CN114384869A - 作为工业过程工厂的数据中心的工业过程控制系统 - Google Patents

Abstract

工业过程工厂的分布式控制系统(DCS)包括储存工厂信息模型的数据中心，该工厂信息模型包括使用建模语言对工厂的物理部件、控制框架和控制网络的描述。暴露的API集合为DCS应用提供对模型和数据中心的可选通用框架的访问，该可选通用框架储存基本结构和功能，DCS可以从这些基本结构和功能中自动生成其它结构和功能以填充模型并自动创建在DCS和工厂运行时操作期间使用的各种应用和例程。在初始化时，DCS可以自动感测其接口端口的I/O类型，检测工厂内通信连接的物理部件，并且相应地自动填充工厂信息模型。DCS可以可选地自动生成相关的控制例程和/或I/O数据传输机制、HMI例程等。

Description

作为工业过程工厂的数据中心的工业过程控制系统

技术领域

本申请总体上涉及工业过程工厂的工业过程控制系统，更具体地，涉及作为工业过程工厂的数据中心的工业过程控制系统。

背景技术

分布式工业过程控制系统(诸如在化学、石油、工业或其它过程工厂中用于制造、精炼、转化、生成或生产物理材料或产品的那些分布式工业过程控制系统)通常包括一个或多个过程控制器，这些过程控制器经由物理层通信耦合到一个或多个过程控制器，这些物理层可以是模拟、数字或组合的模拟/数字总线，或者可以包括一个或多个无线通信链路或网络。现场设备例如可以是阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度、压力、液位和流速传感器)，位于工业过程工厂的过程环境(本文中可互换地称为工业过程工厂的“现场环境”或“工厂环境”)内，并且通常执行物理过程控制功能(例如打开或关闭阀，测量过程和/或环境参数(例如流量、温度或压力等)，以控制在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程。智能现场设备(例如符合众所周知的

现场总线协议的现场设备)也可以执行控制计算、报警功能和通常在控制器内实现的其它控制功能。通常也位于工厂环境内的过程控制器接收指示由现场设备获取的过程测量结果的信号和/或与现场设备有关的其它信息，并执行控制例程或应用，该控制例程或应用运行例如不同的控制模块，这些不同的控制模块使用不同的控制算法做出过程控制决策，基于接收到的信息生成过程控制信号，并与现场设备(例如

和

现场总线现场设备)中正在执行的控制模块或块进行协调。为了执行这种通信，过程控制器中的控制模块将控制信号发送到各种不同的输入/输出(I/O)设备，然后这些输入/输出设备通过专门的通信线路或链路(通信物理层)将这些控制信号发送到实际的现场设备，从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作，例如控制在工厂或系统内运行或执行的一个或多个工业过程的至少一部分。通常也位于工厂环境内的I/O设备通常设置在过程控制器与一个或多个现场设备之间，并且能够实现它们之间的通信，例如通过将电信号转换为数字值，反之亦然。不同的I/O设备被提供以支持使用不同专用通信协议的现场设备。更具体地，在过程控制器与使用特定通信协议的每个现场设备之间提供不同的I/O设备，使得第一I/O设备用于支持HART现场设备，第二I/O设备用于支持现场总线(Fieldbus)现场设备，第三I/O设备用于支持Profibus现场设备等。如本文所用的，现场设备、控制器和I/O设备通常被称为“过程控制设备”，并且通常位于、设置在或安装在过程控制系统或工厂的现场环境中。

更进一步，来自现场设备和过程控制器的信息通常可通过过程控制器在数据高速通道或通信网络到达一个或多个其它硬件设备，例如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史库、报告生成器、中央数据库或其它中央管理计算设备，它们通常放置在控制室或远离工厂较严酷现场环境的其它位置，例如，在过程工厂的后端环境中。这些硬件设备中的每一个通常都集中在整个过程工厂或过程工厂的一部分中。这些硬件设备运行可以例如使操作员能够执行与控制过程和/或操作过程工厂有关的功能(例如更改过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备内的控制模块的操作，查看过程的当前状态，查看现场设备和控制器生成的报警，出于培训人员或测试过程控制软件的目的模拟过程的操作，保持和更新配置数据库等)的应用。硬件设备和过程控制器使用的数据高速通道可以包括有线通信路径、无线通信路径、或有线和无线通信路径的组合，并且通常使用基于分组的通信协议和非时间敏感的通信协议，例如以太网或IP协议。

作为示例，由艾默生过程管理公司出售的DeltaV^TM控制系统包括多个应用，这些应用储存在位于过程工厂内不同位置的不同设备中并由其执行。驻留在一个或多个工作站或计算设备中的配置应用使用户能够创建或更改过程控制模块，并经由数据高速通道将这些过程控制模块下载到专用分布式控制器。通常，这些控制模块由通信互连的功能块组成，这些功能块可以是面向对象编程协议中的对象，其基于对其的输入执行控制方案内的功能并且向控制方案内的其它功能块提供输出。配置应用还可以允许配置工程师创建或更改操作员界面，这些操作员界面被查看应用用来向操作员显示数据并使操作员能够在过程控制例程内更改设置，例如设置点。每个专用控制器，在某些情况下，一个或多个现场设备，储存和执行相应的控制器应用，该控制器应用运行分配和下载到其上的控制模块以实现实际的过程控制功能。可以在一个或多个操作员工作站上(或在与操作员工作站和数据高速通道通信连接的一个或多个远程计算设备上)执行的查看应用，经由数据高速通道从控制器应用接收数据并向过程控制系统设计者、操作员或使用用户接口的用户显示该数据，并且可以提供许多不同视图(例如操作员的视图、工程师的视图、技术员的视图等)中的任何一个。数据历史库应用通常储存在数据历史库设备中并且由其执行，该数据历史库设备收集和储存在整个数据高速通道上提供的部分或全部数据，而配置数据库应用可以在附接到数据高速通道的另一个计算机中运行，以储存当前的过程控制例程配置和与之相关的数据。替代地，配置数据库可以位于与配置应用相同的工作站中。

当分布式工业过程控制系统随着时间而发展，不同的硬件、通信和联网技术被开发和添加。因此，硬件、通信和/或联网技术的每个新一代或迭代通常都必须与前几代工业过程控制系统的相当大的过程控制设备、通信和联网技术的嵌入式基础集成并无缝地工作。因此，当今的分布式工业过程控制系统通常可以支持多种类型的模拟和/或数字专用过程控制通信协议，这些协议由不同类型和/或不同代的现场设备(例如4-20ma、OPC统一架构(OPC UA)高速通道可寻址远程换能器

现场总线、PROFIBUS、

HART-IP等)使用，还可以支持多种类型的通用通信和/或数据协议(例如Wi-Fi、蓝牙、以太网、MQTT、AMQP和/或其它类型的数据分组协议等)，其中至少一些可以符合一个或多个IEEE(电气和电子工程师协会)标准或数据网络标准，其中每一个可以用于传送并储存与工业过程工厂的操作相关的各种类型的数据。此外，虽然工业过程工厂由分布式工业过程控制系统支持以控制运行时操作，但是工业过程工厂也由其它系统支持以管理工厂、其装备及其过程(例如，工厂资产管理(PAM)系统、维护系统、诊断系统、模拟系统、远程监控和/或分析系统、企业业务系统等)，每个系统都可以使用自己的通信和/或数据协议集合来传送和储存与工业过程工厂相关的数据。

因此，分布式工业过程控制系统和支持工业工厂的其它系统所使用的不同固定联网技术使得工厂规模扩大或缩小变得困难、繁琐且成本高昂，并使得工业过程控制系统在保持严格的安全要求的同时以对等(peer-wise)(例如，水平)方式和/或以分层(例如，垂直)方式(例如，与位于不同安全层或安全级别的系统集成，例如，关于由ISA(国际自动化协会)标准化的用于控制层次结构的普渡(Purdue)模型，例如企业系统、远程系统、基于云的系统等)与其它系统集成变得困难、繁琐且成本高昂。此外，由不同来源生成并经由不同网络进行传输的过程工厂相关数据需要大量数据集成，以便供向工厂人员提供可执行信息的应用使用，在某些情况下，这可能会耗尽处理能力和网络带宽。

发明内容

工业分布式过程控制系统(DCS)为工业过程工厂提供新颖的数据中心。更具体而言，这种新颖的过程工厂数据中心在很大程度上将过程工厂相关数据与当前工业过程控制系统和其它相关水平和/或垂直系统(例如工厂资产管理(PAM)、维护系统、诊断系统、模拟系统、远程监控和/或分析系统、企业业务系统等)，从而提供工业过程工厂的可扩展性和数据集成的便利性，并且以高度安全的方式为应用使用提供过程工厂相关数据的易用性。

一般而言，工业过程工厂数据中心包括工厂信息模型，工厂信息模型包括物理工业过程工厂的表示或描述、工业过程工厂所使用的控制策略的表示或描述以及工业过程控制系统的表示或描述，所有这些都使用在所有描述中通常使用的建模语言在工厂信息模型中表示和/或描述。此外，过程工厂数据中心包括提供通用结构和通用功能的通用框架，这些通用结构和通用功能可以自动或手动用作其它结构和功能的构建块、以及工业分布式过程控制系统使用的应用。此外，过程工厂数据中心暴露或以其它方式提供应用编程接口(API)，使DCS的应用能够安全地访问和/或获取过程工厂信息、通用结构和/或供应用使用的通用功能。

在实施例中，公开了一种工业过程工厂的工业分布式过程控制系统。所述工业分布式过程控制系统包括可插拔、可互换的硬件模块的集合，并且所述集合中的每个可插拔硬件模块包括多个接口端口，所述多个接口端口被配置为传输用于工业过程控制的一种或多种类型的I/O数据、一个或多个处理器、以及一个或多个有形的、非暂时性存储器。

所述每个可插拔硬件模块的一个或多个有形的、非暂时性存储器储存包括第一计算机可执行指令的发现引擎，所述第一计算机可执行指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述每个可插拔硬件模块在所述每个可插拔硬件模块上电时自动感测所述每个可插拔硬件模块的所述多个接口端口中包括的每个接口端口的相应的I/O类型；为所述每个接口端口绑定对应于所述相应的I/O类型的相应的I/O数据传输机制；并且发现所述每个可插拔硬件模块经由所述多个接口端口通信连接到的所述工业过程工厂的一个或多个物理部件。通信连接到所述每个可插拔硬件模块的所述一个或多个物理部件包括相应的现场设备，所述相应的现场设备被配置为执行物理功能以在所述工业过程工厂的运行时操作期间控制工业过程。

此外，所述发现引擎的所述第一计算机可执行指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述每个可插拔硬件模块进一步基于对所述一个或多个物理部件的发现填充所述DCS的工厂信息模型的至少一部分，其中，所述工厂信息模型包括对所述工业过程工厂的控制框架的描述和对用于在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间控制所述工业过程的所述工业过程工厂的控制网络的描述。所述工业过程工厂的所述控制框架定义所述DCS的控制部件的相应的逻辑控制标识以及所述控制部件之间的层级关系，其中，所述控制部件包括所发现的现场设备。所述控制网络包括所发现的现场设备、所述现场设备经由其通信地连接到所述每个可插硬件模块的相应的接口端口、以及在所述每个可插硬件模块处提供的控制例程。

所述每个可插拔硬件模块的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器还储存包括第二计算机可执行指令的执行引擎，所述第二计算机可执行指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述每个可插拔硬件模块执行所述控制例程和绑定到所述相应的接口端口的相应的I/O数据传输机制，以在所述现场设备与所述控制例程之间传输数据，从而控制所述工业过程。

在实施例中，公开了一种初始化工业过程工厂的工业分布式过程控制系统(DCS)的方法。所述工业分布式过程控制系统包括可插拔、可互换的硬件模块集合，所述方法包括在每个可插拔硬件模块处执行以下操作：在所述每个可插拔硬件模块上电时，通过所述每个可插拔硬件模块感测所述每个可插拔硬件模块中包括的多个接口端口中包括的每个接口端口的相应的I/O类型；通过所述每个可插拔硬件模块将对应于所述相应的I/O类型的相应的I/O数据传输机制与所述每个接口端口绑定；以及通过所述每个可插拔硬件模块发现所述每个可插拔硬件模块经由所述多个接口端口通信连接到的所述工业过程工厂的一个或多个物理部件。所述一个或多个物理部件包括经由相应的接口端口通信连接到所述每个可插拔硬件模块的现场设备，并且所述现场设备被配置为执行物理功能以在所述工业过程工厂的运行时操作期间控制工业过程。

所述方法还包括由所述每个可插拔硬件模块基于对所述一个或多个物理部件的发现，填充所述DCS的工厂信息模型的至少一部分，其中，所述工厂信息模型包括对所述工业过程工厂的控制框架的描述和对用于在所述工业过程工厂的运行时操作期间控制所述工业过程的所述工业过程工厂的控制网络的描述。所述工业过程工厂的所述控制框架定义所述DCS的控制部件的相应的逻辑控制标识符以及所述控制部件之间的层级关系，其中，所述控制部件包括所述现场设备。所述控制网络包括所述现场设备、所述相应的接口端口和在所述每个可插拔硬件模块处提供的控制例程。

此外，所述方法包括由所述每个可插拔硬件模块执行所述控制例程和绑定到所述相应的接口端口的所述相应的I/O数据传输机制，以在所述现场设备与所述控制例程之间传输数据，从而控制所述工业过程。

在实施例中，公开了一种工业过程工厂的工业分布式过程控制系统(DCS)。所述工业分布式过程控制系统包括数据中心，所述数据中心包括储存在所述DCS的一个或多个有形的、非暂时性存储器上的工厂信息模型。所述工厂信息模型使用建模语言来描述(i)所述工业过程工厂的物理部件集合，其中，对所述物理部件集合的描述指示所述物理部件集合的相应的位置以及所述物理部件集合之间的相应的物理互连；(ii)所述工业过程工厂的控制框架，其中，所述控制框架定义所述DCS的控制部件集合和所述控制部件集合的相应的逻辑控制标识符之间的层级关系，并且所述控制部件包括所述物理部件集合中的至少一些物理部件；(iii)所述工业过程工厂的控制网络，所述控制网络用于在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间控制工业过程，其中，所述控制网络包括所述控制部件集合中的至少一些控制部件。

所述数据中心还包括应用编程接口(API)的集合，所述API的集合储存在所述DCS的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上并且暴露给所述控制例程或所述I/O数据传输机制中的至少一个，以提供所述控制例程或所述I/O数据传输机制中的至少一个经由建模语言对所述工厂信息模型的访问，其中，所述建模语言包括所述DCS使用的多种数据格式的抽象。所述控制例程或所述I/O数据传输机制中的所述至少一个通过使用从所述工厂信息模型获取的信息连同设置在所述工业过程工厂中的对应物理部件执行，从而在所述工业过程工厂的实时操作期间控制所述工业过程。

附图说明

图1描绘了包括在物理工业过程工厂的工业过程工厂数据生态系统的工业分布式过程控制系统中的示例性工业过程工厂数据中心。

图2描绘了示例性可插拔、可互换硬件模块的框图，该示例性可插拔、可互换硬件模块可以被包括在图1的工业分布式过程控制系统中。

图3描绘了初始化工业过程工厂的工业分布式过程控制系统(例如图1中描绘的工业分布式控制系统)的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1描绘了物理工业过程工厂15的工业过程工厂数据生态系统12内的示例性工业过程工厂数据中心10。如图1所示，过程工厂数据中心10包括工厂信息模型18、应用编程接口(API)20和通用框架22。工厂信息模型18使用建模语言提供物理工业过程工厂15的表示、描述或模型、工业过程工厂15所使用的控制框架的表示、描述或模型。一般而言，工厂信息模型18是工厂生态系统12的部件描述、参考和传送与工业过程工厂15相关的物理、逻辑、和/或控制相关信息和数据的基础。因此，工厂信息模型18通过使用建模语言以统一的方式描述了工业过程工厂的物理部件、控制框架和控制网络，其中，建模语言从多个数据源(例如，从物理部件本身、与工业过程工厂相关联的一个或多个数据库(例如配置数据库、资产管理数据库等)和/或其它数据源)中提取信息，以使用建模语言以统一方式提供工厂信息模型18中的描述。例如，DCS 25可以将从各种数据源获得的各种数据格式的数据转换或抽象为工厂信息模型18所使用的共同的建模语言，并且可以使用建模语言将对应信息储存在工厂信息模型中。工厂信息模型18中的至少一些可以在包括数据中心10的工业分布式控制系统(DCS)25的初始化时以及在DCS 25物理连接到工业过程工厂15时自动生成和填充，如在本公开内容内的其它地方更详细地描述的。

由工厂数据中心10提供的通用框架22包括通用结构的集合22a和通用功能的集合22b，它们通常已经在初始化数据中心10之前的某个时间储存到数据中心20的存储器上。通用结构22a包括用于对应于工业过程工厂15的各种类型的物理部件(例如控制器、传感器、泵、阀、执行器、安全设备、I/O设备、路由器、接入点等)的定义和/或描述的通用结构模板、以及用于对应于工业过程工厂15的各种类型的逻辑和控制部件(例如块、参数、I/O卡和/或其它硬件部件、节点、节点子系统等)的定义和/或描述的通用结构模板。通用功能22b包括在控制和/或I/O数据传输中使用的基本功能的集合。例如，基本功能的集合可以包括可以直接在过程控制例程(例如，DCS 25的过程控制例程)中使用的一阶通用控制功能和一阶通用I/O功能(例如，一阶通用“I/O数据传输功能”)，以控制工业过程。通用功能22b还可以包括二阶或支持功能，该功能本身不直接执行过程控制或I/O数据传输，但可以以其它方式对从工业过程控制生成的数据(例如，报警、监控、分析、HMI、趋势等)进行操作。然而，在一些实现方式中，一些通用支持功能的输出可能会影响过程控制的行为。

数据中心10被包括在工业过程工厂15的分布式工业过程控制系统(DCS)25中，其中DCS 25可以包括控制集群28和输入/输出(I/O)集群30(本文中可互换地称为“I/O数据传输集群30”)。一般而言，DCS 25的控制集群28和I/O集群30包括相应的计算模块集合，其通过使用工厂信息模型18并且可选地使用通用框架22，在物理过程工厂15的运行时操作期间联合操作，以控制工业过程工厂15的一个或多个工业过程。

在实施例中，生态系统12还包括DCS操作员用户接口集合32，其通常使工厂操作员或用户能够查看、监控、调整和响应工厂15的运行时过程操作。DCS操作员用户接口32可以包括本地用户接口集合32a，其在设置在控制室或物理工业工厂15的其它后端环境中的计算设备处执行，这些后端环境通常与其中正在处理物理材料的物理工厂15的更恶劣的现场环境隔离。附加地或替代地，DCS操作员用户接口32可以包括远程用户接口集合32b，其从工业过程工厂15远程地(例如在工业过程工厂生态系统12的云部件50中或与工业过程工厂生态系统12的云部件50相关联)执行。在一些实施例中，生态系统12还包括一个或多个本地和/或远程协助引擎35，其向操作员用户接口32a、32b(例如，操作员协助引擎35a、35b)和/或向DCS 25控制操作(例如，控制辅助引擎35c、35d)提供智能辅助，如在本公开内容的别处更详细地描述的。虽然图1将DCS操作员用户接口32a和辅助引擎35a、35d描绘为与DCS 25分离，但是在一些实施例中，DCS操作员用户接口32a和/或辅助引擎35a、35d中的至少一些被包括在DCS 25中。

数据中心10的API集合20被暴露给或以其它方式提供给应用集合40a，这些应用集合40a可以使用API的集合20来访问由数据中心10提供的工厂信息18和通用框架22(例如，通过使用共同的建模语言)。例如，应用集合40a可以储存在工业过程工厂15的应用库45中。在一些实施例中，一个或多个第三方扩展48可以使用API集合20中的至少一些来访问工厂信息18和通用框架22，并且还可以将使用第三方扩展48的应用40b储存在工厂应用库45中。储存在库45中的应用40a、40b中的一些例如可以具有在控制集群28、I/O集群30和/或其它集群31(例如，DCS 25的计算集群26)处执行的实例。在实施例中，应用40a、40b中的一些可以是DCS操作员用户接口32和/或辅助引擎35中的一个或多个。在实施例中，应用40a、40b中的一些可以被其它应用40a、40b使用。附加地或替代地，在DCS计算集群26、DCS操作员用户接口32和/或辅助引擎35处执行的应用可以经由API的集合20直接访问工厂信息模型18和/或通用框架22。

在实施例中，工业过程工厂生态系统15包括工厂云计算部件50，其可以储存和/或托管工厂应用库45中的至少一些应用，如附图标记40c所示的。例如，驻留在云中和/或在云中执行的应用40c可以包括一个或多个应用40a和/或一个或多个应用40b。工厂云部件50可以经由一个或多个网络55通信地连接到任意数量的用户计算设备52。一个或多个网络55可以包括任意数量的公共和/或私有通信和/或数据网络，并且可以包括任何数量的有线和/或无线通信和/或数据网络。类似地，虽然图1未示出，但是工厂云部件50可以经由一个或多个网络(例如网络55)通信连接到工厂应用库45和/或DCS 25的其它部件。例如，DCS 25可以包括一个或多个边缘网关，工厂云部件50经由该边缘网关通信地连接到DCS 25和工厂应用库45。

这样，已经由DCS 25提供以驻留在工厂云计算部件50处的应用40c中的至少一些可以例如经由一个或多个网络55供各种用户计算设备52(例如手持便携式移动设备52a、膝上型电脑或其它类型的个人计算机52b、车辆显示系统52c等)使用，以便操作员和/或用户可以远程监控和执行关于在运行时操作期间控制过程和/或操作过程工厂15的功能，并且使得其它用户(例如级别3及以上的用户)可以监控和调整基于工厂15的运行时操作的相应功能(例如供应链管理、维护零件和装备排序等)。例如，应用程序40c中的一些可以从工厂云部件50下载到用户计算设备52中，和/或托管在云部件50处的应用40c中的一些可以由各种用户计算设备52经由客户端/服务器、网络服务或其它合适的访问机制进行访问。例如，各种DCS操作员界面32b和操作员辅助引擎35b可以在工厂云部件50处的应用集合40c中实现，并且可供用户计算设备52使用，以使得DCS操作员界面32b和操作员辅助引擎35b可以方便和安全地在用户计算设备52处提供。

在实施例中，在工厂云计算部件50中托管的至少一些应用40c可以经由(多个)网络55供与工业过程工厂15相关联的一个或多个其它系统58使用。其它系统58中的至少一些可以物理地设置在物理上远离工业过程工厂15的物理位置的地理位置处，和/或其它系统58中的至少一些可以物理上设置成靠近工业过程工厂15的物理站点或甚至设置在工业过程工厂15的物理站点处。其它系统58可以包括与物理工业过程工厂15相关的分层或不同级别的系统(例如，与DCS 25“垂直集成”的系统)，诸如企业业务系统、与其它工厂相关联的系统、第三方供应商系统等。其它系统58可以包括与物理工业过程工厂15相关的DCS 25的对等系统(例如，与DCS 25“水平集成”的系统)，诸如资产管理、维护、诊断、模拟、远程监控、分析和/或其它系统。注意，在实施例中，DCS 25的对等系统的至少一些功能可以经由应用40在工厂生态系统12内实现。例如，分析系统或模拟系统可以经由相应的应用40实现。然而，经由应用40在工厂生态系统12内实现的对等系统功能不排除其它对等系统功能由其它计算系统58在生态系统12内附加地或替代地实现，例如当其它计算系统58包括传统系统或嵌入式对等系统时。实际上，在实施例中，如果需要，可以使用应用40和其它系统58的组合来实现DCS 25的至少一些对等系统。

以下部分提供了工业过程工厂生态系统12的部件及它们的部件、功能、行为和用途的附加细节。

数据中心

如上所述，工业过程工厂15的数据中心10包括工厂信息模型18、API集合20和通用框架22，其中，通用框架22包括通用结构集合22a和通用功能集合22b。一般而言，支持数据中心10的平台包括一个或多个处理器、一个或多个有形计算机可读存储器、以及储存在一个或多个有形计算机可读存储器上的计算机可执行指令，当由一个或多个处理器执行时，该一个或多个有形计算机可读存储器使数据中心10生成、维护和更新工厂信息模型18；提供并可选地修改通用框架22；并且暴露、提供和可选地修改API集合20。在实施例中，数据中心10可以被先验地(例如，开箱即用的)配置为具有预选的通用结构22a和通用功能22b的集合和/或预选的API集合22，预选的API集合22可以被用来例如由DCS 25自动地和/或在操作员或工程师的干预下手动地创建DCS 25的其它功能和应用。

数据中心10的工厂信息模型18是工厂生态系统12的部件描述、参考和传送与工业过程工厂15相关的信息和数据的基础。工厂信息模型18使用共同的建模语言来根据各种物理和/或逻辑视图或参考框架表示或描述工业过程工厂及其部分，例如物理工厂描述、控制策略或控制框架描述、以及工业过程工厂15的控制网络描述。

具体地，在工厂信息模型18内，物理工业过程工厂15的物理工厂描述包括工厂15的物理部件(例如仪器、设备和工厂15的其它物理装备)的描述、表示或模型、它们在工厂15内的物理位置、以及它们的物理互连。例如，工厂15的物理工厂描述包括安装在工厂15内的现场设备的描述以及它们各自到网络、电源、彼此等的连接。工厂信息模型18内的工厂15的这个视图可以用于例如获取维护信息、基于物理互连进行因果关系分析等。

工厂信息模型18内的工厂15的控制策略或控制框架描述包括来自逻辑视图的工业过程工厂15的控制部件的描述、表示或模型，例如站点、区域、单元、装备模块、控制模块、控制元件等及它们的层次关系。控制部件在控制策略或框架内由各自唯一的逻辑控制标识符(例如，设备标签、数据标签、和/或其它类型的逻辑控制标识符)定义。工厂15的该视图可用于提供控制框架，例如，通过组织控制和确定各种控制部件的名称的范围，以更容易地理解它们相对于过程控制的作用和关系。

工厂信息模型18内的工业过程工厂15的控制网络描述扩展控制策略的控制部件，以添加控制部件与工厂15的其它控制相关部件和设备的互连和关联的描述，从而描述、表示或建模工厂15的过程控制和安全网络以及包括在其中的其它部件和设备。例如，对控制网络的描述可以提供对配置站和/或用户接口、操作员站和/或用户接口、主机、控制器(控制和/或安全)、I/O设备和/或其它传输机制、智能设备、网关、路由器等的描述，它们各自的逻辑控制标识符(如果有的话)，以及它们与各种控制部件的互连和关联，以形成工业过程工厂15的控制和安全网络。

在实施例中，工厂信息模型18还维护和更新物理工业过程工厂15及其物理部件的相应状态，并维护/更新逻辑控制部件和/或工厂15的控制过程的至少部分的相应状态(例如，操作状态)。例如，共同的建模语言可用于维护和更新在工厂信息模型18内定义的各种物理和/或逻辑部件和元素的物理状态和/或逻辑状态。当然，描述物理过程工厂15的物理和/或逻辑部件和/或与物理过程工厂15的物理和/或逻辑部件相关的其它信息可以储存和维护在工厂信息模型18内。

数据中心10的通用框架22提供通用结构22a的集合和通用功能22b的集合。通常，通用结构22a可以为工业过程工厂15和DCS 25的不同类型的物理和逻辑部件提供定义或描述的模板，例如仪器、设备、联网和其它类型的装备、块、参数、I/O卡和/或传输机制、子系统等。类似地，通用功能22b可以提供工业过程工厂15内的基本或常用功能的模板，例如I/O数据传输和控制功能。例如，通用功能22b可以包括对应于高级控制、监管控制、批量控制、简单排序、互锁、安全关机、自适应控制、基于事件的控制、强化学习、和/或其它控制功能的基本控制功能的集合。附加地或替代地，通用功能22b可以包括基本I/O数据传输功能的集合，例如模拟I/O功能、离散I/O功能、运动I/O功能、近红外(NIR)I/O功能、另一种类型的I/O传输功能、采样功能、信号调节功能、和/或其它I/O数据传输功能。仍然附加地或替代地，通用功能22b可以包括基本支持功能的集合，例如用于报警、历史、趋势、诊断、状态监控、描述性分析、预测分析、强化学习、总线/其它通信路径、I/O数据传输、用户接口等。一般而言，通用功能22b可以开箱即用来执行控制、I/O数据传输、和/或支持功能，和/或通用功能22b可以被用作构建块并以各种方式组合以创建更复杂的控制、I/O数据传输和/或支持功能。因此，在工业过程工厂生态系统12的任何部件(例如，控制集群28、I/O集群30、DCS 25的其它部分、操作员界面32、辅助引擎35、应用40等)的配置期间，各种通用结构22a和/或通用功能22b可以被组合、脚本化和/或以其它方式定制或配置以形成各种应用40和/或功能，这些应用40和/或功能将在它们各自的工业过程工厂生态系统部件上执行。在工厂生态系统12内执行的功能和/或应用40的生成和配置在本文别处更详细地描述。

数据中心10经由应用编程接口(API)集合20或其它合适的访问机制提供对工厂信息模型18和通用框架22的访问，这些访问机制可以暴露于或以其它方式提供给数据中心10的外部的应用和过程，并且使用工厂信息模型18的共同的建模语言。以这种方式，数据中心10保护其内容不被损坏或攻击，并且使得其内容的保真度能够更容易保持。通过在整个工业过程工厂生态系统12中执行的各种应用40可以通过经由API集合20获得基于储存在工厂信息模型18中的信息配置的选定的通用结构22a和/或通用功能22b来生成。有利地，API集合20支持第三方扩展48，使得第三方应用40b可以基于储存在工厂信息模型18中的选定的信息和/或基于由数据中心10提供的通用框架22生成。

分布式工业过程控制系统(DCS)

工业过程工厂15的DCS 25包括数据中心10和物理计算模块26的集合，其中每个物理计算模块包括相应的(多个)处理器、存储器和接口/联网机制。如图1所示，DCS 25的计算模块包括控制计算模块28的集群(例如“控制集群”28)、I/O计算模块的集群(例如“I/O集群”30)和其它计算模块31的集合。

控制集群28包括DCS 25的计算模块26的子集，其中，该子集特别配置有和/或执行或运行控制例程。控制例程可包括储存在控制集群28的一个或多个存储器上并由控制集群28的一个或多个处理器执行以执行工业过程控制功能的一个或多个功能或应用。例如，可执行以执行过程控制功能的一个或多个应用40可从工厂应用库45下载以驻留在控制集群28处并在控制集群28处执行。控制例程可提供各种工业过程控制功能，例如高级控制、监管控制、批量控制、简单排序、互锁、安全关机、自适应控制、基于事件的控制、强化学习等。如上所述，为了生成控制例程的功能和应用40，可以相对于由工厂信息模型18定义的控制策略和控制网络来配置和/或组合选择的通用结构22a和通用功能22b以生成提供一阶控制功能的功能和应用，例如，直接对现场设备和其它控制部件生成的数据进行操作以生成控制信号来控制其它控制部件的行为的那些控制功能。此外，由控制集群28执行的一些功能和应用40可以基于通用结构22a和功能22b来配置以执行二阶控制功能，其可以影响一阶控制功能(例如监控功能、分析功能等)的行为，和/或以其它方式与一阶过程控制相关，例如报警功能、趋势功能等。例如，在控制集群28处，二阶预测分析功能可以对在工厂15的运行时操作期间由各种设备和/或由一阶控制功能生成的信息进行实时操作，以监控过程是否被预测为超出容许范围。在预测过程超出容许范围时，二阶预测分析功能可以生成适当的控制信号并将适当的控制信号发送到在集群28处执行的各种其它控制例程，从而自动地将过程保持在容许范围内。在另一个示例中，在控制集群28处，二阶条件监控功能可以检测到该过程已进入不同状态，并且在检测到时，二阶条件监控功能可以自动生成适当的控制信号给在集群28处执行的各种其它控制例程，以将过程移回到先前状态。

类似地，I/O集群30包括计算模块26的子集，其具体配置有I/O数据传输机制，其中I/O数据传输机制可以包括一个或多个应用、模块、算法、和/或功能，它们储存在I/O集群30的一个或多个存储器上并由I/O集群30的一个或多个处理器执行以执行I/O数据传输机制。例如，可执行以执行I/O数据传输机制的一个或多个应用40可以从工厂应用库45下载以驻留在I/O集群30处并在该集群30处执行。然而，与控制集群28不同的是，I/O集群30或在其上执行的应用被绑定到DCS 25的各种类型的物理I/O和采样端口或接口(例如，一个或多个物理端口和/或物理接口，其中每一个被配置为支持一种或多种类型的I/O，诸如模拟、离散、运动、近红外(NIR)、APL以太网、非APL以太网、串行、运动、Railbus、HART、WirelessHART、现场总线、Profibus等，未单独在图1中描述)，物理过程工厂15的各种网络和物理设备可以经由这些物理I/O和采样端口或接口与DCS 25通信连接。为了便于阅读，而不是限制的目的，这样的I/O和采样端口和/或接口在本文中统称为及互换地称为“I/O端口”、“I/O接口端口”、“接口端口”或“I/O物理接口”。无论如何，为了生成可以在I/O集群30处执行的I/O数据传输机制和应用40，与I/O传输相关的选定通用结构22a和通用功能22b可以针对由工厂信息模型18提供的工厂15的描述(例如，物理描述、控制策略描述、和控制网络描述)进行配置和/或组合。类似地，I/O数据传输机制与物理I/O端口之间的至少一些绑定可以由DCS 25基于储存在工厂信息模型18中的信息自动确定。

一般而言，为了生成由控制集群28和I/O集群30执行的控制例程和/或I/O数据传输机制，框架22的选定通用结构22a和通用功能22b可以被配置(例如，以期望的方式组合)，并且使用特定部件和/或元素名称、参数值等(例如，基于由工厂信息模型18提供的信息)填充或脚本化。至少一些应用40可以由DCS 25自动配置、生成、和/或创建并被分配给相应的计算模块26，如在本公开内容的其它地方更详细地描述的。因此，在工业过程工厂15的运行时操作期间，控制集群28和I/O集群30执行它们相应的模块、例程、机制和/或功能，并且I/O可以在控制集群28与I/O集群30模块之间流式传输，从而控制工业厂房15内的过程。

鉴于以上叙述，控制集群28的缩放和I/O集群30的逻辑功能的缩放(例如，控制集群28和/或I/O集群30所提供的逻辑功能的扩展和/或收缩)可以很容易地通过添加或移除计算模块来实现，以满足控制集群28、I/O集群30、和/或DCS 25的计算、功能、带宽、响应时间、和/或其它性能需求。例如，在DCS 25启动时，DCS 25的至少绝大部分计算模块可以包括在通用计算模块31的池中，并且因为需要计算模块来执行各种控制例程和/或I/O数据传输机制，因此可以分配池31的各种计算模块，以作为控制集群28和/或I/O集群30的一部分进行操作。例如，附加的通用计算模块31可以被添加到控制集群28和/或I/O集群30以支持DCS25的规模扩大，并且控制集群28和/或I/O集群30中包括的各种计算模块可以被停用并返回到池31以支持DCS 25的规模缩小。

此外，并且有利地，在运行时操作期间，DCS 25可以通过功能、模块和/或其它控制和/或I/O逻辑操作的(重新)分布来动态地平衡每个集群28、30的计算模块的负载(并且在一些实现中，以聚合方式在集群28、30两者的计算模块之间或跨集群28、30两者之间)，以使得工作负载在物理计算模块之间更均匀地分布。例如，DCS 25可以自动分配各种控制例程以在具有更高可用性的物理计算模块上执行，例如，当添加附加的计算模块时，当移除现有的计算模块时，或在DCS25的运行时操作期间的任何时间。因此，在某些情况下，单个计算模块可以同时操作为控制集群28的一部分和I/O集群30的一部分。

由DCS 25的控制集群28提供的逻辑控制功能可以包括例如一阶控制功能，诸如高级控制、监管控制、批量控制、简单排序、互锁、安全关机、自适应控制、基于事件的控制、强化学习等。如上所述，这样的控制功能可以通过配置和组合关于由工厂信息模型18提供的信息所定义的控制策略和控制系统在控制集群28处实现。另外，由控制集群28执行的一些控制例程可以被配置为还包括可以影响由控制例程执行的控制的一个或多个其它类型的二阶控制功能(例如，监控功能、分析功能等)。

由DCS 25的I/O集群30提供的逻辑I/O功能可以包括到且来自各种类型的物理I/O和采样端口的I/O传输，例如模拟、离散、运动、近红外(NIR)等。在一些实施例中，I/O集群30还提供信号调节。类似于逻辑控制功能，逻辑I/O功能可以通过基于工厂信息模型18配置关于I/O或数据传输要求的所选通用结构22a和通用功能22b在I/O集群30处实现，以生成由I/O集群28执行的I/O数据传输机制。例如，至少一些I/O数据传输机制可以绑定到(例如，分配给或关联于)DCS 25的物理I/O端口。

未被分配以作为控制集群28的一部分或作为I/O集群30的一部分执行的DCS 25的计算模块31可以是空闲的，可以被指定和配置为其它计算模块的热备用，或者可以被分配以执行其它功能，从而在工业过程工厂15的运行时操作期间支持DCS 25。例如，各种物理计算模块26可以被配置为管理、提供和/或托管工厂应用库40，以提供或托管操作员用户接口32，以提供或托管辅助引擎35，和/或其它功能。DCS 25的至少一些计算模块26可以被预先配置(例如，开箱即用)以提供对通信连接到DCS 25的I/O端口和设备的自动发现，以及提供工厂信息模型18的生成以及可选的与工厂信息模型18相对应的任何附加功能和应用，如在本公开内容的其它地方所描述的。计算模块26中的至少一些可以被先验地(例如，开箱即用)配置为计算模块26的管理员或管理者，并且因此可以被配置为执行诸如监控可用资源的功能以及计算模块26的状态，(重新)分配各种功能给各种计算模块等等。

操作员界面

如上所述，DCS操作员用户接口32(在本文中也可互换地称为人机界面32或HMI32)使操作员或用户能够查看和执行关于在运行时操作期间控制过程和/或操作过程工厂15的功能，诸如更改设置、修改控制器和/或现场设备内的控制模块的操作、查看过程及其部件的状态和/或状况、查看报警、响应各种运行时事件等。例如，操作员用户接口32还可以包括允许操作员搜索或查询DCS 25以获得所需信息的智能界面，以及过滤、分组、排序和/或重新排列信息如何在视觉上和/或由操作员用户接口32以听觉方式呈现。在实施例中，操作员用户接口32可以为操作员提供通过操作员界面32(以免提方式)与DCS 25口头查询、指导和/或智能对话的能力，以执行所需的与控制过程和/或操作过程工厂15相关的功能。在实施例中，诸如诊断和/或分析的一些调查功能可以通过操作员用户接口32启动和监控。

如图1所示，一个或多个操作员用户接口32a可以在位于现场或靠近工业过程工厂15的本地计算设备(例如，操作员站)处执行，例如，在后端工厂15的环境中或处于与DCS 25相同的安全级别(例如普渡模型的第2级或第3级)。例如，一些本地操作员用户接口32a可以从库45下载以在本地计算设备或操作员站处执行。附加地或替代地，一些本地操作员用户接口32a可以由一个或多个指定的计算模块26在现场托管，并且本地计算设备可以访问托管的用户接口32a(例如作为网站、服务等)。

仍然附加地或替代地，一个或多个操作员用户接口32b可以经由工厂云计算部件50和一个或多个个人计算设备(例如移动设备52a、膝上型电脑或平板电脑52b、车辆显示器52c等)远程提供。例如，一些远程操作员用户接口32b可以从工厂云部件50下载以在远程计算设备52处执行。另外或替代地，一些远程操作员用户接口32b可以由工厂云部件50托管，并且远程计算设备52可以访问托管的远程用户接口32b(例如作为网站、服务等)。不同的操作员界面32a、32b可以通过基于由工厂信息模型18提供的信息配置选择的通用结构22a和通用功能22b(例如，通过使用API 20的集合来生成操作员用户接口视图和功能来实现。在一些场景中，DCS 25基于储存在工厂信息模型18中的信息自动生成、创建和/或配置操作员界面32a、32b中的一个或多个，如在本公开的别处详细描述的。配置的操作员界面32a、32b储存在工厂应用库40中以供DCS生态系统12的各种部件访问，例如工厂云部件50、本地DCS操作员界面32a等。

辅助引擎

辅助引擎35可以包括操作员辅助引擎35a、35b和控制辅助引擎35c、35d。一般而言，当操作员输入查询和命令序列时，操作员辅助引擎35a、35b可以在DCS操作员用户接口32处监控操作员动作，并且可以预测性地警告操作员(例如，经由DCS操作员用户接口32以视觉和/或听觉方式)当操作员计划采取的动作集合将导致过程偏离可接受操作的边界和/或将导致报警、故障或其它不希望的情况发生时。在一些实施例中，操作员辅助引擎35c、35d还可提供附加信息以有助于操作员确定和/或执行替代或减轻动作。例如，操作员辅助引擎35a、35b可以警告操作员预测将发生的火炬，并且操作员辅助引擎35a、35b可以向操作员提供有助于预测的火炬和/或甚至特定减轻动作的重要因素供操作员采取，从而阻止火炬的发生。在一些实施例中，操作员辅助引擎35c、35d可以发起与操作员的对话(例如，以视觉或听觉方式)以获得附加信息以便更好地建议操作员关于替代或减轻动作。在一些情况下，如果操作员没有对警告做出响应，控制辅助引擎35c、35d可以自动采取至少一些特定减轻动作，例如，以至少使过程进入安全操作状态。控制辅助引擎35c、35d(例如，控制辅助引擎35c、35d的可用性)可以被激活或去激活(例如，单独地或成组地)。对于一些控制辅助引擎35c、35d，可以先验地定义用于执行自动控制辅助的触发条件(并且在一些情况下，可以调整或修改触发条件)。例如，可以定义触发条件以基于特定事件、特定状态、特定风险级别、预测影响等启动各种操作员辅助功能35。

自动生成

如上所述，DCS 25自动生成并填充工厂信息模型18中的至少一些，并且在一些实施例中，在初始化时、在完成与设置在工业过程工厂15中的装备的物理连接时、在DCS 25处添加另一个I/O端口时、在添加设置在物理工厂15中的另一个设备时、和/或在其它场景下，还自动生成附加控制、I/O、HMI和/或其它功能。例如，在DCS 25初始化或启动时，DCS 25可以自动发现或感测已包括在DCS 25中的不同物理I/O端口的数量和类型。基于感测到的I/O端口及它们的相应的I/O类型，DCS 25可以自动生成感测端口及它们的相应的I/O类型的相应表示，并将所生成的表示储存在数据中心10的工厂信息模型18的物理工厂15的描述中(例如，在物理工厂15的描述中和/或在控制网络的描述中)，例如，通过使用共同的建模语言。DCS 25可以使用对应于I/O端口和/或I/O类型的一个或多个开箱即用的通用结构22a来自动生成感测的I/O端口和它们的相应的I/O类型的表示。进一步基于感测到的I/O类型，DCS 25可以自动生成一个或多个相应的I/O数据传输机制以支持到/来自感测到的I/O端口I/O的传输数据。在一些实施例中，支持感测到的I/O端口的数据传输所需的至少一些I/O数据传输机制可以已经开箱即用地包括在DCS 25中，例如，作为I/O数据传输功能包括在通用框架22中。在一些实施例中，DCS 25可以通过配置和/或组合各种通用功能22b来自动生成附加的I/O数据传输机制以支持感测到的I/O端口的数据传输，这些数据传输是开箱即用地包括的。在实施例中，自动生成的附加I/O数据传输机制可以被存储为应用40。在DCS 25自动生成一个或多个I/O数据传输机制之后，在一个实施例中，DCS 25可以将I/O数据传输机制实例化到对应的I/O容器中，并且I/O容器可以分别分配给I/O集群30的一个或多个计算模块，用于在工厂15的运行时操作期间激活(例如，“上自旋(spinning up)”)和执行或运行。

另外，DCS 25可以自动感测通信地连接到I/O端口的工厂15的任何装置、仪器和/或装备，并且可以在工厂信息模型18中自动生成和存储其各自的表示。在示例性配置中，工业过程工厂15的装置、仪器和/或装备可以经由一个或多个高速以太网连接60(例如，100M千兆以太网等)物理连接到I/O集群30的I/O端口，其中可以包括支持一个或多个协议的高级物理层(APL)传输技术，从而实现，位于远程和危险位置(例如过程工厂15的现场环境)的现场设备、其它设备、其它各种仪器和/或其它装备的本质安全连接。因此，DCS 25可以使用由以太网连接60的APL支持的一个或多个协议提供的发现机制，以自动感测通信地连接到I/O端口的任何设备(例如，现场设备，以及可选地设置在工厂15的现场环境中的其它设备、仪器和/或装备)。DCS 25可以通过使用公共建模语言在工厂信息模型18(例如，在物理工厂15的描述和/或在控制网络的描述中)生成和储存感测的设备和/或装备的相应表示。例如，DCS 25可以通过使用对应于设备、仪器和/或装备的一个或多个开箱即用的通用结构22a来自动生成感测设备、仪器和/或装备的表示。

基于感测到的I/O端口和工厂15的连接设备，DCS 25可以自动生成特定于连接设备的类型的控制应用、控制例程、控制模块、控制或功能、和/或控制算法。例如，可以通过使用与过程控制功能相关的一个或多个开箱即用的通用功能22b为不同的现场设备(例如致动器、传感器、测量设备等)生成不同的控制例程、应用模块、块和/或算法。一般地，并且如前所述，控制例程或应用可以执行一个或多个不同的控制模块，其中每个控制模块可以使用不同的控制算法或逻辑来接收来自运行时工业过程工厂的输入，基于接收到的输入做出过程控制决策，基于决策生成过程控制信号以控制其它设备，并与其它过程控制设备(例如现场设备)中正在运行或执行的控制模块或块协调，从而控制运行时工业过程。然而，为了在本文中易于阅读，而不是出于限制目的，术语“控制例程”在本文中用于一般指代控制例程和/或应用、控制模块、控制或功能块、和/或控制模块。

在一些场景中，自动生成的不同控制例程最初可以配置有用于设备和/或与设备相关联的装备的特定逻辑控制标识符(例如，设备标签、数据标签和/或其它类型的逻辑控制标识符)的占位符。在配置DCS 25期间的某个时刻，用户可以将特定逻辑控制标识符指派给相应的设备和/或装备(例如，经由DCS 25的配置用户接口，图1中未示出)，并且指派的控制标识符可以替换或填充不同控制例程中的相应占位符。在其它情况下，一些感测设备和/或感测装备本身可以具有逻辑控制标识符或多个标识符的先验知识，通过这些标识符它们被分别识别给工厂15的控制网络，并且可以在发现过程期间将它们相应的逻辑控制标识符或多个标识符自动提供给工厂信息模型18。在这些情况下，工厂信息模型18可以在对应于这些设备/装备的自动生成的不同控制例程中自动包括所提供的相应控制标识符。在其它场景中，映射服务器(例如DNS服务器或类似的服务器)可以在发现过程期间向工厂信息模型18提供各种设备/装备的相应的逻辑控制标识符，并且工厂信息模型18可以自动包括所提供的对应于各种设备/装备的自动生成的不同控制例程中的相应控制标识符。无论如何，DCS 25可以将生成的控制例程储存为应用40，并且DCS 25可以储存已经分配给在工厂信息模型18中(例如，在控制策略的描述中和/或在控制网络的描述中)的相应设备和/或装备的逻辑控制标识符的指示(例如，由用户在配置期间，或由设备、装备和/或映射服务提供的先验)。

在DCS 25自动生成(并在必要时用逻辑控制标识符填充)一个或多个控制例程之后，DCS 25可以将填充的一个或多个控制例程实例化到对应的控制容器中。控制容器可以分别分配给控制集群28的一个或多个计算模块，用于在工厂15的运行时操作期间激活(例如，“上自旋”)和执行或运行。

另外，在实施例中，人机界面(HMI)图形和/或显示视图(例如，呈现在一个或多个DCS操作员界面32上)也可以随着工厂信息模型18被填充信息而自动生成。DCS 25可以通过使用数据中心10的一个或多个开箱即用通用结构22a和/或功能22b基于工厂信息模型18自动生成HMI图形和/或视图。例如，DCS 25可以自动生成特定于各种类型的感测设备和/或感测装备的HMI图形和/或显示视图，例如，当设备/装备被感测并添加到工厂信息模型18的物理工厂15的表示时。例如，当发现温度传感器时，DCS 25可以自动生成温度显示视图。附加地或替代地，例如，当控制例程被自动生成并添加到储存在工厂信息模型18中的控制策略时，DCS 25可以自动生成特定于各种类型的控制例程的HMI图形和/或视图()，和/或当各种设备、装备、控制例程等被发现和/或生成时，DCS 25可以自动生成特定于与控制相关的各种功能(例如，报警、警报、安全算法/模块等)的HMI图形和/或视图，这些HMI图形和/或视图。此外，在一些实现方式中，可以例如基于多个控制例程、基于控制例程和附加通用功能22b、基于对由控制部件生成的数据执行的分析等自动生成更复杂的HMI图形和/或视图。一般而言，HMI图形和/或视图可以基于已储存到DCS 25的工厂信息模型18中的任何信息和/或信息的组合自动生成。对于一些自动生成的HMI图形和/或视图、各种设备、装备等的逻辑标识符的占位符可以最初被使用，并且可以随后用特定逻辑标识符填充(例如，以类似于上面针对控制例程所讨论的方式)。对于一些自动生成的HMI图形和/或视图，HMI图形和/或视图的集合的整体可以在没有任何用户输入的情况下自动生成，例如，仅基于包括在工厂信息模型18中的信息，该工厂信息模型18可能已经填充了与生成的HMI图形和/或视图相关联的逻辑标识符。无论如何，在DCS 25自动生成(并在必要时填充)HMI图形和/或视图的集合时，DCS 25可以将填充的HMI图形和/或视图的集合实例化，例如作为应用40；作为在DCS操作员用户接口32处执行的模块；和/或作为HMI容器，其可以分别分配给用于执行/运行的一个或多个计算模块(例如，在控制集群28处、在操作员用户接口32处、在其它计算模块31处、在工厂云计算部件处50、和/或在生态系统12内的任何其它合适的计算位置处)。

尽管到目前为止已经关于DCS 25的初始化或启动讨论了工厂信息模型18和相关控制和HMI功能/应用的自动生成，但是本领域的普通技术人员将理解类似的技术可以在DCS 25已经初始化并且DCS 25和/或工厂15的物理配置发生变化之后应用，例如当附加物理I/O端口被添加到DCS 25时，附加物理设备和/或装备被添加到工业过程工厂15内的某处，等等。

此外，尽管到目前为止关于经由具有APL的以太网传输介质将物理工厂15连接到DCS 25的物理I/O端口已经讨论了工厂信息模型18和相关控制和HMI功能/应用的自动生成，但是本领域普通技术人员将理解是，任何或所有技术可以容易地应用于其它类型的传输介质，这些传输介质在使用或不使用I/O端口并且在使用或不使用APL的情况下将DCS 25的至少一部分和物理工业过程工厂15物理互连。

更进一步，关于安全性，信任链可以从通过加入生态系统12的应用、设备和/或节点支持工厂信息模型18的计算模块的初始启动，到应用本身的最终执行。附加地或替代地，数据中心10可以使用一个或多个安全应用或机制来保护工厂信息模型的内容和/或对工厂信息模型的访问。例如，一个或多个安全应用或机制可以先验地或开箱即用地提供给数据中心10，并且因此可以在初始化数据中心10之前已储存到数据中心10的存储器上。

功能、应用和实时迁移

如前所述，应用和功能40a、40b可以通过使用一个或多个通用结构22a和/或通用功能22b来生成，并且一些应用40b可以进一步基于一个或多个第三方扩展48生成。应用/功能40a、40b可以储存在工厂应用库45中。一些应用40可以由DCS 25自动生成，例如通过使用通用框架25和工厂信息模型18，并且一些应用40可以至少是部分手动生成，例如，经由操作员或用户接口32。可能的应用的示例可以包括例如操作员应用、配置应用、I/O数据传输应用、搜索应用、另一种类型的用户接口应用、过程控制应用、诊断应用、面向操作员的辅助应用、面向控制系统的辅助应用、部件验证应用、条件监控应用、远程监控应用、维护应用、描述性分析应用、预测分析应用、机器学习应用或决策支持应用。另外或替代地，可能的应用可以包括工业分布式过程控制系统提供的OT(操作技术)层应用、过程控制系统的企业提供的IT(信息技术)层应用、由工业分布式过程控制系统提供的另一种类型的应用、用户接口应用、云计算应用、决策支持应用、另一种类型的分析应用、在移动设备上执行的应用、在企业的另一个系统上执行的应用或由第三方系统提供的和在第三方系统上的应用。

应用40a、40b的实例可以从库45中检索以在工厂生态系统12的各种部件上执行，例如在控制集群28处、在I/O集群30处、在DCS操作员用户接口32a处，作为辅助引擎35的一部分，并且在工厂云计算部件50中并且可选地在相关联的远程用户设备52处。类似地，虽然未示出，但是也可以在工厂的生态系统12的各种部件上检索和执行通用功能22b。

一般而言，工厂生态系统12内提供的应用和功能40可以以平台中立的方式封装，以使得它们可以在多种不同类型的操作系统(例如Windows、Linux等)上执行。参考控制集群28，作为生态系统12内的执行环境的说明性但非限制性示例，应用40和/或功能22b可以被封装为相应的容器(例如由

计算机软件提供的容器)或相应的参与者(例如Akka.NET提供的参与者)，其被分配以在控制集群28处执行。例如，控制集群28可以执行或运行一个或多个控制容器或参与者、一个或多个报警容器或参与者、一个或多个安全容器或参与者等。为了便于讨论，可以将应用和/或功能封装到其中的实体在本文中通常称为“容器”，但应理解，任何合适的封装技术可用于以平台中立的方式(包括参与者和/或其它技术)封装应用和功能。

此外，由于控制集群28包括多个计算模块26，分配给控制集群28的每个容器还可以被分配为在控制集群28的一个或多个特定计算模块上执行或运行。因此，容器可以被分配(并且在一些情况下，在工厂15的运行时操作期间动态分配或实时迁移)给具有可用计算能力和/或资源的计算模块。实际上，控制相关容器不需要被分配为仅在控制集群28的计算模块上执行或运行，而是可以被分配为在由工厂生态12的一个或多个部件提供的任何集群或处理环境的任何计算模块上执行或运行，工厂生态12具有可用计算能力和/或资源，例如I/O集群30、支持DCS操作员用户接口的集群32a、备用集群31等。通常，但不一定，至少由于安全和性能原因，应用40和/或功能22b可被分配以在本地计算模块上执行，例如，在未设置在云部件50中和/或未以其它方式远离过程工厂15远程设置的生态系统部件的计算模块上(例如，在普渡模型安全级别2或3)。在实施例中，应用40和/或功能22b到各种计算模块的分配和迁移可以通过使用软件定义网络(SDN)、网络功能虚拟化(NFV)和/或允许完整交换机栈、地址分配以及路由器在软件中完整定义的其它技术来实现。

应用和/或功能(例如，应用和/或功能分别被封装或实现到其中的容器)到相应计算模块的实时迁移或动态分配可以被触发或以其它方式自动执行。例如，在工业过程工厂15的运行时期间，DCS 25可以监控在每个计算模块处可用和/或使用的计算资源，并且可以随着各种计算模块的条件发生变化或条件预计会发生变化动态地分配/重新分配应用和/或功能给其它计算模块。例如，DCS 25可以反应性和/或预防性地执行在生态系统12的特定部件处使用的计算模块的负载的动态均衡，例如在控制集群28处或在I/O集群30处，和/或跨或在生态系统12的多个部件之间，例如均衡或平衡跨控制集群28和I/O集群30两者使用的所有计算模块的负载。在一些情况下，和/或功能(例如，应用和/或功能分别被封装或实现到其中的容器)到相应计算模块的实时迁移或动态分配应用可以由手动操作员动作触发，例如当需要特定计的算模块需要离线进行日常维护和/或升级时。例如，操作员可以选择要离线进行日常维护和/或升级的控制器，并且基于操作员的选择，在所选控制器上执行的任何应用和/或功能可以自动实时迁移到其它计算模块(控制集群28的、DCS 25的其它部件的或生态系统12的其它部件的计算模块)，用于无缝地继续执行，例如“无扰动(bumpless)”转移。在实施例中，结合实时迁移，可以自动执行保持使用的计算模块的自动负载均衡。

实际上，DCS 25可以提供功能的无扰动转移(并且特别地，控制和I/O功能的无扰动转移)，使得DCS 25可以在工业过程工厂15的运行时期间保持高可用性。例如，控制集群28可包括1对1布置或1对多布置的备用控制器(其可经由相应的应用和/或功能实现)。当需要将控制功能从活动控制器切换到备用控制器时，备用控制器可以被激活(例如，备用控制器功能封装到其中的一个或多个容器可以“上自旋”)并与活动控制器同步，以向备用控制器提供实时迁移或无扰动转移。替代地，在某些情况下，备用控制器可以在后台执行以跟踪相应活动控制器的运行时行为，以便当实时控制功能从由活动控制器提供转换到由备用控制器提供时不需要或需要最少的同步。

可插拔DCS硬件模块

在实施例中，DCS 25可以使用一个或多个通用的(例如，可互换的)、可扩展的、即插即用的DCS硬件模块来实现。单个通用、可扩展、即插即用的DCS硬件模块可用作独立单元以充当DCS 25，或可与其它通用、可扩展、即插即用的DCS硬件模块组合以进行扩展直至DCS25的所需大小(例如，达到所需容量、性能水平、功能集合等)。这种通用的、可扩展的、即插即用的DCS硬件模块在本文中可互换地称为“可插拔DCS硬件模块”、“可插拔DCS模块”或“可插拔硬件模块”。

图2例示了示例性可插拔DCS硬件模块200的框图。例如，可插拔DCS硬件模块200可以包括在服务或支持图1的工业过程工厂15的DCS 25中，或者可以包括在DCS服务或支持其它工业过程工厂的其它DCS中。如图2所示，可插拔DCS硬件模块200是包括围绕其内部部件205-230的物理外壳202的硬件模块，其提供DCS接口、功能和特征的标准化集合。然而，在可插拔DCS硬件模块200的一些实施例中，可以省略外壳202。

示例性可插拔DCS硬件模块200包括标准接口端口205a、205b、205n的标准集合，其中至少一些被配置为向/从可插拔DCS硬件模块200发送和接收标准I/O数据类型。例如，接口端口205a-205n的集合可以包括以太网APL端口和/或支持向/从工业过程工厂的现场环境传输不同类型的I/O数据的其它类型的端口，例如模拟I/O、离散I/O、运动、NIR、串口、非APL以太网、Wi-Fi、串口、Railbus、HART、WirelessHART、现场总线、Profibus等。接口端口205a-205n的集合可以支持在过程控制网络中使用的各种传输介质，例如两线和/或四线总线、光链路、无线通信、支持APL的高速以太网端口、不支持APL的以太网等。一般而言，接口端口205的集合被配置为支持一个或多个工业控制协议，例如4-20mA、现场总线、Profibus、HART、WirelessHART、HART-IP、OPC UA等。此外，可插拔DCS硬件模块200的接口端口205可以包括一个或多个联网端口，这些联网端口被配置为支持其它类型的通用数据和通信传输协议，例如IP或其它基于分组的通信协议、Wi-Fi、蓝牙等，从而允许可插拔DCS硬件模块200通信连接到其它可插拔DCS模块200、工业过程工厂15(或它们的部件)和/或其它系统和设备。

示例性可插拔DCS硬件模块200还包括一个或多个处理器208和一个或多个有形、非暂时性存储器210。在一个实施例中，可插拔DCS硬件模块200包括一个或多个计算模块，其包括一个或多个多个处理器208和一个或多个存储器210。数据中心212和针对发现引擎215和执行引擎218的相应计算机可执行指令预先储存在可插拔DCS硬件模块200的一个或多个存储器210上。即，数据中心212、发现引擎215和执行引擎218可以在可插拔DCS硬件模块200在工业过程工厂15处被现场初始引导之前被加载或储存到可插拔DCS硬件模块200的一个或多个有形存储器210上。如图2所示，数据中心212包括通用框架220、API 222的集合和用于由可插拔DCS硬件模块200支持的工业过程工厂的工厂信息模型225的储存区区域。数据中心212可以是类似于图1的数据中心10。因此，通用框架220可以包括通用结构的标准集合和通用功能的标准集合，其中通用功能的标准集合可以包括控制、I/O、HMI和分析功能。API 222的集合可以使用通用框架220和工厂信息模型225共同的建模语言，并且API222的集合可以被公开以供其它应用使用。

在可插拔DCS硬件模块200初始化时，一个或多个处理器208可以执行计算机可执行指令，发现引擎215包括该计算机可执行指令，以使DCS模块200自动生成描述由可插拔DCS硬件模块200支持的工业过程工厂。例如，发现引擎215可以感测已经包括在可插拔DCS硬件模块200中的I/O端口205的数量和类型，并且可以使用API 222和通用框架220生成感测到的I/O类型和I/O端口的描述，例如，以类似于上述的方式。发现引擎215可以用所感测的I/O类型和I/O端口的生成描述来填充工厂信息模型225(例如通过使用共同的建模语言和可选地通过使用通用框架220提供的通用结构中的一些通用结构)。

此外，发现引擎215可以经由连接的I/O端口205或在一个或多个I/O端口205连接到工业过程工厂时检测或发现可插拔DCS硬件模块200经由I/O端口205通信连接到的工业过程工厂的物理部件或者设备的集合。例如，对于感测到的APL端口，发现引擎215可以使用分组协议的发现机制来发现经由APL端口通信地连接到可插拔DCS硬件模块200的一个或多个设备。发现或检测到的设备通常物理地设置在工业过程工厂内，并且可以包括工厂将使用它们来执行物理功能以控制工业过程的各种现场设备(例如，致动器、传感器、测量设备、泵、加热器等)、和/或其它类型的过程控制设备。在一些配置中，发现或检测到的设备可以包括物理工业控制器，例如过程控制器或安全控制器。在一些配置中，发现或检测到的设备可以包括I/O设备，例如I/O卡和/或I/O编组柜。在一些布置中，发现或检测到的设备可以另外包括诸如路由器、适配器等的联网设备。实际上，在一些实施例中，发现或检测到的设备可以包括与工业过程工厂相关联的其它系统(例如资产管理系统、分析系统等)的设备。这样的其它系统通常可以处于与可插拔DCS硬件模块200(例如，普渡模型级别3或4)相似的安全级别，但这不是必需的。

无论如何，发现引擎215可以使用API 222和通用框架220来生成在工厂信息模型225的物理工厂描述内并且如果合适的话，在工厂信息模型225的控制策略/控制框架描述和/或控制网络描述内检测到或发现的物理设备的描述，例如，以类似于本公开内容内别处描述的方式。因此，发现引擎215用物理描述和可选地检测到或发现的物理设备的逻辑描述来填充工厂信息模型225。例如，对于发现的现场设备，发现引擎215用现场设备的相应的物理描述、作为工厂的控制部件的现场设备的相应的逻辑描述以及与工厂的其它控制网络部件有关的现场设备的描述。

发现引擎215可以例如以与本公开内容内别处描述的方式类似的方式自动生成基于所发现设备的类型的相应类型的控制例程。例如，可以通过使用与过程控制功能有关(例如通用框架220的)一个或多个开箱即用的通用功能来为不同的现场设备(例如致动器、传感器、测量设备等)生成不同的控制例程。在一些场景中，发现引擎215还可以例如以诸如上述的方式自动生成对应于所发现的设备的相应HMI/显示视图。生成的控制例程和生成的HMI/显示视图可以储存在可插拔DCS硬件模块200的存储器210中。在工业过程工厂的运行时操作期间，可插拔DCS硬件模块200的处理器208可以执行计算机可执行指令，引擎218包括该计算机可执行指令来执行储存在可插拔DCS硬件模块200的控制例程、HMI/显示视图、各种通用功能和/或其它应用和/或功能，从而控制工厂的工业过程，并提供与控制和操作工业过程工厂相关的其它功能。

当然，除了在可插拔DCS硬件模块200初始化时执行发现动作之外，发现引擎215可以被触发以在工业过程工厂的运行时期间的其它时间执行发现动作。例如，在运行时期间，如果发现引擎215感测到附加接口端口已被添加到可插拔DCS硬件模块200，则发现引擎215可以启动发现逻辑从而添加附加接口端口和经由附加接口端口通信地连接到可插拔DCS硬件模块200的任何设备的描述。类似地，在运行时期间，如果发现引擎215发现或检测到已经添加了附加设备(例如，经由已经感测到的接口端口)，则发现引擎215可以例如以类似于上述方式的方式启动发现逻辑从而添加附加设备以及与附加设备的类型相关的任何控制策略的描述。

因此，在一些实现方式中，单个可插拔DCS硬件模块200可以开箱即用并且在初始化时自配置以充当较小尺寸工业过程工厂的DCS(例如，DCS25)。如果需要并且在需要时，可以将附加的I/O端口添加到单个可插拔DCS硬件模块200，以提供达到极限的附加数量和/或类型的I/O接口。附加地或替代地，附加的计算模块可以被添加到开箱即用的单个可插拔DCS硬件模块200，例如以在需要时提供达到极限的附加计算资源。一般而言，单个可插拔DCS硬件模块200的最大尺寸受硬件限制，例如外壳202的物理尺寸、可能的物理端口205的数量、附加计算模块的可能连接的数量等。

有利地，在其它情况下，多个可插拔DCS模块200可以互连以共同充当较大尺寸的工业过程工厂的DCS(例如，DCS 25)。在这些较大的配置中，每个可插拔DCS硬件模块200，经由其各自的发现引擎215，可以发现它通信连接到的其它可插拔DCS模块200和设置在工业过程工厂中的各个设备通信连接到每个可插拔DCS模块200。例如，第一可插拔DCS硬件模块200可以在初始化时发现第二可插拔DCS硬件模块200。替代地，在第一可插拔DCS硬件模块200被初始化和配置之后，第一可插拔DCS硬件模块200可以在第一可插拔DCS模块和第二可插拔DCS模块之间建立通信连接时发现第二可插拔DCS硬件模块200。在实施例中，多个可插拔DCS模块200在某种意义上可以操作为彼此联网的单独交换机集合，每个交换机都使用其自己的计算和硬件资源来管理经由其I/O端口进行通信连接的过程工厂的设备的集合。在另一个实施例中，多个可插拔DCS模块200可以共同操作为单个逻辑DCS 25，例如图1的DCS25，并且可以共享计算和硬件资源以共同管理工业过程工厂的所有设备，这些设备经由各种模块200的各种I/O端口通信连接到逻辑DCS 25。当然，混合实现方式包括单独的模块管理和集体模块管理也是可能的。

如上所述，在可插拔DCS硬件模块200通信连接到的工业过程工厂的运行时期间，硬件模块200的一个或多个处理器208可以执行计算机可执行指令，执行引擎218包括计算机可执行指令以使DCS硬件模块200控制工业过程工厂的工业过程的至少一部分。特别地，可插拔DCS硬件模块200可以包括一个或多个控制例程228和储存在其一个或多个存储器210上的一个或多个I/O数据传输机制，每个I/O数据传输机制可以由一个或多个处理器208执行，例如，经由执行引擎218。当然，其它运行时例程和算法(未示出)可以附加地或替代地由一个或多个处理器208经由执行引擎218执行，例如通用框架220的通用功能、各种支持功能、例程、算法和/或应用，例如HMI/显示视图、诊断、分析等。

无论如何，为了使用示例性场景来说明，可插拔DCS硬件模块200可以例如经由特定接口端口205a通信连接到设置在过程工厂的现场环境中的现场设备。经由发现引擎215，工厂信息模型225可以使用建模语言感测、发现、生成和储存其中包括现场设备、接口端口205a和特定控制例程228的控制回路的描述。在实施例中，特定控制例程228可能已经基于通用框架220中包括的一个或多个通用控制功能自动生成，例如以类似于上述方式的方式。此外，经由如前所述的发现引擎215，接口端口205a可以绑定到特定I/O数据传输机制230。因此，在工业过程工厂的运行时期间，执行引擎218可以使特定控制例程228和在可插拔DCS硬件模块200处执行的特定I/O数据传输机制230在控制例程228与现场设备之间传输过程数据，从而执行在工厂信息模型225中描述的控制回路，从而控制工业过程。在实施例中，控制例程228可以在可插拔DCS硬件模块200的控制计算模块集群(例如图1的控制集群28)处执行或运行，和/或I/O数据传输机制可以在可插拔DCS硬件模块200的I/O计算模块集群(例如图1的I/O集群30)处执行或运行。

图3描绘了自动初始化物理工业过程工厂(例如图1的物理过程工厂15)的工业分布式过程控制系统(DCS)的示例性方法300的框图。在实施例中，方法300的至少一部分可以由图1的DCS 25执行，和/或方法300的至少一部分可以由图2的一个或多个可插拔、可互换的DCS硬件模块200执行。在实施例中，方法300可以包括除了本公开内容中讨论的那些之外的附加或替代块。

由示例性方法300初始化的工业分布式过程控制系统包括一个或多个可插拔、可互换的DCS硬件模块(例如一个或多个DCS硬件模块200)的集合。一般而言，方法300的相应的实例可以由该集合的每个DCS硬件模块执行。

在块302处，方法300包括，在包括在DCS中的可插拔DCS硬件模块的集合中的可插拔DCS硬件模块处，自动检测或感测可插拔DCS硬件模块中包含的多个接口端口的每个接口端口的相应的I/O类型。302在可插拔DCS模块上电或重新启动时，和/或当附加接口端口被添加到可插拔DCS硬件模块时，可以检测或感测接口端口的相应的I/O类型。如本文所使用的，接口端口的“I/O类型”可以指代经由接口端口传输的各种类型的I/O数据、接口端口支持的各种类型的传输机制和/或介质用于经由接口端口传输I/O数据的各种类型的数据协议等。因此，接口端口的示例性I/O类型可以包括例如模拟I/O、离散I/O、串行、运动、近红外、Railbus、Wi-Fi、没有高级物理层的以太网、具有高级物理层的以太网、HART、WirelessHART、现场总线和Profibus。当然，其它I/O类型的接口端口也是可能的。

在块305处，方法300包括通过每个可插拔DCS硬件模块将对应于每个接口端口的相应的I/O类型的相应的I/O数据传输机制绑定到每个接口端口。一般而言，在工厂的运行时操作期间，相应的I/O数据传输机制可以经由接口端口传输接收到的I/O数据(如有必要)，并将接收到的I/O数据传输给应用，例如在可插拔DCS硬件模块处执行的控制例程。类似地，在工厂的运行时操作期间，相应的I/O数据传输机制可以转换从控制例程接收的数据，并经由每个接口端口将转换后的数据传输到工业过程工厂中设置的设备。

在块308处，方法300包括由每个可插拔DCS硬件模块自动发现每个可插拔DCS硬件模块经由多个接口端口通信连接到的工业过程工厂的一个或多个物理部件。一个或多个物理部件包括经由相应的接口端口通信连接到每个可插拔DCS硬件模块的现场设备，并且现场设备被配置为执行物理功能以在运行时操作期间控制工业过程。在一些配置中，一个或多个物理部件包括物理过程控制器和/或物理安全控制器。在一些实施例中，一个或多个物理部件包括设置在相应的接口端口与现场设备之间的物理I/O设备，从而使得现场设备和控制例程能够在运行时期间将传送过程数据以控制工业过程。

在关于自动发现308的示例性场景中，方法300还可以包括经由多个接口端口中的至少一个接口端口检测特定物理部件已经新连接(例如，通信连接)到可插拔DCS硬件模块，例如当附加的现场设备添加到工厂中并通电时。在这些场景中，方法300可以包括在检测到到可插拔DCS硬件模块的新的通信连接时自动启动对新连接的特定部件的发现(块308)。

在块310处，方法300包括基于每个可插拔DCS硬件模块对一个或多个物理部件的发现，自动填充DCS的工厂信息模型的至少一部分，例如工厂信息模型18、225。工厂信息模型包括工业过程工厂的控制框架的描述和用于在工业过程工厂的运行时操作期间控制工业过程的控制网络的描述，其中两种描述都使用共同的或相同的建模语言在工厂信息模型中表示或定义。控制框架定义了DCS的控制部件的相应的逻辑控制标识以及控制部件(其包括现场设备)之间的层级关系。控制网络包括现场设备、相应的接口端口和在每个可插拔DCS硬件模块处提供的控制例程，以及在工业过程工厂的过程控制中使用的其它控制部件(和可选地联网的部件)。因此，工厂信息模型在被填充时储存用于控制工业过程工厂内的工业过程的控制回路和其它控制相关部件、实体及它们的组合/群组的描述。

在一些实施例中，工厂信息模型还包括对可插拔DCS硬件模块通信连接到的一个或多个物理部件、一个或多个物理部件在工业过程工厂内的相应的位置以及在一个或多个物理部件之间的相应互连的描述。通常，一个或多个物理部件设置在工业过程工厂的现场环境中；然而，在一些配置中，至少一个物理部件可以设置在别处，例如在工业过程工厂的后端环境或远程环境中。无论如何，工厂信息模型可以通过使用用于表示工业过程工厂的控制框架和控制网络的共同的或相同的建模语言来表示或定义对工业过程工厂的一个或多个物理部件以及相关位置和互连的描述。

在一些实施例中，结合工厂信息模型提供应用编程接口(API)的集合。API的集合可以向功能和应用公开，以使得功能和应用可以访问储存在工厂信息模型中的信息。因此，API的集合可以使用用于定义或表示储存在工厂信息模型中的信息的相同的或共同的建模语言来实现。

在块312处，方法300包括由每个可插拔DCS硬件模块执行控制例程和绑定到相应的接口端口的相应的I/O数据传输机制以在工业过程工厂的运行时操作期间在现场设备与控制例程之间传输数据，从而控制工业过程。换言之，块312包括在工业过程工厂的运行时期间执行控制回路，从而控制工业过程，该控制回路包括现场设备、相应的接口端口和控制例程。

在一些实施例中，DCS包括初始控制功能集合，该初始控制功能集合在DCS的初始化或上电之前已储存到可插拔、可互换DCS硬件模块的集合的存储器中。初始控制功能集合可以包括例如自适应控制功能、基于事件的控制功能、高级控制功能、监管控制功能、批量控制功能、顺序功能、互锁功能、安全关机功能、状态检测功能、实时虚拟化控制器和/或备用虚拟化控制器。在这些实施例中，方法300可以包括(图3中未示出)基于初始控制功能集合和工厂信息模型自动生成对应于现场设备的控制例程(和/或自动生成由DCS执行的其它控制例程)。例如，各种初始控制功能可以与来自工厂信息模型的逻辑控制标识符、参数和值组合和配置以生成控制例程。

DCS可以指派DCS已经自动生成的各种控制例程以在相应的可插入DCS硬件模块上执行。例如，DCS可以将特定控制例程封装到容器中，并指派该容器运行在特定可插拔DCS硬件模块上。替代地，可以将控制例程的实例提供给特定可插拔DCS硬件模块以供执行。DCS可以在工业过程工厂的运行时操作期间将控制例程或容器的指派重新分配给相应的可插拔DCS硬件模块，例如，自动地基于集合的一个或多个DCS硬件模块的负载、大小、性能度量和/或故障。例如，该变化可以是检测到的变化或预测的变化。以这种方式，可以实现诸如跨DCS硬件模块的自动负载均衡和/或各种控制例程的实时迁移的有利特征。

在一些实施例中，DCS包括初始I/O数据传输功能集合，在DCS的初始化或上电之前，该集合已经被储存到可插拔、可互换DCS硬件模块的集合储存在存储器上。初始I/O数据传输功能集合可以包括例如模拟I/O功能、离散I/O功能、运动I/O功能、近红外(NIR)I/O功能、另一类型的I/O传输功能、采样功能和/或信号调节功能。在这些实施例中，方法300可以包括(图3中未示出)基于初始I/O数据传输功能集合和工厂信息模型自动生成与DCS的各种可插拔DCS硬件模块的接口端口相对应的相应的I/O数据传输机制中的至少一些。例如，各种初始I/O数据传输功能可以与来自工厂信息模型的逻辑控制标识符、参数和值组合和配置，以生成I/O数据传输机制。

DCS可以指派DCS已经自动生成的各种I/O数据传输机制以在相应的可插拔DCS硬件模块上执行。例如，DCS可以将特定I/O数据传输机制封装到容器中，并指派该容器运行在特定可插拔DCS硬件模块上。替代地，可以将I/O数据传输机制的实例提供给特定可插拔DCS硬件模块以供执行。DCS可以在工业过程工厂的运行时操作期间将I/O数据传输机制或容器的指派重新分配给相应的可插拔DCS硬件模块，例如，自动地基于该集合的一个或多个DCS硬件模块的负载、大小、性能度量的变化、和/或故障。例如，该变化可以是检测到的变化或预测的变化。以这种方式，可以实现诸如跨DCS硬件模块集合的自动负载均衡和/或各种I/O数据传输机制的实时迁移的有利特征。

在一些实施例中(图3中未示出)，DCS包括初始支持功能集合，在DCS的初始化或上电之前，该支持功能集合已被储存到可插拔、可互换DCS硬件模块的存储器中。初始支持功能集合可以包括在过程控制中不直接使用的功能，但是可以在运行时过程控制期间对工业过程工厂生成的数据进行操作以生成输出，这些输出提供信息和/或可以影响各种控制例程。支持功能的示例包括(但不限于)信号处理功能、报警功能、历史功能、趋势功能、诊断功能、描述性分析功能、预测分析功能、机器学习功能、增强学习功能、总线功能和用户接口功能。在这些实施例中，方法300可以包括(图3中未示出)基于初始支持功能集合和工厂信息模型自动生成附加支持功能。例如，趋势功能、报警功能和用户接口功能可以组合以生成附加的支持功能来监控工厂信息模型中定义的各种控制部件的输出。在一些布置中，初始支持功能的输出和/或附加的、自动生成的支持功能的输出可作为输入提供给工业过程工厂的控制例程运行时操作，从而影响直接过程控制的行为。例如，分析例程在达到某个阈值时可以生成控制信号，该控制信号被提供给一个或多个控制例程以自动调整过程。

初始控制功能集合、初始I/O传输机制集合和初始支持功能集合中的任何或所有可以先验地储存在可插拔DCS硬件模块集合中，例如在DCS和/或每个可插拔DCS硬件模块初始化之前。例如，初始控制功能集合、初始I/O数据传输机制集合和初始支持功能集合可以储存在DCS的通用框架中，例如图1的通用框架22或图2的通用框架。此外，应用编程接口(API)集合可以由可插拔DCS硬件模块200提供并暴露给其它功能和应用，以使得其它功能和应用可以访问初始控制功能集合、I/O数据传输机制和/或支持功能。在实施例中，用于访问通用框架的API的集合可以是用于访问工厂信息模型的API的集合。这样，API的集合可以使用用于定义或表示储存在工厂信息模型中的信息的相同的或共同的建模语言来实现。例如，API的集合可以是API 20或222的集合。

提供对工厂信息模型和/或通用框架的访问的DCS的功能和应用的集合可以包括例如图2的发现引擎215、执行引擎218、控制例程228或I/O数据传输机制230中的一个或多个、和/或在图1的控制集群28、I/O集群30和/或其它计算集群31上运行或执行的任何例程、机制、算法、容器等。在一些配置中，DCS还包括一个或多个安全应用，其保护工厂信息模型的内容和/或对工厂信息模型的访问。通常，这种安全应用可在DCS和/或每个可插拔DCS硬件模块的初始化或上电之前储存到可插拔DCS硬件模块集合的存储器上。在一些实施例中，提供对工厂信息模型和/或通用框架的访问的DCS的应用和功能可以包括例如操作员辅助引擎和/或控制辅助引擎35。另外或替代地，提供对工厂信息模型和/或通用框架的访问的DCS的功能和应用的集合可以包括储存在工厂应用库(例如库45)中的应用和功能40，其中储存在工厂应用库中的应用可以包括已经由DCS自动生成的应用(例如，以如上所述的方式)、已经经由用户接口32a、52手动生成的应用、包括第三方扩展40b的应用等。

如上所述，在实施例中，DCS可以包括多个可插拔、可互换的DCS硬件模块。如此，在关于自动发现308的这些实施例中，方法300还可以包括在第一可插拔DCS硬件模块与第二可插拔DCS硬件模块之间建立通信连接时，由第一可插拔DCS硬件模块检测DCS的第二可插拔DCS硬件模块。在这些配置中，多个可插拔DCS硬件模块可以协作以在多个可插拔DCS硬件模块之间分布式地储存信息、数据、功能等。例如，多个可插拔DCS硬件模块可以在它们相应的存储器中分布式储存工厂信息模型、通用框架、暴露给应用和功能的API的集合、一个或多个控制例程、一个或多个I/O传输机制、工厂应用库、一个或多个应用(例如，操作员界面、辅助引擎等)等。然而，并非所有信息都需要分布式储存或非分布式储存。在示例性配置中，工厂信息模型可以储存在第一可插拔DCS模块处，工厂信息模型的备用副本可以储存在第二可插拔DCS模块中，一些控制例程的实例可以储存在两个或更多个的可插拔DCS模块处，并且操作员界面应用可以分布式储存在整个可插拔DCS模块集合中。此外，DCS(例如，经由一个或多个可插拔DCS硬件模块)可以响应于一个或多个可插拔DCS硬件模块的变化(例如负载、大小或性能度量的变化、故障的发生、计划的维护等)而在DCS可插拔硬件模块的集合之间自动重新分布信息、数据、功能、应用等的分配。例如，DCS可以基于预测的变化或检测到的变化来执行自动重新分布。

当以软件实现时，本文描述的任何应用、模块等可以储存在任何有形的、非暂时性计算机可读存储器中，例如在磁盘上、在激光盘上、在固态存储设备上、在分子存储器储存设备或其它储存介质上、在计算机或处理器的RAM或ROM中等。尽管本文公开的示例性系统公开为包括在硬件上执行的软件和/或固件以及其它部件，但应当注意的是，这样的系统仅仅是说明性的并且不应被视为限制性的。例如，可以预期这些硬件、软件和固件部件中的任何或全部可以专门体现在硬件中、专门体现在软件中、或体现在硬件和软件的任何组合中。因此，虽然本文描述的示例性系统被描述为在一个或多个计算机设备的处理器上执行的软件中实现，但是本领域的普通技术人员将容易理解所提供的示例并不是实现这样的系统的唯一方式。

因此，虽然已经参考具体示例描述了本发明，这些示例仅用于说明而非限制本发明，但是对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所公开的实施例进行更改、添加或删除。

任何特定实施例的特定特征、结构和/或特性可以以任何合适的方式组合和/或与一个和/或多个其它实施例的任何合适组合，包括在对应使用其它功能或不对应使用其它功能的情况下使用选定特征。此外，可以进行许多修改以使特定应用、情况和/或材料适应本发明的基本范围或精神。应当理解，根据本文教导，本文描述和/或例示的本发明的实施例的其它变化和/或修改是可能的，并且应该被认为是本发明的精神或范围的一部分。本发明的某些方面在本文中被描述为示例性方面。

Claims (91)

1.一种工业过程工厂的工业分布式过程控制系统，所述工业分布式过程控制系统(DCS)包括可插拔、可互换的DCS硬件模块集合，并且所述集合中的每个可插拔、可互换的DCS硬件模块包括：

多个接口端口，所述多个接口端口被配置为传输用于工业过程控制的一种或多种类型的I/O数据；

一个或多个处理器；

一个或多个有形的、非暂时性存储器；

发现引擎，所述发现引擎包括第一计算机可执行指令，所述第一计算机可执行指令储存在所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上，并且在由所述一个或多个处理器执行时使所述每个可插拔DCS硬件模块自动执行以下操作：

在所述每个可插拔DCS硬件模块上电时，感测所述多个接口端口中包括的每个接口端口的相应I/O类型；

将与所述相应I/O类型相对应的相应I/O数据传输机制与所述每个接口端口绑定；

发现所述每个可插拔DCS硬件模块经由所述多个接口端口通信连接的所述工业过程工厂的一个或多个物理部件，所述一个或多个物理部件包括现场设备，所述现场设备被配置为在所述工业过程工厂的运行时操作期间执行物理功能以控制工业过程；

基于对所述一个或多个物理部件的发现，填充所述DCS的工厂信息模型的至少一部分，所述工厂信息模型包括：

对所述工业过程工厂的控制框架的描述，所述控制框架定义所述DCS的控制部件的相应逻辑控制标识符以及所述控制部件之间的层级关系，所述控制部件包括所述现场设备；以及

对所述工业过程工厂的控制网络的描述，所述控制网络用于在所述工业过程工厂的运行时操作期间控制所述工业过程，所述控制网络包括所述现场设备、所述现场设备经由其通信连接到所述每个可插拔DCS硬件模块的相应接口端口、以及在所述每个可插拔DCS硬件模块处提供的控制例程；以及

执行引擎，所述执行引擎包括第二计算机可执行指令，所述第二计算机可执行指令储存在所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上，并且在由所述一个或多个处理器执行时，使所述每个可插拔DCS硬件模块执行所述控制例程和绑定到所述相应接口端口以在所述现场设备与所述控制程序之间传输数据的所述相应I/O数据传输机制，从而控制所述工业过程。

2.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述可插拔、可互换DCS硬件模块集合中的每个可插拔DCS硬件模块被封装在相应的外壳中。

3.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述每个可插拔DCS硬件模块被配置为经由所述多个接口端口中的至少一个接口端口检测所述一个或多个物理部件中的特定物理部件被最新地通信连接到所述每个可插拔DCS硬件模块，并且其中，对所述特定物理部件的发现由所述DCS基于检测到新的通信连接而自动启动。

4.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述多个接口端口包括以下各项中的至少一项：高级物理层端口、模拟I/O端口、离散I/O端口、串行端口、运动端口、近红外端口、Railbus端口、Wi-Fi端口、以太网端口、HART端口、WirelessHART端口、现场总线端口、Profibus端口或另一种类型的接口端口。

5.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所发现的一个或多个物理部件包括至少一个物理过程控制器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，

所述DCS还包括初始控制功能集合，所述初始控制功能集合在所述DCS初始化之前已被储存在所述可插拔DCS硬件模块集合的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上；并且

所述DCS被配置为基于所述初始控制功能集合中包括的一个或多个控制功能和所述工厂信息模型，自动生成与所述现场设备相对应的所述控制例程。

7.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述可插拔DCS硬件模块集合为多个可插拔DCS硬件模块，并且所述DCS还被配置为自动指派所述控制例程在所述多个可插拔DCS硬件模块中的特定可插拔DCS硬件模块上执行。

8.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述控制例程被封装到容器中，所述容器被指派为在所述特定可插拔DCS硬件模块上执行。

9.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述DCS还被配置为基于所述可插拔DCS硬件模块中的至少一个可插拔DCS硬件模块的负载、大小、性能度量或故障中的至少一个的变化，自动重新指派所述控制例程被封装到其中的容器在另一个可插拔DCS硬件模块上执行。

10.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述变化是预测的变化。

11.根据权利要求6-10中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述初始控制功能集合包括以下各项中的一项或多项：自适应控制功能、基于事件的控制功能、高级控制功能、监管控制功能、批量控制功能、排序功能、互锁功能、安全关机功能、状态检测功能、实时虚拟化控制器或备用虚拟化控制器。

12.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所发现的一个或多个物理部件还包括设置在所述相应接口端口与所述现场设备之间的物理I/O设备，并且其中，所述现场设备经由所述物理I/O设备与所述控制例程传送过程数据，以在所述运行时操作期间控制所述工业过程。

13.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中：

所述DCS还包括初始I/O数据传输功能集合，所述初始I/O数据传输功能集合在所述DCS初始化之前已被储存在所述可插拔DCS硬件模块集合的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上，所述初始I/O数据传输功能集合包括以下各项中的一项或多项：模拟I/O功能、离散I/O功能、运动I/O功能、近红外(NIR)I/O功能、另一种类型的I/O传递功能、采样功能、或信号调节功能；并且

所述相应I/O数据传输机制是基于所述初始I/O数据传输功能集合的。

14.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述DCS被配置为基于所述初始I/O数据传输功能集合和与所述可插拔DCS硬件模块集合相对应的所感测的I/O类型，自动生成与所述多个接口端口相对应的所述相应I/O数据传输机制中的至少一些I/O数据传输机制。

15.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述可插拔DCS硬件模块集合为多个可插拔DCS硬件模块，并且，所述DCS还被配置为自动指派所生成的所述相应I/O数据传输机制的至少一些I/O数据传输机制在相应的可插拔DCS硬件模块上执行。

16.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所生成的所述相应I/O数据传输机制中的至少一些I/O数据传输机制被封装到相应的容器中，所述相应的容器被指派为在所述相应的可插拔DCS硬件模块上执行。

17.根据权利要求15-16中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述DCS还被配置为基于所述可插拔DCS硬件模块中的至少一个可插拔DCS硬件模块的负载、大小、性能度量、或故障中的至少一个的变化，将对所生成的所述相应I/O数据传输机制中的至少一些I/O数据传输机制中的一个或多个的指派重新分配给不同的可插拔DCS硬件模块。

18.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，

所述DCS还包括初始支持功能集合，所述初始支持功能集合在所述DCS初始化之前已被储存在所述可插拔DCS硬件模块集合的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上；

所述初始支持功能集合中的每个支持功能在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间对由所述可插拔DCS硬件模块集合生成的数据中的至少一些数据进行操作；以及

所述初始支持功能集合包括以下各项中的至少一项：信号处理功能、报警功能、历史功能、趋势功能、诊断功能、描述分析功能、预测分析功能、机器学习功能、增强学习功能、总线功能、或用户接口功能。

19.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，还包括支持功能生成例程，所述支持功能生成例程储存在所述可插拔DCS硬件模块集合的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上，并且基于所述初始支持功能集合和所述工厂信息模型自动生成附加支持功能。

20.根据权利要求18-19中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述控制例程被配置为接收所述初始支持功能集合中的至少一个支持功能的输出或附加支持功能的输出中的至少一个作为输入，所述附加支持功能已经基于所述初始支持功能集合和所述工厂信息模型而被生成。

21.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，还包括暴露给应用集合的应用编程接口(API)集合，所述API集合为所述应用集合提供对所述工厂信息模型的访问。

22.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述应用集合被储存在所述DCS的应用库中，并且，所述应用集合中的至少一些应用的相应实例驻留在与所述工业过程工厂相对应的云计算部件中，驻留在所述云计算部件中的所述应用集合中的所述至少一些应用的所述相应实例能够被与所述DCS相关联的一个或多个远程用户接口访问。

23.根据权利要求21-22中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，满足以下各项中的至少一项：

所述应用集合中的第一应用由第三方提供；或者

所述应用集合的第二一个或多个应用由所述工业分布式过程控制系统提供，所述第二一个或多个应用包括以下各项中的至少一项：操作员应用、配置应用、I/O数据传输应用、搜索应用、另一种类型的用户接口应用、过程控制应用、诊断应用、面向操作员的辅助应用、面向控制系统的辅助应用、部件验证应用、状况监控应用、远程监控应用、维护应用、描述分析应用、预测分析应用、机器学习应用、或决策支持应用。

24.根据权利要求21-23中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述应用集合包括以下各项中的至少一项：由所述工业分布式过程控制系统提供的OT(操作技术)层应用、由所述过程控制系统的企业提供的IT(信息技术)层应用、由所述企业提供的另一种类型的应用、用户接口应用、云计算应用、决策支持应用、另一种类型的分析应用、在移动设备上执行的应用、在所述企业的另一个系统上执行的应用、或者由第三方系统提供并在其上执行的应用。

25.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述工厂信息模型还包括对所述工业过程工厂的所述一个或多个物理部件、所述一个或多个物理部件分别设置的所述工业过程工厂内的相应位置、以及所述一个或多个物理部件之间的相应互连的描述。

26.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，

所述工厂信息模型使用建模语言储存信息，所述信息包括所述控制框架描述和所述控制网络描述；并且

应用编程接口(API)集合为所述DCS的应用集合提供对通过利用所述建模语言储存在所述工厂信息模型中的所述信息的访问。

27.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述工厂信息模型还使用建模语言储存对所述工业过程工厂的所述一个或多个物理部件、所述一个或多个物理部件分别设置的所述工业过程工厂内的相应位置、以及所述一个或多个物理部件之间的相应互连的描述。

28.根据权利要求26-27中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述建模语言包括由分别利用不同数据格式的不同数据源提供给所述工厂信息模型的数据的抽象概念。

29.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述不同数据源包括以下各项中的至少一项：至少一个所发现的物理部件、所述工业过程工厂的配置数据库、或所述工业过程工厂的资产管理数据库。

30.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，还包括连同所述工厂信息模型储存的一个或多个安全应用，所述一个或多个安全应用保护以下各项中的至少一项：所述工厂信息模型的内容或对所述工厂信息模型的所述内容的访问。

31.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述可插拔、可互换DCS硬件模块集合包括多个可插拔DCS硬件模块，并且其中，当在所述多个可插拔DCS硬件模块中的第一可插拔DCS硬件模块与所述多个可插拔DCS硬件模块中的第二可插拔DCS硬件模块之间建立通信连接时，所述第一可插拔DCS硬件模块的所述发现引擎自动发现所述第二可插拔DCS硬件模块。

32.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，以下各项中的至少一项被以分布方式储存在所述多个可插拔DCS硬件模块的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器中：(i)所述工厂信息模型、或(ii)暴露给应用集合以便为所述应用集合提供对所述工厂信息模型的访问的应用编程接口(API)集合。

33.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述DCS还被配置为：响应于与所述多个可插拔DCS硬件模块中的至少一个可插拔DCS硬件模块相对应的负载、大小、性能度量、或故障中的至少一个的变化，自动重新分配所述工厂信息模型或所述API集合中的至少一个在所述多个可插拔DCS硬件模块中的储存分布。

34.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述变化是预测的变化或检测到的变化。

35.根据权利要求1-30中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述可插拔、可互换DCS硬件模块集合仅包括单个可插拔DCS硬件模块，并且其中，整个所述工厂信息模型被储存在所述单个可插拔DCS硬件模块的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上。

36.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述可插拔、可互换DCS硬件模块集合中的可插拔DCS硬件模块的总数与所述DCS的期望大小一致。

37.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述工业分布式过程控制系统能够通过以下各项中的至少一项进行缩放：增加附加的可插拔、可互换DCS硬件模块、或移除现有的可插拔、可互换DCS硬件模块。

38.一种对工业过程工厂的工业分布式过程控制系统(DCS)进行初始化的方法，所述工业分布式过程控制系统包括可插拔、可互换的DCS硬件模块集合，并且，所述方法包括在每个可插拔DCS硬件模块处执行以下操作：

在所述每个可插拔DCS硬件模块上电时，由所述每个可插拔DCS硬件模块感测包括在所述每个可插拔DCS硬件模块中所包括的多个接口端口中包括的每个接口端口的相应I/O类型；

由所述每个可插拔DCS硬件模块将与所述相应I/O类型相对应的相应I/O数据传输机制与所述每个接口端口绑定；

由所述每个可插拔DCS硬件模块发现所述每个可插拔DCS硬件模块经由所述多个接口端口通信连接的所述工业过程工厂的一个或多个物理部件，所述一个或多个物理部件包括经由相应接口端口通信地连接到所述每个可插拔DCS硬件模块的现场设备，并且，所述现场设备被配置为执行物理功能，以在所述工业过程工厂的运行时操作期间控制工业过程；

由所述每个可插拔DCS硬件模块基于对所述一个或多个物理部件的发现，填充所述DCS的工厂信息模型的至少部分，所述工厂信息模型包括：

对所述工业过程工厂的控制框架的描述，所述控制框架定义所述DCS的控制部件的相应逻辑控制标识符以及所述控制部件中的层级关系，所述控制部件包括所述现场设备；以及

对所述工业过程工厂的控制网络的描述，所述控制网络用于在所述工业过程工厂的运行时操作期间控制所述工业过程，所述控制网络包括所述现场设备、所述相应接口端口、以及在所述每个可插拔DCS硬件模块处提供的控制例程；以及

由所述每个可插拔DCS硬件模块执行所述控制例程以及绑定到所述相应接口端口以在所述现场设备与所述控制例程之间传输数据的所述相应I/O数据传输机制，从而控制所述工业过程。

39.根据前述权利要求所述的方法，还包括：

由所述每个可插拔DCS硬件模块经由所述多个接口端口中的至少一个接口端口检测所述一个或多个物理部件中的特定物理部件被最新地通信连接到所述每个可插拔DCS硬件模块；以及

基于对新的通信连接的检测，自动启动对所述特定物理部件的发现。

40.根据权利要求38-39中任一项所述的方法，其中，所述多个接口端口包括以下各项中的至少一项：高级物理层端口、模拟I/O端口、离散I/O端口、串行端口、运动端口、近红外端口、Railbus端口、Wi-Fi端口、以太网端口、HART端口、WirelessHART端口、现场总线端口、Profibus端口、或另一种类型的接口端口。

41.根据权利要求38-40中任一项所述的方法，其中，发现所述一个或多个物理部件包括发现至少一个物理过程控制器。

42.根据权利要求38-41中任一项所述的方法，其中：

所述DC还包括初始控制功能集合，所述初始控制功能集合在所述DCS上电之前已被储存在可插拔DCS硬件模块集合处，并且

所述方法还包括：由所述每个可插拔DCS硬件模块基于所述工厂信息模型和所述初始控制功能集合中包括的一个或多个控制功能，自动生成与所述现场设备相对应的所述控制例程。

43.根据前述权利要求所述的方法，还包括：由所述每个可插拔DCS硬件模块将所述控制例程封装到容器中，并且其中，执行所述控制例程包括运行所述容器。

44.根据前述权利要求所述的方法，还包括：基于所述可插拔DCS硬件模块集合中的至少一个可插拔DCS硬件模块的负载、大小、性能度量、或故障中的至少一个的变化，重新指派所述容器在另一个可插拔DCS硬件模块上运行。

45.根据权利要求42-44中任一项所述的方法，其中，所述初始控制功能集合包括以下各项中的一项或多项：自适应控制功能、基于事件的控制功能、高级控制功能、监管控制功能、批量控制功能、排序功能、互锁功能、安全关机功能、状态检测功能、实时虚拟化控制器、或备用虚拟化控制器。

46.根据权利要求38-45中任一项所述的方法，其中，发现所述一个或多个物理部件包括发现设置在所述相应接口端口与所述现场设备之间的物理I/O设备，并且其中，所述现场设备经由所述物理I/O设备与所述控制例程传送过程数据，以在所述运行时操作期间控制所述工业过程。

47.根据权利要求38-46中任一项所述的方法，其中：

所述DCS还包括初始I/O数据传输功能集合，所述初始I/O数据传输功能集合在所述DCS初始化之前已被储存在所述可插拔DCS硬件模块集合处，所述初始I/O数据传输功能的合包括以下各项中的一项或多项：模拟I/O功能、离散I/O功能、运动I/O功能、近红外(NIR)I/O功能、另一种类型的I/O传输功能、采样功能、或信号调节功能；并且

与所述现场设备相对应的所述相应I/O数据传输机制是基于所述初始I/O数据传输功能集合的。

48.根据前述权利要求所述的方法，还包括：由所述每个可插拔DCS硬件模块基于所述初始I/O数据传输功能集合和所感测的I/O类型，自动生成与所述多个接口端口相对应的所述相应I/O数据传输机制中的至少一些相应I/O数据传输机制。

49.根据前述权利要求所述的方法，

还包括：由所述每个可插拔DCS硬件模块将与所述现场设备相对应的所述相应I/O数据传输机制封装到容器中；并且

其中，执行与所述现场设备相对应的所述相应I/O数据传输机制包括运行所述容器。

50.根据权利要求38-49中任一项所述的方法，其中：

所述DCS还包括初始支持功能集合，所述初始支持功能集合在所述DCS初始化之前已被储存在所述可插拔DCS硬件模块集合处；

所述初始支持功能集合中的每个支持功能在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间对由所述可插拔DCS硬件模块集合生成的数据中的至少一些数据进行操作；并且

所述初始支持功能集合包括以下各项中的至少一项：信号处理功能、报警功能、历史功能、趋势功能、诊断功能、描述分析功能、预测分析功能、机器学习功能、增强学习功能、总线功能、或用户接口功能。

51.根据前述权利要求所述的方法，还由所述每个可插拔DCS硬件模块基于所述初始支持功能集合和所述工厂信息模型，自动生成附加支持功能。

52.根据权利要求50-51中任一项所述的方法，其中，执行所述控制例程包括：在所述控制例程处接收所述初始支持功能集合中的至少一个支持功能的输出或附加支持功能的输出中的至少一个作为输入，所述附加支持功能已经基于所述初始支持功能集合和所述工厂信息模型而被生成。

53.根据权利要求38-52中任一项所述的方法，还包括：将应用编程接口(API)集合暴露给应用集合，从而经由所述API集合为所述应用集合提供对所述工厂信息模型的访问。

54.根据前述权利要求所述的方法，还包括：将所述应用集合储存在所述DCS的应用库中。

55.根据前述权利要求所述的方法，还包括：将储存在所述DCS的所述应用库中的所述应用集合中的至少一些应用的相应实例提供给与所述工业过程工厂相对应的云计算部件，以供与所述DCS相关联的一个或多个远程用户接口访问。

56.根据权利要求53-55中任一项所述的方法，其中，满足以下各项中的至少一项：

所述应用集合中的第一应用由第三方提供；或者

所述应用集合中的第二一个或多个应用由所述工业分布式过程控制系统提供，所述第二一个或多个应用包括以下各项中的至少一项：操作员应用、配置应用、I/O数据传输应用、搜索应用、另一种类型的用户接口应用、过程控制应用、诊断应用、面向操作员的辅助应用、面向控制系统的辅助应用、部件验证应用、状况监控应用、远程监控应用、维护应用、描述分析应用、预测分析应用、机器学习应用、或决策支持应用。

57.根据权利要求53-56中任一项所述的方法，其中，所述应用集合包括：由所述工业分布式过程控制系统提供的OT(操作技术)层应用、由所述工业分布式过程控制系统的企业提供的IT(信息技术)层应用、由所述企业提供的另一种类型的应用、用户接口应用、云计算应用、决策支持应用、另一种类型的分析应用、在移动设备上执行的应用、在所述企业的另一个系统上执行的应用、或者由第三方系统提供并在其上运行的应用。

58.根据权利要求38-57中任一项所述的方法，其中，所述工厂信息模型还包括对所述工业过程工厂的一个或多个物理部件、所述一个或多个物理部件分别设置的所述工业过程工厂内的相应位置、以及所述一个或多个物理部件之间的相应互连的描述。

59.根据前述权利要求所述的方法，其中：

填充所述工厂信息模型的所述至少部分包括：使用建模语言填充对所述控制框架的描述、对所述控制网络的描述、以及对所述一个或多个物理部件的描述；

所述建模语言包括由分别利用不同数据格式的不同数据源提供给所述工厂信息模型的数据的抽象概念；并且

所述方法还包括暴露应用编程接口(API)集合，以便为所述DCS的应用集合提供对通过利用所述建模语言储存在所述工厂信息模型中的信息的访问。

60.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述每个可插拔DCS硬件模块还包括安全应用集合，所述安全应用集合在所述每个可插拔DCS硬件模块上电之前已被储存在所述每个可插拔DCS硬件模块处，所述一个或多个安全应用保护以下各项中的至少一项：所述工厂信息模型的内容或对所述工厂信息模型的所述内容的访问。

61.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可插拔、可互换DCS硬件模块集合为多个可插拔DCS硬件模块，并且，所述方法还包括：当在每个可插拔DCS硬件模块与另一个可插拔DCS硬件模块之间建立通信连接时，由所述每个可插拔DCS硬件模块发现所述另一个可插拔DCS硬件模块。

62.根据前述权利要求所述的方法，还包括：在所述多个可插拔DCS硬件模块中分布以下各项中的至少一项：(i)所述工厂信息模型、(ii)暴露给应用集合以为所述应用集合提供对所述工厂信息模型的访问的应用编程接口(API)集合、(iii)所述相应I/O传输机制、或者(iv)控制例程集合，所述控制例程集合包括与所述现场设备相对应的控制例程。

63.根据前述权利要求所述的方法，还包括：响应于与所述多个可插拔DCS硬件模块中的至少一个可插拔DCS硬件模块相对应的负载、大小、性能度量、或故障中的至少一个的变化，自动重新分配(i)、(ii)、(iii)或(iv)中的至少一个在所述多个可插拔DCS硬件模块中的分布。

64.一种工业过程工厂的工业分布式过程控制系统(DCS)，所述工业分布式过程控制系统包括：

数据中心，所述数据中心包括：

工厂信息模型，所述工厂信息模型被储存在所述DCS的一个或多个有形的、非暂时性存储器上，所述工厂信息模型使用建模语言描述以下各项：

所述工业过程工厂的物理部件集合，对所述物理部件集合的描述指示所述物理部件集合的相应位置和所述物理部件集合之间的相应物理互连；

所述工业过程工厂的控制框架，所述控制框架定义所述DCS的控制部件集合之间的层级关系和所述控制部件集合的相应逻辑控制标识符，并且，所述控制部件包括所述物理部件集合中的至少一些物理部件；以及

所述工业过程工厂的控制网络，所述控制网络用于在所述工业过程工厂的运行时操作期间控制工业过程，所述控制网络包括所述控制部件集合中的至少一些控制部件；以及

应用编程接口(API)集合，所述应用编程接口(API)集合被储存在所述DCS的一个或多个有形的、非暂时性存储器上，并暴露给所述DCS的控制例程或I/O数据传输机制中的至少一个，以便为所述控制例程或所述I/O数据传输机制中的至少一个提供经由所述建模语言对所述过程工厂信息模型的访问，

所述建模语言包括由所述DCS利用的多个数据格式的抽象概念，并且

所述控制例程或所述I/O数据传输机制中的所述至少一个连同设置在所述工业过程工厂中的对应物理部件执行，以在所述工业过程工厂的实时操作期间通过利用从所述工厂信息模型中获取的信息来控制所述工业过程。

65.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，

对所述物理部件集合的描述、对所述控制框架的描述、和/或对所述控制网络的描述中的至少一些指示由所述物理部件集合中的至少一个物理部件或者与所述工业过程工厂相关联的一个或多个数据库提供给所述数据中心的数据；并且

所述数据中心将所提供的数据转换或抽象为所述建模语言。

66.根据权利要求64-65中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述API集合还暴露给所述DCS的应用集合，从而为所述应用集合提供对所述工厂信息模型的访问。

67.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述应用集合被储存在所述DCS的应用库中，并且，所述应用集合中的至少一些应用的相应实例驻留在与所述工业过程工厂相对应的云计算部件中，驻留在所述云计算部件中的所述应用集合中的所述至少一些应用的所述相应实例能够被与所述DCS相关联的一个或多个远程用户接口访问。

68.根据权利要求66-67中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，满足以下至少一项：

所述应用集合中的第一应用由第三方提供；或者

所述应用集合中的第二一个或多个应用由所述工业分布式过程控制系统提供，所述第二一个或多个应用包括以下各项中的至少一项：操作员应用、配置应用、I/O数据传输应用、搜索应用、另一种类型的用户接口应用、过程控制应用、诊断应用、面向操作员的辅助应用、面向控制系统的辅助应用、部件验证应用、状况监控应用、远程监控应用、维护应用、描述分析应用、预测分析应用、机器学习应用、或决策支持应用。

69.根据权利要求66-68中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述应用集合包括以下各项中的至少一项：由所述工业分布式过程控制系统提供的OT(操作技术)层应用、由所述过程控制系统的企业提供的IT(信息技术)层应用、由所述过程控制系统的所述企业提供的另一种类型的应用、云计算应用、在移动设备上执行的应用、在所述企业的另一个系统上执行的应用、或者由第三方系统提供并在其上执行的应用。

70.根据权利要求64-69中任一项所述的工业分布式过程控制系统，还包括连同所述工厂信息模型储存的一个或多个安全应用或安全机制，所述一个或多个安全应用或安全机制保护以下各项中的至少一项：所述工厂信息模型的内容或对所述工厂信息模型的所述内容的访问。

71.根据权利要求64-70中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，

所述数据中心还包括通用框架，所述通用框架在所述数据中心初始化之前已被储存到所述DCS的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上；

所述通用框架包括通用结构集合和通用功能集合；并且

所述DCS基于所述通用框架和所述工厂信息模型，自动生成所述控制例程或所述I/O数据传输机制中的至少一个。

72.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中：

所述通用结构集合包括用于与物理部件的类型和控制部件的类型相对应的定义的模板集合；并且

所述通用功能集合包括在过程控制和/或I/O数据传输中利用的功能集合。

73.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，在过程控制中利用的功能集合包括以下各项中的一项或多项：自适应控制功能、基于事件的控制功能、高级控制功能、监管控制功能、批量控制功能、排序功能、互锁功能、安全关机功能、状态检测功能、虚拟化实时控制器、或虚拟化备用控制器。

74.根据权利要求72-73中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，在I/O数据传输中利用的功能集合包括以下各项中的一项或多项：模拟I/O功能、离散I/O功能、运动I/O功能、近红外(NIR)I/O功能、另一种类型的I/O传输功能、采样功能、或信号调节功能。

75.根据权利要求72-74中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述通用功能集合还包括支持功能集合，所述支持功能集合对由所述DCS在控制所述工业过程时生成的数据进行操作，并且其中，所述支持功能集合包括以下各项中的至少一项：信号处理功能、报警功能、历史功能、趋势功能、诊断功能、描述分析功能、预测分析功能、机器学习功能、强化学习功能、总线功能、或用户接口功能。

76.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，还包括支持功能生成例程，所述支持功能生成例程基于所述初始支持功能集合和所述工厂信息模型自动生成附加支持功能。

77.根据权利要求75-76中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述控制例程被配置为接收所述初始支持功能集合中的至少一个支持功能的输出或附加支持功能的输出中的至少一个作为输入，所述附加支持功能已经基于所述初始支持功能集合和所述工厂信息模型生成。

78.根据权利要求64-77中任一项所述的工业分布式过程控制系统，

还包括接口端口集合，所述接口端口集合将所述工业分布式过程控制系统通信连接到所述工业过程工厂；并且

其中，在所述工业分布式过程控制系统初始化时，所述工业分布式过程控制系统自动感测所述接口端口集合中的每个接口端口的相应I/O类型，并将与所述每个接口端口的所述相应I/O类型相对应的相应I/O数据传输机制与所述每个接口端口绑定。

79.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述DCS基于一个或多个通用I/O数据传输功能自动生成所述相应I/O数据传输机制中的至少部分，所述一个或多个通用I/O数据传输功能在所述数据中心初始化之前已被储存到所述DCS的所述一个或多个有形的、非暂时性存储器上。

80.根据权利要求78-79中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，

所述接口端口集合将设置在所述工业过程工厂的现场环境中的一个或多个物理部件通信地连接到所述DCS，所述一个或多个物理部件包括至少一个现场设备；并且

所述DCS经由所述接口端口集合自动发现所述一个或多个物理部件中的至少一些物理部件，并使用所述建模语言将对所述一个或多个物理部件中的所述至少一些物理部件的相应描述储存在所述工厂信息模型中。

81.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述DCS基于对所发现的所述一个或多个物理部件中的至少一些物理部件的相应描述，自动生成所述工厂信息模型的所述控制框架的描述的至少部分。

82.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述DCS还基于自动生成的所述控制框架的描述的所述至少部分，自动生成对所述工厂信息模型的所述控制网络的描述的至少部分。

83.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，基于储存在所述工厂信息模型中的第一信息，所述DCS自动生成第二信息并将所生成的第二信息储存在所述工厂信息模型中。

84.根据前述权利要求中任一项所述的工业分布式过程控制系统，还包括计算模块集合，所述控制例程和所述I/O数据传输机制在所述计算模块集合上执行。

85.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，满足以下各项中的至少一项：

所述控制例程被封装到第一容器中，所述第一容器被指派为在所述计算模块集合中的第一计算模块上运行；或者

所述I/O数据传输机制被封装到第二容器中，所述第二容器被指派为在所述计算模块集合的第二计算模块上运行。

86.根据权利要求84-85中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述控制例程被包括在多个控制例程中，所述多个控制例程在所述计算模块集合上执行。

87.根据权利要求84-86中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述I/O数据传输机制被包括在多个I/O数据传输机制中，所述多个I/O数据传输机制在所述计算模块集合上执行。

88.根据权利要求84-87中任一项所述的工业分布式过程控制系统，其中：

所述控制例程被包括在在所述计算模块集合上执行的多个控制例程中；

所述I/O数据传输机制被包括在在所述计算模块集合上执行的多个I/O数据传输机制中；并且

所述DCS还被配置为：响应于在所述工业过程工厂的运行时操作期间被包括在所述计算模块集合中的至少一个计算模块的负载、大小、性能度量、或故障中的至少一个的变化，自动地重新分配所述多个控制例程或所述多个I/O数据传输机制中的至少一个在所述计算模块集合中的分布。

89.根据前述权利要求所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述变化是预测的变化。

90.根据权利要求88所述的工业分布式过程控制系统，其中，所述变化是检测到的变化。

91.根据前述权利要求中的任一项与前述权利要求中的任一其它项的组合。

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