用于处理工厂过程数据的边缘计算设备制造技术

本发明专利技术涉及用于处理关于包括工厂控制系统(110)的工业工厂的生产过程获取的数据(112)的边缘计算设备(120)，其中，控制系统包括服务器(111)。设备包括第一单元(125)，该第一单元被配置为通信地耦合到服务器用于从系统接收数据。第二单元(121)被配置为提供容器运行时环境(122)，该容器运行时环境被配置为在第二单元上运行容器。过程容器(123)被配置为在环境上运行，其中，过程容器包括程序，其被配置为当在过程容器内运行时处理关于工业工厂的生产过程所获取的数据。第一单元通信地耦合到第二单元用于向环境提供所接收的数据，其中，程序被配置为处理所提供的数据。程序被配置为处理所提供的数据。程序被配置为处理所提供的数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理工厂过程数据的边缘计算设备


[0001]本专利技术涉及一种用于处理关于工业工厂的生产过程所获取的工厂过程数据的边缘计算设备、计算框架、方法和计算机程序产品。

技术介绍

[0002]现今，对工业工厂中的复杂生产过程的优化，例如在化学或制药工业中，常常用于增加生产的可靠性、质量和数量。随着生产过程的复杂性增加，分析和优化程序以及运行这些程序的IT基础设施经常必须更新，例如，通过添加附加的硬件和/或软件。通常，这样的分析和优化程序基于处理从控制工业工厂的工厂控制系统所接收的工厂过程数据，并且常常还适于将相应的优化控制数据作为输出提供回工厂控制系统。为了增加分析和优化程序的数据输入和输出的数据安全性，常常在现场部署相应的分析和优化程序，即作为工厂硬件和/或软件结构的一部分。因此，在多个工业工厂中适配、更新或替换分析和优化程序常常是困难和无效的。在许多情况下，甚至需要在现场手动操纵生产工厂的软件和/或硬件。这使用于生产工厂的分析和优化程序的开发和部署过程无效且耗时。因此，如果可以更有效地管理，即适配、更新和/或替换用于多个工业工厂的分析和优化程序，则将是有利的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种边缘计算设备、计算框架、方法和计算机程序产品，其允许对工业工厂分析和优化程序进行更有效的管理，即更新、适配和/或替换。
[0004]在本专利技术的第一方面中，提出了一种用于处理关于包括工厂控制系统的工业工厂的生产过程所获取的工厂过程数据的边缘计算设备，其中，工厂控制系统包括接口服务器。边缘计算设备包括：a)接口计算单元，其被配置为通信地耦合到接口服务器用于从工厂控制系统接收工厂过程数据，b)容器计算单元，其被配置为提供容器运行时环境，容器运行时环境被配置为在容器计算单元上运行容器，以及c)过程容器，其被配置为在容器运行时环境上运行，其中，过程容器包括处理程序，其被配置为当在过程容器内运行时处理关于工业工厂的生产过程所获取的工厂过程数据，其中，接口计算单元通信地耦合到容器计算单元用于向容器运行时环境提供所接收的工厂过程数据，其中，处理程序被配置为处理所提供的工厂过程数据。
[0005]由于边缘计算设备提供了被配置为在容器运行时环境中运行的过程容器和容器计算单元，其中，过程容器包括处理程序，处理程序被配置为处理工厂过程数据，例如，基于工厂过程数据来分析和优化工厂过程，处理程序可以独立于作为工业工厂的一部分提供的相应硬件和软件来运行。而且，处理程序的运行时环境与由工业工厂提供的硬件和/或软件的独立性允许处理程序的管理独立于工业工厂的IT基础设施。因此，可以增加用于优化工业工厂的过程的处理程序的管理的效率，即适配、更新和/或替换的效率。
[0006]通常，边缘计算设备是指适于遵循边缘计算范式的计算设备，与云计算范式相反，边缘计算范式是指使计算更接近需要计算的结果的位置的分布式计算。使用边缘计算通常
允许改进数据传输的安全性，改进响应时间，并且允许安全的网络带宽。而且，该应用中的边缘计算允许实现工厂自动化系统和连接的IT基础设施(例如边缘设备)的组合的物理岛模式操作。因此，优选的是，在现场提供边缘计算设备，即作为工业工厂的一部分并且直接连接到工业工厂的计算硬件和/或软件。
[0007]关于工业工厂的生产过程所获取的工厂过程数据可以是指在生产过程期间由工厂控制系统获取的任何数据。例如，工厂过程数据可以是指在工厂内提供以监测生产过程的多个传感器的传感器测量。过程数据还可以是指由工业工厂的一个或多个生产设施在生产过程期间使用的设置，例如，是指阀门、工业加热器、泵等的设置。工厂控制系统可以是指用于控制工厂内的生产过程并且在工业工厂内实现为硬件和/或软件的任何系统。工厂控制系统包括接口服务器，该接口服务器适于与其他计算单元接口，以向其他计算单元提供例如所获取的工厂过程数据。
[0008]接口计算单元被配置为通信地耦合到接口服务器用于从工厂控制系统接收工厂过程数据。例如，边缘计算设备的接口计算单元可以经由有线或无线连接通信地耦合到工厂控制系统的接口服务器。优选地，为了增加数据传输的安全性和可用性，接口计算单元经由有线连接通信地耦合到接口服务器。然而，如果无线连接是节省的并且可靠可用的，那么基于例如5G标准的无线连接也可以是优选的。
[0009]容器计算单元被配置为提供容器运行时环境，该容器运行时环境被配置为在容器运行时环境上运行容器。容器运行时环境是指允许运行容器的计算环境。在该上下文中，容器通常可以被定义为操作系统的实例，该操作系统与操作系统的其他实例隔离，并且可以独立地管理可由相应的容器使用的边缘计算设备的计算资源。因此，容器将在容器中运行的计算机程序的所有资源和运行时依存性捆绑到内核级别(level)。而且，由于容器可以访问的计算系统的计算资源的限制，优选的是，每个容器包括对于运行在容器中容器化的相应程序所需的相应软件。例如，容器优选地包括由相应的处理程序所需的计算框架的所有库。
[0010]边缘计算设备还包括过程容器，该过程容器被配置为在容器运行时环境上运行。过程容器包括被容器化在过程容器中的处理程序。处理程序通常被配置为当在容器内运行时处理关于工业工厂的生产过程所获取的工厂过程数据。处理优选地是指关于工业工厂的生产过程的优化的工厂过程数据的分析。进一步地，处理可以是指生成优化的工厂控制数据，该数据可以用于控制工业工厂以执行优化的生产过程。处理程序可以是指任何已知的已经存在的处理程序，或者是指专门适于处理特定生产工厂的工厂过程数据的个性化处理程序。例如，处理程序可以是指软传感器。例如，软传感器可以被实现为卡尔曼滤波器，其重建工业工厂的内部状态，该内部状态可能难以在物理水平上测量。这样重建的内部状态然后可以作为工厂控制数据反馈到工厂控制系统中，其中这种形式的工厂控制数据然后可以被视为真实的物理测量。在另一示例中，处理程序可以是指模型预测控制器。例如，这样的控制器用于基于基础过程的状态空间模型来优化通过蒸馏柱的吞吐量。
[0011]接口计算单元进一步通信地耦合到容器计算单元，使得从接口服务器所接收的接收的工厂过程数据可以被提供给容器运行时环境。通信耦合可以以接口计算单元与容器计算单元之间的任何有线或无线连接的形式来实现。优选地，接口计算单元和容器计算单元是相同的计算硬件和/或软件的一部分。在这种情况下，通信耦合可以是指允许容器计算单
元访问由接口计算单元提供的数据的虚拟耦合，反之亦然。通常，容器运行时环境适于向容器提供容器化在过程容器中的处理程序对所接收的工厂过程数据的访问作为资源。处理程序然后被配置为访问并特别处理所提供的工厂过程数据。
[0012]在实施例中，接口计算单元经由协议转换器通信地耦合到接口服务器，其中，协议转换器被配置为隔离和隧道传输工厂过程数据，并且将工厂过程数据从在接口服务器处使用的数据格式转换为由接口计算单元使用的数据格式。在许多应用中，工厂控制系统以及因此接口服务器提供数据，特别是特定格式的工厂处理数据，而边缘计算设备，特别是接口计算单元，被配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于处理关于包括工厂控制系统(110)的工业工厂的生产过程所获取的工厂过程数据(112)的边缘计算设备(120)，其中，所述工厂控制系统(110)包括接口服务器(111)，其中，所述边缘计算设备(120)包括：
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接口计算单元(125)，其被配置为通信地耦合到所述接口服务器(111)，用于从所述工厂控制系统(110)接收所述工厂过程数据(112)，以及
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容器计算单元(121)，其被配置为提供容器运行时环境(122)，所述容器运行时环境被配置为在所述容器计算单元(121)上运行容器，
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过程容器(123)，其被配置为在所述容器运行时环境(122)上运行，其中，所述过程容器(123)包括处理程序，所述处理程序被配置为当在所述过程容器(123)内运行时处理关于所述工业工厂的生产过程所获取的工厂过程数据(112)，其中，所述接口计算单元(125)被通信地耦合到所述容器计算单元(121)，用于向所述容器运行时环境(122)提供所接收的工厂过程数据(112)，其中，所述处理程序被配置为处理所提供的工厂过程数据(112)。2.根据权利要求1所述的边缘计算设备(120)，其中，所述接口计算单元(125)经由协议转换器(130)被通信地耦合到所述接口服务器(111)，其中，所述协议转换器(130)被配置为隔离和隧道传输所述工厂过程数据(112)，并且将所述工厂过程数据(112)从在所述接口服务器(111)处使用的数据格式转换为由所述接口计算单元(125)使用的数据格式。3.根据权利要求1所述的边缘计算设备(120)，其中，所述协议转换器(130)被配置为将在所述接口服务器(111)处以传统数据格式提供的工厂过程数据(112)转换为现代数据格式。4.根据权利要求2所述的边缘计算设备(120)，其中，所述协议转换器(130)包括开放平台通信数据访问到统一访问(OPC DA到UA)转换器，其被配置为通过将开放平台通信统一访问(OPC UA)包装器应用于所述工厂过程数据(112)来转换在所述接口服务器(111)处以开放平台通信数据访问(OPC DA)数据格式提供的所述工厂过程数据(112)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的边缘计算设备(120)，其中，所述处理程序被配置为基于所述工厂过程数据(112)的处理来提供用于控制或优化所述工业工厂的工厂控制数据，其中，所述容器计算单元(121)被通信地耦合到所述接口计算单元(125)，用于向所述接口计算单元(125)提供所述工厂控制数据，其中，所述接口计算单元(125)与所述接口服务器(111)通信耦合，用于向所述接口服务器(111)提供所述工厂控制数据(112)以用于在所述工业工厂的所述工厂控制系统(110)上实施。6.根据权利要求5所述的边缘计算设备(120)，其中，所述接口计算单元(125)经由协议转换器(130)被通信地耦合到所述接口服务器(111)，其中，所述协议转换器(130)被配置为隔离和隧道传输所述工厂控制数据，并且将所述工厂控制数据从在所述接口计算单元(125)处使用的数据格式转换为由所述接口服务器(111)使用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：