CN111641669B - 以网络为中心的进程控制系统中的动态负载平衡 - Google Patents

Abstract

本文中所提出的实施例涉及一种用于在以网络为中心的进程控制系统中的节点之间进行动态负载平衡的方法。以网络为中心的进程控制系统(100)包括多个节点(300)，并且每个节点包括控制服务组件(310a)，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件。该方法由节点的节点管理器(330a)执行，并且该方法包括：在多个节点之间协商(S110)负载平衡主机角色，其中协商基于代表负载平衡群集节点的多个节点的指示；在所协商的负载平衡主机角色中，从负载平衡群集节点中的节点订阅(S120)负载平衡信息；以及在所协商的负载平衡主机角色中，基于所订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从多个节点中的一个节点重新分配(S130)到另一节点。还提出了一种节点管理器、计算机程序、及其计算机程序产品。

Description

以网络为中心的进程控制系统中的动态负载平衡

技术领域

本公开涉及一种用于在以网络为中心的进程控制系统中的节点之间进行动态负载平衡的方法、节点管理器、计算机程序、以及计算机程序产品。

背景技术

当今的进程控制器使用连接到控制器的IO和设备或经由连接到控制器的现场总线来执行控制逻辑应用集合。如果控制器过载，则一个或几个控制应用必须重新分配到另一控制器。随着重新分配的控制应用访问先前控制器中的IO，必须配置控制器到控制器通信并且将其下载到控制器。就额外的工程工作量而言，这是有成本的并且增加了引入误差的风险。

发明内容

一个目的是减少在以网络为中心的进程控制系统中引入误差的风险。

根据第一方面，提出了一种用于在以网络为中心的进程控制系统中的节点之间进行动态负载平衡的方法。以网络为中心的进程控制系统包括多个节点，并且每个节点包括控制服务组件，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统所提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件。该方法由节点的节点管理器执行，并且该方法包括：在多个节点之间协商负载平衡主机角色，其中该协商基于代表负载平衡群集节点的多个节点的指示；在所协商的负载平衡主机角色中，从负载平衡群集节点中的节点订阅负载平衡信息；以及在所协商的负载平衡主机角色中，基于所订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从多个节点中的一个节点重新分配到另一节点。

重新分配处理块可以包括：在所协商的负载平衡主机角色中，向多个节点中的两个节点发送初始化命令，以准备在该两个节点之间重新分配控制逻辑任务；以及在所协商的负载平衡主机角色中，向多个节点中的两个节点发送提交命令，以在两个节点中的一个节点中停止所准备的控制逻辑执行并且在两个节点中的另一节点开始所准备的控制逻辑执行。初始化命令可以包括加载用于要接管的控制逻辑任务的控制逻辑配置的指令，并且提交命令可以包括将用于要接管的控制逻辑任务的状态进行同步的指令。

每个节点还可以包括管理订阅信号和发布信号的中间件服务。

一个或多个控制逻辑任务可以构成节点的控制服务。

协商可以基于负载平衡配置，该负载平衡配置包括负载平衡群集节点的指示。

该方法还可以包括：在协商之前，从以网络为中心的进程控制系统的工程工具接收负载平衡配置，其中负载平衡配置包括代表负载平衡群集节点的多个节点的指示。

处理块协商还可以包括：在多个节点之间协商冗余负载平衡主机角色。

根据第二方面，提出了一种用于在以网络为中心的进程控制系统中进行动态负载平衡的节点管理器。以网络为中心的进程控制系统包括多个节点，并且每个节点包括控制服务组件，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统所提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件。节点管理器包括处理器和存储指令的计算机程序产品，当指令被处理器执行时，使得节点管理器：在多个节点之间协商负载平衡主机角色，其中协商基于代表负载平衡群集节点的多个节点的指示；在所协商的负载平衡主机角色中，从负载平衡群集节点中的节点订阅负载平衡信息；以及在所协商的负载平衡主机角色中，基于所订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从多个节点中的一个节点重新分配到另一节点。

在重新分配中，可以使得节点管理器：在所协商的负载平衡主机角色中向多个节点中的两个节点发送初始化命令，以准备在这两个节点之间重新分配控制逻辑任务；以及在所协商的负载平衡主机角色中，向多个节点中的两个节点发送提交命令，以在两个节点中的一个节点中停止所准备的控制逻辑执行并且在两个节点中的另一节点中开始所准备的控制逻辑执行。初始化命令可以包括加载用于要接管的控制逻辑任务的控制逻辑配置的指令，并且提交命令可以包括将用于要接管的控制逻辑任务的状态进行同步的指令。

协商可以基于负载平衡配置，该负载平衡配置包括负载平衡群集节点的指示。

订阅处理块可以包括从负载平衡群集节点中的所有节点订阅负载平衡信息。

根据第三方面，提出了一种用于在以网络为中心的进程控制系统中进行动态负载平衡的计算机程序。以网络为中心的进程控制系统包括多个节点，并且每个节点包括控制服务组件，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统所提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件。该计算机程序包括计算机程序代码，当该计算机程序代码在以网络为中心的进程控制系统中运行时，使得该以网络为中心的进程控制系统：在多个节点之间协商负载平衡主机角色，其中该协商基于负载平衡配置，该负载平衡配置包括负载平衡群集节点的指示；在所协商的负载平衡主机角色中，从负载平衡群集节点中的所有节点订阅负载平衡信息；以及在所协商的负载平衡主机角色中，基于所订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从多个节点中的一个节点重新分配到另一节点。

还提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序和其上存储有计算机程序的计算机可读存储装置。

本文中所提出的实施例使得能够通过控制逻辑执行负载的动态负载平衡来处理正在运行的控制器中的过载情形，而无需对控制逻辑进行任何改变，无需增加控制器到控制器通信，也无需下载到控制器或网关。

通常，除非本文另外明确定义，否则将根据其在技术领域中的普通含义来解释在权利要求中使用的所有术语。除非另外明确指出，否则所有提及“一/一个/元件、装置、组件、器件、步骤等”应当公开地被解释为是指元件、装置、组件、器件、步骤等的至少一种实例。除非明确说明，否则不必以所公开的确切顺序执行本文公开的任何方法的处理块。

附图说明

现在，参考附图，通过示例对各个方面和实施例进行描述，其中

图1示意性地图示了以网络为中心的进程控制系统体系架构；

图2示意性地图示了分配给不同节点的控制服务；

图3A和图3B是图示了本文中所提出的实施例的方法的流程图；

图4示意性地图示了用于控制器、网关和设备的节点体系架构；

图5示意性地图示了当前负载的发布；

图6示意性地图示了动态负载平衡；

图7是图示了本文中所提出的设备的一些组件的示意图；以及

图8是图示了本文中所提出的设备的功能模块的示意图。

具体实施方式

现在，在下文中参考附图，对本公开的各个方面进行更全面的描述，在附图中示出了本发明的某些实施例。

然而，这些方面可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为具有限制性；相反，这些实施例通过示例提供，使得本公开将会透彻和完整，并且将本发明的所有方面的范围完全传达给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

如图1的逻辑拓扑所图示的，在以网络为中心的进程控制系统100的体系架构中，IO和设备300像在以控制器为中心的体系架构中那样不归控制器300所拥有。用于IO和设备配置的工程300工具无需使用控制器300即可以将配置数据部署到IO和设备300。控制器300专注于控制逻辑的执行，并且可以访问来自任何IO或设备300的IO信号。以网络为中心的进程控制系统100体系架构提供了在系统范围内便捷访问较高系统级别的IO和设备信息，诸如操作300和工程300，而无需通过控制器300路由任何信息。无需更新控制逻辑即可访问IO和设备信息。

如图2所示，以网络为中心的进程控制系统100的体系架构具有中间件服务320a、320b和320c，该中间件服务320a、320b和320c处理在控制服务310a、310b、310c和310d之间表示为信号S的进程数据的交换，其中控制服务代表控制器、网关和设备中的主要服务，诸如控制器中的控制逻辑的执行、在现场总线网关中扫描IO和现场设备、管理设备中的设备功能等。

控制服务通常在不同的节点中进行分配，其中每个节点一个或多个控制服务。

控制服务310a不知道控制服务310a与之交互的其他控制服务310b、310c和310d的分配位置。这由中间件服务320a处理，并且对控制服务310a而言是透明的。图2示出了具有在三个不同的节点(诸如设备节点300b、现场总线网关节点300c、以及控制器节点300a)中执行的四个控制服务310a、310b、310c、310d的示例，其中控制器节点300a托管两个控制服务310a和310b。所有三个节点分别具有中间件服务320a、320b和320c，其处理不同节点中的控制服务之间以及同一节点中(即：在该示例中，在控制器300a中)分配的控制服务之间的信号S的交换。

如图2所示，可以通过专用于交互所需的通信协议的控制服务来处理与不使用中间件服务的控制器、设备等的交互。IoT连接控制服务310b连接到IoT设备110，并且现场总线连接控制服务310d连接到现场总线设备120，例如，Profibus设备。这样的控制服务310b和310d可以在任一节点300a、300b或300c中执行，例如，在控制器节点300a中执行，作为IoT连接控制服务310b，或者在单独的节点300c中执行，作为现场总线连接控制服务310d。

中间件和控制服务被构建为在单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件，以用于保护存储器并且隔离故障。控制服务通过进程间通信与中间件服务进行交互。

通过工程工具集合来配置控制服务，每种控制服务类型一个工具，例如，一个工程工具用于控制逻辑配置，并且另一工具用于IO和设备配置。这例如将控制逻辑工程与IO工程隔离，即，可以完全设计控制逻辑，而无需知道控制逻辑的执行位置或IO和设备的连接方式/位置。

中间件由中间件配置组件来配置，该中间件配置组件使用工具所提供的信号定义来创建中间件配置。中间件配置与控制服务配置一起发送并且通过控制服务转发到中间件服务。

信号定义用于待交换的进程数据的、发布者与订阅者之间的接口。信号可以包含以下属性：

系统唯一信号ID，

信号值的数据类型，诸如数字信号的布尔型(Boolean)或模拟信号的浮点型(float)，

信号值的范围(或间隔)和工程单位(仅用于模拟信号)，

覆盖值，其在信号质量较差的情况下由信号订阅者所使用，例如，如果订阅者例如由于网络误差而没有得到发布者的任何信号，以及

替代值，其在信号质量较差的情况下由信号发布者使用，例如，如果IO扫描仪在现场总线设备的输入通道上检测到误差。

在用于控制逻辑和IO工程的工程工具中，信号被配置并且被连接到控制逻辑变量和IO通道，并且被下载到节点。中间件配置组件负责确保信号ID在系统内是唯一的。

基于控制服务和中间件服务来在以网络为中心的进程控制系统中对动态负载平衡进行处理。动态负载平衡功能平衡了以网络为中心的进程控制系统中的控制器之间的控制逻辑执行负载。

动态负载平衡功能既可以用于以网络为中心的进程控制系统的工程，也可以用于以网络为中心的进程控制系统的正常操作，还可以用于这两者。

参照图3A，呈现了用于在以网络为中心的进程控制系统中的节点之间进行动态负载平衡的方法的实施例。该以网络为中心的进程控制系统100包括多个节点300a，并且每个节点包括控制服务组件310a，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统所提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件。在一些方面中，该方法由节点的节点管理器330a执行。在处理块S110中，在多个节点之间协商负载平衡主机角色，如下文进一步结合以下附图所更详细的描述的。协商基于代表负载平衡群集节点的多个节点的指示。在处理块S120中，协商的负载平衡主机角色从负载平衡群集节点的节点订阅负载平衡信息，如下文进一步结合以下附图所更详细的描述的。在处理块S130中，协商的负载平衡主机角色基于订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从多个节点中的一个节点重新分配到另一节点，如下文进一步结合以下附图所更详细的描述的。

非主机节点中的节点管理器定期发布当前负载数据，主机(以及可选的还有冗余主机)订阅该当前负载数据。在从节点重新分配控制逻辑期间，节点接收初始化命令，此后节点准备重新分配，并且当初始化时，节点接收提交命令(commit command)，以停止其控制逻辑的执行(或其部分任务)。

图3B是图示了图3A所示的在以网络为中心的进程控制系统中的节点之间进行动态负载平衡的方法的其他实施例的流程图。在处理块S140中，所协商的负载平衡主机角色将初始化命令发送到多个节点中的两个节点，以准备在其之间重新分配控制逻辑任务。在处理块S150中，所协商的负载平衡主机角色将提交命令发送到多个节点中的两个节点，以在两个节点中的一个节点中停止所准备的控制逻辑执行并且在两个节点中的另一节点中开始所准备的控制逻辑执行。

负载平衡或重新分配是连续的过程，即，无需新的协商就可以重复。因此，在处理块S150之后，新的过载情形可以导致处理块S130至S150被重复。

初始化命令可以包括加载用于要接管的控制逻辑任务的负载控制逻辑配置的指令。初始化命令可以通过例如订阅中间件服务320a中的信号来准备执行。提交命令可以包括将用于要接管的控制逻辑任务的状态进行同步的指令。

每个节点300a还可以包括中间件服务320a，该中间件服务320a管理订阅信号和发布信号。

一个或多个控制逻辑任务可以构成节点300a的控制服务310a。

协商可以基于负载均衡配置，该负载均衡配置包括负载均衡群集节点的指示。

在处理块S100中，在协商之前，从以网络为中心的进程控制系统100的工程工具接收负载平衡配置。负载平衡配置包括代表负载平衡群集节点的多个节点的指示。

订阅处理块可以包括：从负载平衡群集节点中的所有节点订阅负载平衡信息。

节点可以是以下各项中的一项或多项：设备节点、现场总线网关节点、以及控制器节点。

处理块S110还可以包括：在多个节点之间协商冗余负载平衡主机角色。

现在，下文结合图4至图8对图3A和图3B所示的操作进行更详细的示出和描述。

图4中图示了以网络为中心的进程控制系统中以下称为节点的控制器、网关和设备的组件体系架构。

每个节点300a和300b具有在包括中间件组件320a和320b以及节点管理器组件330a和330b的平台上运行的一个或多个控制服务组件310a、310b、310c和310d。每个组件都是在实时操作系统(图中未示出)提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件。

为了简化控制服务的实现并且协调控制服务的行为，平台在这里设有要用于与平台的控制服务交互的两个子组件：中间件(MW)API340a和340b以及节点管理器(NM)API350a和350b。

每个组件具有其自己的用于运行时数据和配置数据的数据库，即，没有单独的组件充当所有组件使用的中央数据库。针对最频繁的数据访问(例如，针对控制逻辑执行)，组件运行时数据库被优化，并且允许控制服务具有特定信息模型，例如，带有POU、变量等的IEC 61131-3信息模型。其他不需要的信息隐藏在控制服务内部。在这方面，可以提供数据库作为被配置为存储数据的任何东西，诸如传统数据库、类、表或任何其他类型的合适数据结构。

运行时数据可以分为两类：包含在组件的重新启动、重新配置等情况下必须保留的状态的运行时数据、以及可以在重新启动、重新配置等之后重新计算的运行时数据。警报条件状态是必须保留的运行时数据的一个示例，而无需保留在每个任务循环中重新计算的控制逻辑变量。

控制服务(例如，在控制逻辑任务执行中的每次扫描结束时)定期收集所有控制服务状态。控制服务使用NM API子组件来持续收集的状态。所持续的状态可以用于控制服务的几种使用情况、动态负载平衡、冗余同步、重新配置等。

优选地，所收集的状态以固件版本和硬件独立格式持续，以实现具有不同固件版本和不同硬件体系架构的控制器之间的负载平衡。

在用于控制器、网关和设备的工程工具中对动态负载平衡进行配置。配置节点的最大可接受负载，并且控制逻辑被分配到控制器的群集。此外，备用容量可以用于控制逻辑执行的网关和设备可以是群集的一部分。负载平衡配置被下载到群集节点，作为节点配置的一部分。优选地，对于所有控制逻辑，所有配置数据被发送到所有节点，以在过载的情况下加快重新分配。

节点管理器组件负责动态负载平衡，并且是从工程工具下载的负载平衡配置的接收器。负载平衡配置例如列出负载平衡群集节点。也就是说，节点管理器330a可以被配置为执行处理块S100。

在节点配置期间，由节点来协商负载平衡主机角色，优选地，还有冗余负载平衡主机角色。也就是说，节点管理器330a被配置为执行处理块S110。负载平衡主机负责监测和平衡所有群集节点中的节点负载。如果协商的主机例如由于内部误差而不再能够平衡负载，则冗余负载平衡主机角色将接管主机角色。协商可以基于节点之间的通信，并且例如基于mac地址、当前负载等，来选择节点中的一个节点作为主机。

负载平衡主机中的节点管理器组件330a从群集中的所有节点300b和300c订阅负载平衡信息。也就是说，节点管理器330a被配置为执行处理块S120。在群集中的每个节点300a、300b和300c中，每个控制服务310a、310b、310c、310d、310e和310f定期向对应的NMAPI子组件350a、350b、350c、350d、350e和350f提供当前负载数据。如分别由箭头400a和400b所象征性地示出的，NM API 350a和350b将数据转发到节点管理器330a。如图5所示，如分别由箭头400c和400d所象征性地示出的，NM API 350c和350d将数据转发到节点管理器330b，并且如分别由箭头400e和400f所象征性地示出的，NMAPI 350e和350f将数据转发到节点管理器330c，并且如箭头401和402所象征性地示出的，节点管理器330b和330c将数据发送到负载平衡主机节点330a中的节点管理器300a。为了简化控制服务的实现并且协调控制服务的行为，平台在这里设有要用于与平台的控制服务交互的其他子组件：MW API 340a、340b、340c、340d、340e和340f。

如果群集节点中的任一群集节点中出现过载情形，则负载平衡主机中的节点管理基于当前负载情形来决定将控制逻辑从一个节点重新分配到另一节点。也就是说，节点管理器330a被配置为执行处理块S130。负载平衡主机向过载节点以及新节点发送命令，以准备重新分配。也就是说，节点管理器330a可以被配置为执行处理块S140。新节点加载控制逻辑配置并且通过例如使用MW API订阅中间件中的信号来准备执行的新节点。当重新分配准备就绪时，主机向两个节点发送提交命令。也就是说，节点管理器330a可以被配置为执行处理块S150。过载节点停止其控制逻辑执行，并且开始将收集的状态发送到新节点，该新节点应用这些状态并且开始执行重新分配的控制逻辑。

用于重新分配的粒度可以是完整的控制服务310a、310b、310c、310e或310f，也可以是控制服务310c的若干部分(例如，图示为图6中的控制服务310a至310f中的框的控制逻辑任务)。粒度还适用于处理块S130。图6(a)中图示了完整的控制服务310c的重新分配，并且图6(b)中图示了控制服务310c的控制逻辑任务的重新分配。图6附加地图示了具有如结合图4所描述的对应功能的节点300a和节点300b、中间件320a和320b、以及节点管理器330a和330b。

控制服务不知道其控制服务通信伙伴的分配位置。因此，发布数据集合(信号组)的控制服务可以重新分配到另一节点，而不会影响数据集合的(多个)订阅者，并且订阅数据集合的控制服务可以重新分配到另一节点，而不影响数据集合的发布者。同样，可以重新分配控制服务的一部分(例如，发布数据集合的控制逻辑任务)，而不会影响订阅者，反之亦然。

一般而言，还可适用于处理块S120，需要用于其操作的进程数据或运行时数据(有时称为输入进程数据或输入运行时数据)的控制服务可以设置为订阅进程数据，该进程数据是信号，该信号可以包括控制信号、状态数据和/或进程测量值。递送进程数据(有时称为输出进程数据或输出运行时数据)的控制服务可以转而发布进程数据，该进程数据还可以包括控制信号、状态数据和/或进程测量值。正在发布的进程数据可以分组为数据集合。每个数据集合可以附加地指派给多播地址，例如，IPV4或IPV6。信号订阅者和信号发布者的绑定可以基于OPC基础的开放平台通信统一体系架构(OPC UA)标准、带有网络中的动态多播过滤的OPC UA PubSub、以及发布/订阅多播地址。中间件服务在网络上订阅数据集合多播地址，并且当中间件服务在这些多播地址中的一个多播地址上发布数据集合时，网络中的动态多播过滤确保该数据集合仅分发给已订阅该多播地址的节点(例如，通过开关)。具有动态多播过滤的OPC UA PubSub以外的其他协议和机制可以用于发布者和订阅者的绑定，例如，具有附加发现服务的OPCUA客户端/服务器。

从而可以看出，使用进程数据的发布和进程数据的订阅，节点的所有控制服务正在经由节点的中间件服务与其他控制服务进行通信。通过使用多播，进程数据的发布和订阅受多播地址的约束。

其他类型的通信(例如，访问操作和工程的运行时数据)根据通信类型而需要不同的动作。如果通信基于发布订阅多播地址，则无需动作。如果通信基于客户端服务器模式，则需要一些处理。一种替代方案是，客户端必须发现/浏览以找出控制逻辑运行时数据的新分配。第二种替代方案是不再托管重新分配的控制逻辑的服务器将请求转发到托管重新分配的控制逻辑的节点。第三种替代方案是服务器通知客户端重新分配的控制逻辑的分配位置。

所呈现的负载平衡对于以下各项运行良好：

-具有用于信号交换的中间件服务的所有控制器、网关和设备，其使得任何控制服务都可以访问任何其他控制服务中的任何信号，而无需了解网络布局、控制服务部署或控制服务内部，

-中间件服务绑定机构，其使得可以将信号发布者从一个节点移动到另一节点，而不会影响订阅者，反之亦然，

-中间件和控制服务构建为在单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件，

-每个组件都有自己的用于运行时数据和配置数据的数据库，即，没有单独的组件充当由所有组件使用的中央数据库，

-定期收集所有控制服务状态，以及

-负载平衡主机定期从负载平衡群集中的每个节点接收负载数据。

参考图7，呈现了用于在以网络为中心的进程控制系统中进行动态负载平衡的节点管理器的实施例。以网络为中心的进程控制系统100包括多个节点300a，并且每个节点包括控制服务组件310a，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统所提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件。节点管理器330a包括处理器10和存储指令的计算机程序产品12、13，该指令当由处理器执行时，使得节点管理器：在多个节点之间协商负载平衡主机角色；在协商的负载平衡主机角色中，从负载平衡群集节点中的所有节点订阅负载平衡信息；以及在协商的负载平衡主机角色中，基于订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从多个节点中的一个节点重新分配到另一节点。

在重新分配中，可以使得节点管理器330a：在协商的负载平衡主机角色中向多个节点中的两个节点发送初始化命令，以准备在其之间重新分配控制逻辑任务，并且在所协商的负载平衡主机角色中将提交命令发送到多个节点中的两个节点，以在两个节点中的一个节点中停止所准备的控制逻辑执行并且在两个节点中的另一节点中开始所准备的控制逻辑执行。初始化命令可以包括加载用于要接管的控制逻辑任务的控制逻辑配置的指令。提交命令可以包括将用于要被接管的控制逻辑任务的状态进行同步的指令。

每个节点300a还可以包括中间件服务320a，该中间件服务320a管理订阅信号和发布信号。

一个或多个控制逻辑任务可以构成节点300a的控制服务310a。

可以使得节点管理器330a在多个节点300a之间协商冗余负载平衡主机角色。

还可以使得节点管理器330a在协商之前从以网络为中心的进程控制系统100的工程工具接收负载平衡配置，该负载平衡配置包括代表负载平衡群集节点的多个节点的指示。

协商可以基于负载均衡配置，该负载均衡配置包括负载平衡群集节点的指示。

订阅处理块可以包括：从负载平衡群集节点中的所有节点订阅负载平衡信息。

节点可以是以下各项中的一项或多项：设备节点300b、现场总线网关节点300c、以及控制器节点300a。

图7是示出了节点管理器330的一些组件的示意图。可以使用能够执行存储在存储器中的计算机程序14的软件指令的以下各项中的一项或多项的任何组合来提供处理器或处理电路10：适当的中央处理单元、CPU、多处理电路、微控制器、数字信号处理电路(DSP)、专用集成电路等。因此，存储器可以被认为是计算机程序产品12或形成计算机程序产品12的一部分。处理电路10可以被配置为执行本文中参照图3A和图3B所描述的方法。

存储器可以是读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任何组合。存储器还可以包括持久存储装置，其例如可以是以下各项中的任一单项或组合：磁存储器、光学存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器。

还可以提供例如形式为数据存储器的第二计算机程序产品13，例如用于在处理电路10中执行软件指令期间读取和/或存储数据。数据存储器可以是读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任何组合，并且还可以包括持久存储装置，其例如可以是以下各项中的任一单项或组合：磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器。数据存储器可以例如保存其他软件指令15，以改善节点管理器330a的功能。

节点管理器330a还可以包括输入/输出(I/O)接口11，输入/输出(I/O)接口11包括例如用户接口。节点管理器330a还可以包括：接收器，其被配置为从其他节点接收信令；以及发射器，其被配置为向其他节点(未示出)发射信令。省略节点管理器的其他组件，以免混淆本文中所提出的概念。

参考图7，呈现了用于在以网络为中心的进程控制系统100中进行动态负载平衡的计算机程序的实施例。以网络为中心的进程控制系统包括多个节点300a，并且每个节点包括控制服务组件310a，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统所提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件。该计算机程序包括计算机程序代码，当该计算机程序代码在以网络为中心的进程控制系统100中运行时，使得该以网络为中心的进程控制系统100：在多个节点300a之间协商负载平衡主机角色，其中该协商基于代表负载平衡群集节点的多个节点中的指示；在协商的负载平衡主机角色中，从负载平衡群集节点中的节点订阅负载平衡信息；以及在协商的负载平衡主机角色中，基于订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从多个节点中的一个节点重新分配到另一节点。

还提出了一种计算机程序产品12、13，其包括计算机程序14、15和其上存储有该计算机程序14、15的计算机可读存储装置。

参考图8，呈现了用于在以网络为中心的进程控制系统100中进行动态负载平衡的节点管理器330a。以网络为中心的进程控制系统包括：通信管理器80，其用于从以网络为中心的进程控制系统100的工程工具接收S100负载平衡配置，该负载平衡配置包括代表负载平衡群集节点的多个节点的指示，并且用于在协商的负载平衡主机角色中，从负载平衡群集节点中的所有节点中订阅S120负载平衡信息；以及确定管理器81，其用于在多个节点之间协商S110负载平衡主机角色，并且用于在协商的负载平衡主机角色中，基于订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从多个节点中的一个节点重新分配S130到另一节点。

图8是示出了节点管理器330a的功能块的示意图。这些模块可以被实现为仅软件指令(诸如在高速缓存服务器中执行的计算机程序)或仅硬件(诸如专用集成电路、现场可编程门阵列、离散逻辑组件、收发器等)或其组合。在备选实施例中，功能块中的一些功能块可以由软件实现，并且其他功能块可以由硬件实现。模块与图3A和图3B所图示的方法中的处理块相对应，这些处理块包括通信管理器单元80和确定管理器单元81。在其中模块中的一个或多个模块由计算机程序实现的实施例中，应当理解，因为某些编程语言通常不包含进程模块，所以这些模块不一定与进程模块相对应，而是可以根据将要实现它们的编程语言而将它们写为指令。

通信管理器80用于在以网络为中心的进程控制系统100中进行动态负载平衡。该模块与图3A和图3B的处理块S100和S120相对应。该模块可以例如当运行计算机程序时由图7的处理电路10来实现。

确定管理器81可以用于在以网络为中心的进程控制系统100中进行动态负载平衡。该模块与图3A和图3B的处理块S110和S120相对应。该模块可以例如当运行计算机程序时由图7的处理电路10来实现。

上文主要参考一些实施例及其示例对本公开的各个方面进行了描述。然而，如本领域技术人员容易领会的，在所附权利要求书所限定的本发明的范围内，除了以上公开的实施例以外的其他实施例同样是可能的。

Claims (15)

1.一种用于在以网络为中心的进程控制系统中的节点之间进行动态负载平衡的方法，所述以网络为中心的进程控制系统(100)包括多个节点(300)，其中节点能够是设备节点、现场总线网关节点或控制器节点，每个节点包括控制服务组件(310a)，每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统所提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件，并且控制服务代表控制器、网关和设备中的主要服务，诸如控制器中的控制逻辑的执行、在现场总线网关中扫描IO和现场设备、或者管理设备中的设备功能，所述方法由节点的节点管理器(330a)执行，所述方法包括：

在所述多个节点之间协商(S110)负载平衡主机角色，其中所述协商基于所述节点之间的通信和当前负载；

由节点管理器(330a)，在所协商的负载平衡主机角色中，从所述负载平衡群集节点中的节点订阅(S120)负载平衡信息；以及

由所述节点管理器(330a)，在所协商的负载平衡主机角色中，基于所订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从所述多个节点中的一个节点重新分配(S130)到所述多个节点中的另一节点，以用于平衡所述以网络为中心的进程控制系统中的控制器之间的控制逻辑执行负载。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述重新分配包括：

由所述节点管理器(330a)，在所协商的负载平衡主机角色中，向所述多个节点中的两个节点发送(S140)初始化命令，以准备在所述两个节点之间重新分配控制逻辑任务；以及

由所述节点管理器(330a)，在所协商的负载平衡主机角色中，向所述多个节点中的所述两个节点发送(S150)提交命令，以在所述两个节点中的一个节点中停止所准备的控制逻辑执行，并且在所述两个节点中的另一节点中开始所准备的控制逻辑执行。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述初始化命令包括加载用于要接管的控制逻辑任务的控制逻辑配置的指令，并且所述提交命令包括将用于所述要接管的控制逻辑任务的状态进行同步的指令。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中每个节点还包括中间件服务，所述中间件服务管理订阅信号和发布信号。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述一个或多个控制逻辑任务构成所述节点的控制服务。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述协商基于负载平衡配置，所述负载平衡配置包括所述负载平衡群集节点的列表。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括：

在协商之前，从所述以网络为中心的进程控制系统的工程工具接收(S100)负载平衡配置，其中所述负载平衡配置列出所述负载平衡群集节点。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述协商还包括：在所述多个节点之间协商冗余负载平衡主机角色。

9.一种用于在以网络为中心的进程控制系统中进行动态负载平衡的节点管理器，所述以网络为中心的进程控制系统(100)包括多个节点(300a)，其中节点能够是设备节点、现场总线网关节点或控制器节点，每个节点包括控制服务组件(310a)，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件，并且控制服务代表控制器、网关和设备中的主要服务，诸如控制器中的控制逻辑的执行、在现场总线网关中扫描IO和现场设备、或者管理设备中的设备功能，所述节点管理器(330a)包括：

处理器(10)；以及

存储指令的计算机程序产品(12，13)，当所述指令被所述处理器执行时，使得所述节点管理器：

在所述多个节点之间协商负载平衡主机角色，其中所述协商基于所述节点之间的通信和当前负载；

在所协商的负载平衡主机角色中，从所述负载平衡群集节点中的节点订阅负载平衡信息；以及

在所协商的负载平衡主机角色中，基于所订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从所述多个节点中的一个节点重新分配到所述多个节点中的另一节点，以用于平衡所述以网络为中心的进程控制系统中的控制器之间的控制逻辑执行负载。

10.根据权利要求9所述的节点管理器，其中使得处于重新分配中的所述节点管理器：

在所协商的负载平衡主机角色中，向所述多个节点中的两个节点发送初始化命令，以准备在所述两个节点之间重新分配控制逻辑任务；以及

在所协商的负载平衡主机角色中，向所述多个节点中的所述两个节点发送提交命令，以在所述两个节点中的一个节点中停止所准备的控制逻辑执行，并且在所述两个节点中的另一节点中开始所准备的控制逻辑执行。

11.根据权利要求10所述的节点管理器，其中所述初始化命令包括加载用于要接管的控制逻辑任务的控制逻辑配置的指令，并且所述提交命令包括将用于所述要接管的控制逻辑任务的状态进行同步的指令。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的节点管理器，其中所述协商基于负载平衡配置，所述负载平衡配置列出所述负载平衡群集节点。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的节点管理器，其中所述订阅包括：从所述负载平衡群集节点中的所有节点订阅负载平衡信息。

14.一种计算机可读介质，其上存储有用于在以网络为中心的进程控制系统中进行动态负载平衡的计算机程序，所述以网络为中心的进程控制系统(100)包括多个节点(300a)，其中节点能够是设备节点、现场总线网关节点或控制器节点，每个节点包括控制服务组件(310a)，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件，并且控制服务代表控制器、网关和设备中的主要服务，诸如控制器中的控制逻辑的执行、在现场总线网关中扫描IO和现场设备、或者管理设备中的设备功能，所述计算机程序包括计算机程序代码，当所述计算机程序代码在以网络为中心的进程控制系统中运行时，使得所述以网络为中心的进程控制系统：

在所述多个节点之间协商负载平衡主机角色，其中所述协商基于所述节点之间的通信和当前负载；

在所协商的负载平衡主机角色中，从所述负载平衡群集节点中的所有节点订阅负载平衡信息；以及

在所协商的负载平衡主机角色中，基于所订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从所述多个节点中的一个节点重新分配到所述多个节点中的另一节点，以用于平衡所述以网络为中心的进程控制系统中的控制器之间的控制逻辑执行负载。

15.一种计算机程序产品(12，13)，包括用于在以网络为中心的进程控制系统中进行动态负载平衡的计算机程序，所述以网络为中心的进程控制系统(100)包括多个节点(300a)，其中节点能够是设备节点、现场总线网关节点或控制器节点，每个节点包括控制服务组件(310a)，其中每个控制服务组件是在如由每个节点的实时操作系统提供的单独的操作系统进程中运行的单独的可执行文件，并且控制服务代表控制器、网关和设备中的主要服务，诸如控制器中的控制逻辑的执行、在现场总线网关中扫描IO和现场设备、或者管理设备中的设备功能，所述计算机程序包括计算机程序代码，当所述计算机程序代码在以网络为中心的进程控制系统中运行时，使得所述以网络为中心的进程控制系统：

在所述多个节点之间协商负载平衡主机角色，其中所述协商基于所述节点之间的通信和当前负载；

在所协商的负载平衡主机角色中，从所述负载平衡群集节点中的所有节点订阅负载平衡信息；以及

在所协商的负载平衡主机角色中，基于所订阅的负载平衡信息来将一个或多个控制逻辑任务从所述多个节点中的一个节点重新分配到所述多个节点中的另一节点，以用于平衡所述以网络为中心的进程控制系统中的控制器之间的控制逻辑执行负载。