
根据以下参照附图进行的对说明性实施例的详细描述，本发明的附加特征和优点将变得清楚。
附图说明
当结合附图阅读时，根据下面的详细描述，最佳地理解本发明的前述和其他方面。为了说明本发明的目的，在绘图中示出了当前优选的实施例，但是应当理解，本发明不限于所公开的具体手段。绘图中包括的是以下各图：
图1提供了根据本发明的一些实施例的集成到自动化***中的智能PLC的***视图；
图2提供了根据本发明的一些实施例的智能PLC中包括的***组件的图示；
图3提供了根据本发明的一些实施例的由智能PLC生成、存储和利用情境化数据的过程；
图4A提供了根据本发明的一些实施例的在本文中称为“智能数据浏览器”的图形用户接口（GUI）的视图，其提供在自动化数据的情境化中使用的本体论信息；
图4B提供了根据本发明的一些实施例的在其中呈现故障数据的智能数据浏览器的替代视图；和
图5提供了如根据本发明的一些实施例的可利用的以RDF/XML语法的产品本体论文件的示例。
具体实施方式
本文描述了***、方法和装置，它们总地涉及在诸如可编程逻辑控制器之​​类的自动化设备中使用标准化的形式建模语言（例如，诸如RDF(S)、OWL之类的语义Web标准）以注释和情境化自动化***数据。在本发明的各种实施例中，描述了用于定义和表示情境信息的技术，所述情境信息可用于执行控制特定时间系列数据的在线分析以及关于情境元素的状态和状况的推理。例如，这种情境信息可以用于通过在线分析和推理来增强控制执行。自动化级别上的语义情境化使能添加在较高级别（诸如例如控制情境）上不可用的附加情境信息。另外，在一些实施例中，标准化接口（例如，SPARQL）可用于访问生成的和/或存储在自动化设备上的情境化信息。
在PLC的情境中描述了本发明的各种实施例，该PLC包括被配置为在控制应用中提供各类增强功能的各种组件。在本文中称为“智能PLC”的该PLC在题为“IntelligentProgrammable Logic Controller”的美国申请No. 14/467,125的中有更详细描述，该美国申请的全部内容通过引用并入本文。简而言之，智能PLC提供了可以以各种组合呈现并在本发明的不同实施例中使用的若干技术特征。智能PLC在控制层设备上提供高效的数据存储。更具体地，控制层的功能可以通过用于时间系列数据的有效存储机制（即，“历史学家”功能）来扩展，该存储机制允许高分辨率时间戳数据的短期/中期归档。使用高保真数据，不会丢失任何事件。可以使用有效的压缩算法（例如摆动门的变化）来减少存储和通信需求。在一些实施例中，智能PLC还可以提供智能的设备上数据生成方法。用于数据过滤的方法可以直接应用于生成数据的地方，以确保如果其提供附加信息内容则仅存储附加的数据。这些方法还可以主动地分析到来的数据并根据当前的需要配置数据采集，例如通过调整采样率或仅在检测到某些事件的情况下存储数据。智能PLC还可以使能丰富和语义的情境化，并执行控制层语义分析。另外，在一些实施例中，智能PLC还提供跨自动化***的分布式分析。
图1提供了根据本发明的一些实施例的集成到自动化***100中的智能PLC的***视图。该示例在概念上将工业环境分区为生产层105、控制层110和IT层115。在常规***中，大多数数据处置功能都是在IT层115处执行的。使用智能PLC 110E和110F，图1中所示的***100将许多这些数据处置功能向下推送到控制层110。例如，在一些实施例中，诸如用于时间系列数据的有效数据压缩和数据的智能过滤的历史学家能力可直接在智能PLC 110E和110F上实施。这允许控制层115以较少存储/通信努力利用高保真数据，使得很少（如果有的话）事件未被检测到。在一些实施例中，智能PLC 110E和110F还提供丰富的情境化功能。通过向数据添加控制级知识，可以不必在IT层115重新发现关于业务分析115C的知识。另外，在一些实施例中，智能PLC 110E和110F在其各自的设备上直接提供数据分析功能，从而提高了机器和处理效率。
继续参考图1，在生产层105处，一个或多个生产单元（例如，单元105A）操作。每个生产单元通过控制层110处的一个或多个现场设备（例如，现场设备110A）发送和接收数据。在控制层110处，每个现场设备可以连接到智能PLC（例如，智能PLC 110E）。从生产单元收到的数据（直接由现场设备或通过智能PLC）传送到IT层115。IT层115包括执行各种处理后任务和存储任务的***。图1的示例包括监督控制和数据采集（SCADA）服务器（或网关）组件115A。该组件115A允许操作员远程监视和控制控制层110和生产层105处的设备。此外，SCADA服务器组件115A从下层105、110搜集数据，并处理信息以使其可用于统一工厂知识仓库115B。统一工厂知识仓库115B提供从下层105、110接收的数据的进一步处理和存储。统一工厂知识仓库115B可以提供各种功能。例如，在一些实施例中，统一工厂知识仓库115B包括用于基于由下层105、110生成的数据来产生分析的功能。
每个智能PLC 110E和110F包括三个基本部分：一个或多个处理器，非暂态、非易失性存储器***，以及提供输入/输出功能的数据连接器。非易失性存储器***可以采取许多形式，包括例如可移除存储卡或闪速驱动。非易失性存储器***连同PLC上可用的任何易失性存储器用于在执行应用时使（多个）处理器可访问数据。该数据可以包括例如时间系列数据（即，历史数据）、事件数据和情境模型数据。可以在智能PLC 110E和110F中执行的应用在下面参考图2更详细地描述。
智能PLC 110E的数据连接器（有线或无线）连接到现场设备110A和110B。类似地，智能PLC 110F的数据连接器连接到现场设备110C和110D。本领域已知的任何现场设备可以供本文所述的智能PLC使用。可供智能PLC使用的示例现场设备包括但不限于压力开关、传感器、按钮、流量开关和液位开关。注意，智能PLC 110E和110F可逐个地集成到生产环境中。例如，在图1中，生产单元105B和105C通过它们各自的现场设备连接到智能PLC 110E和110F，而生产单元105A和105D通过它们各自的现场设备110G、110H、110I、110J直接与统一工厂知识仓库115B通信。
在一些实施例中，智能PLC 110E和110F可以收集、存储和处理与由***100生成的自动化数据相关联的情境知识。如下面关于图2更详细地描述的，该情境知识可以包括例如控制知识、环境状况和服务事故。情境信息可以静态分配以及动态分配给数据（例如，通过在到来的数据流中检测到的事件或在***环境中观察到的情形进行情境化）。在一些实施例中，使用以标准化、形式的、独立于域的语言表达的语义模型来指定该情境信息。例如，在一个实施例中，使用知识表示语义Web标准。这些标准提供了形式语言来引入类和关系（使用逻辑公理定义其语义）。这样的知识表示***的一个示例是用OWL或RDF(S)形式化的“本体论”。与传统的数据库***相反，语义Web技术不要求静态方案。因此，可以动态地改变模型，并且可以容易地组合和语义地集成来自不同来源（例如，自动化设备）的数据。可以基于良好建立的标准（例如，W3C联盟，IEEE）来定义用于访问和操纵每个相应智能PLC内的情境化数据的接口。由于在生成数据的地方进行情境化，因此可以从具有较高的置信和质量的数据分析做出洞察。例如，在一些实施例中，***100可以在并入***100的情境知识的控制层110处提供自动化数据的基于模型的语义分析。
图2提供了根据本发明的一些实施例的包括在智能PLC中的***组件200的图示。过程图像组件225是控制器的CPU易失性***存储器中的存储器区域，其基于与生产设备（例如，连接的I/O的输入和输出）相关联的数据而在每个处理/扫描周期中被更新。过程图像组件225可以包括与***相关的各种信息。例如，各种传感器和致动器提供时间系列数据，例如来自物理过程的测量结果。过程图像组件225可以包括“软传感器”数据，其是来自其他底层虚拟或物理传感器的计算的时间系列、控制程序变量或用于描述控制程序的状态的辅助变量。软传感器数据在题为“Using Soft-Sensors in a Programmable LogicController”的PCT申请No. PCT / US14/63105中有更详细的描述，该PCT申请的全部内容通过引用并入本文。多个处理器可用于从I/O接口（也潜在地还从外部服务器）收集数据，执行控制，并且另外执行数据和知识处理和推理。如下面更详细描述的，处理器将情境模型与经由I/O接口接收的数据相连接。
继续参考图2，在每个处理步骤中，控制应用230读取过程图像组件225，执行部署的应用逻辑，并将结果写回到过程图像组件225中。每个周期的过程图像由历史学家组件220读取并永久存储在非易失性物理存储介质上。在一些实施例中，该历史学家组件220被配置为部署数据压缩算法以减少数据量。从而可以向应用提供对过去的过程图像的访问。可以在固定时间窗内存储数据，或者使用在线算法来实现动态缓存启发法。作为历史学家组件220的部分，智能数据生成算法可以连续分析过程图像和情境以调整连接的I/O的数据生成参数（例如采样率）。例如，对于快速变化的传感器信号，可以选择高采样率，而对于缓慢变化的传感器信号，较低的采样速率就足够了。
数据分析组件205包括处理当前或过去的过程图像（从历史数据库查询）的一组数据分析算法。数据分析组件205中可以包括各种数据分析算法。例如，在一些实施例中，这些算法包括聚类、分类、基于逻辑的推理和统计分析算法中的一个或多个。此外，可以通过可以在运行时在设备上部署的模型来指定算法。数据分析组件205还可以包括各种分析模型和专用算法以解释这些模型。由数据分析组件205生成的结果可以存储在历史学家组件220中，被写回到过程图像组件225和/或经由数据连接器组件210提供给外部组件。因此，智能PLC可以被视为用于向自动化***中的其他设备提供分布式分析的设备。
情境化组件215使用情境信息来注释到来的数据，以促进其之后的解释。如本文所使用的情境信息可以包括描述数据含义的任何信息。例如，自动化***中的数据的情境可以包括关于生成数据的设备（例如，传感器）、关于自动化***的结构（例如，工厂的拓扑）、关于***的工作模式（例如停机事件）、关于自动化软件及在生成数据时的其状态，和/或关于在生成数据时生产的产品/批次的信息。情境化组件被配置为向任何其他组件提供数据以用于更具体的处理需要。由情境化组件215生成的情境信息可以不限于资产结构，而是也可以包括控制知识，产品特定信息，过程信息，事件信息以及潜在的其他方面，诸如像天气信息之类的外部事件。一些情境信息可以从工程工具和/或其他外部资源（例如， 西门子全集成自动化工具，服务报告等）导入。另外，在一些实施例中，情境化组件215提供语义情境化。情境可以由标准建模语言（例如Web本体论语言，资源描述框架）表示，其中语言结构的含义被在形式上定义。使用这些语义建模标准对数据进行情境化使业务分析应用能够自动理解和解释从自动化***提供的数据，而无需手动配置努力。
在一些实施例中，情境化组件215包括定义用于存储情境知识的本体论的一个或多个情境模型。每个情境模型可以包括例如关于受控过程、控制流程、连接的设备（传感器/致动器）等的信息。来自不同域或覆盖不同方面（例如，产品、资产、过程和传感器）的不同情境模型（即，本体论）可以被组合并彼此链接以定义整个自动化***情境。本体论语言的模块化结构使能为自动化***数据动态添加/移除情境维度，例如，取决于应用或数据的接收者，更多或更少的情境信息可以由自动化设备添加到原始数据。情境模型不限于分层组织的模型，并且可以由包含各种类型的关系的网络（即不仅树）组成。在一些实施例中，情境化组件215在语法文件中声明性地指定每个情境模型，所述语法文件允许在运行时期间的模型改变而不用编译或停止自动化设备。用于指定情境模型的本体论数据文件的一个示例在下面关于图5示出。
可以通过数据连接器组件210将由***200的组件捕获或生成的任何数据提供给外部组件。在一些实施例中，数据连接器组件210经由推送方法输送数据（即，主动发送到外部组件）。在其他实施例中，可以使用拉式方法，其中由外部组件查询数据。此外，在一些实施例中，可以组合推送和拉式方法，使得智能PLC被配置为处置两种形式的数据传送。
图3提供了根据本发明的一些实施例的其中通过智能PLC生成、存储和利用情境化数据的过程300。在305，从自动化设备（例如，传感器）和其他外部***搜集到来的数据。该数据可以包括例如时间系列数据、控制事件、警报和其他结构化（例如，关系数据）和非结构化数据（例如，消息、文本）。在310，分析数据以确定其是否是可自动处理的（例如，其是结构化的或半结构化的）。如果其可以被自动处理，则过程在步骤315和320（下文所述）继续。然而，在数据不是可自动处理的（例如，不是结构化或半结构化的）情况下，其在310处被分析并被变换为结构化数据。例如，含有自然语言文本的控制器报警消息可以被变换为结构化表示，所述自然语言文本含有关于错误类型和参数的信息。
继续参考图3，在320，利用可用作为标准本体论语言（例如，如由W3C标准化的RDF、OWL）中的本体论的相关情境模型来注释数据，并且根据可用作为标准本体论语言（例如，如由W3C标准化的RDF、OWL）中的本体论的相关情境模型来处理数据。在一些实施例中，在320处执行的处理是通过显式生成作为本体论的实例的语义数据来完成的。在一些实施例中，这通过使用RDF三元组来完成。如本领域所良好理解的，RDF中的表达的基础结构是包括主体、谓词和客体的三元组的集合。每个谓词表示主体所表明的事物和其所链接的客体之间的关系的声明。三元组的每个部分具有与之相关联的通用资源指示符（URI）。因此，可以基于情境模型在320处生成URI。然后可以创建一个或多个三元组，该一个或多个三元组对该数据项与自动化***环境中的其他数据之间的关系进行编码。可替代地，在其他实施例中，通过将生成到来的数据的传感器的标识符与本体论中的对应概念（例如，类）相链接来执行在320的处理，然后由查询处理器解析本体论中的对应概念（参见下面的步骤340）。在325，存储语义情境化数据。在一些实施例中，该存储在历史学家部中执行（例如，利用通过ID的映射的注释），而在其他实施例中，可以将数据存储在具有数据的直接注释的专门针对三元组的存储和检索构造的数据库（即，三元组存储部）中。
在315，到来的数据用于更新事件引擎的活动窗，该事件引擎连续分析其活动窗中的数据，以生成新事件。事件的生成可以通过规范来完成，例如使用定义的规则或模式。一旦检测到新事件，在330，从（非易失性或易失性）存储部搜集事件所要求的情境信息（如在情境模型中所定义的）。在步骤330期间，新事件也可存储在存储部中。
在340，使得存储部中的数据通过语义查询处理器而可获得。该处理器可执行对照语义情境模型形式化的查询（例如， SPARQL查询）并检索相关数据。在一些实施例中，数据被直接存储为语义数据（例如，作为三元组存储部中的RDF），并且可以原生地执行查询。在其他实施例中，数据存储在朴素历史学家部中，并且基于情境模型来转译查询（SPARQL - >历史学家查询）。
注意，图3图示了两个不同的处理路径：在步骤320和325发生数据的情境化，而在步骤315和330执行事件处理。这两个处理路径可以并行或顺序执行。在一些实施例中，智能PLC被配置为允许基于智能PLC上的可用资源进行处理。例如，对于多处理器控制器，一个处理器可以专用于情境化，而另一个处理器处置事件处理。相反，对于单处理器环境，可以顺序地执行两个处理路径。
图4A提供了根据本发明的一些实施例的在本文中被称为“智能数据浏览器”的图形用户接口（GUI）的视图400，其提供在自动化数据的情境化中使用的本体论信息。该工具使用户能够通过图形接口（例如，web浏览器）连接到智能PLC，以检索和显示由PLC收集的实况数据。在智能数据浏览器中，显示数据连通情境信息，从而允许用户快速理解和诊断与自动化***相关联的问题。智能数据浏览器包括图表视图区段405，其提供与实况传感器和事件数据相关的图表。在图4A的示例中，示出了与滑动条形码传感器相关联的数据。下拉选择器405A允许用户选择其他可用的传感器数据用于显示。表格视图区段410包括表格形式的对于各种传感器的测量值。在图4A，数据被组织显示有四个字段：唯一标识符、提供样本的传感器的指示在、经采样的值和采集样本时的时间戳。在其他实施例中，可以在表格视图区段410中显示附加字段。
继续参考图4A，智能数据浏览器包括本体论视图区段415，其允许用户浏览和导航与传感器和事件数据相关联的本体论模型。因此，例如，本体论视图区段415可以包括与图表视图区段405中显示的数据相关联的各种控制模型、事件模型、资产模型、过程模型和产品/材料模型。在图4A的示例中，图形指示符415A对应于提供在图表视图区段405中显示的数据的滑动条形码传感器。滑动条形码传感器与各种本体论模型（“传感器”、“控制程序”、“设备”、“资产”、“事件”和“过程”）之间的关系通过利用箭头与滑动条形码传感器的图形指示符415A连接的附加的图形指示符来图示。用户可以通过与各种图形指示符的交互来浏览各种模型。例如，在一些实施例中，双击控制程序图形指示符415B使得本体论视图区段415被调整为专注于与控制程序相关联的关系。
图4B提供根据本发明的一些实施例的在其中呈现故障数据的智能数据浏览器的替代视图420。在该视图，智能数据浏览器使用控制知识来提供解释质量问题的完整的故障树。类似于图4A，图4B的示例包括图表视图区段425和表格视图区段430，其中示出了与质量问题相关联的数据。图表视图区段425提供了根据时间的特定变量（循环计数）连同预期阈值的指示的图表。在图4B的示例中，线425A用于指示阈值。在其他实施例中，取决于图表视图区段425中的数据的表示，可以利用阈值的其他指示。表格视图区段430包括具有事件信息的表格。给每个事件提供了情境信息，诸如例如何时事件发生在（例如，***中的位置），何时事件发生（例如，在哪个过程期间），什么物理项导致质量误差（例如，被处理的特定车门），事件的类型（例如，位置故障），时间信息和一个或多个因果事件（即与故障相链接的事件）。本体论视图区段435提供故障事件的图形视图，其中情境信息指示本体论的各个部分之间的因果链接。
图5提供了如根据本发明的一些实施例可以利用的以RDF/XML语法的产品本体论文件500的示例。简而言之，如本领域所理解的，RDF/XML是用于以人机可读形式表达本体论的语言。资源描述框架（RDF）是最初设计为元数据数据模型的万维网联盟（W3C）规范的系列。RDF/XML是由WW3C定义的语法，用于将RDF模型数据表示为可扩展标记语言（XML）文档。在图5的示例中，示出了产品数据模型，其提供与特定产品相关联的属性列表。这些属性包括指定产品如何与其他产品集成的客体属性505以及指定产品ID的数据类型属性510。此外，产品本体论文件500包括一对属性520和525，其指示该本体论对应于车身产品，特别是车门。使用如图5中所示的RDF/XML语法的益处之一是语义模型可以用特定的统一资源标识符（URI）和命名空间进行模块化。因此，可以基于特定的自动化应用来定制情境模型。还应该注意的是，RDF/XML的使用只是产品本体论可以如何被表示和存储的一个示例。在其他实施例中可以利用不同的语法和/或文件格式。
本文描述的情境化方法、***和装置提供了在情境自动化***上的许多优点。例如，由于由自动化设备/控制器本身完成情境化，设备（或其所有者）可以决定哪些情境信息应提供给某个外部***，以及哪些情境信息不应该被提供（并且可以在内部保持仅可用于其自己的数据分析功能）。使用标准语言将显式的形式语义添加到数据使得第三方***能够理解和解释数据，而无需专门的手动配置（即，使能MES、SCADA***的精密自动化配置，并减少***管理努力）。显式的形式语义使得能够重新使用商品分析库来进行数据解释（例如，检测复杂事件帧）和模型管理。显式的形式语义允许动态集成来自不同来源（例如，自动化设备）的数据，从而使能即插即用概念并减少配置努力。此外，使用标准化的情境语言和接口使能与外部合作伙伴的互操作性和“开放”应用/模型生态***。例如，可以连接运行控制/分析/历史学家功能的第三方控制/分析/历史学家应用或第三方硬件模块。
在一些实施例中，智能PLC提供了生态***，在生态***的顶部可以构建利用情境数据的应用。例如，在一个实施例中，智能PLC的软件包括应用编程接口（API），其指定外部软件组件如何与在智能PLC上操作的软件交互。该API可以包括诸如将新数据情境化或查询现有情境化数据的功能。API也可以用于将个体智能PLC联网在一起，从而创建控制器的网络，该网络可以通过共享与它们各自的控制程序相关联的情境数据来增强它们对数据的处理。
这里描述的如由控制层设备使用的处理器可以包括一个或多个中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）或本领域已知的任何其他处理器。更一般来说，如本文使用的处理器是用于执行存储在计算机可读介质上的机器可读指令的设备，其用于执行任务并且可以包括硬件和固件中的任何一个或组合。处理器还可以包括存储可执行来执行任务的机器可读指令的存储器。处理器通过操纵、分析、修改、转换或传输供可执行流程或信息设备使用的信息和/或通过将信息路由到输出设备，来对信息进行动作。处理器可以例如使用或包括计算机、控制器或微处理器的能力，并且使用可执行指令来调节以执行不由通用计算机执行的专用功能。处理器可以与使能在其间进行交互和/或通信的任何其他处理器耦合（电气地和/或因为包括可执行组件）。用户接口处理器或发生器是包括用于产生显示图像或其部分的电子电路或软件或二者的组合的已知元件。用户接口包括一个或多个显示图像，使能与处理器或其他设备的用户交互。
包括但不限于控制层设备和相关的计算基础设施的本文描述的各种设备可以包括至少一个计算机可读介质或存储器，其用于保存根据本发明的实施例编程的指令，并且用于包含本文所述的数据结构、表格、记录或其他数据。如本文所用的术语“计算机可读介质”是指参与向一个或多个处理器提供指令以供执行的任何介质。计算机可读介质可以采取许多形式，包括但不限于非暂态的非易失性介质，易失性介质和传输介质。非易失性介质的非限制性示例包括光学盘、固态驱动、磁盘和磁光盘。易失性介质的非限制性示例包括动态存储器。传输介质的非限制性示例包括同轴电缆、铜线和光纤，包括构成***总线的电线。传输介质也可以采取诸如在无线电波和红外数据通信期间生成的那些的声波或光波的形式。
如本文所使用的可执行应用包括代码或机器可读指令，用于例如响应于用户命令或输入，而调节处理器以实施诸如操作***、情境数据采集***或其他信息处理***的那些功能的预定功能。可执行流程是用于执行一个或多个特定过程的代码段或机器可读指令段、子例程或代码的其他不同区段或可执行应用的部分。这些过程可以包括接收输入数据和/或参数，对接收到的输入数据执行操作和/或响应于接收到的输入参数而执行功能，以及提供作为结果的输出数据和/或参数。
如本文所使用的图形用户接口（GUI）包括一个或多个显示图像，其由显示处理器生成并使能与处理器或其他设备的用户交互以及相关联的数据采集和处理功能。GUI还包括可执行流程或可执行应用。可执行流程或可执行应用对显示处理器进行调节以生成表示GUI显示图像的信号。这些信号被供应给显示设备，所述显示设备显示供用户观看的图像。处理器在可执行流程或可执行应用的控制下，响应于从输入设备接收的信号而操纵GUI显示图像。以这种方式，用户可以使用输入设备与显示图像交互，使能与处理器或其他设备的用户交互。
这里的功能和处理步骤可以全部或部分地响应于用户命令而自动执行。响应于一个或多个可执行指令或设备操作而执行自动执行的活动（包括步骤），而无需用户直接发起活动。
各图的***和过程不是排他性的。可以根据本发明的原理得出其他***、过程和菜单以完成相同的目的。虽然已经参考特定实施例描述了本发明，但是应当理解，本文所示和所描述的实施例和变型仅用于说明的目的。在不背离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以实施对当前设计的修改。如本文所述，可以使用硬件组件、软件组件和/或其组合来实施各种***、子***、代理、管理器和过程。本文中的任何权利要求要素不应在35U.S.C 112第六段的规定下进行解释，除非明确使用短语“用于……的构件”来记载该要素。

Claims (20)

1.一种在智能可编程逻辑控制器中对自动化***数据进行情境化的方法，所述方法包括：
通过所述智能可编程逻辑控制器搜集自动化***数据；
通过所述智能可编程逻辑控制器创建所述自动化***数据的结构化表示；
通过所述智能可编程逻辑控制器，基于与所述自动化***数据的结构化表示的相关性，从多个可用语义情境模型选择语义情境模型；
通过所述智能可编程逻辑控制器，使用所述语义情境模型和所述自动化***数据的结构化表示来创建语义情境化数据；以及
通过所述智能可编程逻辑控制器，将所述语义情境化数据存储在可操作地耦合到所述智能可编程逻辑控制器的非易失性计算机可读存储介质上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述语义情境模型和所述自动化***数据的结构化表示，通过将所述语义情境化数据生成为由所述语义情境模型关联的本体论的实例来创建所述语义情境化数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其中使用资源描述框架或Web本体论语言来表达所述语义情境化数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述语义情境化数据被存储在三元组存储部中，所述三元组存储部位于可操作地耦合到所述智能可编程逻辑控制器的所述非易失性计算机可读存储介质上。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
标识与生成所述自动化***数据相关联的传感器；
标识所述语义情境模型中与所述传感器相关的本体论实体，
其中所述语义情境化数据包括所述传感器与所述本体论实体之间的映射的指示。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过所述智能可编程逻辑控制器基于所述自动化***数据来更新事件引擎的活动窗。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
通过所述事件引擎基于所述活动窗中的数据来生成一个或多个新事件；
通过所述智能可编程逻辑控制器检测新事件；
通过所述智能可编程逻辑控制器，从可操作地耦合到所述智能可编程逻辑控制器的所述非易失性计算机可读存储介质自动检索与所述新事件相关联的所存储的情境化数据；以及
通过所述智能可编程逻辑控制器将所述新事件和所存储的情境化数据写入事件表格。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过所述智能可编程逻辑控制器接收对存储在所述非易失性计算机可读存储介质中的情境化数据的请求；
通过所述智能可编程逻辑控制器基于所述请求和所述语义情境模型制定查询；
通过所述智能可编程逻辑控制器基于所述查询从所述非易失性计算机可读存储介质检索响应数据。
9.一种智能可编程逻辑控制器，包括：
处理器，被配置为根据扫描周期而执行；
易失性计算机可读存储介质，包括过程图像区域；
非易失性计算机可读存储介质；以及
由所述处理器根据所述扫描周期执行的多个控制器组件，所述多个控制器组件包括：
数据传送组件，被配置为在每个扫描周期期间利用包括自动化***数据的内容更新所述过程图像区域；
情境化组件，被配置为：
创建所述自动化***数据的结构化表示，
基于与所述自动化***数据的结构化表示的相关性从多个可用语义情境模型中选择语义情境模型，以及
使用所述语义情境模型和所述自动化***数据的结构化表示来创建语义情境化数据；以及
历史学家组件，被配置为：将所述语义情境化数据存储在所述非易失性计算机可读存储介质上。
10.根据权利要求9所述的***，其中所述情境化组件通过将所述语义情境化数据生成为由所述语义情境模型关联的本体论的实例，来创建所述语义情境化数据。
11.根据权利要求10所述的***，其中所述历史学家组件将所述语义情境化数据存储在三元组存储部中，所述三元组存储部位于可操作地耦合到所述智能可编程逻辑控制器的所述非易失性计算机可读存储介质上。
12.根据权利要求10所述的***，其中所述情境化组件还被配置为：
标识与生成所述自动化***数据相关联的传感器；
标识所述语义情境模型中与所述传感器相关的本体论实体，
其中所述语义情境化数据包括所述传感器与所述本体论实体之间的映射的指示。
13.根据权利要求10所述的***，其中所述情境化组件还被配置为：
基于所述自动化***数据来更新事件引擎的活动窗。
14.根据权利要求13所述的***，其中所述情境化组件还被配置为：
使用所述事件引擎基于所述活动窗中的数据，来生成一个或多个新事件；
检测新事件；
从可操作地耦合到所述智能可编程逻辑控制器的所述非易失性计算机可读存储介质自动检索与所述新事件相关联的所存储的情境化数据；以及
将所述新事件和所存储的情境化数据写入事件表格。
15.根据权利要求10所述的***，其中所述情境化组件还被配置为：
接收对存储在所述非易失性计算机可读存储介质中的情境化数据的请求；
基于所述请求和所述语义情境模型来制定查询；
基于所述查询从所述非易失性计算机可读存储介质检索响应数据。
16.一种用于在智能可编程逻辑控制器中对自动化***数据进行情境化的制品，所述制品包括非暂态的、有形的计算机可读介质，所述介质保存用于执行方法的计算机可执行指令，所述方法包括：
从自动化***中的一个或多个自动化***设备接收自动化***数据；
基于与所述自动化***数据的相关性，从多个可用语义情境模型中选择语义情境模型；
使用所述语义情境模型和所述自动化***数据来创建语义情境化数据；以及
将所述语义情境化数据存储在可操作地耦合到所述智能可编程逻辑控制器的非易失性计算机可读存储介质上。
17.根据权利要求16所述的制品，其中，使用所述语义情境模型和所述自动化***数据的结构化表示，通过将所述语义情境化数据生成为由所述语义情境模型关联的本体论的实例来创建所述语义情境化数据。
18.根据权利要求16所述的制品，其中所述方法还包括：
基于所述自动化***数据来更新事件引擎的活动窗。
19.根据权利要求18所述的制品，其中所述方法还包括：
检测与所述自动化***相关联的新事件；
从可操作地耦合到所述智能可编程逻辑控制器的所述非易失性计算机可读存储介质自动检索与所述新事件相关联的所存储的情境化数据；以及
将所述新事件和所存储的情境化数据写入事件表格。
20.根据权利要求16所述的制品，其中所述方法还包括：
接收对存储在所述非易失性计算机可读存储介质中的情境化数据的请求；
基于所述请求和所述语义情境模型来制定查询；
基于所述查询从所述非易失性计算机可读存储介质检索响应数据。
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