DE102014103353A1

DE102014103353A1 - Sammeln und Bereitstellen von Daten an eine Big-Data-Maschine in einem Prozesssteuerungssystem

Info

Publication number: DE102014103353A1
Application number: DE102014103353.1A
Authority: DE
Inventors: Mark J. Nixon; Terrence Lynn Blevins; Daniel Dean Christensen; Paul R. Muston; Ken J. Beoughter
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104049575B; CN104049575A

Abstract

Ein Gerät, das Big-Data in einer Prozessanlage unterstützt, beinhaltet eine Schnittstelle zu einem Kommunikationsnetzwerk, einen Cache, der konfiguriert ist, um vom Gerät beobachtete Daten zu speichern, und einen Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen, um die Daten zur Historisierung in einem unitären, logischen, zentralisierten Datenspeicherbereich zwischen zu speichern und zu übertragen (z. B. zu streamen). Der Datenspeicherbereich speichert mehrere Typen von Prozesssteuerungs- oder Prozessanlagendaten unter Verwendung eines einheitlichen Formats. Das Gerät versieht die zwischengespeicherten Daten mit einem Zeitstempel und in einigen Fällen können alle Daten, die vom Gerät generiert oder erstellt oder an ihm empfangen werden, zwischengespeichert und/oder gestreamt werden. Das Gerät kann ein Feldgerät, eine Steuerung, ein Eingabe-/Ausgabegerät, ein Netzwerkmanagementgerät, ein Benutzerschnittstellengerät oder ein Vergangenheitsdatenspeichergerät sein und das Gerät kann ein Knoten eines Netzwerks sein, das Big-Data in der Prozessanlage unterstützt. Mehrere Geräte im Netzwerk können mehrschichtiges oder mehrlagiges Zwischenspeichern von Daten unterstützen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Prozessanlagen und Prozesssteuerungssysteme und insbesondere Vorrichtungen, die Big-Data in Prozessanlagen und Prozesssteuerungssystemen unterstützen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Verteilte Prozesssteuerungssysteme, wie sie in Chemie-, Erdöl- oder anderen Prozessanlagen verwendet werden, beinhalten typischerweise eine oder mehrere Prozesssteuerung(en), die über analoge, digitale oder kombinierte analoge/digitale Busse oder über eine kabellose Kommunikationsverbindung oder ein Netzwerk mit einem oder mehreren Feldgerät(en) in Kommunikationsverbindung steht/stehen. Die Feldgeräte, bei denen es sich zum Beispiel um Ventile, Ventilsteller, Schalter und Sender (z. B. Temperatur-, Druck-, Füllstand- und Durchflussratensensoren) handeln kann, befinden sich in der Prozessumgebung und führen allgemein physische Steuerungsfunktionen oder Prozesssteuerungsfunktionen aus, wie das Öffnen oder Schließen von Ventilen, das Messen von Prozessparametern usw., um einen oder mehrere Prozess(e) zu steuern, der/die in der Prozessanlage oder dem Prozesssystem ausgeführt wird/werden. Intelligente Feldgeräte, wie die Feldgeräte, die dem allseits bekannten Feldbusprotokoll entsprechen, können außerdem Steuerungsberechnungen, Alarmfunktionen und andere Steuerungsfunktionen ausführen, die typischerweise in der Steuerung implementiert sind. Die Prozesssteuerungen, die sich typischerweise auch in der Anlagenumgebung befinden, empfangen Signale, die von den Feldgeräten durchgeführte Prozessmessungen und/oder andere die Feldgeräte betreffende Informationen anzeigen, und führen eine Steuerungsanwendung aus, die zum Beispiel verschiedene Steuerungsmodule ausführt, die Prozesssteuerungsentscheidungen treffen, basierend auf den empfangenen Informationen Steuerungssignale erzeugen und mit den in den Feldgeräten ausgeführten Steuerungsmodulen oder Blöcken, wie HART^®, WirelessHART^® und FOUNDATION^® Feldbus-Feldgeräten, koordinieren. Die Steuerungsmodule in der Steuerung senden die Steuerungssignal über Kommunikationsleitungen oder -verbindungen an die Feldgeräte, um dadurch den Betrieb wenigstens eines Teils der Prozessanlage oder des Prozesssystems zu steuern.
Informationen von den Feldgeräten und der Steuerung werden üblicherweise über eine Datenautobahn an ein oder mehrere Hardware-Gerät(e) bereitgestellt, wie Bedienerarbeitsstationen, PCs oder Rechnergeräte, Vergangenheitsdatenspeicher, Berichtserzeuger, zentralisierte Datenbanken oder andere zentralisierte Rechnergeräte, die typischerweise in Kontrollräumen oder an anderen Standorten entfernt von der raueren Anlagenumgebung angeordnet sind. Jedes dieser Hardware-Geräte ist typischerweise über die Prozessanlage oder über einen Abschnitt der Prozessanlage zentralisiert. Diese Hardware-Geräte führen Anwendungen aus, die es zum Beispiel einem Bediener ermöglichen können, Funktionen hinsichtlich der Steuerung eines Prozesses und/oder des Betriebs der Prozessanlage auszuführen, wie das Verändern von Einstellungen der Prozesssteuerungsroutine, das Modifizieren des Betriebs der Steuerungsmodule in den Steuerungen oder Feldgeräten, das Ansehen des aktuellen Zustands des Prozesses, das Ansehen von durch Feldgeräte und Steuerungen erzeugten Alarmen, das Simulieren des Betriebs des Prozesses zur Schulung von Personal oder das Testen der Prozesssteuerungssoftware, das Führen und Aktualisieren der Konfigurationsdatenbank usw. Die Datenautobahn, die von den Hardware-Geräten, Steuerungen und Feldgeräten verwendet wird, kann einen verkabelten Kommunikationspfad, einen kabellosen Kommunikationspfad oder eine Kombination von verkabelten und kabellosen Kommunikationspfaden beinhalten.
Als ein Beispiel beinhaltet das von Emerson Process Management vertriebene Steuerungssystem DeltaV^TM mehrere Anwendungen, die in verschiedenen an mehreren Stellen in einer Prozessanlage befindlichen Geräten gespeichert und ausgeführt werden. Eine Konfigurationsanwendung, die sich in einer oder mehreren Arbeitsstationen oder Rechnergeräten befindet, ermöglicht es Benutzern, Prozesssteuerungsmodule zu erzeugen oder zu verändern und diese Prozesssteuerungsmodule über eine Datenautobahn auf zweckbestimmte, verteilte Steuerungen herunterzuladen. Typischerweise bestehen diese Steuerungsmodule aus kommunikativ miteinander verbundenen Funktionsblöcken, bei denen es sich um Objekte in einem objektorientierten Programmierungsprotokoll handelt, die basierend auf Eingaben Funktionen im Steuerungsschema ausführen und Ausgaben an andere Funktionsblöcke im Steuerungsschema bereitstellen. Die Konfigurationsanwendung kann es einem Konfigurationsentwickler außerdem ermöglichen, Bedienerschnittstellen zu erzeugen oder zu verändern, die von einer Ansichtsanwendung verwendet werden, um Daten an einen Bediener anzuzeigen, und es dem Bediener ermöglichen, Einstellungen, wie Sollwerte, in den Prozesssteuerungsroutinen zu verändern. Jede zweckbestimmte Steuerung und, in manchen Fällen, ein oder mehrere Feldgerät(e) speichert/speichern eine entsprechende Steuerungsanwendung, die ihr zugeordnete und auf sie heruntergeladene Steuerungsmodule ausführt, um tatsächliche Prozesssteuerungsfunktionalität zu implementieren, und führt/führen diese aus. Die Ansichtsanwendungen, die auf einer oder mehreren Bedienerarbeitsstationen (oder auf einem oder mehreren der entfernten Rechnergeräte, die mit den Bedienerarbeitsstationen und der Datenautobahn in Kommunikationsverbindung stehen) ausgeführt werden können, empfangen über die Datenautobahn Daten von der Steuerungsanwendung und zeigen diese Daten an Prozesssteuerungssystemdesigner, Bediener oder Benutzer an, die die Benutzerschnittstellen verwenden, und können eine beliebige Anzahl an verschiedenen Ansichten, wie eine Bedieneransicht, eine Ingenieuransicht, eine Technikeransicht usw. bereitstellen. Eine Vergangenheitsdatenspeicheranwendung ist typischerweise in einem Vergangenheitsdatenspeichergerät, das einige oder alle der über die Datenautobahn bereitgestellten Daten sammelt und speichert, gespeichert und wird von diesem ausgeführt, während eine Konfigurationsdatenbankanwendung in einem weiteren anderen Computer, der an die Datenautobahn angeschlossen ist, ausgeführt werden kann, um die aktuelle Prozesssteuerungsroutinenkonfiguration und damit verknüpfte Daten zu speichern. Alternativ kann sich die Konfigurationsdatenbank in derselben Arbeitsstation befinden wie die Konfigurationsanwendung.
Die Architektur derzeitig bekannter Prozesssteuerungsanlagen und Prozesssteuerungssysteme wird stark durch begrenzten Steuerungs- und Gerätespeicher, Kommunikationsbandbreite und Steuerungs- und Geräteprozessorleistung beeinflusst. Zum Beispiel wird die Verwendung von dynamischen und statischen, nicht flüchtigen Speichern in der Steuerung in derzeit bekannten Prozesssteuerungssystemarchitekturen üblicherweise minimiert oder wenigstens bedächtig gehandhabt. Aus diesem Grund muss ein Benutzer während der Systemkonfiguration (z. B. a priori) typischerweise auswählen, welche Daten in der Steuerung archiviert oder gespeichert werden sollen, mit welcher Frequenz sie gespeichert werden und ob Kompression verwendet wird oder nicht, und die Steuerung ist entsprechend mit diesem begrenzten Satz an Datenregeln konfiguriert. Infolgedessen werden Daten, die bei Fehlerbehebung und Prozessanalyse nützlich sein könnten, oft nicht archiviert und falls sie gesammelt werden, können die nützlichen Informationen aufgrund von Datenkompression verloren gegangen sein.
Um die Steuerungsspeichernutzung in derzeit bekannten Prozesssteuerungssystemen zu minimieren, werden ausgewählte Daten, die archiviert oder gespeichert werden sollen (wie durch die Konfiguration der Steuerung angegeben), zusätzlich zur Speicherung in einem entsprechenden Vergangenheitsdatenspeicher oder Datensilo an das Arbeitsstations- oder Rechnergerät berichtet. Die aktuellen Techniken, die verwendet werden, um die Daten zu berichten, nutzen Kommunikationsressourcen nur schlecht und verursachen eine übermäßige Steuerungsbelastung. Aufgrund von großen Zeitverzögerungen in der Kommunikation und dem Abtasten am Vergangenheitsdatenspeicher oder Silo sind Datensammlung und Zeitstempelung mit dem eigentlichen Prozess zudem oft nicht im Gleichklang.
Auf ähnliche Art und Weise bleiben Batch-Rezepte und Momentaufnahmen von Steuerungskonfiguration in Batch-Prozesssteuerungssystemen typischerweise in einem zentralisierten, administrativen Rechnergerät oder Standort (z. B. einem Datensilo oder Vergangenheitsdatenspeicher) gespeichert, um die Steuerungsspeichernutzung zu minimieren, und werden nur an eine Steuerung übertragen, wenn sie benötigt werden. Eine derartige Strategie führt zu erheblichen Stoßbelastungen in der Steuerung und den Kommunikationen zwischen der Arbeitsstation oder dem zentralisierten, administrativen Rechnergerät und der Steuerung.
Ferner spielen die Fähigkeits- und Leistungseinschränkungen von relationalen Datenbanken derzeit bekannter Prozesssteuerungssysteme kombiniert mit den bisherigen hohen Kosten für Plattenspeicherung eine große Rolle bei der Strukturierung von Daten in unabhängige Einheiten oder Silos, um die Ziele spezifischer Anwendungen zu erfüllen. Im DeltaV^TM-System wird zum Beispiel die Archivierung von Prozessmodellen, kontinuierlichen Vergangenheitsdaten und Batch- und Ereignisdaten in drei verschiedenen Anwendungsdatenbanken oder Datensilos gespeichert. Jeder Silo weist eine andere Schnittstelle auf, um auf die darin gespeicherten Daten zuzugreifen.
Das derartige Strukturieren der Daten erzeugt eine Barriere in der Art und Weise, wie auf historisierte Daten zugegriffen wird und wie sie verwendet werden. Zum Beispiel kann die Hauptursache für Schwankungen in der Produktqualität mit Daten in mehr als einem dieser Datensilos verknüpft sein. Aufgrund der verschiedenen Dateistrukturen der Silos ist es jedoch nicht möglich, Tools bereitzustellen, die es ermöglichen, schnell und leicht zur Analyse auf diese Daten zuzugreifen. Ferner müssen Prüfungs- oder Synchronisierungsfunktionen ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass Daten über verschiedene Silos konsistent sind.
Die Einschränkungen der derzeit bekannten, oben beschriebenen Prozessanlagen und Prozesssteuerungssystemen können sich unerwünscht im Betrieb und der Optimierung von Prozessanlagen oder Prozesssteuerungssystemen manifestieren, zum Beispiel während des Betriebs der Anlage, der Fehlerbehebung und/oder der prädiktiven Modellerstellung. Zum Beispiel erfordern derartige Einschränkungen mühsame und langwierige Arbeitsabläufe, die ausgeführt werden müssen, um Daten für die Fehlerbehebung und das Erzeugen von aktualisierten Modellen zu erhalten. Zusätzlich können die erfassten Daten aufgrund von Datenkompression, unzureichender Bandbreite oder verschobenen Zeitstempeln ungenau sein.
„Big-Data“ bezieht sich allgemein auf eine Sammlung von einem Datensatz oder mehreren Datensätzen, der/die so groß oder komplex ist/sind, dass traditionelle Datenbankmanagement-Tools und/oder Datenverarbeitungsanwendungen (z. B. relationale Datenbanken und Desktop-Statistikpakete) nicht in der Lage sind, die Datensätze in einem annehmbaren Zeitraum zu verwalten. Typischerweise sind Anwendungen, die Big-Data verwenden, auf Transaktionen und Endbenutzer ausgerichtet oder konzentriert. Zum Beispiel können Internetsuchmaschinen, soziale Medienanwendungen, Marketing-Anwendungen und Handelsanwendungen Big-Data verwenden und manipulieren. Big-Data kann von einer verteilten Datenbank unterstützt werden, was eine vollständige Ausnutzung der parallelen Verarbeitungsfähigkeiten von modernen Mehrprozess-, Mehrkernservern ermöglicht.
KURZDARSTELLUNG
Ein Gerät, das Big-Data in einem Prozesssteuerungssystem oder einer Prozesssteuerungsanlage unterstützt, ist konfiguriert, um alle (oder fast alle) der Daten zu sammeln, die von dem Gerät beobachtet werden (z. B. Daten, die direkt vom Gerät generiert, erzeugt oder direkt an ihm empfangen werden). Als solches kann das Gerät einen Prozessor beinhalten, der mehrere Verarbeitungselemente (z. B. einen Mehrkernprozessor) und/oder einen High-Density-Speicher oder -Cache aufweist. In einer Ausführungsform können die gesammelten Daten im Cache des Geräts gespeichert werden. Das Gerät ist ferner konfiguriert, um zu veranlassen, dass die gesammelten Daten zur Historisierung oder Langzeitspeicherung als Big-Data zum Beispiel durch Streaming der Daten an einen unitären, logischen Datenspeicherbereich übertragen werden. Der unitäre, logische Datenspeicherbereich ist konfiguriert, um unter Verwendung eines einheitlichen Formats mehrere Typen an Daten zu speichern, die vom Prozesssteuerungssystem generiert oder erzeugt werden oder sich auf das Prozesssteuerungssystem, die Prozessanlage oder einen oder mehrere Prozess(e), der/die von der Prozessanlage gesteuert wird/werden, beziehen. Zum Beispiel kann der unitäre, logische Datenspeicherbereich Konfigurationsdaten, kontinuierliche Daten, Ereignisdaten, berechnete Daten, Anlagendaten, Daten, die eine Benutzerhandlung anzeigen, Netzwerkmanagementdaten und Daten, die von oder an Systeme(n) extern vom Prozesssteuerungssystem oder der Prozesssteuerungsanlage bereitgestellt werden, speichern. In einer Ausführungsform sammelt der Prozessor des Geräts alle (oder fast alle) Daten, die vom Gerät beobachtet werden, und streamt die gesammelten Daten unter Verwendung eines Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks zwecks Speicherung im unitären, logischen Datenspeicherbereich. Das Gerät kann ein Knoten des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks sein.
Das Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk stellt eine Infrastruktur zum Unterstützen von groß angelegter Datengewinnung und Datenanalyse von Prozessdaten und anderen Typen von vom Gerät gesammelten Daten, die Big-Data in Prozesssteuerungsumgebungen unterstützen, bereit. In einer Ausführungsform beinhaltet das Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk oder -System eine Vielzahl von Knoten, um alle (oder fast alle) Daten, die von Geräten, die im Prozesssteuerungssystem oder der Prozesssteuerungsanlage enthalten und mit ihm/ihr verknüpft sind, generiert, erzeugt und/oder beobachtet werden, zu sammeln und zu speichern. Die in der vorliegenden Anwendung beschriebenen Geräte können Knoten eines derartigen Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks sein. Ein anderer Knoten des Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerks kann eine Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung sein. Die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung kann den unitären, logischen Datenspeicherbereich beinhalten, an den das Gerät die Übertragung von gesammelten Daten zwecks Speicherung oder Historisierung veranlasst.
Im Gegensatz zu Prozesssteuerungssystemen im Stand der Technik muss die Identität von an den Geräten oder Knoten des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks gesammelten Daten nicht a priori definiert oder in die Geräte oder Knoten konfiguriert werden. Ferner muss die Rate, mit der Daten, wie dynamische Mess- und Steuerungsdaten und/oder verschiedene andere Typen an dynamischen und/oder statischen Daten, gesammelt und von den Geräten oder Knoten übertragen werden, ebenfalls nicht a priori konfiguriert, ausgewählt oder definiert werden. Stattdessen kann ein Gerät, das Prozesssteuerungs-Big-Data unterstützt, Daten, die von dem Gerät generiert, erzeugt, an ihm empfangen oder anderweitig von ihm beobachtet werden, automatisch mit der Rate, mit der die Daten generiert, erzeugt, empfangen oder beobachtet werden, sammeln oder erfassen und kann veranlassen, dass die gesammelten Daten in hoher Wiedergabetreue (z. B. ohne Verwendung von verlustreicher Datenkompression oder beliebigen anderen Techniken, die einen Verlust von Originalinformationen verursachen können) zur Speicherung an die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung geleitet werden (und optional an andere Knoten oder Geräte geleitet werden).
In einer Ausführungsform ist ein Gerät, das Big-Data in einem Prozesssteuerungssystem oder einer Prozessanlage unterstützt, ein Prozesssteuerungsgerät, das konfiguriert ist, um einen Prozess in der Prozessanlage zu steuern. Das Prozesssteuerungsgerät kann zum Beispiel ein Feldgerät, das konfiguriert ist, um eine physische Funktion auszuführen, um den Prozess zu steuern; eine Steuerung, die konfiguriert ist, um eine Eingabe zu empfangen und basierend auf der Eingabe und einer Steuerungsroutine eine Ausgabe zu erzeugen, um den Prozess zu steuern; oder ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Gerät, das zwischen der Steuerung und einem oder mehreren Feldgerät(en) angeordnet ist und mit ihnen in Kommunikationsverbindung steht, sein. Das Prozesssteuerungsgerät kann einen Prozessor beinhalten, der mehrere Verarbeitungselemente und/oder einen Cache, der konfiguriert ist, um gesammelte Daten zu speichern, aufweist. Typischerweise entsprechen die gesammelten Daten der Prozessanlage oder dem in der Prozessanlage gesteuerten Prozess und beinhalten Daten, die direkt vom Prozesssteuerungsgerät generiert, vom Prozesssteuerungsgerät erzeugt und/oder Daten, die direkt vom Prozesssteuerungsgerät empfangen werden. Das Prozesssteuerungsgerät beinhaltet außerdem eine Schnittstelle zu einem Kommunikationsnetzwerk, über die die gesammelten Daten zur Speicherung in dem unitären, logischen Datenspeicherbereich übertragen werden. In einigen Ausführungsformen kann ein bestimmtes Verarbeitungselement des Prozessors des Geräts ausschließlich dazu dienen, die gesammelten Daten zwischen zu speichern und zu veranlassen, dass sie zur Historisierung an einen unitären, logischen Datenspeicherbereich übertragen werden.
Ein Verfahren der Übermittlung von Daten (z. B. Big-Data) in einem Prozesssteuerungssystem oder einer Prozessanlage verwendet ein Gerät, das mit einem Kommunikationsnetzwerk der Prozessanlage in Kommunikationsverbindung steht. Das Verfahren kann das Sammeln von Daten am Gerät, das Speichern der gesammelten Daten in einem Cache des Geräts und das Veranlassen, dass wenigstens ein Teil der gesammelten Daten zur Speicherung in einem unitären, logischen Datenspeicherbereich übertragen wird, beinhalten. Der unitäre, logische Datenspeicherbereich ist konfiguriert, um unter Verwendung eines einheitlichen Formats mehrere Typen an Daten aus einem Satz an Datentypen, die zum Beispiel der Prozessanlage oder dem von der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, zu speichern, und der Satz an Datentypen kann kontinuierliche Daten, Ereignisdaten, Messdaten, Batch-Daten, berechnete Daten, Konfigurationsdaten und andere Datentypen beinhalten. Typischerweise entsprechen die am Gerät gesammelten Daten der Prozessanlage oder einem von der Prozessanlagen gesteuerten Prozess und beinhalten Daten, die direkt vom Gerät generiert werden, Daten, die vom Gerät erzeugt werden und/oder Daten, die direkt am Gerät empfangen werden. Ein Typ des Geräts ist eins von einem Satz an Gerätetypen, der ein Feldgerät und eine Steuerung beinhaltet. In einigen Ausführungsformen kann der Satz an Gerätetypen andere Gerätetypen beinhalten, wie Benutzerschnittstellengeräte, Netzwerkmanagementgeräte, Vergangenheitsdatenspeichergeräte und/oder andere Gerätetypen. In einer Ausführungsform werden alle vom Gerät beobachteten Daten gesammelt und es wird veranlasst, dass sie an dem unitären, logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden.
In einer Ausführungsform sind Geräte, die Big-Data in einer Prozesssteuerungsanlage oder einem Prozesssteuerungssystem unterstützen, Knoten eines Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks, das der Prozesssteuerungsanlage oder dem Prozesssteuerungssystem entspricht. Die Vielzahl von Geräten oder Knoten kann Prozesssteuerungsgeräte, Netzwerkmanagementgeräte, Benutzerschnittstellengeräte, Gateway-Geräte, Vergangenheitsdatenspeichergeräte und/oder andere Gerätetypen beinhalten. Jeder Knoten oder jedes Gerät kann konfiguriert sein, um jeweilige erste Daten zu sammeln, die das Gerät direkt generiert oder direkt empfängt und kann die gesammelten Daten zeitweise in einem Cache speichern. Jeder Knoten oder jedes Gerät kann veranlassen, dass wenigstens ein Teil der gesammelten Daten über das Kommunikationsnetzwerk zur Speicherung in einem unitären, logischen Datenspeicherbereich übertragen wird. Außerdem ist wenigstens ein Knoten oder ein Gerät ferner konfiguriert, um zweite Daten zu empfangen, die direkt von einem anderen Knoten der Vielzahl von Knoten generiert, erzeugt oder an ihm empfangen wurden, und um zu veranlassen, dass die zweiten Daten zur Speicherung in dem unitären, logischen Datenspeicherbereich weitergeleitet werden. Das Kommunikationsnetzwerk ist konfiguriert, um Daten zu liefern, die in dem unitären, logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden sollen, und der unitäre, logische Datenspeicherbereich ist konfiguriert, um mehrere Typen an Daten aus einem Satz an Datentypen, die der Prozessanlage oder einem von der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, in einem einheitlichen Format zu speichern. Der Satz an Datentypen kann zum Beispiel kontinuierliche Daten, Ereignisdaten, Messdaten, Batch-Daten, berechnete Daten und Konfigurationsdaten beinhalten.
Durch die Verwendung derartiger Geräte und Techniken zur Unterstützung von Big-Data in einem Prozesssteuerungssystem oder einer Prozesssteuerungsanlage ist ein Prozesssteuerungssystem-Big-Data-System in der Lage, komplizierte Daten und Trendanalysen für jeden beliebigen Abschnitt der gespeicherten oder historisierten Daten bereitzustellen. Zum Beispiel kann das Prozesssteuerungs-Big-Data-System automatische Datenanalyse über Prozessdaten (die in Prozesssteuerungssystemen im Stand der Technik in verschiedenen Datenbanksilos enthalten sind) bereitstellen, ohne dass jegliche a priori-Konfiguration erforderlich ist und ohne dass jegliche Translation oder Umwandlung erforderlich ist. Basierend auf den Analysen kann das Prozesssteuerungssystem-Big-Data-System automatisch tief schürfende Wissensgewinnung bereitstellen und kann Veränderungen vom oder zusätzliche Einheiten für das Prozesssteuerungssystem vorschlagen. Zusätzlich oder alternativ kann das Prozesssteuerungssystem-Big-Data-System basierend auf der Wissensgewinnung Handlungen (z. B. präskriptiv, prädiktiv oder beides) ausführen. Das Prozesssteuerungssystem-Big-Data-System ermöglicht Benutzern außerdem manuelle Wissensgewinnung und unterstützt sie sowohl dabei als auch bei der Planung, der Konfiguration, dem Betrieb, der Verwaltung und der Optimierung der Prozessanlage und der damit verknüpften Ressourcen.
Wissensgewinnung und Big-Data-Techniken innerhalb einer Prozesssteuerungsanlage oder -umgebung unterscheiden sich grundlegend von traditionellen Big-Data-Techniken. Typischerweise sind traditionelle Big-Data-Anwendungen ganz und gar transaktional, endbenutzerbezogen und weisen keine strikten Zeitanforderungen oder Abhängigkeiten auf. Zum Beispiel sammelt ein Internet-Einzelhändler Daten, die sich auf gesuchte Produkte, gekaufte Produkte und Kundenprofile beziehen, und verwendet diese gesammelten Daten, um Werbung und Kaufvorschläge für individuelle Kunden anzupassen, während sie durch die Website des Einzelhändlers navigieren. Wenn eine bestimmte Einzelhandelstransaktion (z. B. ein bestimmter Datenpunkt) versehentlich aus der Big-Data-Analyse des Einzelhändlers weggelassen wird, ist die Auswirkung dieser Auslassung vernachlässigbar, insbesondere wenn die Anzahl der analysierten Datenpunkte sehr groß ist. Im schlimmsten Fall kann eine Werbung oder ein Kaufvorschlag nicht so genau auf einen bestimmten Kunden zugeschnitten werden, wie es der Fall hätte sein könnte, wenn der weggelassene Datenpunkt in der Big-Data-Analyse des Einzelhändlers enthalten gewesen wäre.
In Prozessanlagen und Prozesssteuerungsumgebungen sind die Dimensionen von Zeit und das Vorhandensein oder Auslassen bestimmter Datenpunkte jedoch kritisch. Wenn zum Beispiel ein bestimmter Datenwert nicht innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls an eine Empfängerkomponente der Prozessanlage geleitet wird, kann ein Prozess unkontrolliert werden, was zu einem Feuer, einer Explosion, dem Verlust von Ausrüstung und/oder dem Verlust von Menschenleben führen kann. Ferner können mehrere und/oder komplexe zeitbasierte Beziehungen zwischen verschiedenen Komponenten, Einheiten und/oder Prozessen, die in der Prozessanlage arbeiten und/oder extern von der Prozessanlage sind, die Betriebseffizienz, Produktqualität und/oder Anlagensicherheit beeinflussen. Die von den hierin beschriebenen Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Techniken bereitgestellte Wissensgewinnung kann ermöglichen, dass derartige zeitbasierte Beziehungen entdeckt und verwendet werden können, wodurch eine effizientere und sicherere Prozessanlage ermöglicht wird, die ein Produkt mit einer höheren Qualität produzieren kann.
Durch einen Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen und erweiterten Speicher in Geräten, können die Geräte oder Knoten, die Big-Data in einer Prozesssteuerungsanlage oder einem Prozesssteuerungssystem unterstützen, ferner viele der mit derzeit bekannten Geräten verknüpften Leistungseinschränkungen überwinden, wie Speicher- und Prozessorfähigkeiten. Dadurch können die Geräte oder Knoten in der Lage sein, automatisch alle Typen von Daten, einschließlich Daten, die für Fehlerbehebung und Prozessanalyse nützlich sein können, zu erfassen, zu speichern und zu archivieren. Außerdem können die Geräte oder Knoten im Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk oder -System in der Lage sein, Kommunikationsressourcen effizient zu nutzen, um übermäßige Kommunikationsbelastung und/oder Zeitverzögerungen in der Kommunikation und Abtastung an Vergangenheitsdatenspeichern oder Silos (z. B. Belastung von Steuerungen, Übertragen von Batch-Rezepten usw.) zu verringern. Als solches können alle Datensammlungen, Zeitstempelungen und Übertragungen im Gleichtakt mit dem tatsächlichen Prozess ausgeführt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Big-Data-Netzwerks für eine Prozessanlage oder ein Prozesssteuerungssystem, die/das Geräte beinhaltet, die Big-Data unterstützen;
2 ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Anordnung von Provider-Geräten oder Knoten darstellt, die in dem Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk aus 1 enthalten sind;
3 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Geräts, das konfiguriert ist, um Big-Data in Prozesssteuerungssystemen oder -anlagen zu unterstützen;
4 ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Verwendung von Geräten, die Prozesssteuerungs-Big-Data für mehrlagiges oder mehrschichtiges Zwischenspeichern und Übertragen von Daten zur Historisierung unterstützen, darstellt;
5 ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Verwendung von Geräten, die Prozesssteuerungs-Big-Data für mehrlagiges oder mehrschichtiges Zwischenspeichern und Übertragen von Daten zur Historisierung unterstützen, darstellt; und
6 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens für die Verwendung von Geräten, die Big-Data in einem Prozesssteuerungssystem oder einer Prozessanlage unterstützen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Big-Data-Netzwerks 100 für eine Prozessanlage oder ein Prozesssteuerungssystem 10, die/das Geräte beinhaltet, die Big-Data in der Prozessanlage oder dem Prozesssystem 10 unterstützen. Das beispielhafte Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk 100 beinhaltet ein(e) Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Gerät oder -Vorrichtung 102, einen Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 und eine Vielzahl von Knoten oder Geräten 108, die Big-Data unterstützen und mit dem Backbone 105 in Kommunikationsverbindung stehen. Prozessbezogene Daten, anlagenbezogene Daten und andere Datentypen können an der Vielzahl von Geräten 108 gesammelt und zwischengespeichert werden und die Daten können zur Langzeitspeicherung (z. B. „Historisierung“) und Verarbeitung über den Netzwerk-Backbone 105 an das/die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Gerät- oder -Vorrichtung 102 geleitet werden. In einer Ausführungsform können wenigstens einige der Daten zwischen Geräten oder Knoten des Netzwerks 100 geleitet werden, z. B. um einen Prozess in Echtzeit zu steuern. In einigen Konfigurationen sind wenigstens einige der Geräte oder Knoten 108 des Netzwerks 100 entfernt von der Prozessanlage oder dem Prozesssystem 10 angeordnet. In einer Ausführungsform ist die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 entfernt von der physischen Prozessanlage 10 angeordnet.
Jeder beliebige Typ von sich auf das Prozesssteuerungssystem 10 beziehenden Daten kann an den Geräten 108 gesammelt und als Big-Data an der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 gespeichert werden. In einer Ausführungsform können Prozessdaten gesammelt und gespeichert werden. Zum Beispiel können Echtzeit-Prozessdaten, wie kontinuierliche Daten, Batch-, Mess- und Ereignisdaten, die erzeugt werden, während ein Prozess in der Prozessanlage 10 gesteuert wird, (und die in einigen Fällen eine Auswirkung einer Echtzeit-Ausführung des Prozesses anzeigen) gesammelt und gespeichert werden. Prozessdefinitions-, Anordnungs- oder Einrichtungsdaten, wie Konfigurationsdaten und/oder Batch-Rezeptdaten können gesammelt und gespeichert werden. Daten, die der Konfiguration, Ausführung und Ergebnissen von Prozessdiagnostik entsprechen, können gesammelt und gespeichert werden. Auch andere Typen von Prozessdaten können gesammelt und gespeichert werden.
Ferner können Datenautobahnverkehrs- und Netzwerkmanagementdaten, die sich auf den Backbone 105 und verschiedene andere Kommunikationsnetzwerke der Prozessanlage 10 beziehen, an den Geräten 108 gesammelt und an der Vorrichtung 102 gespeichert werden. Benutzerbezogene Daten, wie Daten, die sich auf Benutzerverkehr, Login-Versuche, Abfragen und Anweisungen beziehen, können gesammelt und gespeichert werden. Textdaten (z. B. Protokolle, Betriebsprozeduren, Handbücher usw.), Geodaten (z. B. standortbasierte Daten) und Multimedia-Daten (z. B. Videoüberwachung, Videoclips usw.) können gesammelt und gespeichert werden.
In einigen Szenarios können Daten, die sich auf die Prozessanlage 10 (z. B. physische Ausrüstung, die in der Prozessanlage 10 enthalten ist, wie Maschinen und Geräte) beziehen, jedoch unter Umständen nicht von Anwendungen generiert werden, die direkt einen Prozess konfigurieren, steuern oder diagnostizieren, an den Geräten 108 gesammelt und an der Vorrichtung 102 gespeichert werden. In einer Ausführungsform werden Daten, die von Geräten und/oder Ausrüstung erzeugt werden, gesammelt und gespeichert. Zum Beispiel werden Vibrationsdaten und Kondensatableiterdaten gesammelt und gespeichert. Anlagensicherheitsdaten können gesammelt und gespeichert werden. Andere Beispiele derartiger Anlagendaten beinhalten Daten, die einen Wert eines Parameters anzeigen, der der Anlagensicherheit entspricht (z. B. Korrosionsdaten, Gaserkennungsdaten usw.), oder Daten, die ein Ereignis anzeigen, das der Anlagensicherheit entspricht, beinhalten. Daten, die der Gesundheit von Maschinen, Anlagenausrüstung und/oder Geräten entsprechen, können gesammelt und gespeichert werden, z. B. Daten, die von den Geräten und/oder Maschinen, die zu Diagnose- und Prognosezwecken verwendet werden, erzeugt werden. Zum Beispiel werden Ausrüstungsdaten (z. B. Pumpengesundheitsdaten, die basierend auf Vibrationsdaten und anderen Daten bestimmt werden) gesammelt und gespeichert. Daten, die der Konfiguration, Ausführung und den Ergebnissen von Ausrüstungs-, Maschinen- und/oder Gerätediagnostik entsprechen, können gesammelt und gespeichert werden. Ferner können erzeugte oder berechnete Daten gesammelt und gespeichert werden, die für Diagnosen und Prognosen nützlich sind.
In einigen Ausführungsformen können Daten, die von Einheiten extern von der Prozessanlage 10 erzeugt oder übertragen werden, an den Geräten 108 gesammelt und an der Vorrichtung 102 gespeichert werden, wie Daten, die Kosten von Rohmaterialien, erwartete Ankunftszeiten von Teilen oder Ausrüstung, Wetterdaten und andere externe Daten betreffen. In einer Ausführungsform werden alle Daten, die von allen Geräten oder Knoten 108, die kommunikativ mit dem Netzwerk-Backbone 105 verbunden sind, generiert, erzeugt oder an ihnen empfangen oder anderweitig von ihnen beobachtet werden, gesammelt und es wird veranlasst, dass sie als Big-Data an der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 gespeichert werden. In einigen Situationen werden wenigstens einige der gesammelten Daten vor der Übertragung der gesammelten Daten an die Big-Data-Vorrichtung 102 komprimiert.
Verschiedene Typen von Daten können gesammelt werden und es kann veranlasst werden, dass sie als Big-Data an der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 gespeichert werden. Zum Beispiel werden dynamische Mess- und Steuerungsdaten in einigen Ausführungsformen automatisch von den Geräten 108 zum Sammeln an der Vorrichtung 102 kommuniziert. Beispiele von dynamischen Mess- und Steuerungsdaten können datenspezifische Veränderungen in einem Prozessbetrieb, datenspezifische Veränderungen in Betriebsparametern, wie Sollwerten, Berichten von Prozess- und Hardware-Alarmen und Ereignissen, wie Download- oder Kommunikationsfehlern usw. beinhalten. In jedem Fall werden in diesen Ausführungsformen alle Typen von Mess- und Steuerungsdaten in den Geräten 108 erfasst und automatisch zur Speicherung als Big-Data an die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 kommuniziert. Zudem können statische Daten, wie Steuerungskonfigurationen, Batch-Rezepte, Alarme und Ereignisse automatisch standardmäßig kommuniziert werden, wenn eine Veränderung erkannt wird oder wenn eine Steuerung oder andere Einheit erstmals zum Big-Data-Netzwerk 100 hinzugefügt wird.
Ferner werden in einigen Szenarien wenigstens einige statische Metadaten, die dynamische Steuerungs- und Messdaten beschreiben oder identifizieren, an die Big-Data-Vorrichtung 102 gesendet, wenn eine Veränderung in den Metadaten erkannt wird. Wenn zum Beispiel eine Veränderung in der Steuerungskonfiguration vorgenommen wird, die sich auf Mess- und Steuerungsdaten in Modulen oder Einheiten auswirkt, die von der Steuerung gesendet werden müssen, dann wird von der Steuerung automatisch eine Aktualisierung der zugehörigen Metadaten an die Big-Data-Vorrichtung 102 gesendet. In einigen Situationen werden Parameter, die mit den Spezialmodulen, die für das Puffern von Daten von externen Systemen oder Quellen (z. B. Wettervorhersagen, öffentliche Ereignisse, Unternehmensentscheidungen usw.) verwendet werden, verknüpft sind, standardmäßig automatisch an die Big-Data-Vorrichtung 102 kommuniziert. Zusätzlich oder alternativ können Überwachungsdaten und/oder andere Typen von Beobachtungsdaten automatisch an die Big-Data-Vorrichtung 102 kommuniziert werden.
Ferner werden in einigen Ausführungsformen hinzugefügte Parameter, die von Endbenutzern erzeugt werden, automatisch zur Speicherung als Big-Data an die Big-Data-Vorrichtung 102 kommuniziert. Zum Beispiel kann ein Endbenutzer eine besondere Berechnung in einem Modul erzeugen oder einen Parameter zu einer Einheit hinzufügen, der gesammelt werden muss, oder der Endbenutzer kann einen Standardsteuerungsdiagnoseparameter sammeln wollen, der nicht standardmäßig kommuniziert wird. Parameter, die der Endbenutzer optional als in der Big-Data-Vorrichtung 102 zu sammelnd konfiguriert, können auf dieselbe Art und Weise kommuniziert werden wie die Standardparameter.
Das Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk 100 kann ein Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Studio 109 beinhalten, das konfiguriert ist, um zur Konfiguration und Datenexploration eine Hauptschnittstelle in das Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk 100 bereitzustellen, z. B. eine Benutzerschnittstelle oder eine Schnittstelle, die von anderen Anwendungen verwendet wird. Das Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Studio 109 kann über den Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 mit der Big-Data-Vorrichtung 102 verbunden sein oder kann direkt mit der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 verbunden sein.
Die Vielzahl von Geräten oder Knoten 108 des Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerks 100 kann mehrere verschiedene Gruppen an Geräten oder Knoten 110–115 beinhalten, die Big-Data in Prozesssteuerungssystemen oder -anlagen unterstützen. Eine erste Gruppe an Geräten oder Knoten 110, die hierin als „Provider-Knoten 110“ oder „Provider-Geräte 110“ bezeichnet wird, kann ein(en) oder mehrere Knoten oder Gerät(e) beinhalten, die Prozesssteuerungsdaten generieren, leiten und/oder empfangen, damit Prozesse in Echtzeit in der Prozessanlagenumgebung 10 gesteuert werden können. Beispiele von Provider-Geräten oder -Knoten 110 beinhalten Geräte, deren Hauptfunktion darin besteht, Prozesssteuerungsdaten zu generieren und/oder sie zu verarbeiten, um einen Prozess zu steuern, z. B. verkabelte und kabellose Feldgeräte, Steuerungen oder Eingabe/Ausgabe (I/O-Geräte). Andere Beispiele von Provider-Geräten 110 beinhalten Geräte, deren Hauptfunktion darin besteht, Zugang zu oder Routen durch ein oder mehrere Kommunikationsnetzwerk(e) des Prozesssteuerungssystems (von denen das Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk 100 eins ist) bereitzustellen, z. B. Zugangspunkte, Router, Schnittstellen zu verkabelten Steuerungsbussen, Gateways zu kabellosen Kommunikationsnetzwerken, Gateways zu externen Netzwerken oder Systemen und andere derartige Routing- und Netzwerkgeräte. Weitere andere Beispiele von Provider-Geräten 110 beinhalten Geräte, deren Hauptfunktion darin besteht, Prozessdaten und andere zugehörige Daten, die im Prozesssteuerungssystem 10 angesammelt werden, zeitweise zu speichern und zu veranlassen, dass zeitweise gespeicherte Daten zur Historisierung an der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102, z. B. Vergangenheitsdatenspeichergeräten oder Vergangenheitsdatenspeicherknoten, übertragen werden.
Wenigstens eins der Provider-Geräte 110 kann auf direkte Weise mit dem Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 in Kommunikationsverbindung stehen. In einer Ausführungsform ist wenigstens eins der Provider-Geräte 110 auf direkte Weise kommunikativ mit dem Backbone 105 verbunden. Zum Beispiel ist das kabellose Feldgerät über einen Router und einen Zugangspunkt und ein kabelloses Gateway kommunikativ mit dem Backbone 105 verbunden. Typischerweise weisen Provider-Geräte oder -Knoten 110 keine integrierte Benutzerschnittstelle auf, wenngleich einige der Provider-Geräte 100 die Fähigkeit aufweisen können, mit einem Benutzerrechnergerät oder einer Benutzerschnittstelle in Kommunikationsverbindung zu stehen, z. B. durch Kommunikation über eine verkabelte oder kabellose Kommunikationsverbindung oder durch Einstecken eines Benutzerschnittstellengeräts in einen Anschluss des Provider-Geräts 110.
Eine zweite Gruppe an Geräten oder Knoten 112, die Big-Data in Prozesssteuerungssystemen oder -anlagen unterstützen, wird hierin als „Benutzerschnittstellenknoten 112“ oder „Benutzerschnittstellengeräte 112“ bezeichnet. Die zweite Gruppe an Geräten 112 beinhaltet ein(en) oder mehrere Knoten oder Gerät(e), die jeweils eine integrierte Benutzerschnittstelle aufweisen, über die ein Benutzer oder Bediener mit dem Prozesssteuerungssystem oder der Prozessanlage 10 interagieren kann, um mit der Prozessanlage 10 verbundene Aktivitäten auszuführen (z. B. konfigurieren, ansehen, überwachen, testen, analysieren, diagnostizieren, bestellen, planen, ansetzen, kommentieren und/oder andere Aktivitäten). Beispiele dieser Benutzerschnittstellenknoten oder -geräte 112 beinhalten mobile oder stationäre Rechnergeräte, Arbeitsstationen, Handgeräte, Tablets, Oberflächenrechnergeräte und beliebige andere Rechnergeräte, die einen Prozessor, einen Speicher und eine integrierte Benutzerschnittstelle aufweisen. Integrierte Benutzerschnittstellen können einen Bildschirm, eine Tastatur, eine Kleintastatur, eine Maus, Tasten, einen Touchscreen, ein Touchpad, eine biometrische Schnittstelle, Lautsprecher und Mikrofone, Kameras und/oder jede beliebige andere Benutzerschnittstellentechnologie beinhalten. Jeder Benutzerschnittstellenknoten 112 kann eine oder mehrere integrierte Benutzerschnittstelle(n) beinhalten. Benutzerschnittstellenknoten 112 können eine direkte Verbindung mit dem Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 oder eine indirekte Verbindung mit dem Backbone 105 beinhalten, z. B. über einen Zugangspunkt oder ein Gateway. Benutzerschnittstellenknoten 112 können auf verkabelte und/oder kabellose Weise kommunikativ mit dem Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann ein Benutzerschnittstellenknoten 112 ad-hoc mit dem Netzwerk-Backbone 105 verbunden werden.
Selbstverständlich ist die Vielzahl von Geräten oder Knoten 108, die Big-Data in Prozesssteuerungsanlagen und -systemen unterstützen, nicht nur auf Provider-Knoten 110 und auf Benutzerschnittstellenknoten 112 beschränkt. Ein oder mehrere andere Typ(en) von Geräten oder Knoten 115 können ebenfalls in der Vielzahl von Geräten oder Knoten 108 enthalten sein. Zum Beispiel kann ein Knoten 115 eines Systems, das extern von der Prozessanlage 10 liegt (z. B. ein Laborsystem oder ein Materialtransportsystem), mit dem Netzwerk-Backbone 105 des Systems 100 in Kommunikationsverbindung stehen. Ein Knoten oder Gerät 115 kann über eine direkte oder indirekte Verbindung mit dem Backbone 105 in Kommunikationsverbindung stehen und ein Knoten oder Gerät 115 kann über eine verkabelte oder kabellose Verbindung mit dem Backbone 105 in Kommunikationsverbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Gruppe aus anderen Geräten oder Knoten 115 aus dem Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk 100 weggelassen werden.
In einer Ausführungsform können wenigstens einige der Geräte oder Knoten 108, die Big-Data in Prozesssteuerungsanlagen oder -systemen unterstützen, eine integrierte Firewall beinhalten. Ferner kann jede beliebige Anzahl der Geräte 108 (z. B. null Geräte, ein Gerät oder mehr als ein Gerät) jeweils entsprechenden Speicher (in 1 durch M_X gekennzeichnet) beinhalten, um Aufgaben, Messungen, Ereignisse und andere beobachtete Daten in Echtzeit zu speichern oder zwischen zu speichern. Ein Speicher M_X kann High-Density-Speichertechnologie umfassen, zum Beispiel Festkörperspeicher, Halbleiterspeicher, optische Speicher, molekulare Speicher, biologische Speicher oder jede beliebige andere geeignete High-Density-Speichertechnologie. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Speicher M_X auch Flash-Speicher. Jeder Speicher M_X (und in einigen Fällen der Flash-Speicher) ist konfiguriert, um Daten, die vom jeweiligen Gerät 108 generiert, erzeugt oder anderweitig beobachtet werden, zeitweise zu speichern oder zwischen zu speichern. In einer Ausführungsform des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100 können alle dieser Geräte 110, 112 und jede beliebige Anzahl der Geräte 115 High-Density-Speicher M_X mit beinhalten. Es versteht sich, dass über den Satz an Geräten 108 oder über eine Untermenge des Satzes an Geräten 108 verschiedene Typen oder Technologien des High-Density-Speichers M_X verwendet werden können.
Jede beliebige Anzahl der Geräte 108 (zum Beispiel null Geräte, ein Gerät oder mehr als ein Gerät) kann jeweils entsprechende Hardware beinhalten, die mehrere Verarbeitungselemente aufweist, zum Beispiel einen Prozessor, der mehrere Verarbeitungselemente aufweist, wie mehrere Kerne oder andere zusätzliche Verarbeitungstechnologien (z. B. Quanten-, Zellen-, Chemie-, Photonen-, biochemische, biologische Verarbeitungstechnologien). Die Prozessoren, die mehrere Verarbeitungselemente oder zusätzliche Verarbeitungsfähigkeiten aufweisen, sind in 1 durch P_MCX gekennzeichnet und werden hierin allgemein als Prozessoren mit mehreren Verarbeitungselementen bezeichnet.
Wenigstens einige der Geräte 108 können wenigstens eins ihrer mehreren Verarbeitungselemente des entsprechenden Prozessors P_MCX für die Zwischenspeicherung von Echtzeitdaten am Knoten festlegen und optional, um zu veranlassen, dass die zwischengespeicherten Daten zur Speicherung an der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 übertragen werden. In einigen Ausführungsformen kann/können das eine oder die mehreren zweckbestimmte(n) Verarbeitungselement(e) zum Zwischenspeichern und/oder Übertragen von Echtzeitdaten ausschließlich als solche(s) festgelegt sein (z. B. kann/können das eine oder die mehreren zweckbestimmte(n) Verarbeitungselement(e) keine andere Verarbeitung ausführen als die Verarbeitung, die sich auf das Zwischenspeichern und/oder Übertragen von Big-Data, die vom Gerät 108 beobachtet werden, bezieht). Wenigstens einige der Geräte 108 können wenigstens eins ihrer Verarbeitungselemente zweckbestimmen, um Handlungen auszuführen, um einen Prozess in der Prozessanlage 10 zu steuern. In einer Ausführungsform kann/können ein oder mehrere Verarbeitungselement(e) ausschließlich für das Ausführen von Handlungen zur Steuerung eines Prozesses bestimmt sein und können nicht verwendet werden, um Big-Data zwischen zu speichern oder zu übertragen. Es versteht sich, dass über den Satz an Geräten 108 oder über eine Untermenge des Satzes an Geräten 108 verschiedene Typen oder Technologien von Prozessoren P_MCX, die verschiedene Technologien mit mehreren Verarbeitungselementen aufweisen, verwendet werden können. In einer Ausführungsform des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100 können alle der Geräte 110, 112 und jede beliebige Anzahl der Geräte 115 einen Typ des Prozessors P_MCX beinhalten, der eine Technologie mit mehreren Verarbeitungselementen verwendet.
Wenngleich 1 die Geräte 108 als jeweils sowohl einen Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen als auch einen High-Density-Speicher M_X enthaltend darstellt, muss nicht jedes der Geräte 108 zwangsläufig sowohl einen Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen als auch einen High-Density-Speicher M_X beinhalten. Zum Beispiel können einige der Geräte 108 nur einen Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen und keinen High-Density-Speicher M_X, beinhalten, einige der Geräte 108 können nur einen High-Density-Speicher M_X und keinen Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen enthalten, einige der Geräte 108 können sowohl einen Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen als auch einen High-Density-Speicher M_X beinhalten und/oder einige der Geräte 108 können weder einen Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen noch einen High-Density-Speicher M_X beinhalten.
Beispiele von Echtzeitdaten, die von Provider-Knoten oder -Geräten 110 gesammelt (und in einigen Fällen zwischengespeichert) werden können, können Messdaten, Konfigurationsdaten, Batch-Daten, Ereignisdaten und/oder kontinuierliche Daten beinhalten. Zum Beispiel können Echtzeitdaten, die Konfigurationen, Batch-Rezepten, Sollwerten, Ausgaben, Raten, Steuerungshandlungen, Diagnostiken, der Gesundheit des Geräts oder anderer Geräte, Alarmen, Ereignissen und/oder Veränderungen davon entsprechen, gesammelt werden. Andere Beispiele von Echtzeitdaten können Prozessmodelle, Statistiken, Zustandsdaten und Netzwerk- und Anlagenmanagementdaten beinhalten.
Beispiele von Echtzeitdaten, die von Benutzerschnittstellenknoten oder -geräten 112 gesammelt (und in einigen Fällen zwischengespeichert) werden können, können zum Beispiel Benutzer-Logins, Benutzeranfragen, von einem Benutzer aufgezeichnete Daten (z. B. durch ein Kamera-, Audio- oder Videoaufnahmegerät), Benutzerbefehle, Erzeugung, Modifikation oder Löschen von Dateien, einen physischen oder räumlichen Standort eines Benutzerschnittstellenknotens oder -geräts, Ergebnisse einer/eines vom Benutzerschnittstellengerät 112 ausgeführten Diagnose oder Tests und andere Handlungen oder Aktivitäten, die von einem Benutzer, der mit einem Benutzerschnittstellenknoten 112 interagiert, initiiert werden oder mit ihm zusammenhängen, beinhalten.
Gesammelte Daten können dynamische oder statische Daten sein. Gesammelte Daten können zum Beispiel Datenbankdaten, Konfigurationsdaten, Batch-Daten, Streaming-Daten und/oder transaktionale Daten beinhalten. Allgemein können beliebige Daten, die ein Gerät 108 generiert, empfängt oder anderweitig beobachtet, mit einem entsprechenden Zeitstempel oder einer Anzeige einer Zeit der Generierung, des Empfangs oder der Beobachtung durch das Gerät 108 gesammelt (und in einigen Fällen zwischengespeichert) werden. In einer Ausführungsform werden alle Daten, die eine Gerät 108 generiert, empfängt oder beobachtet, mit einer jeweiligen Anzeige einer Zeit des Sammelns/Zwischenspeicherns jedes Datenwerts (z. B. einem Zeitstempel) in seinem Speicher (z. B. High-Density-Speicher M_X) zwischengespeichert.
In einer Ausführungsform ist jedes der Geräte 110, 112 (und optional wenigstens eins der anderen Geräte 115) konfiguriert, um automatisch Echtzeitdaten zu sammeln (und in einigen Fällen zwischen zu speichern) und zu veranlassen, dass die gesammelten/zwischengespeicherten Daten an die Big-Data-Vorrichtung 102 und/oder an andere Geräte 108 geleitet werden, ohne dass verlustreiche Datenkompression, Datenunterabtastung oder eine Konfiguration des Knotens zu Datensammlungszwecken erforderlich ist. Demnach können die Geräte 110, 112 (und optional wenigstens eins der anderen Geräte 115) des Prozesssteuerungs-Big-Data-Systems 100 automatisch alle Daten (z. B. Mess- und Steuerungsdaten sowie verschiedene andere Datentypen), die vom Gerät generiert, erzeugt, an ihm empfangen oder erfasst werden, mit einer Rate sammeln, mit der die Daten generiert, erzeugt, empfangen oder erfasst werden, und können veranlassen, dass die gesammelten Daten mit hoher Wiedergabetreue an die Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung 102 und optional an andere Geräte 108 des Netzwerks 100 geleitet werden.
Mit erneuter Bezugnahme auf 1 kann der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 eine Vielzahl von vernetzten Rechnergeräten oder -Switches umfassen, die konfiguriert sind, um Pakete an/von verschiedene(n) Geräte(n) 108 des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100 und an die/von der Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung 102 (die selbst ein Knoten des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100 ist) zu leiten. Die Vielzahl von vernetzten Rechnergeräten des Backbones 105 kann durch jede beliebige Anzahl an kabellosen und/oder verkabelten Verbindungen verknüpft sein. In einer Ausführungsform kann der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 ein oder mehrere Firewall-Gerät(e) beinhalten.
Der Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 kann ein oder mehrere geeignete(s) Routing-Protokoll(e), z. B. Protokolle, die in der Internetprotokoll-(IP)-Familie enthalten sind (z. B. UPD (User Datagram Protocol), TCP (Transmission Control Protocol), Ethernet usw.), oder andere geeignete Routing-Protokolle, unterstützen. In einer Ausführungsform können wenigstens einige der Geräte 108 ein Streaming-Protokoll verwenden, wie das Stream Control Transmission Protocol (SCTP), um zwischengespeicherte Daten von den Geräten 108 über den Netzwerk-Backbone 105 an die Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung 102 zu streamen. Typischerweise kann jedes Gerät oder jeder Knoten 108, das/der im Prozessdaten-Big-Data-Netzwerk 100 enthalten ist, wenigstens eine Anwendungsebene (und für einige Geräte zusätzliche Ebenen) des/der vom Backbone 105 unterstützten Routing-Protokolls/-e unterstützen. In einer Ausführungsform ist jedes Gerät oder jeder Knoten 108 einzigartig im Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk 100 identifiziert, z. B. durch eine einzigartige Netzwerkadresse.
In einer Ausführungsform kann wenigstens ein Teil des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100 ein Ad-hoc-Netzwerk sein. Dadurch können wenigstens einige der Geräte 108 ad-hoc mit dem Netzwerk-Backbone 105 (oder mit einem anderen Knoten des Netzwerks 100) verbunden werden.
Mit Verweis auf 1 ist das/die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Gerät oder -Vorrichtung 102 in dem beispielhaften Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Prozesssteuerungsnetzwerk 100 im Netzwerk 100 zentralisiert und konfiguriert, um Daten (z. B. durch Streaming und/oder über ein anderes Protokoll) von den Geräten 108 des Netzwerks 100 zu empfangen und die empfangenen Daten zu speichern. Als solches kann das/die Prozesssteuerungs-Big-Data-Gerät oder -Vorrichtung 102 einen Big-Data-Vorrichtungsdatenspeicherbereich 120 zur Historisierung oder Speicherung der Daten, die von den Geräten 108, einer Vielzahl von Vorrichtungsdatenempfängern 122 und einer Vielzahl von Vorrichtungsanfrage-Servicern 125 empfangen werden, beinhalten. Jede dieser Komponenten 120, 122, 125 der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 ist nachstehend ausführlicher beschrieben.
Der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Speicherbereich 120 kann mehrere physische Datenlaufwerke oder Speichereinheiten umfassen, wie RAID-(engl. Redundant Array of Independent Disks)-Speicher, Cloud-Speicher oder jede beliebige andere geeignete Datenspeichertechnologie, die für die Speicherung von Datenbanken oder Datenzentren geeignet ist. Für die Geräte 108 des Netzwerks 100 erscheint der Datenspeicherbereich 120 jedoch als ein(e) einzelne(r) oder unitäre(r), logische(r) Datenspeicherbereich oder -einheit. Als solches kann der Datenspeicher 120 als ein zentralisierter Big-Data-Speicherbereich 120 für das Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk 100 oder für die Prozessanlage 10 angesehen werden. In einigen Ausführungsformen bedient ein einziger logischer, zentralisierter Datenspeicherbereich 120 mehrere Prozessanlagen (z. B. die Prozessanlage 10 und eine andere Prozessanlage). Zum Beispiel bedient ein zentralisierter Datenspeicherbereich 120 mehrere Raffinerien eines Energiekonzerns. In einer Ausführungsform ist der zentralisierte Datenspeicherbereich 120 direkt mit dem Backbone 105 verbunden. In einigen Ausführungsformen ist der zentralisierte Datenspeicherbereich 120 über wenigstens eine Kommunikationsverknüpfung mit hoher Bandbreite mit dem Backbone 105 verbunden. In einer Ausführungsform beinhaltet der zentralisierte Datenspeicherbereich 120 eine integrierte Firewall.
Die Struktur des unitären, logischen Datenspeicherbereichs 120 unterstützt in einer Ausführungsform das Speichern aller Daten, die sich auf das Prozesssteuerungssystem und die Prozesssteuerungsanlage beziehen. Zum Beispiel kann jeder Eintrag, Datenpunkt oder jede Beobachtung, der/die im Datenspeicherbereich 120 gespeichert ist, eine Anzeige der Identität der Daten (z. B. Quelle, Gerät, Kennzeichen, Standort usw.), einen Inhalt der Daten (z. B. Messung, Wert usw.) und einen Zeitstempel, der einen Zeitpunkt anzeigt, an dem die Daten gesammelt, generiert, erzeugt, empfangen oder beobachtet wurden, beinhalten. Als solche werden diese Einträge, Datenpunkte oder Beobachtungen hierin als „Zeitreihendaten“ bezeichnet. Die Daten können unter Verwendung eines einheitlichen Formats im Datenspeicherbereich 120 gespeichert werden, das ein Schema beinhaltet, das zum Beispiel skalierbare Speicherung, gestreamte Daten und Abfragen mit kurzer Latenzzeit unterstützt.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Schema das Speichern von mehreren Beobachtungen in jeder Zeile und das Verwenden eines Zeilenschlüssels mit einem angepassten Hash, um die Daten in der Zeile zu filtern. Dieser Hash basiert in einer Ausführungsform auf dem Zeitstempel und einer Kennzeichnung. In einem Beispiel ist der Hash ein gerundeter Wert des Zeitstempels und die Kennzeichnung entspricht einem Ereignis oder einer Einheit vom Prozesssteuerungssystem oder das/die mit dem Prozesssteuerungssystem verknüpft ist. In einer Ausführungsform sind auch Metadaten, die jeder Zeile oder einer Gruppe an Zeilen entsprechen, in dem Datenspeicherbereich 120 gespeichert, entweder integral mit den Zeitreihendaten oder getrennt von den Zeitreihendaten. Zum Beispiel können die Metadaten auf schemalose Weise getrennt von den Zeitreihendaten gespeichert sein.
In einer Ausführungsform wird das Schema, das für das Speichern von Daten am Vorrichtungsdatenspeicher 120 verwendet wird, auch für das Speichern von Daten im Cache M_X wenigstens eines der Geräte 108 verwendet. Dementsprechend wird das Schema in dieser Ausführungsform beibehalten, wenn Daten von den lokalen Speicherbereichen M_X der Geräte 108 über den Backbone 105 an den Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtungsdatenspeicher 120 übertragen werden.
Zusätzlich zum Datenspeicher 120 kann die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 ferner einen oder mehrere Vorrichtungsdatenempfänger 122 beinhalten, von denen jeder konfiguriert ist, um Datenpakete vom Backbone 105 zu empfangen, Datenpakete zu verarbeiten, um die wesentlichen Daten und den darin enthaltenen Zeitstempel abzurufen, und die wesentlichen Daten und den Zeitstempel im Datenspeicherbereich 120 zu speichern. Die Vorrichtungsdatenempfänger 122 können sich zum Beispiel in einer Vielzahl von Rechnergeräten oder Switches befinden. In einer Ausführungsform können mehrere Vorrichtungsdatenempfänger 122 (und/oder mehrere Instanzen von wenigstens einem Datenempfänger 122) parallel an mehreren Datenpaketen arbeiten.
In Ausführungsformen, in denen die empfangenen Datenpakete das vom Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtungsdatenspeicherbereich 120 verwendete Schema beinhalten, füllen die Vorrichtungsdatenempfänger 122 lediglich zusätzliche Einträge oder Beobachtungen des Datenspeicherbereichs 120 mit den schematischen Informationen (und können optional, falls gewünscht, entsprechende Metadaten speichern). In Ausführungsformen, in denen die empfangenen Datenpakete das vom Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtungsdatenspeicherbereich 120 verwendete Schema nicht beinhalten, können die Vorrichtungsdatenempfänger 122 die Pakete entschlüsseln und Zeitreihendatenbeobachtungen oder Datenpunkte des Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtungsdatenspeicherbereichs 120 (und optional entsprechende Metadaten) entsprechend füllen.
Zusätzlich kann die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 einen oder mehrere Vorrichtungsanfragen-Servicer 125 beinhalten, von denen jeder konfiguriert ist, um auf im Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtungsspeicher 120 gespeicherte Zeitreihendaten und/oder Metadaten zuzugreifen, z. B. auf Anfrage einer anfragenden Einheit oder Anwendung. Die Vorrichtungsanfragen-Servicer 125 können sich zum Beispiel auf einer Vielzahl von Rechnergeräten oder Switches befinden. In einer Ausführungsform befinden sich wenigstens einige der Vorrichtungsanfragen-Servicer 125 und der Vorrichtungsdatenempfänger 122 auf demselben/denselben Rechnergerät oder -geräten (z. B. auf einem integralen Gerät) oder sie sind in einer integralen Anwendung enthalten. In einigen Szenarien können die Vorrichtungsanfragen-Servicer 125 Daten anfordern, die vom Big-Data-Vorrichtungsspeicher 120 abgerufen wurden und die gereinigt wurden, um Rauschen und nicht konsistente Daten zu entfernen. In einigen Szenarien können die Vorrichtungsanfragen-Servicer 125 Datenreinigung und/oder Datenintegration an wenigstens einigen der vom Big-Data-Vorrichtungsdatenspeicher 120 abgerufenen Daten ausführen.
In einer Ausführungsform können mehrere Vorrichtungsanfragen-Servicer 125 (und/oder mehrere Instanzen von wenigstens einem Vorrichtungsanfragen-Servicer 125) parallel an mehreren Anfragen von mehreren anfragenden Einheiten oder Anwendungen arbeiten. In einer Ausführungsform kann ein einziger Vorrichtungsanfragen-Servicer 125 mehrere Anfragen bedienen, wie mehrere Anfragen von einer einzigen Einheit oder Anwendung oder mehrere Anfragen von verschiedenen Instanzen einer Anwendung.
2 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm, das beispielhafte Provider-Geräte 110 darstellt, die Big-Data in Prozesssteuerungssystemen oder -anlagen unterstützen. Wenngleich die Geräte 110 mit Verweis auf die Prozessanlage oder das Prozesssteuerungssystem 10 aus 1 beschrieben sind, können die beispielhaften Provider-Geräte 110 in oder mit anderen Prozessanlagen oder Prozesssteuerungssystemen verwendet werden, um Big-Data darin zu unterstützen.
Wie vorab beschrieben, können die Provider-Geräte 110 Geräte beinhalten, deren Hauptfunktion darin besteht, automatisch Prozesssteuerungsdaten zu generieren und/oder zu empfangen, die verwendet werden, um Funktionen auszuführen, um einen Prozess in Echtzeit in der Prozessanlagenumgebung 10 zu steuern, wie Prozesssteuerungen, Feldgeräte und I/O-Geräte. In einer Prozessanlagenumgebung 10 empfangen Prozesssteuerungen Signale, die von Feldgeräten durchgeführte Prozessmessungen anzeigen, verarbeiten diese Informationen, um eine Steuerungsroutine zu implementieren, und erzeugen Steuerungssignale, die über verkabelte oder kabellose Kommunikationsverknüpfungen an andere Feldgeräte gesendet werden, um den Betrieb eines Prozesses in der Anlage 10 zu steuern. Typischerweise führt wenigstens ein Feldgerät eine physische Funktion (z. B. Öffnen oder Schließen eines Ventils, Erhöhen oder Verringern einer Temperatur usw.) aus, um den Betrieb eines Prozesses zu steuern, und einige Typen von Feldgeräten können unter Verwendung von I/O-Geräten mit Steuerungen kommunizieren. Prozesssteuerungen, Feldgeräte und I/O-Geräte können verkabelt oder kabellos sein und jede beliebige Anzahl und Kombination an verkabelten und kabellosen Prozesssteuerungen, Feldgeräten und I/O-Geräten kann Knoten 110 des Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerks 100 sein, die Big-Data unterstützen.
Zum Beispiel zeigt 2 eine Steuerung 11, die Big-Data im Prozesssteuerungsnetzwerk oder der Prozesssteuerungsanlage 10 unterstützt. Die Steuerung 11 steht über Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Karten 26 und 28 mit den verkabelten Feldgeräten 15–22 in Kommunikationsverbindung und steht über ein kabelloses Gateway 35 und den Netzwerk-Backbone 105 mit kabellosen Feldgeräten 40–46 in Kommunikationsverbindung. (In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung 11 jedoch unter Verwendung eines anderen Kommunikationsnetzwerks als des Backbones 105, wie unter Verwendung einer anderen verkabelten oder kabellosen Kommunikationsverknüpfung, mit dem kabellosen Gateway 35 in Kommunikationsverbindung stehen.) In 2 ist die Steuerung 11 ein Knoten 110 des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100 und ist direkt mit dem Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 verbunden.
Die Steuerung 11, bei der es sich zum Beispiel um die von Emerson Process Management vertriebene DeltaV^TM-Steuerung handeln kann, kann arbeiten, um unter Verwendung von wenigstens einigen der Feldgeräte 15–22 und 40–46 einen Batch-Prozess oder einen kontinuierlichen Prozess zu implementieren In einer Ausführungsform kann die Steuerung 11 zusätzlich zu der Kommunikationsverbindung mit dem Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 unter Verwendung jeder beliebiger Hardware und Software, die zum Beispiel mit Standard-4-20-mA-Geräten, I/O-Karten 26, 28 und/oder jedem beliebigen intelligenten Kommunikationsprotokoll, wie dem FOUNDATION^® Feldbusprotokoll, dem HART^®-Protokoll, dem WirelessHART^®-Protokoll usw. verknüpft ist, auch mit wenigstens einigen der Feldgeräte 15–22 und 40–46 in Kommunikationsverbindung stehen. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 11 unter Verwendung des Big-Data-Netzwerk-Backbones 105 mit wenigstens einigen der Feldgeräte 15–22 und 40–46 in Kommunikationsverbindung stehen. In 2 sind die Steuerung 11, die Feldgeräte 15–22 und die I/O-Karten 26, 28 verkabelte Geräte und die Feldgeräte 40–46 sind kabellose Feldgeräte. Selbstverständlich könnten die verkabelten Feldgeräte 15–22 und die kabellosen Feldgeräte 40–46 (jeder) beliebigen anderen gewünschten Norm(en) oder Protokoll(en) entsprechen, wie jedem beliebigen verkabelten oder kabellosen Protokoll, einschließlich beliebiger Normen oder Protokolle, die in der Zukunft entwickelt werden.
Die Steuerung 11 aus 2 beinhaltet einen Prozessor 30, der eine oder mehrere Prozesssteuerungsroutine(n) (die z. B. in einem Speicher 32 gespeichert sind), die Regelkreise beinhalten kann/können, implementiert oder überwacht. Der Prozessor 30 ist konfiguriert, um mit den Feldgeräten 15–22 und 40–46 und mit anderen Knoten (z. B. Knoten 110, 112, 115), die mit dem Backbone 105 in Kommunikationsverbindung stehen, zu kommunizieren. Es ist anzumerken, dass, falls gewünscht, Teile von beliebigen hierin beschriebenen Steuerungsroutinen oder -modulen (einschließlich Qualitätsvorhersage- und Fehlererkennungsmodulen oder Funktionsblöcken) von verschiedenen Steuerungen oder anderen Geräten implementiert oder ausgeführt werden können. Gleichermaßen können die hierin beschriebenen Steuerungsroutinen oder -module, die im Prozesssteuerungssystem 10 implementiert werden sollen, jede beliebige Form annehmen, einschließlich Software, Firmware, Hardware usw. Steuerungsroutinen können in jedem beliebigen, gewünschten Software-Format, wie unter Verwendung von objektorientierter Programmierung, Kontaktplänen, Ablaufsprache, Funktionsblockdiagrammen oder unter Verwendung jeder beliebigen anderen Software-Programmiersprache oder jedes beliebigen anderen Design-Paradigmas implementiert sein. Die Steuerungsroutine kann in jedem gewünschten Speichertyp gespeichert sein, wie einem Arbeitsspeicher (RAM) oder einem Festwertspeicher (ROM). Gleichermaßen können Steuerungsroutinen zum Beispiel fest in einen oder mehrere EPROM(s), EEPROM(s), anwendungsspezifische integrierte Schaltung(en) (ASIC(s)) oder beliebige andere Hardware-oder Firmware-Elemente integriert sein. Dementsprechend kann die Steuerung 11 konfiguriert sein, um eine Steuerungsstrategie oder Steuerungsroutine auf jede beliebige gewünschte Weise zu implementieren.
In einigen Ausführungsformen implementiert die Steuerung 11 eine Steuerungsstrategie unter Verwendung von allgemein als Funktionsblöcken bezeichneten Elementen, wobei jeder Funktionsblock ein Objekt oder ein andere Teil (z. B. eine Subroutine) einer Gesamtsteuerungsroutine ist und in Verbindung mit anderen Funktionsblöcken arbeitet (über Kommunikationen, die als Verknüpfungen bezeichnet werden), um Prozessregelkreise im Prozesssteuerungssystem 10 zu implementieren. Steuerungsbasierte Funktionsblöcke führen typischerweise eins aus von einer Eingabefunktion, wie der mit einem Sender, einem Sensor oder einem anderen Prozessparametermessgerät verknüpften, einer Steuerungsfunktion, wie der mit einer Steuerungsroutine, die PID-, Fuzzy Logik- usw. -Steuerung ausführt, verknüpften, oder einer Ausgabefunktion, die den Betrieb eines Geräte, wie eines Ventils, steuert, um eine physische Funktion im Prozesssteuerungssystem 10 auszuführen. Selbstverständlich gibt es Mischformen und andere Formen von Funktionsblöcken. Funktionsblöcke können in der Steuerung 11 gespeichert und ausgeführt werden, was typischerweise der Fall ist, wenn diese Funktionsblöcke für standardmäßige 4-20-mA-Geräte und einige Typen von intelligenten Feldgeräten, wie HART-Geräte, verwendet werden oder mit ihnen verknüpft sind, oder sie können in den Feldgeräten selbst gespeichert und implementiert werden, wie es bei Feldbusgeräten der Fall sein kann. Die Steuerung 11 kann eine oder mehrere Steuerungsroutine(n) 38 beinhalten, die einen oder mehrere Regelkreis(e) implementieren kann/können. Jeder Regelkreis wird typischerweise als ein Steuerungsmodul bezeichnet und kann durch Ausführen eines oder mehrerer der Funktionsblöcke ausgeführt werden.
Andere Beispiele von Geräten 110, die Big-Data in der Prozessanlage oder dem Prozesssystem 10 unterstützen, sind die verkabelten Feldgeräte 15–22 und die I/O-Karten 26, 28 aus 2. Die verkabelten Feldgeräte 15–22 können beliebige Gerätetypen sein, wie Sensoren, Ventile, Sender, Steller usw., während die I/O-Karten 26 und 28 beliebige I/O-Gerätetypen sein können, die jedem beliebigen gewünschten Kommunikations- oder Steuerungsprotokoll entsprechen. In 2 sind die Feldgeräte 15–18 standardmäßige 4-20 mA-Geräte oder HART-Geräte, die über analoge Leitungen oder kombiniert analoge und digitale Leitungen mit der I/O-Karte 26 kommunizieren, während die Feldgeräte 19–22 intelligente Geräte sind, wie FOUNDATION^® Feldbus-Feldgeräte, die unter Verwendung eines Feldbus-Kommunikationsprotokolls über einen digitalen Bus mit der I/O-Karte 28 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können jedoch wenigstens einige der verkabelten Feldgeräte 15–22 und/oder wenigstens einige der I/O-Karten 26, 28 unter Verwendung des Big-Data-Netzwerk-Backbones 105 mit der Steuerung 11 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen sind wenigstens einige der verkabelten Feldgeräte 15–22 und/oder wenigstens einige der I/O-Karten 26, 28 Knoten 108 des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100.
Die in 2 dargestellten, kabellosen Feldgeräte 40–46 beinhalten Beispiele der Geräte 110, die Big-Data in der Prozessanlage oder dem Prozesssystem 10 unterstützen (z. B. Gerät 42a). In 2 kommunizieren die kabellosen Feldgeräte 40–46 unter Verwendung eines kabellosen Protokolls, wie des WirelessHART-Protokolls, in einem kabellosen Netzwerk 70. Derartige kabellose Feldgeräte 40–46 können direkt mit einem oder mehreren anderen Gerät(en) oder Knoten 108 des Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerks 100 kommunizieren, die ebenfalls konfiguriert sind, um kabellos zu kommunizieren (zum Beispiel unter Verwendung des kabellosen Protokolls). Um mit einem oder mehreren anderen Knoten 108 zu kommunizieren, der/die nicht konfiguriert ist/sind, um kabellos zu kommunizieren, können die kabellosen Feldgeräte 40–46 ein kabelloses Gateway 35 verwenden, das mit dem Backbone 105 oder einem anderen Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerk verbunden ist. Wenngleich in 2 nur ein kabelloses Feldgerät 42a als Big-Data in der Prozessanlage 10 unterstützend dargestellt ist, kann eine beliebige Anzahl an kabellosen Feldgeräten, die Big-Data unterstützen, verwendet werden.
Das kabellose Gateway 35 ist ein weiteres Beispiel eines Provider-Geräts 110, das Big-Data in der Prozesssteuerungsanlage oder dem Prozesssteuerungssystem 10 unterstützt. Das kabellose Gateway 35 kann Zugang zu verschiedenen kabellosen Geräten 40–58 eines kabellosen Kommunikationsnetzwerks 70 bereitstellen. Insbesondere stellt das kabellose Gateway 35 eine Kommunikationsverknüpfung zwischen den kabellosen Geräten 40–58, den verkabelten Geräten 11–28 und/oder anderen Knoten oder Geräten 108 des Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerks 100 bereit (einschließlich der Steuerung 11 aus 2). Zum Beispiel kann das kabellose Gateway 35 unter Verwendung des Big-Data-Netzwerk-Backbones 105 und/oder unter Verwendung eines oder mehrerer anderer Kommunikationsnetzwerks/-e der Prozessanlage 10 eine Kommunikationsverknüpfung bereitstellen.
Das kabellose Gateway 35 stellt in einigen Fällen durch Routing, Puffern und Zeitgebungsdienste eine Kommunikationsverbindung zu tiefer gelegenen Ebenen der verkabelten und kabellosen Protokollstapel (z. B. Adressumwandlung, Routing, Paketsegmentierung, Priorisieren usw.) bereit und durchtunnelt eine gemeinsame Ebene oder Ebenen der verkabelten und kabellosen Protokollstapel. In anderen Fällen kann das kabellose Gateway 35 Befehle zwischen verkabelten und kabellosen Protokollen übersetzen, die keine Protokollebenen teilen. Zusätzlich zu Protokoll- und Befehlsumwandlung kann das kabellose Gateway 35 synchronisierte Zeitgebung bereitstellen, die von Zeitschlitzen und Superframes (Sätzen an Kommunikationszeitschlitzen, die zeitlich gleich beabstandet sind) eines Planungsschemas verwendet werden, das mit dem im kabellosen Netzwerk 70 implementierten kabellosen Protokoll verknüpft ist. Ferner kann das kabellose Gateway 35 Netzwerkmanagement und administrative Funktionen für das kabellose Netzwerk 70 bereitstellen, wie Ressourcenmanagement, Leistungsanpassungen, Netzwerkfehlerbehebung, Überwachen von Verkehr, Sicherheit und dergleichen. Das kabellose Gateway 35 kann ein Knoten 110 des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100 sein.
Ähnlich wie die verkabelten Feldgeräte 15–22 können die kabellosen Feldgeräte 40–46 des kabellosen Netzwerks 70 physische Steuerungsfunktionen in der Prozessanlage 10 ausführen, z. B. Öffnen oder Schließen von Ventilen oder Ablesen von Messungen von Prozessparametern. Die kabellosen Feldgeräte 40–46 sind jedoch konfiguriert, um unter Verwendung des kabellosen Protokolls des Netzwerks 70 zu kommunizieren. Demnach sind die kabellosen Feldgeräte 40–46, das kabellose Gateway 35 und andere kabellose Knoten 52–58 des kabellosen Netzwerks 70 Produzenten und Verbraucher von kabellosen Kommunikationspaketen.
In einigen Szenarien kann das kabellose Netzwerk 70 nicht kabellose Geräte beinhalten. Zum Beispiel kann ein Feldgerät 48 aus 2 ein altes 4-20 mA-Gerät sein und ein Feldgerät 50 kann ein traditionelles verkabeltes HART-Gerät sein. Um innerhalb des Netzwerks 70 zu kommunizieren, können die Feldgeräte 48 und 50 über einen kabellosen Adapter 52a oder 52b mit dem kabellosen Kommunikationsnetzwerk 70 verbunden sein. Zusätzlich können die kabellosen Adapter 52a, 52b andere Kommunikationsprotokolle, wie Foundation^® Feldbus, PROFIBUS, DeviceNet usw. unterstützen. In 2 ist der kabellose Adapter 52a als ein Gerät 110 dargestellt, das Big-Data in der Prozessanlage 10 unterstützt.
Ferner kann das kabellose Netzwerk 70 einen oder mehrere Netzwerkzugangspunkt(e) 55a, 55b beinhalten, bei denen es sich um separate physische Geräte handeln kann, die mit dem kabellosen Gateway 35 in verkabelter Verbindung stehen oder die mit dem kabellosen Gateway 35 als ein integrales Gerät bereitgestellt sein können. In 2 ist der Netzwerkzugangspunkt 55a als ein Gerät 110 dargestellt, das Big-Data in der Prozessanlage 10 unterstützt. Das kabellose Netzwerk 70 kann außerdem einen oder mehrere Router 58 beinhalten, um Pakete von einem kabellosen Gerät an ein anderes kabelloses Gerät im kabellosen Kommunikationsnetzwerk 70 weiterzuleiten. In einer Ausführungsform können wenigstens einige der Router 58 Big-Data im Prozesssteuerungssystem 10 bereitstellen. Die kabellosen Geräte 32–46 und 52–58 können über kabellose Verknüpfungen 60 des kabellosen Kommunikationsnetzwerks 70 miteinander und mit dem kabellosen Gateway 35 kommunizieren.
Dementsprechend beinhaltet 2 mehrere Beispiele von Provider-Geräten 110, die primär dazu dienen, Netzwerk-Routing-Funktionalität und Administration an verschiedene Netzwerke des Prozesssteuerungssystems bereitzustellen. Zum Beispiel beinhalten das kabellose Gateway 35, die Zugangspunkte 55a, 55b und der Router 58 Funktionalitäten, um kabellose Pakete im kabellosen Kommunikationsnetzwerk 70 zu leiten. Das kabellose Gateway 35 führt Verkehrsmanagement und administrative Funktionen für das kabellose Netzwerk 70 aus und leitet Verkehr an und von verkabelte(n) Netzwerke(n), die mit dem kabellosen Netzwerk 70 in Kommunikationsverbindung stehen. Das kabellose Netzwerk 70 kann ein kabelloses Prozesssteuerungsprotokoll verwenden, das spezifisch Prozesssteuerungsmitteilungen und -funktionen unterstützt, wie Wireless-HART. Wie in 2 dargestellt, unterstützen die Geräte 35, 55a, 52a und 42a des kabellosen Netzwerks 70 Big-Data in der Prozesssteuerungsanlage oder dem Prozesssteuerungsnetzwerk 10, jede beliebige Anzahl an beliebigen Typen von Knoten des kabellosen Netzwerks 70 kann jedoch Big-Data in der Prozessanlage 10 unterstützen.
Die Geräte 110 des Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerks 100, die Big-Data unterstützen, können jedoch auch andere Geräte beinhalten, die unter Verwendung anderer kabelloser Protokolle kommunizieren. In 2 beinhalten die Provider-Geräte oder -Knoten 110, die Big-Data unterstützen, einen oder mehrere kabellose(n) Zugangspunkt(e) 72, der/die andere kabellose Protokolle verwendet/-n, wie Wi-Fi oder andere IEEE 802.11-konforme, kabellose LAN-Protokolle, mobile Kommunikationsprotokolle, wie WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), LTE (Long Term Evolution) oder andere ITU-R-(International Telecommunication Union Radiocommunication Sector)-kompatible Protokolle, Kurzwellenfunkkommunikationen, wie Nahfeldkommunikationen (NFC) und Bluetooth oder andere kabellose Kommunikationsprotokolle. Typischerweise ermöglichen derartige kabellose Zugangspunkte 72, dass Handgeräte oder andere tragbare Rechnergeräte (z. B. Benutzerschnittstellengeräte 112) über ein jeweiliges kabelloses Netzwerk kommunizieren, das sich von dem kabellosen Netzwerk 70 unterscheidet und das ein anderes kabelloses Protokoll unterstützt als das kabellose Netzwerk 70. In einigen Szenarien kann/können ein oder mehrere Prozesssteuerungsgerät(e) (z. B. Steuerung 11, Feldgeräte 15–22 oder kabellose Geräte 35, 40–58) zusätzlich zu tragbaren Rechnergeräten unter Verwendung des durch die Zugangspunkte 72 unterstützten kabellosen Netzwerks kommunizieren.
Die Provider-Geräte oder -Knoten 110, die Big-Data in der Prozessanlage oder dem Prozesssystem 10 unterstützen, können ein oder mehrere Gateway(s) 75, 78 zu Systemen, die extern vom direkten Prozesssteuerungssystem 10 liegen, beinhalten. Typischerweise sind derartige Systeme Abnehmer oder Anbieter von Informationen, die vom Prozesssteuerungssystem 10 generiert oder von ihm bearbeitet werden. Zum Beispiel kann ein Anlagen-Gateway-Knoten 75 die direkte Prozessanlage 10 (die ihren eigenen entsprechenden Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 aufweist) kommunikativ mit einer anderen Prozessanlage verknüpfen, die ihren eigenen entsprechenden Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk-Backbone aufweist. In einer Ausführungsform kann ein einziger Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 mehrere Prozessanlagen oder Prozesssteuerungsumgebungen bedienen. Das Netzwerk 105 kann eine oder mehrere Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung(en) 102 unterstützen, die sich entfernt von den physischen Prozessanlagen befindet/befinden, und jede Big-Data-Vorrichtung 102 kann eine oder mehrere Prozessanlage(n) bedienen.
In einem anderen Beispiel kann ein Anlagen-Gateway-Knoten 75 die direkte Prozessanlage 10 kommunikativ mit einer alten Prozessanlage oder einer im Stand der Technik bekannten Prozessanlage verbinden, die kein(en) Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk 100 oder -Backbone 105 beinhaltet. In diesem Beispiel kann der Anlagen-Gateway-Knoten 75 Nachrichten zwischen einem Protokoll, das vom Prozesssteuerungs-Big-Data-Backbone 105 der Anlage 10 verwendet wird, und einem anderen Protokoll, das vom alten System verwendet wird (z. B. Ethernet, Profibus, Feldbus, DeviceNet usw.), umwandeln oder übersetzen.
Die Provider-Geräte oder -Knoten 110, die Big-Data in der Prozessanlage oder dem Prozesssystem 10 unterstützen, können einen oder mehrere externe(n) System-Gateway-Knoten 78 beinhalten, um das Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk 100 kommunikativ mit dem Netzwerk eines externen öffentlichen oder privaten Systems zu verbinden, wie eines Laborsystems (z. B. Laboratory Information Management System oder LIMS), einer Bedienerrundendatenbank, eines Materialtransportsystems, eines Wartungsmanagementsystems, eines Produktinventarsteuerungssystems, eines Produktionsplanungssystems, eines Wetterdatensystems, eines Versand- und Vertriebssystems, eines Verpackungssystems, des Internets, des Prozesssteuerungssystems eines anderen Anbieters oder anderen externen Systemen.
Wenngleich 2 nur eine einzige Steuerung 11 mit einer begrenzten Anzahl an Feldgeräten 15–22 und 40–46 zeigt, ist dies nur eine beispielhafte und nicht einschränkende Ausführungsform. Jede beliebige Anzahl an Steuerungen 11 kann in den Provider-Geräten oder -Knoten 110 des Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerks 100 enthalten sein und jede beliebige der Steuerungen 11 kann mit jeder beliebigen Anzahl an verkabelten oder kabellosen Feldgeräten 15–22, 40–46 kommunizieren, um einen Prozess in der Anlage 10 zu steuern. Ferner kann die Prozessanlage 10 außerdem jede beliebige Anzahl an kabellosen Gateways 35, Routern 58, Zugangspunkten 55, kabellosen Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerken 70, Zugangspunkten 72 und/oder Gateways 75, 78 beinhalten.
Wie vorab beschrieben, kann eins oder können mehrere der Provider-Geräte oder -Knoten 110, die Big-Data in der Prozessanlage oder dem Prozesssystem 10 unterstützen, einen jeweiligen Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen, einen jeweiligen High-Density-Speicher M_X oder sowohl einen jeweiligen Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen als auch einen jeweiligen High-Density-Speicher M_X (in 2 durch BD gekennzeichnet) beinhalten. Jeder Provider-Knoten 100 kann seinen Speicher M_X (und in einigen Ausführungsformen seinen Flash-Speicher) verwenden, um Daten zu sammeln und zwischen zu speichern. Jedes der Geräte 110 kann veranlassen, dass seine gesammelten Daten an die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 übertragen werden.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Geräts 300, das Big-Data in Prozessanlagen oder -systemen, wie der Prozessanlage 10 aus 1 oder anderen geeigneten Prozessanlagen oder -systemen, unterstützt. Das Gerät 300 ist konfiguriert, um Daten (z. B. Big-Data), die einer Prozessanlage und/oder einem in der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, zu sammeln, zu speichern und zu übertragen. In einer Ausführungsform ist das Gerät 300 einer/eins von den Provider-Knoten oder -Geräten 110. Zum Beispiel kann das Gerät 300 eine Prozesssteuerung (z. B. die Steuerung 11 aus 2), ein Feldgerät (z. B. eins der Feldgeräte 15–22 und 40–46 aus 2), ein I/O-Gerät (z. B. eine der I/O-Karten 26, 28 aus 2), ein Netzwerk- oder Netzwerkmanagementgerät (z. B. das kabellose Gateway 35, der Router 58, der Zugangspunkt 72 aus 2) oder ein Vergangenheitsdatenspeichergerät sein, dessen Hauptfunktion darin besteht, Daten, die durch das Prozesssteuerungssystem 10 angesammelt werden, zeitweise zu speichern. In einer Ausführungsform ist das Gerät 300 ein Benutzerschnittstellengerät (z. B. einer/eins der Benutzerschnittstellenknoten oder -geräte 112 aus 1) oder das Gerät 300 ist ein anderer Gerätetyp 115. Es wird angemerkt, dass 3 der Einfachheit der Beschreibung halber nachstehend mit Verweis auf 1 und 2 beschrieben und nicht als einschränkend auszulegen ist.
Das Gerät 300 kann ein Knoten eines Netzwerks sein, das Big-Data in einem Prozesssteuerungssystem unterstützt, wie das Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk 100 aus 1 oder ein anderes geeignetes Netzwerk. Als solches kann das Gerät 300 kommunikativ mit einem Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbone, wie dem Backbone 105 verknüpft sein. Zum Beispiel ist das Gerät 300 unter Verwendung einer Netzwerkschnittstelle 302 mit dem Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 gekoppelt.
In einer Ausführungsform arbeitet das Gerät 300 in der Prozessanlage oder dem Prozesssteuerungssystem 10, um einen Prozess in Echtzeit zu steuern, z. B. als Teil eines Regelkreises. Zum Beispiel kann das Gerät 300 unter Verwendung einer Netzwerkschnittstelle 305 mit einem Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerk 303 verbunden sein, über das das Gerät 300 Signale an andere Geräte übertragen und/oder von ihnen empfangen kann, um einen Prozess in Echtzeit im Prozesssteuerungssystem 10 zu steuern. Das Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerk 303 kann ein verkabeltes oder kabelloses Kommunikationsnetzwerk (z. B. das kabellose Netzwerk 70, ein Feldbus-Netzwerk, ein verkabeltes HART-Netzwerk usw.) sein oder das Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerk 303 kann sowohl ein verkabeltes als auch ein kabelloses Kommunikationsnetzwerk beinhalten. Zusätzlich oder alternativ kann das Gerät 300 Signale übertragen und/oder empfangen, um den Prozess unter Verwendung des Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerk-Backbones 105 in Echtzeit zu steuern, z. B. über die Netzwerkschnittstelle 302. In einer Ausführungsform können die Netzwerkschnittstelle 302 und die Prozesssteuerungsschnittstelle 305 dieselbe Schnittstelle sein (z. B. eine integrale Schnittstelle).
Die Prozesssteuerungsschnittstelle 305 kann konfiguriert sein, um Daten zu übertragen und/oder zu empfangen, die einem Prozess der Prozessanlage 10 oder einem Prozess, der in der Prozessanlage 10 gesteuert wird, entsprechen. Die Prozesssteuerungsdaten können Messdaten (z. B. Ausgaben, Raten usw.), Konfigurationsdaten (z. B. Sollwerte, Konfigurationsveränderungen usw.), Batch-Daten (z. B. Batch-Rezepte, Batch-Bedingungen usw.), Ereignisdaten (z. B. Alarme, Prozesssteuerungsereignisse usw.), kontinuierliche Daten (z. B. Parameterwerte, Video-Feeds usw.), berechnete Daten (z. B. interne Zustände, Zwischenberechnungen usw.), Diagnosedaten, Daten, die die Gesundheit des Geräts 300 oder eines anderen Geräts anzeigen, und/oder beliebige andere gewünschte Daten beinhalten. Ferner können die Prozesssteuerungsdaten Daten beinhalten, die vom Gerät 300 selbst erzeugt wurden, z. B. für Diagnostik, Gesundheitsüberwachung usw.
In einer Ausführungsform ist das Gerät 300 eine Prozesssteuerung und die Prozesssteuerungsschnittstelle 305 wird verwendet, um eine Konfiguration der Steuerung (z. B. von einer Arbeitsstation) zu erfassen und/oder um Daten zu erfassen, die direkt an ein mit der Steuerung verbundenes Feldgerät übertragen werden oder von ihm empfangen werden, um einen Prozess in Echtzeit zu steuern. Zum Beispiel kann die Steuerung mit einem kabellosen HART-Ventilsteller verbunden sein, der Ventilsteller kann Prozesssteuerungsdaten generieren, die einem Zustand des Ventils entsprechen, und kann die generierten Daten über die Prozesssteuerungsschnittstelle 305 an die Steuerung bereitstellen. Die empfangenen Daten können in der Steuerung gespeichert werden und/oder können von der Steuerung verwendet werden, um eine Steuerungsfunktion oder wenigstens einen Teil eines Regelkreises auszuführen. In einer anderen Ausführungsform ist das Gerät 300 ein I/O-Gerät, das eine Verbindung zwischen einer Steuerung und einem Feldgerät bereitstellt. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Prozesssteuerungsschnittstelle 305 eine Feldgerätschnittstelle, um Prozesssteuerungsdaten mit dem Feldgerät auszutauschen, und eine Steuerungsschnittelle, um Prozesssteuerungsdaten mit der Steuerung auszutauschen. Die Feldgerätschnittstelle ist mit der Steuerungsschnittstelle verbunden, sodass Daten über das I/O-Gerät von der Steuerung an das Feldgerät übertragen und von ihm empfangen werden können. In einer weiteren anderen Ausführungsform ist das Gerät 300 ein Feldgerät, das eine physische Funktion ausführt, um einen Prozess zu steuern. Zum Beispiel kann das Gerät 300 ein Durchflussratenmesser sein, der Prozesssteuerungsdaten, die einer aktuellen, gemessenen Strömung entsprechen, über die Prozesssteuerungsschnittstelle 305 misst und erfasst und der ein Signal, das der gemessenen Strömung entspricht, über die Schnittstelle 305 an eine Steuerung sendet, um einen Prozess zu steuern. In einer Ausführungsform ist das Gerät 300 ein Prozesssteuerungsgerät, das Diagnoseinformationen über die Schnittstelle 305 über ein(e) Kommunikationsnetzwerk oder -verknüpfung 303 sendet/empfängt und veranlasst, dass derartige Diagnoseinformationen über die Schnittstelle 302 und den Big-Data-Backbone 105 historisiert werden.
Wenngleich die obige Beschreibung das Gerät 300 als ein in einem Regelkreis arbeitendes Prozesssteuerungsgerät beschreibt, treffen die oben bereitgestellten Techniken und Beschreibungen gleichermaßen auf Ausführungsformen zu, in denen das Gerät 300 ein anderer Gerätetyp ist, der mit der/dem Prozesssteuerungsanlage oder -system 10 verknüpft ist. In einem Beispiel ist das Gerät 300 ein Netzwerkmanagementgerät, wie ein Zugangspunkt 72. Das Netzwerkmanagementgerät beobachtet Daten (z. B. Bandbreite, Verkehr, Datentypen, Netzwerkkonfiguration, Login-Identitäten und -Versuche usw.) über die Schnittstelle 305 und leitet die erzeugten Daten über die Netzwerkschnittstelle 302 an den Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 weiter. In einem weiteren anderen Beispiel ist das Gerät 300 ein Benutzerschnittstellengerät 112 (z. B. ein mobiles Gerät, ein Tablet usw.), das konfiguriert ist, um es einem Benutzer oder Bediener zu ermöglichen, mit dem Prozesssteuerungssystem oder der Prozessanlage 10 zu interagieren. Zum Beispiel kann die Netzwerkschnittstelle 305 in dem Gerät 300 eine Schnittstelle mit einer Wi-Fi- oder NFC-Kommunikationsverknüpfung sein, die es dem Benutzer ermöglicht, Aktivitäten in der Prozessanlage 10 auszuführen, wie konfigurieren, ansehen, planen, überwachen usw. Benutzer-Logins, Befehle und Antworten können über die Schnittstelle 305 gesammelt und über die Netzwerkschnittstelle 302 an den Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbone 105 übertragen werden.
In einer Ausführungsform veranlasst das Gerät 300, das Big-Data in Prozesssteuerungsanlagen und -systemen unterstützt, dass Anzeiger von Daten, die direkt von der Schnittstelle 305 übertragen und/oder direkt an ihr empfangen werden, am Gerät 300 gesammelt und zur Historisierung in einem unitären, logischen Datenspeicherbereich, der der Prozessanlage oder dem Prozesssystem 10 entspricht, übertragen werden. Zum Beispiel kann das Gerät 300 veranlassen, dass Anzeiger aller Daten, die über die Schnittstelle 305 übertragen und empfangen werden, am Gerät 300 gesammelt und unter Verwendung der Netzwerkschnittstelle 302 zur Speicherung im Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Speicherbereich 120 an die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 übertragen werden.
Zusätzlich zu den Schnittstellen 302, 305 kann das Gerät 300, das Big-Data in Prozesssteuerungssystemen unterstützt, einen Prozessor 308 mit mehreren Verarbeitungselementen, der konfiguriert ist, um computerlesbare Anweisungen auszuführen, einen Speicher 310, einen Cache 315 und optional einen Flash-Speicher 320 beinhalten. Mit Bezugnahme zunächst auf den Prozessor 308 mit mehreren Verarbeitungselementen ist der Prozessor 308 mit mehreren Verarbeitungselementen eine Rechnerkomponente (z. B. eine integrale Rechnerkomponente), die zwei oder mehr unabhängige zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs) oder Verarbeitungselemente 308a–308n aufweist. Im Gegensatz zu einem Prozessor mit einem einzigen Verarbeitungselement (z. B. einem Einzelkernprozessor), der zwischen Berechnungen hin und her schaltet und demnach nur eine Aufgabe oder Funktion auf einmal ausführen kann, ist der Prozessor 308 mit mehreren Verarbeitungselementen in der Lage, mehrere Aufgaben oder Funktionen gleichzeitig oder parallel auszuführen, indem er mehrere Berechnungen über die mehreren Verarbeitungselemente zuweist. Aufgaben oder Funktionen, die vom Prozessor 308 mit mehreren Verarbeitungselementen ausgeführt werden, können zeitübergreifend unter den Verarbeitungselementen 308a–308n aufgeteilt werden. Zusätzlich oder alternativ können wenigstens einige der Verarbeitungselemente 308a–308n zweckbestimmt sein, um eine oder mehrere spezifische Berechnung(en) oder Funktion(en) auszuführen. In einer Ausführungsform ist wenigstens ein Verarbeitungselement des Prozessors 308 mit mehreren Verarbeitungselementen zweckbestimmt, um zu veranlassen, dass Daten gesammelt oder erfasst werden (z. B. an der Schnittstelle 305), im Cache 315 gespeichert werden und vom Cache 315 zur Speicherung an einem zentralisierten Datenspeicherbereich in der Prozessanlagenumgebung 10 (z. B. dem unitären, logischen Datenspeicherbereich 120 aus 1) übertragen werden. Zum Beispiel kann ein bestimmtes Verarbeitungselement ausschließlich zweckbestimmt sein, um Daten zu sammeln und zu übertragen, die direkt vom Gerät 300 (z. B. zur Übertragung) generiert werden, die vom Gerät 300 erzeugt werden oder die direkt am Gerät 300 empfangen werden. In einer Ausführungsform ist wenigstens ein Verarbeitungselement des Prozessors 308 mit mehreren Verarbeitungselementen zweckbestimmt, um das Gerät 300 zu betreiben, um einen Prozess in der Prozessanlage 10 in Echtzeit zu steuern (z. B. um Echtzeit-Prozessdaten zu senden und/oder zu empfangen und/oder Steuerungsroutinen zu implementieren, um einen Prozess zu steuern). Zum Beispiel kann ein bestimmtes Verarbeitungselement ausschließlich zweckbestimmt sein, um das Gerät 300 zu betreiben, um den Prozess in Echtzeit zu steuern.
In einer Ausführungsform ist ein Verarbeitungselement des Prozessors 308 mit mehreren Verarbeitungselementen ausschließlich zweckbestimmt, um mit dem Gerät 300 verknüpfte Daten zur Big-Data-Speicherung zu sammeln und zu übertragen, während ein anderes Verarbeitungselement des Prozessors 308 mit mehreren Verarbeitungselementen ausschließlich zweckbestimmt ist, um das Gerät 300 für Echtzeit-Prozesssteuerung zu betreiben. In einer Ausführungsform ist ein Verarbeitungselement des Prozessors 308 mit mehreren Verarbeitungselementen zweckbestimmt, um zu veranlassen, dass Prozesssteuerungsdaten im Cache 315 gespeichert werden, ein zweites Verarbeitungselement des Prozessors 308 mit mehreren Verarbeitungselementen ist zweckbestimmt, um zu veranlassen, dass die zwischengespeicherten Daten (oder wenigstens ein Teil der zwischengespeicherten Daten) zur Big-Data-Speicherung übertragen werden, und ein drittes Verarbeitungselement des Prozessors 308 mit mehreren Verarbeitungselementen ist zweckbestimmt, um das Gerät 300 zu betreiben, um einen Prozess in Echtzeit zu steuern.
Der Speicher 310 des Geräts 300 beinhaltet ein oder mehrere greifbare(s), nicht flüchtige(s) computerlesbare(s) Speichermedium/-medien. Der Speicher 310 kann als ein oder mehrere Halbleiterspeicher, magnetisch lesbare(r) Speicher, optisch lesbare(r) Speicher, molekulare(r) Speicher, zelluläre(r) Speicher implementiert sein und/oder der Speicher 310 kann jede(s) beliebige andere geeignete greifbare, nicht flüchtige, computerlesbare Speichermedium oder Speichertechnologie verwenden. Der Speicher 310 verwendet in einem Beispiel Massen- oder High-Density-Datenspeichertechnologie. Der Speicher 310 speichert einen Satz oder mehrere Sätze an computerlesbaren oder computerausführbaren Anweisungen, die von wenigstens einigen der Verarbeitungselemente 308a–308n des Prozessors 308 mit mehreren Verarbeitungselementen ausgeführt werden können, um Sammeln, Zwischenspeichern und/oder Übertragen von Daten, die an dem unitären, logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden sollen, auszuführen.
Der Cache 315 kann eine Datenspeichertechnologie verwenden, die der vom Speicher 310 verwendeten Technologie ähnelt, oder kann eine andere Datenspeichertechnologie verwenden. Der Cache 315 verwendet in einem Beispiel Massen- oder High-Density-Datenspeichertechnologie. In einer Ausführungsform beinhaltet der Cache 315 einen Arbeitsspeicher (RAM), der konfiguriert ist, um vom Gerät 300 gesammelte Daten vor der Übertragung der Daten zur Historisierung an einem unitären, logischen Datenspeicherbereich, wie dem Prozesssteuerungs-Big-Data-Speicherbereich 120, zu speichern. Der Cache 315 kann im Speicher 310 enthalten sein und eine Größe des Caches 315 kann auswählbar oder konfigurierbar sein. Allgemein kann der Cache 315 beschrieben und ausgelesen werden (z. B. durch den Prozessor 308 mit mehreren Verarbeitungselementen) während das Gerät 300 in Betrieb oder on-line ist. Die Speicher M_X, die in 1 und 2 dargestellt sind, sind zum Beispiel Instanzen des Caches 315.
Der Cache 315 ist konfiguriert, um einen oder mehrere Dateneintrag/-einträge zu speichern. Jeder Dateneintrag beinhaltet einen Wert eines vom Gerät 300 gesammelten Dateneintrags oder Datenpunkts und einen entsprechenden Zeitstempel oder eine Anzeige eines Zeitpunkts, an dem der Datenwert vom Gerät 300 generiert, erzeugt, an ihm empfangen oder von ihm beobachtet wurde. Sowohl der Wert der Prozesssteuerungsdaten als auch der in jedem Dateneintrag des Caches 315 gespeicherte Zeitstempel können zur Speicherung an den Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Speicherbereich 120 übertragen werden und/oder können an andere Knoten und Geräte in der Prozessanlagenumgebung 10 übertragen werden. In einer Ausführungsform ist ein Schema, das vom Cache 315 zur Datenspeicherung am Gerät 300 verwendet wird, in einem Schema enthalten, das vom Big-Data-Speicherbereich 120 zur Datenspeicherung an der Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 verwendet wird. In einer anderen Ausführungsform werden die Daten im Cache 315 gemäß einem lokalen Schema des Geräts 300 gespeichert.
Das Gerät 300 kann dynamische Mess- und Steuerungsdaten sowie verschiedene andere Datentypen sammeln, ohne dass vom Benutzer bereitgestellte Informationen erforderlich sind, die a priori identifizieren oder anzeigen, welche Daten gesammelt werden sollen. Das bedeutet, eine Konfiguration des Geräts 300 schließt eine Anzeige von Identitäten der Mess- und Steuerungsdaten und verschiedener anderer Typen an Daten, die zur letztendlichen Historisierung am Gerät 300 gesammelt werden sollen, aus. In derzeit bekannten Prozessanlagen oder Prozesssteuerungssystemen muss ein Bediener oder ein Benutzer typischerweise ein Prozesssteuerungsgerät (z. B. eine Steuerung) konfigurieren, um Mess- und Steuerungsdaten zu erfassen, indem Daten, die gesammelt oder gespeichert werden sollen, identifiziert werden, und in einigen Ausführungsformen indem die Zeiten oder Frequenzen, mit denen die Daten gesammelt oder gespeichert werden sollen, spezifiziert werden. Die Identitäten (und optional die Zeiten/Frequenzen) der zu sammelnden Daten sind in der Konfiguration des Prozesssteuerungsgeräts enthalten. In einem Gerät 300, das Prozesssteuerungs-Big-Data unterstützt, muss das Gerät 300 hingegen nicht mit den Identitäten der Mess- und Steuerungsdaten, die gesammelt werden sollen, und den Zeiten/Frequenzen des Sammelns konfiguriert sein. Tatsächlich werden in einer Ausführungsform alle Mess- und Steuerungsdaten sowie alle anderen Datentypen, die direkt vom Gerät 300 generiert und/oder direkt an ihm empfangen werden, automatisch gesammelt.
Ferner muss die Rate, mit der Mess- und Steuerungsdaten und/oder verschiedene andere Datentypen, vom Gerät 300 gesammelt und/oder von ihm übertragen werden, ebenfalls nicht in das Gerät 300 konfiguriert werden. Das bedeutet, die Rate, mit der Daten gesammelt und/oder übertragen werden, wird von einer Konfiguration des Geräts 300 ausgeschlossen. Stattdessen kann das Gerät 300 automatisch veranlassen, dass die gesammelten Mess- und Steuerungsdaten und verschiedene andere Datentypen in einer Ausführungsform zur Historisierung vom Gerät 300 übertragen oder gestreamt werden. In einem Beispiel ist das Gerät 300 konfiguriert, um wenigstens einige der Mess- und Steuerungsdaten und/oder andere Datentypen in Echtzeit zu streamen, während die Daten vom Gerät 300 generiert, erzeugt, empfangen oder anderweitig beobachtet werden (z. B. kann das Gerät 300 die Daten nicht zeitweise speichern oder zwischenspeichern oder kann die Daten nur so lange speichern, wie der Knoten benötigt, um die Daten für das Streaming zu verarbeiten). Des Weiteren kann das Gerät 300 Daten streamen, ohne dass verlustreiche Datenkompression oder eine andere Technik, die einen Verlust von Originalinformationen verursachen kann, verwendet wird.
In einer Ausführungsform speichert das Gerät 300 zeitweise wenigstens einige der gesammelten Daten in seinem Cache 315 und schiebt wenigstens einige der Daten aus seinem Cache 315, wenn der Cache 315 bis zu einem bestimmten Grenzwert gefüllt ist. Der Grenzwert des Caches kann anpassbar sein. In einigen Szenarien schiebt das Gerät 300 wenigstens einige der Daten aus seinem Cache 315, wenn eine Ressource (z. B. eine Bandbreite des Netzwerks 105, der Prozessor 308 oder eine andere Ressource) in ausreichendem Maß verfügbar ist. Ein Verfügbarkeitsgrenzwert einer bestimmten Ressource kann anpassbar sein.
In einer Ausführungsform speichert das Gerät 300 zeitweise wenigstens einige der gesammelten Daten in seinem Cache 315 und schiebt wenigstens einige der in seinen Cache 315 gespeicherten Daten in regelmäßigen Abständen. Die Regelmäßigkeit eines bestimmten Zeitintervalls, in dem Daten geschoben werden, kann auf einem Typ der Daten, dem Typ des Geräts 300, dem Standort des Geräts 300 und/oder anderen Kriterien basieren. Die Regelmäßigkeit eines bestimmten Zeitintervalls kann anpassbar sein. In einigen Ausführungsformen stellt das Gerät 300 zwischengespeicherte Daten als Reaktion auf eine Anfrage (z. B. von der Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung 102) bereit.
Mit Bezugnahme auf den Flash-Speicher 320 des Geräts 300 kann der Flash-Speicher 320 im Speicher 310 enthalten sein oder er kann eine separate Speicherkomponente (wie ein Festkörperlaufwerk) sein, auf das der Prozessor 308 mit mehreren Verarbeitungselementen zugreifen kann. Der Flash-Speicher 320 kann zum Beispiel in wenigstens einigen der Speicher M_X, die in 1 und 2 dargestellt sind, enthalten sein. Allgemein speichert der Flash-Speicher 320 Gerätekonfigurationsdaten, Batch-Rezepte und/oder andere Daten, die das Gerät 300 verwendet, um den Betrieb nach dem Beenden eines Off-Line-Zustands wieder aufzunehmen. Wenn eine Konfiguration eines Geräts 300 zum Beispiel heruntergeladen oder verändert wird oder wenn ein neues oder verändertes Batch-Rezept heruntergeladen wird, wird eine Momentaufnahme der entsprechenden Daten im Flash-Speicher 320 des Geräts 300 gespeichert. Der Inhalt des Flash-Speichers 320 kann während des Neustarts, der Wiederherstellung oder zu jedem beliebigen anderen Zeitpunkt, zu dem sich das Gerät 300 von einem ausgeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand begibt, verwendet werden. Dadurch können Kommunikationsstoßbelastungen oder -spitzen, die mit dem Transfer von heruntergeladenen Daten von einer Arbeitsstation auf das Gerät 300 nach Veränderungen im Zustand des Geräts 300 verknüpft sind, verringert oder eliminiert werden. Zum Beispiel können Verzögerungen in der Batch-Verarbeitung, die aufgrund des langen Zeitraums auftreten, der erforderlich ist, um die Rezeptinformationen an eine Steuerung zu übertragen, verringert oder eliminiert werden. Zusätzlich können im Flash-Speicher 320 gespeicherte Informationen verwendet werden, um Veränderungen in der Gerätekonfiguration nach zu verfolgen und um nach einem Stromausfall oder einem anderen Ereignis, das verursachen kann, dass das Gerät 300 off-line ist, eine vollständige Wiederherstellung von Konfigurationsparametern und/oder Batch-Rezepten im Gerät 300 zu unterstützen.
In einer Ausführungsform wird veranlasst, dass alle Daten, die vom Gerät 300 generiert, erzeugt, an ihm empfangen oder von ihm beobachtet werden, in dem unitären, logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden. Zum Beispiel kann wenigstens ein Teil aller beobachteten Daten kontinuierlich an den unitären, logischen Datenspeicherbereich gestreamt werden. Beobachtete Daten, die nicht sofort gestreamt werden, können kontinuierlich und zeitweise im Cache 315 (und in einigen Fällen dem Flash-Speicher 320) gespeichert werden. Zusätzlich werden die Inhalte des Caches 315 kontinuierlich an die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 übertragen, um den Cache 315 frei zu machen, um zeitweise nachfolgend beobachtete Daten zu speichern. Dementsprechend ist jederzeit ein vollständiger Verlauf von Operationen und Gerätekonfigurationen in der Prozessanlage 10 an der Big-Data-Vorrichtung 102 verfügbar, um Bedienertrends, Prozessanalyse, Modellaufbau, Datengewinnung und andere relevante Aktivitäten zu unterstützen.
Durch das Übertragen von Daten an die Big-Data-Vorrichtung 102 kann das Gerät 300 veranlassen, dass wenigstens ein Teil der Daten im Cache 315 über ein oder mehrere Kommunikationsnetzwerk(e) (z. B. den Netzwerk-Backbone 105) an den unitären, logischen Datenspeicherbereich 120 oder an eine Zugangsanwendung, die dem Datenspeicherbereich 120 der Big-Data-Speichervorrichtung 102 entspricht, übertragen wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Gerät 300 veranlassen, dass wenigstens ein Teil der Daten im Cache 315 an den unitären, logischen Datenspeicherbereich 120 oder an die Zugangsanwendung gestreamt wird (z. B. unter Verwendung des SCTP). In einer Ausführungsform ist die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 oder die Zugangsanwendung ein Abonnent eines Streaming-Dienstes, der die zwischengespeicherten Daten vom Gerät 300 liefert. Zum Beispiel ist das Gerät 300 ein Host des Streaming-Dienstes.
In einigen Ausführungsformen können Geräte 300, die Big-Data in Prozesssteuerungssystemen unterstützen, für mehrschichtiges oder mehrlagiges Datencaching und Übertragen in einem Prozesssteuerungsnetzwerk oder -system 10 verwendet werden. In einem beispielhaften Szenario übertragt ein Gerät 300 seine zwischengespeicherten Daten an ein(en) oder mehrere andere(n) Zwischengerät(e) oder -knoten und das/der eine oder die mehreren anderen Zwischengerät(e) oder -knoten speichert/speichern im Gegenzug die empfangenen Daten zwischen und veranlasst/veranlassen, dass die empfangenen Daten vom Cache zur Historisierung am unitären, logischen Datenspeicherbereich (z. B. dem Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Speicherbereich 120) weitergeleitet werden. In einer Ausführungsform sammelt/sammeln das eine oder die mehreren Zwischengerät(e) seine/ihre eigenen entsprechenden direkt generierten, erzeugten oder empfangenen Daten oder erfasst/erfassen diese und veranlasst/veranlassen, dass die entsprechenden gesammelten Daten zur Historisierung an den Big-Data-Speicherbereich 120 übertragen werden. Das/der eine oder die mehreren Zwischengerät(e) oder -knoten befindet/befinden sich zwischen dem Gerät 300 und dem Big-Data-Speicherbereich 120 oder ist/sind dort angeordnet, sodass der Standort des einen oder der mehreren Zwischengeräts/-e oder -knoten(s) im Netzwerk 105 näher, dichter oder proximaler am Big-Data-Speicherbereich 120 liegt als der Standort des Geräts 300.
4 und 5 sind beispielhafte Blockdiagramme, die ausführlichere Konzepte und Techniken für mehrlagiges oder mehrschichtiges Datencaching und Übertragen unter Verwendung von Geräten, die Big-Data in einem Prozesssteuerungssystem unterstützen, darstellen. Ausführungsformen der in 4 und 5 dargestellten Techniken können zum Beispiel vom Gerät 300 aus 1 oder von anderen geeigneten Geräten und/oder im Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk 100 aus 1 oder in anderen geeigneten Netzwerken verwendet werden. Der Einfachheit der Beschreibung halber werden 4 und 5 jedoch mit Verweis auf Elemente in 1–3 beschrieben.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Verwendung von Geräten oder Knoten zeigt, die Big-Data in Prozesssteuerungssystemen unterstützen (z. B. mehrere Instanzen des Geräts 300 aus 3). Insbesondere zeigt 4 eine beispielhafte Verwendung derartiger Geräte für mehrlagiges oder mehrschichtiges Zwischenspeichern und Übertragen von Daten an einen zentralisierten Datenspeicherbereich zur Speicherung und Historisierung. 4 zeigt drei beispielhafte Ebene 350–352, wobei die Ebene 350 drei Prozesssteuerungsgeräte 350a–350c aufweist, die Ebene 351 ein Prozesssteuerungsgerät 351a aufweist und die Ebene 352 zwei Prozesssteuerungsgeräte 352a und 352b aufweist. Die mit Verweis auf 4 beschriebenen Techniken und Konzepte können jedoch auf jede beliebige Anzahl von Ebenen des Datencaching und/oder Übertragens angewendet werden, wobei jede Ebene eine beliebige Anzahl an Prozesssteuerungsgeräten aufweist. Wenngleich 4 nur zwei Vorrichtungsdatenempfänger 122a, 122b zeigt, können die Techniken und Konzepte, die 4 entsprechen, zudem auf jeden beliebigen Typ und jede beliebige Anzahl von Vorrichtungsdatenempfängern 122 angewendet werden.
Jedes der Prozesssteuerungsgeräte 350a–350c, 351a, 352a und 352b kann eine Ausführungsform des in 3 dargestellten Geräts 300 sein und kann arbeiten, um einen oder mehrere Prozess(e) in einem Prozesssteuerungssystem oder einer Prozesssteuerungsanlage zu steuern. Zum Beispiel sind die Prozesssteuerungsgeräte 350a–350c aus 4 in Ebene 350 als Feldgeräte dargestellt, die konfiguriert sind, um eine physische Funktion auszuführen, um einen Prozess oder einen in der Prozessanlage 10 gesteuerten Prozess zu steuern. Die Feldgeräte 350a–350c erzeugen Prozesssteuerungsdaten, die zum Beispiel dem Steuern des Prozesses in Echtzeit entsprechen. In Ebene 351 ist das Prozesssteuerungsgerät 351a als ein I/O-Gerät dargestellt, das konfiguriert ist, um die von den Feldgeräten 350a–350c generierten Prozesssteuerungsdaten zu empfangen. In Ebene 352 sind die Prozesssteuerungsgeräte 352a und 352b als Prozesssteuerungen dargestellt, die konfiguriert sind, um die Prozesssteuerungsdaten vom I/O-Gerät 351a zu empfangen. In einigen Ausführungsformen können das I/O-Gerät 351a und die Steuerungen 352a und 352b jeweils zusätzliche Prozesssteuerungsdaten von anderen Geräten oder Knoten, die in 4 dargestellt sind, empfangen. Die Prozesssteuerungen 352a und 352b können jeweils die Prozesssteuerungsdaten eingeben und eine oder mehrere Steuerungsfunktion(en) ausführen, um eine Ausgabe (nicht dargestellt) zu erzeugen, um den Prozess zu steuern.
Ferner zeigt 4 eine beispielhafte Verwendung der Prozesssteuerungsgeräte 350a–350c, 351a, 352a und 352b, um mehrschichtiges oder mehrlagiges Zwischenspeichern im Prozesssteuerungssystem oder der Prozesssteuerungsanlage 10 bereitzustellen. Jedes der Prozesssteuerungsgeräte 350a–350c, 351a, 352a und 352b ist in 4 als einen entsprechenden Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen, bei dem es sich um den Prozessor 308 mit mehreren Verarbeitungselementen aus 3 handeln kann, enthaltend dargestellt. Jedes der Prozesssteuerungsgeräte 350a–350c, 351a, 352a und 352b ist in 4 als einen entsprechenden High-Density-Speicher M_X, der den Cache 315 und den Flash-Speicher 320 aus 3 beinhalten kann, enthaltend dargestellt. Demnach speichern die Feldgeräte 350a–350c, das I/O-Gerät 351a und die Steuerungen 352a und 352b in 4 jeweils entsprechende, gesammelte Daten zusammen mit entsprechenden Zeitstempeln in den entsprechenden Speichern M₇–M₁₂, zum Beispiel auf die oben beschriebene Weise. Die gesammelten Daten beinhalten alle Datentypen und beinhalten insbesondere zwischengespeicherte Daten von anderen Knoten oder Geräten, die nachgelagert vom unitären Datenspeicherbereich angeordnet sind. Die Daten können an jedem Gerät 350a–350c, 351a, 352a und 352b mit einer Rate gesammelt werden, mit der die Daten generiert, erzeugt oder empfangen werden. In einer Ausführungsform werden die gesammelten Daten unter Verwendung eines Schemas, das in dem vom Prozesssteuerungs-Big-Data-Speicherbereich 120 verwendeten Schema enthalten ist, in jedem der Speicher M₇–M₁₂ gespeichert oder zwischengespeichert.
Beispielsweise veranlasst jedes der Feldgeräte 350a–350c in der Ebene 350, dass die Inhalte der in seinem entsprechenden Datenspeicher M₇–M₉ zwischengespeicherten Daten an das I/O-Gerät 351a geliefert werden, wie über das Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk 105 oder über ein anderes Kommunikationsnetzwerk. Wie in 4 dargestellt, ist das I/O-Gerät 351a ein Beispiel eines Zwischengeräts oder -knotens, das/der im Kommunikationspfad des Netzwerks 105 zwischen den Feldgeräten 350a–350c und dem Big-Data-Speicherbereich 120 angeordnet ist, z. B. ist das I/O-Gerät 351a den Feldgeräten 350a–350c vorgelagert angeordnet. Die Feldgeräte 350a–350c können ihre entsprechenden zwischengespeicherten Daten an das I/O-Gerät 351a oder die Feldgeräte 350a–350c streamen und können die Inhalte ihrer entsprechenden zwischengespeicherten Daten regelmäßig an das I/O-Gerät 351a übertragen.
In Ebene 351 speichert das I/O-Gerät 351a im Speicher M₁₀ die von den Feldgeräten 350a–350c (und in einigen Ausführungsformen auch von anderen Geräten empfangene Daten) empfangenen Daten zusammen mit anderen Daten, die das I/O-Gerät 351a direkt generiert und empfängt, zwischen. Die Daten, die am I/O-Gerät 351a (einschließlich der Inhalte des Caches der Feldgeräte 350a–350c) gesammelt und zwischengespeichert werden, können dann an die Steuerungen 352a und 352b übertragen und/oder gestreamt werden, wie unter Verwendung des Kommunikationsnetzwerks 105 oder eines anderen Kommunikationsnetzwerks. In einer Ausführungsform wird ein Teil der am I/O-Gerät 351a zwischengespeicherten Daten an die Steuerung 352a übertragen und ein anderer Teil der am I/O-Gerät 351a zwischengespeicherten Daten wird an die Steuerung 352b übertragen. Die Steuerungen 352a, 352b sind in 4 als ein anderer Satz an Zwischengeräten dargestellt, die im Kommunikationspfad des Netzwerks 105 zwischen den Feldgeräten 350a–350c und dem Big-Data-Speicherbereich 120 angeordnet sind, 350a–350c. B. sind die Steuerungen 352a, 35b den Feldgeräten 350a–350c und dem I/O-Gerät 351a vorgelagert.
In Ebene 352 speichern die Steuerungen 352a und 352b jeweils in entsprechenden Speichern M₁₁ und M₁₂ entsprechende vom I/O-Gerät 351a empfangene Daten zwischen und fassen die Daten vom Gerät 351a mit Daten zusammen, die die Steuerungen 352a und 352b selbst jeweils direkt generieren und empfangen. In 4 veranlassen die Steuerungen 352a und 352b dann, dass die gesammelten, zwischengespeicherten Daten an den Prozesssteuerungs-Big-Data-Speicherbereich 120 geliefert und/oder gestreamt werden.
Jede der Steuerungen 352a und 352b kann wenigstens einige der entsprechenden zwischengespeicherten Daten an einen oder mehrere Vorrichtungsdatenempfänger 122a, 122b übertragen (z. B. unter Verwendung des Netzwerk-Backbones 105). In einer Ausführungsform schiebt wenigstens eine der Steuerungen 352a oder 352b wenigstens einige der Daten aus ihrem entsprechenden Cache (z. B. dem Speicher M₁₁ oder M₁₂), wenn der Cache bis zu einem bestimmten Grenzwert gefüllt ist. Der Grenzwert des Caches kann in einer Ausführungsform anpassbar sein. Wenigstens eine der Steuerungen 352a oder 352b kann wenigstens einige der Daten aus dem entsprechenden Cache schieben, wenn eine Ressource (z. B. eine Bandbreite des Netzwerks 105 oder eine andere Ressource) in ausreichendem Maß verfügbar ist. Ein Verfügbarkeitsgrenzwert einer bestimmten Ressource kann in einer Ausführungsform anpassbar sein.
In einigen Ausführungsformen schiebt wenigstens eine der Steuerungen 352a oder 352b wenigstens einige der im entsprechenden Cache gespeicherten Daten in regelmäßigen Abständen. Die Regelmäßigkeit eines bestimmten Zeitintervalls, mit dem Daten geschoben werden, kann auf einem Typ der Daten, dem Typ der Steuerung, dem Standort der Steuerung und/oder anderen Kriterien basieren und die Regelmäßigkeit eines bestimmten Zeitintervalls kann anpassbar sein. In einigen Ausführungsformen stellt wenigstens eine der Steuerungen 352a oder 352b Daten als Reaktion auf eine Anfrage bereit (z. B. von der Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung 102).
In einigen Ausführungsformen streamt wenigstens eine der Steuerungen 352a oder 352b wenigstens einige ihrer jeweiligen gesammelten Daten in Echtzeit, während die Daten von jeder der Steuerungen 352a und 352b generiert, erzeugt oder empfangen werden (z. B. kann die Steuerung die Daten nicht speichern oder zwischenspeichern oder kann die Daten nur so lange speichern, wie die Steuerung benötigt, um die Daten für das Streaming zu verarbeiten). Zum Beispiel werden wenigstens einige der Daten unter Verwendung eines Streaming-Protokolls an die Vorrichtungsdatenempfänger 122a, 122b gestreamt. In einer Ausführungsform hostet wenigstens eine der Steuerungen 352a, 352b einen entsprechenden Streaming-Service und wenigstens einer der Datenempfänger 122a, 122b und/oder der Datenspeicherbereich 120 kann den Streaming-Service abonnieren.
Dementsprechend können übertragene Daten von den Vorrichtungsdatenempfängern 122a und 122b zum Beispiel über den Netzwerk-Backbone 105 empfangen werden. In einer Ausführungsform ist ein bestimmter Vorrichtungsdatenempfänger 122a oder 122b zweckbestimmt, um Daten von einem oder mehreren bestimmten Gerät(en) oder Knoten zu empfangen. In einer Ausführungsform ist ein bestimmter Vorrichtungsdatenempfänger 122a oder 122b zweckbestimmt, um Daten nur von einem oder mehreren bestimmten Typ(en) von Geräten oder Knoten zu empfangen (z. B. Steuerungen, Routern oder Benutzerschnittstellengeräten). In einigen Ausführungsformen ist ein bestimmter Vorrichtungsdatenempfänger 122a oder 122b zweckbestimmt, um nur einen oder mehrere bestimmte Typ(en) an Daten zu empfangen (z. B. nur Prozesssteuerungsdaten oder nur Netzwerkmanagementdaten).
Die Vorrichtungsdatenempfänger 122a und 122b können veranlassen, dass die Daten im Big-Data-Vorrichtungsspeicherbereich 120 gespeichert oder historisiert werden, z. B. als Teil des Big-Data-Satzes, der der Prozessanlage 10 entspricht. In einem Beispiel werden die von den Vorrichtungsdatenempfängern 122a und 122b empfangenen Daten unter Verwendung des Prozesssteuerungs-Big-Data-Schemas im Datenspeicherbereich 120 gespeichert. In 4 sind die Zeitreihendaten 120a als separat von entsprechenden Metadaten 120b gespeichert dargestellt, wenngleich wenigstens einige der Metadaten 120b in einigen Ausführungsformen integral mit den Zeitreihendaten 120a gespeichert werden können.
In einer Ausführungsform werden Daten, die über die Vielzahl von Vorrichtungsdatenempfängern 122a und 122b empfangen werden, integriert, sodass Daten von mehreren Quellen kombiniert werden können (z. B. in einer gleichen Gruppe an Reihen des Datenspeicherbereichs 120). Typischerweise, jedoch nicht zwangsläufig, werden Daten, die über die Vielzahl von Vorrichtungsdatenempfängern 122a und 122b empfangen werden, in einem Rohformat im Big-Data-Vorrichtungsspeicherbereich 120 gespeichert. In einigen Szenarien können wenigstens einige der empfangenen Rohdaten gesäubert werden, um Rauschen und nicht konsistente Daten oder Ausreißerdaten zu entfernen. Zum Beispiel kann ein Vorrichtungsanfragen-Servicer 125a, 125b das Abrufen von in Rohformat oder in einem gereinigten Format im Big-Data-Vorrichtungsspeicherbereich 120 gespeicherten Daten anfordern. Wenn bereinigte Daten angefordert werden, kann die Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Vorrichtung 102 Rohdaten vom Speicherbereich 120 abrufen und die abgerufenen Daten reinigen, bevor die bereinigten Daten an den Anfragen-Servicer 125a, 125b bereitgestellt werden.
Mit Bezugnahme auf 5 ist 5 ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Verwendung von Geräten, die Big-Data in Prozesssteuerungssystemen und -anlagen für mehrlagiges oder mehrschichtiges Datencaching und Übertragen unterstützen, darstellt. 5 beinhaltet drei beispielhafte Ebene 380–382, wobei die Ebene 380 drei Geräte 380a–380c aufweist, die Ebene 381 zwei Geräte 381a und 381b aufweist und die Ebene 382 zwei Geräte 382a und 382b aufweist. Die mit Verweis auf 5 beschriebenen Techniken und Konzepte können jedoch auf jede beliebige Anzahl an Ebenen angewendet werden, die eine beliebige Anzahl an Geräten aufweisen. Jedes der Geräte 380a–380c, 381a–381b oder 382a–382b kann ein Provider-Knoten oder -Gerät 110, ein Benutzerschnittstellenknoten oder -gerät 112 oder ein anderer Knoten oder ein anderes Gerät 115, der/das Big-Data in einer Prozesssteuerungsumgebung oder -anlage unterstützt, sein.
Zusätzlich kann jedes der Geräte 380a–380c, 381a, 381b, 382a und 382b eine Ausführungsform des Geräts 300 aus 3 sein. In 5 ist jedes der Geräte 380a–380c, 381a, 381b, 382a und 382b als einen entsprechenden Prozessor P_MCX mit mehreren Verarbeitungselementen (der den Prozessor 308 mit mehreren Verarbeitungselementen aus 3 beinhalten kann) und einen entsprechenden High-Density-Speicher M_X (der den Cache 315 und den Flash-Speicher 320 aus 3 beinhalten kann) enthaltend dargestellt.
Wie in 5 dargestellt, ist jedes der Geräte 380a–380c in Ebene 380 ein anderer Gerätetyp. Insbesondere ist das Gerät 380a als ein Feldgerät dargestellt, das konfiguriert ist, um eine physische Funktion auszuführen, um einen Prozess oder einen in der Prozessanlage 10 gesteuerten Prozess zu steuern. Das Gerät 380b ist als ein Router dargestellt, der konfiguriert, um kabellose Pakete innerhalb eines kabellosen Netzwerks von einem kabellosen Gerät zu einem anderen kabellosen Gerät zu leiten. Das Gerät 380c ist als ein Benutzerschnittstellengerät dargestellt, das konfiguriert ist, um es einem Benutzer oder Bediener zu ermöglichen, mit dem Prozesssteuerungssystem oder der Prozessanlage 10 zu interagieren. In 5 generiert jedes der Geräte 380a–380c beobachtete Daten und speichert sie zusammen mit entsprechenden Zeitstempeln in entsprechenden Speichern M₁₄–M₁₆ zwischen und überträgt und/oder streamt die Inhalte in den Speichern M₁₄–M₁₆ dann an Geräte oder Knoten, die in der nächsten Ebene 381 enthalten sind.
In Ebene 381 sind die Geräte 381a und 381b als Vergangenheitsdatenspeichergeräte dargestellt, die konfiguriert sind, um von den Geräten 380a–380c empfangene Daten und/oder andere Daten, die im gesamten Prozesssteuerungssystem 10 gesammelt werden, zeitweise in den entsprechenden Speichern M₁₇ und M₁₈ zu speichern (z. B. zwischen zu speichern). In einigen Ausführungsformen sind die Vergangenheitsdatenspeichergeräte 381a und 381b konfiguriert, um spezifische Datentypen auf einer Ebene oder Daten von spezifischen Geräten oder Knoten auf der Ebene zu empfangen. Zum Beispiel empfängt das Vergangenheitsdatenspeichergerät 381a Daten von allen Geräten oder Knoten auf der Ebene 380. In einem anderen Beispiel empfängt das Vergangenheitsdatenspeichergerät 381a ausschließlich Daten von Feldgeräten (z. B. dem Feldgerät 380a) und Netzwerkgeräten (z. B. dem Router 380b) auf der Ebene 380. In einem weiteren anderen Beispiel empfängt das Vergangenheitsdatenspeichergerät 381b nur benutzerschnittstellenbezogene Daten, wie Benutzerbefehle, Benutzeranfragen usw. von Benutzerschnittstellengeräten (z. B. dem Benutzerschnittstellengerät 380c) auf der Ebene 380.
Wie in 5 dargestellt, überträgt und/oder streamt wenigstens ein Vergangenheitsdatenspeichergerät (z. B. das Vergangenheitsdatenspeichergerät 381a) in einigen Ausführungsformen wenigstens einen Teil seiner zwischengespeicherten Daten direkt an den Big-Data-Speicherbereich 120 (z. B. über den Vorrichtungsdatenempfänger 122a). In einigen Ausführungsformen übertragen und/oder streamen die Vergangenheitsdatenspeichergeräte 381a und 381b die Inhalte in den Speichern M₁₇ und M₁₈ an die nächste Ebene 382. In der Ebene 382 ist das Gerät 382a als ein anderes Vergangenheitsdatenspeichergerät dargestellt und das Gerät 382b ist als eine Prozesssteuerung dargestellt. Das Vergangenheitsdatenspeichergerät 382 empfängt und speichert Daten von den Vergangenheitsdatenspeichergeräten 381a und 381b im Speicher M₁₉ (speichert sie z. B. zwischen). Außerdem kann das Vergangenheitsdatenspeichergerät 382a konfiguriert sein, um Daten von der Steuerung 382b zu empfangen, z. B. wenn sich die Steuerung 382b proximal in der Nähe des Vergangenheitsdatenspeichergeräts 382a befindet oder wenn sich die Steuerung 382b auf derselben Caching-Ebene befindet, wie das Vergangenheitsdatenspeichergerät 382a. In einigen Fällen kann die Steuerung 382b eingebettete Datenanalyseanwendungen beinhalten, die erfordern, dass die Steuerung 382b sowohl Echtzeit-Prozesssteuerungsdaten liest als auch Vergangenheits-Streaming-Daten vom Vergangenheitsdatenspeicher 382a erfasst. Sobald die Daten vom Vergangenheitsdatenspeichergerät 382a empfangen und gespeichert wurden, liefert und/oder streamt das Vergangenheitsdatenspeichergerät 382a die zusammengetragenen Daten in jedem Fall über den einen oder die mehreren Vorrichtungsdatenempfänger 122a, 122b an den Prozesssteuerungs-Big-Data-Speicherbereich 120.
Allgemein können unter Verwendung verschiedener ebener oder mehrschichtiger Schemata verschiedene Typen an Daten an verschiedenen Knoten des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100 zwischengespeichert werden. In einer Ausführungsform werden Daten, die dem Steuern eines Prozesses entsprechen, auf mehrschichtige Weise unter Verwendung von Provider-Geräten 110, deren Hauptfunktion darin besteht, zu steuern (z. B. Feldgeräte, I/O-Geräte, Steuerungen, wie im beispielhaften in 4 dargestellten Szenario), zwischengespeichert und geliefert, wohingegen Daten, die Netzwerkverkehr entsprechen, unter Verwendung von Provider-Geräten 110, deren Hauptfunktion Verkehrsmanagement ist (z. B. Router, Zugangspunkte und Gateways) zwischengespeichert und geliefert. In einer Ausführungsform werden Daten über Vergangenheitsdatenspeicherknoten oder -geräte an den unitären, logischen Datenspeicherbereich geliefert, wie in 5 dargestellt. Zum Beispiel liefern oder streamen nachgelagerte (z. B. weiter weg von der Big-Data-Vorrichtung 102 angeordnete) Vergangenheitsdatenspeicherknoten oder -geräte zwischengespeicherte Daten an vorgelagerte (z. B. näher an der Big-Data-Vorrichtung 102 angeordnete) Vergangenheitsdatenspeicherknoten oder -geräte und letztendlich liefern oder streamen die Vergangenheitsdatenspeicherknoten oder -geräte, die direkt nachgelagert von der Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung 102 angeordnet sind, entsprechende zwischengespeicherte Daten zur Speicherung an der Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung 102.
In einer Ausführungsform wird mehrlagiges oder mehrschichtiges Datencaching oder Übertragen von Knoten 110 ausgeführt, die unter Verwendung des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk-Backbones 105 miteinander kommunizieren. In einer Ausführungsform kommunizieren wenigstens einige Knoten 110, die am mehrschichtigen oder mehrlagigen Zwischenspeichern beteiligt sind, zwischengespeicherte Daten an Knoten 110 auf einer anderen Ebene, die ein anderes Kommunikationsnetzwerk und/oder ein anderes Protokoll verwendet, wie HART, WirelessHART, Feldbus, DeviceNet, Wi-Fi, Ethernet oder ein anderes Protokoll.
Wenngleich mehrlagiges oder mehrschichtiges Zwischenspeichern mit Verweis auf Provider-Geräte oder -Knoten 110 beschrieben wurde, können die Konzepte und Techniken selbstverständlich gleichermaßen Benutzerschnittstellengeräteknoten 112 und/oder andere Typen von Geräten oder Knoten 115, die Big-Data in Prozesssteuerungsanlagen und -systemen unterstützen, betreffen. In einer Ausführungsform führt eine Untermenge der Geräte oder Knoten 108 mehrlagiges oder mehrschichtiges Datencaching und Übertragen aus, während eine andere Untermenge der Geräte oder Knoten 108 veranlasst, dass ihre zwischengespeicherten/gesammelten Daten direkt an die Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung 102 geliefert werden, ohne dass sie an einem Zwischenknoten zwischengespeichert oder gespeichert werden. In einigen Ausführungsformen speichern Vergangenheitsdatenspeicherknoten Daten von mehreren verschiedenen Typen an Geräten oder Knoten zwischen, z. B. von einem Provider-Gerät 110 und von einem Benutzerschnittstellengerät 112.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 für die Verwendung von Geräten, um Big-Data in Prozessanlagen und Prozesssteuerungssystemen zu unterstützen. Das Verfahren 400 kann zum Beispiel mit dem Gerät 300 aus 3 ausgeführt werden, mit den mehrlagigen oder mehrschichtigen Datencaching- und Übertragungstechniken aus 4 und 5, mit den Provider-Knoten oder -Geräten 110 aus 2 und/oder mit der Vielzahl von Geräten oder Knoten 108 des Prozesssteuerungs-Big-Data-Netzwerks 100 aus 1. In einer Ausführungsform ist das Verfahren 400 durch wenigstens einen Teil des Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerks 100 aus 1 implementiert.
In einem Block 402 können Daten an einem Gerät, das Big-Data in Prozesssteuerungsanlagen oder -netzwerken unterstützt, gesammelt werden. Das Gerät kann mit einem Kommunikationsnetzwerk einer Prozessanlage oder eines Prozesssteuerungssystems in Kommunikationsverbindung stehen, wie dem Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Netzwerk 100. Das Gerät kann ein Feldgerät, eine Prozesssteuerung, ein I/O-Gerät, ein Gateway-Gerät, ein Zugangspunkt, ein Routing-Gerät, ein Netzwerkmanagementgerät, ein Benutzerschnittstellengerät, ein Vergangenheitsdatenspeichergerät oder ein anderes Gerät, das konfiguriert ist, um mit der Prozessanlage oder mit einem durch die Prozessanlage gesteuerten Prozess verknüpfte Big-Data zu sammeln. Die gesammelten Daten können Messdaten, Ereignisdaten, Batch-Daten, berechnete Daten, Konfigurationsdaten und kontinuierliche Daten beinhalten. Dementsprechend beinhalten die gesammelten Daten allgemein alle Typen von Daten, die von dem Gerät generiert, erzeugt, an ihm empfangen oder von ihm beobachtet werden. Die Daten können gesammelt werden, ohne dass eine Identifikation der Daten a priori in einer Konfiguration des Geräts eingeschlossen wird. Ferner können die Mess- und Steuerungsdaten, sowie verschiedene andere Datentypen, am Prozesssteuerungsgerät mit einer Rate der Generierung durch das Gerät, einer Rate der Erzeugung durch das Gerät oder einer Rate des Empfangs am Gerät gesammelt werden, erneut ohne dass die Rate a priori in der Konfiguration des Geräts eingeschlossen werden muss.
In einem Block 404 können die gesammelten Daten zusammen mit einer Anzeige, wann die Daten am Gerät erfasst oder gesammelt wurden (z. B. einem Zeitstempel), in einem Cache gespeichert werden. Der Cache ist zum Beispiel im Gerät enthalten. In einer Ausführungsform können die Daten und ihr entsprechender Zeitstempel in einem Eintrag des Caches gespeichert werden. In Ausführungsformen, in denen mehrere Werte der Daten im Laufe der Zeit erfasst werden (Block 402), kann jeder Wert zusammen mit seinem entsprechenden Zeitstempel in demselben Eintrag oder in einem anderen Eintrag des Caches gespeichert werden. Das Schema, das vom Cache verwendet wird, um Einträge zu speichern, kann in einem Schema enthalten sein, das von einer Datenspeichereinheit verwendet wird, in der die zwischengespeicherten Daten historisiert werden sollen, wie dem Prozesssteuerungs-Big-Data-Speicherbereich 120 oder einem anderen geeigneten Big-Data-Speicherbereich. In einigen Ausführungsformen wird der Block 404 weggelassen, zum Beispiel wenn gesammelte Daten direkt vom Gerät zur Historisierung an einem Prozesssteuerungssystem-Big-Data-Speicherbereich gestreamt werden.
In einem Block 406 wird veranlasst, dass wenigstens ein Teil der im Cache gespeicherten Daten zur Speicherung an einen unitären, logischen Speicherbereich übertragen wird, der der Prozessanlage entspricht (z. B. der Big-Data-Speicherbereich 120 aus 1), wodurch wenigstens ein Teil des Caches freigemacht wird, um nachfolgende Daten zu speichern. Der unitäre, logische Datenspeicherbereich ist konfiguriert, um unter Verwendung eines einheitlichen Formats oder Schemas mehrere Typen an Daten, die sich auf die Prozessanlage oder den von der Prozessanlage gesteuerten Prozess beziehen, zu speichern. In einer Ausführungsform beinhaltet das Übertragen der Daten das Veranlassen, dass wenigstens ein Teil der Daten im Cache regelmäßig übertragen wird. Zusätzlich oder alternativ beinhaltet das Übertragen der Daten das Veranlassen, dass wenigstens ein Teil der Daten im Cache gestreamt wird. In einer Ausführungsform beinhaltet das Übertragen der im Cache gespeicherten Daten das Auswählen oder Bestimmen eines Eintrags des Caches zur Übertragung, wobei die Inhalte (z. B. der Wert der Daten und der entsprechende in dem ausgewählten Eintrag enthaltene Zeitstempel) an das Kommunikationsnetzwerk übertragen werden können. In einigen Ausführungsformen kehrt das Verfahren 400 zu Block 402 zurück und die Schritte des Sammelns, Speicherns und Übertragens von Daten werden wiederholt.
In einer Ausführungsform wird wenigstens ein Teil der Daten, die zur Speicherung an den unitären, logischen Speicherbereich übertragen werden (Block 406), über das Kommunikationsnetzwerk an andere Prozesssteuerungsgeräte oder -knoten übertragen, die im Kommunikationsnetzwerk zwischen dem Prozesssteuerungsgerät und dem unitären, logischen Datenspeicherbereich angeordnet sind. Die anderen Prozesssteuerungsgeräte oder -knoten können konfiguriert sein, um wenigstens einen Teil der Daten zeitweise zu speichern und wenigstens den Teil der Daten an den unitären, logischen Datenspeicherbereich weiterzuleiten. In einer Ausführungsform wird wenigstens ein Teil der Daten, die an den unitären, logischen Speicherbereich übertragen werden, auch an andere Geräte oder Knoten des Prozesssteuerungssystems oder der Prozesssteuerungsanlage 10 übertragen.
Ausführungsformen der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Techniken können jede beliebige Anzahl der folgenden Aspekte beinhalten, entweder einzeln oder in Kombination:

1. Verfahren zum Bereitstellen von Daten unter Verwendung eines Geräts, das mit einem Kommunikationsnetzwerk einer Prozessanlage in Kommunikationsverbindung steht, wobei die Prozessanlage Geräte und Ausrüstung beinhaltet, die konfiguriert sind/ist, um einen oder mehrere Prozess(e) zu steuern. Das Verfahren kann das Sammeln von Daten an dem Gerät umfassen, wobei die Daten wenigstens eins beinhalten von: (i) Daten, die von dem Gerät generiert werden (z. B. zur Übertragung vom Gerät), (ii) Daten, die von dem Gerät erzeugt werden, oder (iii) Daten, die an dem Gerät empfangen werden. Die Daten können wenigstens einem entsprechen von der Prozessanlage oder einem Prozess, der von der Prozessanlage gesteuert wird, und ein Typ des Geräts kann in einem Satz an Gerätetypen enthalten sein, wobei der Satz an Gerätetypen ein Feldgerät und eine Steuerung beinhaltet. Das Verfahren kann ferner das Speichern der gesammelten Daten im Cache des Geräts und das Veranlassen, dass wenigstens ein Teil der gesammelten Daten zur Speicherung in einem unitären, logischen Datenspeicherbereich einer Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung, die der Prozessanlage entspricht, übertragen werden, beinhalten. Der unitäre, logische Datenspeicherbereich kann konfiguriert sein, um unter Verwendung eines einheitlichen Formats mehrere Typen an Daten aus einem Satz an Datentypen, die wenigstens einem von der Prozessanlage oder dem von der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, zu speichern, und der Satz an Datentypen kann kontinuierliche Daten, Ereignisdaten, Messdaten, Batch-Daten, berechnete Daten und Konfigurationsdaten beinhalten.
2. Verfahren nach dem vorangehenden Aspekt, wobei das Sammeln der Daten wenigstens eins umfasst von: Sammeln aller Daten, die zur Übertragung von dem Gerät generiert werden, Sammeln aller Daten, die von dem Gerät erzeugt werden, oder Sammeln aller Daten, die an dem Gerät empfangen werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Sammeln der Daten wenigstens eins umfasst von: Sammeln von zur Übertragung vom Gerät generierten Daten mit einer Generierungsrate, Sammeln von vom Gerät erzeugten Daten mit einer Erzeugungsrate oder Sammeln aller am Gerät empfangenen Daten mit einer Empfangsrate.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Sammeln der Daten am Gerät das Sammeln wenigstens eines Datentyps, der in dem Satz an Datentypen enthalten ist, am Gerät umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei: die Daten erste Daten sind, das Gerät ein erstes Gerät ist und der Satz an Gerätetypen ferner ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Gerät beinhaltet, das eine Feldgerätschnittstelle und eine Steuerungsschnittstelle aufweist. Zusätzlich kann das Verfahren ferner das Empfangen von zweiten Daten an dem ersten Gerät umfassen, die wenigstens eins sind von (i) zur Übertragung von einem zweiten Gerät generiert, (ii) von dem zweiten Gerät erzeugt oder (iii) an dem zweiten Gerät empfangen, wobei das zweite Gerät einen Gerätetyp von einem von dem Feldgerät, der Steuerung oder dem I/O-Gerät aufweist. Das Verfahren kann das Speichern der zweiten Daten im Cache des ersten Geräts und das Veranlassen, dass wenigstens ein Teil der zweiten gesammelten Daten zur Speicherung in dem unitären, logischen Datenspeicherbereich der Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung übertragen wird, beinhalten.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das erste Gerät einen Gerätetyp von einem vom Feldgerät, der Steuerung oder dem I/O-Gerät aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Veranlassen des Übertragens wenigstens des Teils der zweiten gesammelten Daten das integrale Übertragen von wenigstens dem Teil der zweiten gesammelten Daten mit wenigstens dem Teil der ersten gesammelten Daten umfasst.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Speichern der gesammelten Daten im Cache das Speichern von Anzeigern entsprechender Zeiten der Generierung oder des Empfangs der gesammelten Daten zusammen mit den gesammelten Daten im Cache beinhaltet; und wobei das Veranlassen, dass wenigstens der Teil der gesammelten Daten übertragen wird, das Veranlassen, dass wenigstens der Teil der gesammelten Daten und die entsprechenden Zeiten der Generierung oder des Empfangs wenigstens des Teils der gesammelten Daten übertragen wird, umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Speichern der gesammelten Daten im Cache des Geräts das Speichern der gesammelten Daten im Cache unter Verwendung eines Schemas umfasst, das in einem Schema enthalten ist, das dem einheitlichen, vom unitären, logischen Datenspeicherbereich verwendeten Format entspricht.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Veranlassen des Übertragens der Daten das Streamen der Daten umfasst.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Streamen der Daten das Streamen der Daten unter Verwendung eines Stream Control Transmission Protocol (SCTP) umfasst.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, das ferner das Bereitstellen eines Streaming-Dienstes umfasst, über den die Daten an einen oder mehrere Abonnenten des Streaming-Dienstes gestreamt werden.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Veranlassen des Übertragens wenigstens des Teils der Daten zur Speicherung im unitären, logischen Datenspeicherbereich das Übertragen wenigstens des Teils der Daten über ein Kommunikationsnetzwerk an ein anderes Gerät, das im Kommunikationsnetzwerk zwischen dem Gerät und dem unitären, logischen Datenspeicherbereich angeordnet ist, umfasst.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Übertragen wenigstens des Teils der Daten an das andere Gerät das Übertragen wenigstens des Teils der Daten umfasst an wenigstens eins von: einem Prozesssteuerungsgerät, das konfiguriert ist, um die Prozess in der Prozessanlage in Echtzeit zu steuern, einem Netzwerkmanagement- oder Routing-Gerät oder einem anderen Gerät, das konfiguriert ist, um wenigstens den Teil der Daten zeitweise zu speichern und wenigstens den Teil der Daten an den unitären, logischen Datenspeicherbereich weiterzuleiten.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei der Satz an Gerätetypen ferner ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Gerät, das eine Feldgerätschnittstelle und eine Steuerungsschnittstelle aufweist, ein Benutzerschnittstellengerät, ein Gateway-Gerät, einen Zugangspunkt, ein Routing-Gerät und ein Netzwerkmanagementgerät beinhaltet.
16. Gerät zum Steuern eines Prozesses in einer Prozessanlage, das eine Schnittstelle zu einem Kommunikationsnetzwerk der Prozessanlage und einen Cache, der konfiguriert ist, um Daten zu speichern (z. B. Daten zeitweise zu speichern), beinhaltet. Die Daten können wenigstens eins beinhalten von: (i) Daten, die zur Übertragung vom Gerät generiert wurden, (ii) Daten, die vom Gerät erzeugt wurden, oder (iii) Daten, die vom Gerät empfangen wurden, und die Daten können wenigstens einem von der Prozessanlage oder dem in der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen. Das Gerät kann einen Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen beinhalten, der wenigstens ein Verarbeitungselement aufweist, das zweckbestimmt ist, um zu veranlassen, dass die Daten im Cache gespeichert werden, und zu veranlassen, dass wenigstens ein Teil der Daten zur Speicherung in einem zentralisierten Datenspeicherbereich, der der Prozessanlage entspricht, über das Kommunikationsnetzwerk übertragen wird. Das Gerät kann ein Prozesssteuerungsgerät sein, zum Beispiel ein Feldgerät, das konfiguriert ist, um eine physische Funktion auszuführen, um den Prozess zu steuern, eine Steuerung, die konfiguriert ist, um eine Eingabe zu empfangen und basierend auf der Eingabe eine Ausgabe zu generieren, um den Prozess zu steuern, oder ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Gerät, das zwischen dem Feldgerät und der Steuerung angeordnet ist und mit ihnen in Kommunikationsverbindung steht. In einer Ausführungsform kann das Gerät konfiguriert sein, um beliebige Teile von oder jeden beliebigen der vorangehenden Aspekte auszuführen.
17. Gerät nach dem vorangehenden Aspekt, wobei wenigstens eins gilt von: ein erstes Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient dazu, zu veranlassen, dass die Daten im Cache gespeichert werden; ein zweites Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient dazu, zu veranlassen, dass wenigstens der Teil der Daten übertragen wird, oder ein drittes Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient dazu, das Gerät zu bedienen, um den Prozess in der Prozessanlage in Echtzeit zu steuern.
18. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei wenigstens eins gilt von: das erste Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient ausschließlich dazu, wenigstens zu veranlassen, dass die Daten im Cache gespeichert werden, oder zu veranlassen, dass wenigstens der Teil der Daten übertragen wird, oder das dritte Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient ausschließlich dazu, das Gerät zu bedienen, um den Prozess in der Prozessanlage zu steuern.
19. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei der zentralisierte Datenspeicherbereich ein unitärer, logischer Datenspeicherbereich einer Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung ist, die der Prozessanlage entspricht. Der unitäre, logische Datenspeicherbereich kann konfiguriert sein, um unter Verwendung eines einheitlichen Formats mehrere Typen an Daten, die wenigstens einem von der Prozessanlage oder einem in der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, zu speichern. Die verschiedenen Datentypen können in einem Satz an Datentypen enthalten sein, der kontinuierliche Daten, Messdaten, Ereignisdaten, berechnete Daten, Konfigurationsdaten und Batch-Daten umfasst.
20. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das einheitliche Format des unitären, logischen Datenspeicherbereichs ein einheitliches Schema umfasst, wobei das einheitliche Schema ein lokales Schema beinhaltet, das verwendet wird, um die Daten im Cache des Geräts zu speichern.
21. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei der Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen konfiguriert ist, um zu veranlassen, dass wenigstens der Teil der im Cache gespeicherten Daten über das Kommunikationsnetzwerk gestreamt wird.
22. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei der Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen konfiguriert ist, um einen Streaming-Dienst bereitzustellen, an den wenigstens eins von dem zentralisierten Datenspeicherbereich oder eine Zugangsanwendung, die dem zentralisierten Datenspeicherbereich entspricht, angeschlossen ist.
23. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die im Cache gespeicherten Daten wenigstens eins beinhalten von Messdaten, berechneten Daten, Konfigurationsdaten, Batch-Daten, Ereignisdaten oder kontinuierlichen Daten.
24. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die Daten zusammen mit entsprechenden Zeitstempeln im Cache gespeichert werden. Jeder entsprechende Zeitstempel kann eine Zeit der Generierung oder des Empfangs von Daten eines entsprechenden in den Daten enthaltenen Dateneintrags anzeigen und der Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen kann konfiguriert sein, um zu veranlassen, dass wenigstens der Teil der Daten und die entsprechenden Zeitstempel, die wenigstens dem Teil der Daten entsprechen, zur Speicherung am zentralisierten Datenspeicherbereich übertragen werden.
25. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei eine Konfiguration des Geräts Anzeiger einer oder mehrerer Identitäten von Daten, die gesammelt und im Cache gespeichert werden sollen, ausschließt.
26. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die im Cache zu speichernden Daten wenigstens eins enthalten von (i) allen Daten, die zur Übertragung vom Gerät generiert werden, (ii) alle Daten, die vom Gerät erzeugt werden, oder (iii) alle Daten, die vom Gerät empfangen werden.
27. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, das ferner einen Flash-Speicher umfasst, der konfiguriert ist, um wenigstens eins zu speichern von: (i) wenigstens einen Teil einer Konfiguration des Geräts oder (ii) ein Batch-Rezept, das dem Gerät entspricht, wobei das Gerät auf einen Inhalt des Flash-Speichers zugreift, um den Betrieb wieder aufzunehmen, nachdem ein Off-Line-Zustand beendet wurde.
28. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Kommunikationsnetzwerk wenigstens eins von einem verkabelten Kommunikationsnetzwerk oder einem kabellosen Kommunikationsnetzwerk beinhaltet.
29. Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die Schnittstelle eine erste Schnittstelle ist, das Kommunikationsnetzwerk ein erstes Kommunikationsnetzwerk ist und das Gerät ferner eine zweite Schnittstelle umfasst, die mit einem zweiten Kommunikationsnetzwerk gekoppelt ist, das sich vom Kommunikationsnetzwerk unterscheidet, wobei die zweite Schnittstelle vom Gerät verwendet wird, um Signale wenigstens zu übertragen oder zu empfangen, um den Prozess in Echtzeit zu steuern.
30. System zum Unterstützen von Big-Data in einer Prozessanlage, wobei das System ein Kommunikationsnetzwerk beinhaltet, das eine Vielzahl von Knoten aufweist. Das Kommunikationsnetzwerk kann konfiguriert sein, um Daten zur Speicherung an einem unitären, logischen Datenspeicherbereich bereitzustellen, und der unitäre, logische Datenspeicherbereich kann konfiguriert sein, um unter Verwendung eines einheitlichen Formats mehrere Typen an Daten aus einem Satz an Datentypen, die wenigstens einem von der Prozessanlage oder einem von der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, zu speichern. Der Satz an Datentypen kann kontinuierliche Daten, Ereignisdaten, Messdaten, Batch-Daten, berechnete Daten und Konfigurationsdaten beinhalten.

Jeder Knoten der Vielzahl von Knoten kann konfiguriert sein, um (i) entsprechende erste Daten zwischen zu speichern, die wenigstens eins sind von: an jedem Knoten generiert, erzeugt oder empfangen, und (ii) um zu veranlassen, dass wenigstens ein Teil der zwischengespeicherten Daten zur Speicherung oder Historisierung am unitären, logischen Datenspeicherbereich über das Kommunikationsnetzwerk übertragen wird. Wenigstens ein Knoten der Vielzahl von Knoten ist ferner konfiguriert, um (iii) zweite Daten zu empfangen, die wenigstens eins sind von von einem anderen Knoten der Vielzahl von Knoten generiert, erzeugt oder an ihm empfangen, und um (iv) zu veranlassen, dass die zweiten Daten zur Speicherung an dem unitären, logischen Datenspeicherbereich übertragen werden. Das System kann ein Gerät nach einem der vorangehenden Aspekte beinhalten und/oder kann wenigstens einen Teil eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Aspekte ausführen.

31. System nach dem vorangehenden Aspekt, wobei die Vielzahl von Knoten eine Steuerung beinhaltet, die konfiguriert ist, um einen Satz an Eingaben zu empfangen, einen Wert einer Ausgabe zu bestimmen und zu veranlassen, dass die Ausgabe an ein Feldgerät übertragen wird, um den Prozess in der Prozessanlage zu steuern, und wobei das erste Feldgerät konfiguriert ist, um basierend auf der Ausgabe der Steuerung eine physische Funktion auszuführen, um den Prozess zu steuern.
32. System nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Kommunikationsnetzwerk ein erstes Kommunikationsnetzwerk ist und wobei die Steuerung konfiguriert ist, um wenigstens eins zu tun von: Empfangen wenigstens einer Eingabe des Satzes an Eingaben an einer Schnittstelle zu einem zweiten Kommunikationsnetzwerk oder Veranlassen, dass die Ausgabe über die Schnittstelle zum zweiten Kommunikationsnetzwerk an das Feldgerät übertragen wird.
33. System nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Feldgerät ein erstes Feldgerät ist, die Steuerung in dem wenigstens einen Knoten der Vielzahl von Knoten, die konfiguriert sind, um die zweiten Daten zu empfangen, enthalten ist und der andere Knoten das erste Feldgerät oder ein zweites Feldgerät ist.
34. System nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei: ein erster Knoten der Vielzahl von Knoten in dem Kommunikationsnetzwerk zwischen einem zweiten Knoten der Vielzahl von Knoten und dem unitären, logischen Datenspeicherbereich angeordnet ist, der erste Knoten in dem wenigstens einen Knoten der Vielzahl von Knoten, die konfiguriert sind, um die zweiten Daten zu empfangen, die wenigstens eins sind von generiert von, erzeugt von oder empfangen an dem anderen Knoten, enthalten ist; und der andere Knoten der zweite Knoten ist.
35. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Knoten ferner konfiguriert ist, um die empfangenen zweiten Daten zwischen zu speichern.
36. System nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei der zweite Knoten der Vielzahl von Knoten im Kommunikationsnetzwerk zwischen dem ersten Knoten und einem dritten Knoten der Vielzahl von Knoten angeordnet ist, und wobei der zweite Knoten konfiguriert ist, um (i) die zweiten Daten zwischen zu speichern, (ii) dritte Daten zwischen zu speichern, die wenigstens eins sind von generiert von, erzeugt von oder empfangen am dritten Knoten und (iii) zu veranlassen, dass die zwischengespeicherten Daten an den ersten Knoten übertragen werden, um zur Speicherung an den unitären, logischen Datenspeicherbereich weitergeleitet zu werden.
37. System nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Kommunikationsnetzwerk ein Streaming-Protokoll unterstützt.
38. System nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei wenigstens ein Knoten der Vielzahl von Knoten konfiguriert ist, um einen entsprechenden Streaming-Dienst zu hosten, den wenigstens der unitäre, logische Datenspeicherbereich oder eine Zugangsanwendung des unitären, logischen Datenspeicherbereich abonniert.
39. System nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei ein Schema, das von wenigstens einer Untermenge der Vielzahl von Knoten verwendet wird, um die entsprechenden ersten Daten zwischen zu speichern, in einem Schema enthalten ist, das in dem einheitlichen, vom unitären, logischen Datenspeicherbereich verwendeten Format enthalten ist.
40. System nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die Vielzahl von Knoten wenigstens zwei Geräte von einem Satz an Geräten beinhaltet, der eine Steuerung, ein Feldgerät, ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Gerät, ein Benutzerschnittstellengerät; ein Gateway-Gerät; einen Zugangspunkt; ein Routing-Gerät; ein Vergangenheitsdatenspeichergerät; und ein Netzwerkmanagementgerät, beinhaltet. Die Steuerung kann konfiguriert sein, um einen Satz an Eingaben zu empfangen, einen Wert einer Ausgabe zu bestimmen und zu veranlassen, dass die Ausgabe an ein Feldgerät übertragen wird, um den Prozess in der Prozessanlage zu steuern. Das Feldgerät kann konfiguriert sein, um basierend auf der Ausgabe der Steuerung eine physische Funktion auszuführen, um den Prozess zu steuern, und das I/O-Gerät kann eine Feldgerätschnittstelle und eine Steuerungsschnittstelle beinhalten.
41. Jede beliebige Anzahl beliebiger obiger Aspekte in Kombination mit jeder beliebigen Anzahl an anderen der obigen Ansprüche oder Aspekte.

Wenn sie in Software implementiert sind, können beliebige der hierin beschriebenen Anwendungen, Dienste und Engines in jedem beliebigen greifbaren, nicht flüchtigen, computerlesbaren Speicher gespeichert sein, wie auf einer Magnetscheibe, einer Laserdisk, einem Festkörperspeichergerät, einem molekularen Speichergerät oder einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Computers oder Prozessors usw. Wenngleich die hierin offenbarten beispielhaften Systeme als neben anderen Komponenten auf Hardware ausgeführte Software und/oder Firmware beinhaltend offenbart ist, ist anzumerken, dass derartige Systeme lediglich beispielhafter Natur und nicht als einschränkend anzusehen sind. Zum Beispiel ist angedacht, dass beliebige oder alle dieser Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten ausschließlich als Hardware, ausschließlich als Software oder in jeder beliebigen Kombination aus Hardware und Software ausgeführt sein könnten. Wenngleich die hierin beschriebenen beispielhaften Systeme als in auf einem Prozessor oder einem oder mehreren Computergerät(en) ausgeführter Software implementiert beschrieben sind, ist für Fachleute leicht ersichtlich, dass die bereitgestellten Beispiele demzufolge nicht der einzige Weg sind, derartige Systeme zu implementieren.
Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Verweis auf spezifische Beispiele beschrieben wurde, die lediglich darstellender Natur sind und die Erfindung in keiner Weise einschränken sollen, ist für Fachleute demnach ersichtlich, dass Veränderungen, Hinzufügungen oder Löschungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dabei vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11 [0076]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Daten unter Verwendung eines Geräts, das mit einem Kommunikationsnetzwerk einer Prozessanlage in Kommunikationsverbindung steht, wobei die Prozessanlage Ausrüstung aufweist, die konfiguriert ist, um einen oder mehrere Prozess(e) zu steuern, und das Verfahren Folgendes umfasst: Sammeln von Daten an dem Gerät, wobei die Daten wenigstens eins beinhalten von: (i) Daten, die von dem Gerät generiert werden, (ii) Daten, die von dem Gerät erzeugt werden; und/oder (iii) Daten, die an dem Gerät empfangen werden, wobei die Daten wenigstens einem von der Prozessanlage oder einem von der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, und wobei ein Typ des Geräts in einem Satz an Gerätetypen enthalten ist, wobei der Satz an Gerätetypen ein Feldgerät und eine Steuerung beinhaltet; Speichern der gesammelten Daten in einem Cache des Geräts; und Veranlassen, dass wenigstens ein Teil der gesammelten Daten zur Speicherung an einem unitären, logischen Datenspeicherbereich einer Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung, die der Prozessanlage entspricht, übertragen wird, wobei der unitäre, logische Datenspeicherbereich konfiguriert ist, um unter Verwendung eines einheitlichen Formats mehrere Typen an Daten aus einem Satz an Datentypen, die wenigstens einem von der Prozessanlage oder einem von der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, zu speichern, und wobei der Satz an Datentypen kontinuierliche Daten, Ereignisdaten, Messdaten, Batch-Daten, berechnete Daten und Konfigurationsdaten beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sammeln der Daten wenigstens eins umfasst von: Sammeln aller Daten, die von dem Gerät generiert werden, Sammeln aller Daten, die von dem Gerät erzeugt werden, oder Sammeln aller Daten, die an dem Gerät empfangen werden; und/oder wobei das Sammeln der Daten wenigstens eins umfasst von: Sammeln von vom Gerät generierten Daten mit einer Generierungsrate, Sammeln aller vom Gerät erzeugten Daten mit einer Erzeugungsrate oder Sammeln aller am Gerät empfangenen Daten mit einer Empfangsrate.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sammeln der Daten am Gerät das Sammeln wenigstens eines Typs an Daten, der in dem Satz an Datentypen enthalten ist, am Gerät umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Daten erste Daten sind, das Gerät ein erstes Gerät ist und der Satz an Gerätetypen ferner ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Gerät beinhaltet, das eine Feldgerätschnittstelle und eine Steuerungsschnittstelle aufweist; und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Empfangen am ersten Gerät von zweiten Daten, die wenigstens eins sind von (i) von einem zweiten Gerät generiert oder erzeugt oder (ii) am zweiten Gerät empfangen, wobei das zweite Gerät einen Gerätetyp von einem von dem Feldgerät, der Steuerung oder dem I/O-Gerät aufweist; Speichern der zweiten Daten im Cache des ersten Geräts; und Veranlassen, dass wenigstens ein Teil der zweiten gesammelten Daten zur Speicherung in dem unitären, logischen Datenspeicherbereich der Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung übertragen werden; wobei vorzugsweise das erste Gerät einen Gerätetyp von einem vom Feldgerät, der Steuerung oder dem I/O-Gerät aufweist; und/oder wobei das Veranlassen des Übertragens wenigstens des Teils der zweiten gesammelten Daten vorzugsweise das integrale Übertragen wenigstens des Teils der zweiten gesammelten Daten mit wenigstens dem Teil der ersten gesammelten Daten umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: das Speichern der gesammelten Daten im Cache das Speichern von Angaben jeweiliger Zeiten der Generierung und des Empfangs der gesammelten Daten zusammen mit den gesammelten Daten im Cache beinhaltet; und das Veranlassen, dass wenigstens der Teil der gesammelten Daten übertragen wird, das Veranlassen, dass wenigstens der Teil der gesammelten Daten und die entsprechenden Zeiten der Generierung oder des Empfangs wenigstens des Teils der gesammelten Daten übertragen wird, umfasst; und/oder das Speichern der gesammelten Daten im Cache des Geräts das Speichern der gesammelten Daten im Cache unter Verwendung eines Schemas umfasst, das in einem Schema enthalten ist, das dem einheitlichen vom unitären, logischen Datenspeicherbereich verwendeten Format entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Veranlassen des Übertragens der Daten das Streamen der Daten umfasst, wobei das Streamen der Daten vorzugsweise das Streamen der Daten unter Verwendung eines Stream Control Transmission Protocol (SCTP) umfasst; und/oder wobei das Verfahren vorzugsweise ferner das Bereitstellen eines Streaming-Dienstes umfasst, über den die Daten an einen oder mehrere Abonnenten des Streaming-Dienstes gestreamt werden; und/oder wobei das Veranlassen des Übertragens wenigstens des Teils der Daten zur Speicherung im unitären, logischen Datenspeicherbereich vorzugsweise das Übertragen wenigstens des Teils der Daten über ein Kommunikationsnetzwerk an ein anderes Gerät, das im Kommunikationsnetzwerk zwischen dem Gerät und dem unitären, logischen Datenspeicherbereich angeordnet ist, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, wobei das Übertragen wenigstens des Teils der Daten an das andere Gerät das Übertragen wenigstens des Teils der Daten umfasst an wenigstens eins von: einem Prozesssteuerungsgerät, das konfiguriert ist, um den Prozess in der Prozessanlage in Echtzeit zu steuern, einem Netzwerkmanagement- oder Routing-Gerät, einem Vergangenheitsdatenspeichergerät oder einem anderen Gerät, das konfiguriert ist, um wenigstens den Teil der Daten zeitweise zu speichern und wenigstens einen Teil der Daten an den unitären, logischen Datenspeicherbereich weiterzuleiten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Satz an Gerätetypen ferner ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Gerät, das eine Feldgerätschnittstelle und eine Steuerungsschnittstelle aufweist, ein Benutzerschnittstellengerät, ein Gateway-Gerät, einen Zugangspunkt, ein Routing-Gerät, ein Vergangenheitsdatenspeichergerät und ein Netzwerkmanagementgerät beinhaltet.
Prozesssteuerungsgerät zum Steuern eines Prozesses in einer Prozessanlage, das Folgendes umfasst: eine Schnittstelle zu einem Kommunikationsnetzwerk der Prozessanlage; einen Cache, der konfiguriert ist, um Daten zu speichern, wobei die Daten wenigstens eins beinhalten von: (i) Daten, die von dem Prozesssteuerungsgerät zur Übertragung generiert werden, (ii) Daten, die von dem Prozesssteuerungsgerät erzeugt werden, oder (iii) Daten, die vom Prozesssteuerungsgerät empfangen werden, und wobei die Daten wenigstens einem von der Prozessanlage oder dem in der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen; und einen Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen, der wenigstens ein Verarbeitungselement aufweist, das zweckbestimmt ist, um zu veranlassen, dass die Daten im Cache gespeichert werden und um zu veranlassen, dass wenigstens ein Teil der Daten zur Speicherung an einem zentralisierten Datenspeicherbereich, der der Prozessanlage entspricht, über das Kommunikationsnetzwerk übertragen wird, wobei das Prozesssteuerungsgerät eins ist von: einem Feldgerät, das konfiguriert ist, um eine physische Funktion auszuführen, um den Prozess zu steuern, einer Steuerung, die konfiguriert ist, um eine Eingabe zu empfangen und basierend auf der Eingabe eine Ausgabe zu generieren, um den Prozess zu steuern; und/oder einem Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Gerät, das zwischen dem Feldgerät und der Steuerung angeordnet ist und diese kommunikativ verbindet.
Prozesssteuerungsgerät nach Anspruch 9, wobei wenigstens eins gilt von: ein erstes Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient dazu, zu veranlassen, dass die Daten im Cache gespeichert werden; ein zweites Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient dazu, zu veranlassen, dass wenigstens der Teil der Daten übertragen wird; oder ein drittes Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient dazu, das Prozesssteuerungsgerät zu betreiben, um den Prozess in der Prozessanlage in Echtzeit zu steuern, wobei vorzugsweise wenigstens eins gilt von: das erste Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient ausschließlich dazu, wenigstens zu veranlassen, dass die Daten im Cache gespeichert werden, oder zu veranlassen, dass wenigstens der Teil der Daten übertragen wird, oder das dritte Verarbeitungselement des Prozessors mit mehreren Verarbeitungselementen dient ausschließlich dazu, das Prozesssteuerungsgerät zu betreiben, um den Prozess in der Prozessanlage zu steuern.
Prozesssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei: der zentralisierte Datenspeicherbereich ein unitärer, logischer Datenspeicherbereich einer Prozesssteuerungs-Big-Data-Vorrichtung ist, die der Prozessanlage entspricht, der unitäre, logische Datenspeicherbereich konfiguriert ist, um unter Verwendung eines einheitlichen Formats mehrere Typen an Daten, die wenigstens einem von der Prozessanlage oder einem in der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, zu speichern, und die verschiedenen Datentypen in einem Satz an Datentypen enthalten sind, der kontinuierliche Daten, Messdaten, Ereignisdaten, berechnete Daten, Konfigurationsdaten und Batch-Daten umfasst, wobei vorzugsweise das einheitliche Format des unitären, logischen Datenspeichergeräts ein einheitliches Schema umfasst, wobei das einheitliche Schema ein lokales Schema beinhaltet, das verwendet wird, um die Daten im Cache des Prozesssteuerungsgeräts zu speichern.
Prozesssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen konfiguriert ist, um zu veranlassen, dass wenigstens der Teil der im Cache gespeicherten Daten über das Kommunikationsnetzwerk gestreamt wird, wobei vorzugsweise der Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen konfiguriert ist, um einen Streaming-Dienst bereitzustellen, den wenigstens einer von dem zentralisierten Datenspeicherbereich oder eine Zugangsanwendung, die dem zentralisierten Datenspeicherbereich entspricht, abonniert.
Prozesssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die im Cache gespeicherten Daten wenigstens eins beinhalten von Messdaten, berechneten Daten, Konfigurationsdaten, Batch-Daten, Ereignisdaten oder kontinuierliche Daten; und/oder wobei die Daten zusammen mit entsprechenden Zeitstempeln im Cache gespeichert werden, wobei jeder entsprechende Zeitstempel eine Zeit der Generierung oder des Empfangs von Daten eines entsprechenden in den Daten enthaltenen Datenwerts angeben; und wobei der Prozessor mit mehreren Verarbeitungselementen konfiguriert ist, um zu veranlassen, dass wenigstens der Teil der Daten und die entsprechenden Zeitstempel, die wenigstens dem Teil der Daten entsprechen, zur Speicherung am zentralisierten Datenspeicherbereich übertragen werden.
Prozesssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei eine Konfiguration des Prozesssteuerungssystems Anzeiger einer oder mehrerer Identität(en) von im Cache zu speichernden Daten ausschließt, wobei vorzugsweise die im Cache zu speichernden Daten wenigstens eins enthalten von (i) alle Daten, die vom Prozesssteuerungsgerät generiert werden, (ii) alle Daten, die vom Prozesssteuerungsgerät erzeugt werden, oder (iii) alle Daten, die vom Prozesssteuerungsgerät empfangen werden.
Prozesssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 14, das ferner einen Flash-Speicher umfasst, der konfiguriert ist, um wenigstens eins zu speichern von: (i) wenigstens einen Teil einer Konfiguration des Prozesssteuerungsgeräts oder (ii) ein Batch-Rezept, das dem Prozesssteuerungsgerät entspricht, wobei das Prozesssteuerungsgerät auf einen Inhalt des Flash-Speichers zugreift, um den Betrieb wieder aufzunehmen, nachdem ein Off-Line-Zustand beendet wurde.
Prozesssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei das Kommunikationsnetzwerk wenigstens eins von einem verkabelten Kommunikationsnetzwerk oder einem kabellosen Kommunikationsnetzwerk beinhaltet, und/oder wobei die Schnittstelle eine erste Schnittstelle ist, das Kommunikationsnetzwerk ein erstes Kommunikationsnetzwerk ist und das Prozesssteuerungsgerät ferner eine zweite Schnittstelle umfasst, die mit einem zweiten Kommunikationsnetzwerk gekoppelt ist, das sich vom Kommunikationsnetzwerk unterscheidet, wobei die zweite Schnittstelle vom Prozesssteuerungsgerät verwendet wird, um wenigstens eins zu tun von Signale übertragen oder empfangen, um den Prozess in Echtzeit zu steuern.
System zum Unterstützen von Big-Data in einer Prozessanlage, wobei das System Folgendes umfasst: ein Kommunikationsnetzwerk, das eine Vielzahl von Knoten aufweist, wobei das Kommunikationsnetzwerk konfiguriert ist, um Daten zu leiten, die in einem unitären, logischen Datenspeicherbereich gespeichert werden sollen, und vorzugsweise dazu ausgebildet ist, ein Streaming-Protokoll zu unterstützen, wobei der unitäre, logische Datenspeicherbereich konfiguriert ist, um unter Verwendung eines einheitlichen Formats mehrere Typen an Daten aus einem Satz an Datentypen, die wenigstens einem von der Prozessanlage oder einem von der Prozessanlage gesteuerten Prozess entsprechen, zu speichern, und wobei der Satz an Datentypen kontinuierliche Daten, Ereignisdaten, Messdaten, Batch-Daten, berechnete Daten und Konfigurationsdaten beinhaltet; wobei jeder Knoten der Vielzahl von Knoten ist konfiguriert, um (i) entsprechende erste Daten zwischen zu speichern, die wenigstens eins sind von von jedem Knoten generiert, erzeugt oder an ihm empfangen, und um (ii) zu veranlassen, dass wenigstens ein Teil der zwischengespeicherten Daten zur Speicherung am unitären, logischen Datenspeicherbereich über das Kommunikationsnetzwerk übertragen wird; und wobei wenigstens ein Knoten der Vielzahl von Knoten ferner konfiguriert ist, um (iii) zweite Daten zu empfangen, die wenigstens eins sind von von einem anderen Knoten der Vielzahl von Knoten generiert, erzeugt oder an ihm empfangen, und um (iv) zu veranlassen, dass die zweiten Daten zur Speicherung am unitären, logischen Datenspeicherbereich übertragen werden.
System nach Anspruch 17, wobei die Vielzahl von Knoten eine Steuerung beinhaltet, die konfiguriert ist, um einen Satz an Eingaben zu empfangen, einen Wert einer Ausgabe zu bestimmen und zu veranlassen, dass die Ausgabe an ein Feldgerät übertragen wird, um den Prozess in der Prozessanlage zu steuern, und wobei das Feldgerät konfiguriert ist, um basierend auf der Ausgabe der Steuerung eine physische Funktion auszuführen, um den Prozess zu steuern, wobei vorzugsweise das Kommunikationsnetzwerk ein erstes Kommunikationsnetzwerk ist und wobei die Steuerung vorzugsweise konfiguriert ist, um wenigstens eins zu tun von: Empfangen wenigstens einer Eingabe des Satzes an Eingaben an einer Schnittstelle zu einem/-r zweiten Kommunikationsnetzwerk oder -verbindung, oder Veranlassen, dass die Ausgabe über die Schnittstelle zum/-r zweiten Kommunikationsnetzwerk oder -verbindung an das Feldgerät übertragen wird, und/oder wobei: das Feldgerät oder ein erstes Feldgerät ist, die Steuerung in dem wenigstens einen Knoten der Vielzahl von Knoten, die konfiguriert sind, um die zweiten Daten zu empfangen, enthalten ist, und der andere Knoten das erste Feldgerät oder ein zweites Feldgerät ist.
System nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei: ein erster Knoten der Vielzahl von Knoten in dem Kommunikationsnetzwerk zwischen einem zweiten Knoten der Vielzahl von Knoten und dem unitären, logischen Datenspeicherbereich angeordnet ist; der erste Knoten in dem wenigstens einen Knoten der Vielzahl von Knoten enthalten ist, die konfiguriert sind, um die zweiten Daten zu empfangen, die wenigstens eins sind von generiert von, erzeugt von oder empfangen an dem anderen Knoten; und der andere Knoten der zweite Knoten ist, wobei vorzugsweise der erste Knoten ferner konfiguriert ist, um die empfangenen zweiten Daten zwischen zu speichern, und/oder wobei: der zweite Knoten der Vielzahl von Knoten in dem Kommunikationsnetzwerk zwischen dem ersten Knoten und einem dritten Knoten der Vielzahl von Knoten angeordnet ist; und der zweite Knoten konfiguriert ist, um (i) die zweiten Daten zwischen zu speichern, (ii) dritte Daten zwischen zu speichern, die wenigstens eins sind von generiert von, erzeugt von oder empfangen am dritten Knoten und (iii) zu veranlassen, dass die zwischengespeicherten Daten an den ersten Knoten übertragen werden, um zur Speicherung am unitären, logischen Datenspeicherbereich weitergeleitet zu werden.
System nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei wenigstens ein Knoten der Vielzahl von Knoten konfiguriert ist, um einen entsprechenden Streaming-Dienst zu hosten, den wenigstens der unitäre, logische Datenspeicherbereich oder eine Zugangsanwendung des unitären, logischen Datenspeicherbereichs abonniert, und/oder wobei ein Schema, das von wenigstens einer Untermenge der Vielzahl von Knoten verwendet wird, um die entsprechenden ersten Daten zwischen zu speichern, in einem Schema enthalten ist, das in dem einheitlichen, vom unitären, logischen Datenspeicherbereich verwendeten Format enthalten ist.
System nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Vielzahl von Knoten wenigstens zwei Geräte von einem Satz an Geräten beinhaltet, der Folgendes beinhaltet: eine Steuerung, die konfiguriert ist, um einen Satz an Eingaben zu empfangen, einen Wert einer Ausgabe zu bestimmen und zu veranlassen, dass die Ausgabe an ein erstes Feldgerät übertragen wird, um den Prozess in der Prozessanlage zu steuern, wobei das erste Feldgerät konfiguriert ist, um basierend auf der Ausgabe der Steuerung eine physische Funktion auszuführen, um den Prozess zu steuern; das erste Feldgerät oder ein/das zweites Feldgerät; ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Gerät, das eine Feldgerätschnittstelle und eine Steuerungsschnittstelle aufweist; ein Benutzerschnittstellengerät; ein Gateway-Gerät; einen Zugangspunkt; ein Routing-Gerät; ein Vergangenheitsdatenspeichergerät; und ein Netzwerkmanagementgerät.