用于仿真工业自动化中的机器的信号传送间隔的时间同步的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请特此要求于2013年11月8日提交的题目为"INTEGRATINGCONTROLLERS WITHSMULATIONS"的美国临时专利申请第61/901，956号的权益和优先权，该美国临时专 利申请的全部内容出于所有目的通过引用合并在本文中。
技术领域
[0003] 本申请总体上涉及工业自动化，并且具体地涉及用于利于仿真在工业自动化中使 用的机器的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 在设计、原型开发并且展示对工程师、客户和其他相关方的不同设计选项中，工业 装备的仿真会是必不可少的。可以利用这样的仿真来模拟其对应的物理装置随时间推移的 虚拟化操作，并且可以进一步将这样的仿真用在提供对各种仿真装置的视觉表示中。在一 些示例中，可以使用仿真和建模应用来定义针对仿真机械部件的参数。这些参数确保了模 拟的装备在仿真期间以与针对真实世界的相对部分可预期的相同方式进行。
[0005] 除了提供机械功能来执行各种工业操作的物理工业装备以外，控制器系统也是工 业自动化环境的必要部件。通常利用工业控制器系统来向物理机器提供控制指示以完成工 业工厂中的各种任务，比如产品制造、材料处理、批处理、监管控制和其他的工业功能。结 果，通过将工业机械与适当的控制器组合，可以创建能够执行各种操作的工业系统。
【发明内容】
[0006] 本文中公开了用于利于仿真在工业自动化中使用的机器的系统、方法和软件。在 至少一个实现方式中，利用API来将时间戳施加至在仿真应用中创建的仿真模型与在仿真 模型外部的工业控制器系统之间交换的数据。然后，处理时间戳以使仿真模型和工业控制 器系统同步。
[0007] 提供本"
【发明内容】
"部分以介绍简化形式的以下在技术公开内容中进一步描述的 构思的选择。应理解，本"
【发明内容】
"部分不意在标识所要求保护的主题的关键特征或必要 特征，也不意在用于限制所要求保护的主题的范围。
【附图说明】
[0008] 可以参照下面的附图更好地理解本公开内容的许多方面。虽然结合这些附图描述 了若干实现方式，但是本公开内容不限于本文中所公开的实现方式。相反，意图是覆盖所有 的替代、改变和等同物。
[0009] 图IA是示出了使多个控制器与仿真工业装置同步的概况的框图。
[0010] 图IB是示出了可以用于利于仿真在工业自动化中所使用的机器的计算系统的框 图。
[0011] 图2是示出了在示例性实现方式中的计算系统的操作的流程图。
[0012] 图3是示出了实现控制器与仿真工业装置的概况的框图。
[0013] 图4是示出了在示例性实现方式中的涉及计算系统的操作场景的框图。
[0014] 图5是示出了在示例性实现方式中的用于使控制器和仿真同步的操作场景的框 图。
[0015] 图6是示出了使多个控制器同步的示例性技术的控制器同步图。
[0016] 图7是示出了在示例性实现方式中的涉及计算系统的操作场景的框图。
[0017] 图8是示出了在示例性实现方式中的计算系统的框图。
【具体实施方式】
[0018] 下面的描述和相关联的附图教示了本发明的最佳方式。为了教示本发明原理的目 的，可以简化或者省略最佳方式的一些常规方面。所附的权利要求指定了本发明的范围。最 佳方式的一些方面可以不落入如权利要求所指定的本发明的范围内。因而，本领域的技术 人员根据最佳方式将会理解落入本发明的范围内的变型。本领域的技术人员将会理解，可 以按照各种方式来组合下述特征以形成本发明的多种变型。结果，本发明不限于下述具体 示例，而仅限于权利要求及其等同物。
[0019] 工业自动化环境（比如汽车制造厂、食品处理工厂、石油钻井作业、微处理器制造 设施和其他类型的工业企业）通常利用若干机器和其他的装备来进行其产业操作。例如， 工业自动化企业可以利用包括下述项的机器：传感器、驱动器、泵、过滤器、钻机、电机、机器 人、研磨机、打印机、传送带、制造机械或任何其他的工业自动化装备。在产品开发的设计阶 段、原型开发阶段和测试阶段期间，可以使用计算系统来仿真在工业自动化中使用的这些 机器和其他装置以对最终产品的工程师和客户提供虚拟表示。这些仿真通常包括被仿真的 机器的物理属性、参数和其他方面，以确保通过计算系统供应（furnish)适当的模拟。在一 些示例中，用户可能期望具有对仿真装置的控制以进一步示出如在可物理上实现时所预期 的装置的功能和操作。结果，用户可能偏好将一个或更多个真实的或模拟的控制器附接于 仿真装置以展示并且测试该装置的不同的可控操作。
[0020] 图IA是示出了使多个控制器151-152与仿真工业装置同步的概况101的框图。图 IA示出了功能模型接口模拟仿真接口（FMI-ESI)、控制器151和161、控制器侧功能模型单 元（FMU) 152和FMU162、联合仿真主机150和仿真FMU155。
[0021] 控制器151和161通常均包括工业控制器，该工业控制器可以包括在自动化控制 中使用的自动化控制器、可编程逻辑控制器（PLC)或任何其他控制器。控制器151和161可 以包括用软件实现的一个或更多个物理的和/或模拟的控制器--包括其组合。在此示例 中，每个控制器151和161分别具有相关联的控制器侧FMU152和162。每个控制器侧FMU 152和162包括应用编程接口（API)，该应用编程接口（API)可以用来读出标签和写入标签 并且使控制器151和162与其相应的控制器侧FMU152和162之间的时间同步。
[0022] 仿真FMU155包括用于对在工业自动化环境中使用的机器的至少一部分的虚拟 表示的定义。通常使用遵守FMI标准的仿真应用来至少部分地创建仿真FMU155,使得可 以使用FMI将仿真模块包在FMU内部。例如，仿真应用可以包括第三方仿真框架工具，比如 MATLAB?Simulink?，然而在一些实现方式中仿真应用可以包括任何其他的适当仿 真应用或应用的组合。每个FMU提供用于与其他FMU交换数据的接口。
[0023] 在操作中，FMI-ESI内的标签服务器提供用于连接控制器侧的通信部分的分发通 信连接服务。通过联合仿真主机150来协调控制器侧FMU152和162与仿真FMU155之间 的通信，这也遵守FMI。通常以两个阶段执行时钟同步。首先，联合仿真主机150协调所有 FMU152、162和155之间的全局时间，这涉及以每个时间步长间隔将时钟脉冲发送至每个 FMU以便将全局时间注入每个FMU中。其次，FMI-ESI内的标签服务器服务协调控制器151 和161之间的控制器侧FMU时间。在此示例中，由于存在多于一个的控制器侧FMU152和 162,所以联合仿真主机150处理所述多于一个的控制器侧FMU152和162之间的时间同步。
[0024] 可以使用FMI-ESI工具以将来自控制器侧的输入/输出（I/O)接口暴露至FMU侧 中，这使控制器侧FMU152和162成为必要。每个控制器侧FMU152和162通常具有在其 监管下的一个或更多个控制器。在此示例中，控制器侧FMU152处理控制器151，并且控制 器侧FMU162处理控制器161。FMI-ESI工具用于配置每个控制器侧FMU152和162。
[0025] 当在运行时间执行仿真时，FMI联合仿真主机150协调FMU152、162和155之间的 数据交换和时钟。FMI-ESI内的标签服务器协调在每个控制器侧FMU152和162之下的控制 器151和161之间的时钟和数据交换。换句话说，可以使用FMI-ESI来将控制器侧FMU152 和162配置成与仿真FMU155和其他类型的FMU(未示出）进行互操作（interoperate)。 联合仿真主机150协调FMU152、162和155之间的数据交换和全局时间，并且FMI-ESI的 标签服务器部分在此情况下抓取每个控制器侧FMU152和162的本地时间以利于使在其监 管之下的控制器151和161同步。
[0026] 图IB是示出了可以用于利于仿真在工业自动化中使用的机器的计算系统100的 框图。计算系统100包括工业控制器系统110、应用编程接口（API) 120和仿真模型130。计 算系统100表示这样的任何计算环境：其可以包括在一些示例中位于地理上不同的区域