CN116819943B - 一种可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统及方法，所述控制系统包括：系统监控平台、时间触发系统网络、控制单元、备用控制单元和IO单元。所述方法包括在工业现场正常工况下，执行所述控制系统安全运行；根据所述控制系统安全运行状态，基于系统监控平台的任务决策模块，决策规划控制单元故障下的控制任务迁移；根据所述控制任务迁移，基于系统监控平台的网络调度模块，重新规划控制单元故障下流量路由和流量确定性调度；根据所述流量路由和流量确定性调度的重规划，同步备用控制单元的输入数据，继续执行以上步骤。本发明可实现控制系统在数据不同步、控制器间控制亦不同步状态下控制重构，保证控制应用的正常运行。

Description

一种可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统及方法

技术领域

本申请涉及控制系统主动容错控制技术领域，尤其涉及一种可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统及方法。

背景技术

当今社会倡导的工业4.0，智能制造等，是世界格局和时代发展的必然趋势。工业互联网旨在通过人、机、物的全面互联，实现智能化生产、网络化协同、个性化定制和服务化延伸的新型生产模式。典型工业控制系统呈现以网络为中心的多级分层、分布式的体系结构形式，整个控制系统通过分层网络实现信息的流动和任务的协同。在工业场景中，首先，信息技术（IT）和运营技术（OT）的融合是未来的发展目标，人们希望打通制造执行系统与运营管理系统之间的数据链路，并将两者整合在一个统一的信息平台上，从而在生产管理、运营决策与制造执行等各方面实现协同，全面提升工作效率。

其次，工业环境下需要确定性低时延的数据传输，例如工业自动化网络要求端到端延时在几微秒到几毫秒之间，除延时性能外，一些安全关键应用还要求几微秒的延时抖动和极低的丢包率。工业通信网路技术的发展历程中，最开始经历了现场总线时代，简化了控制系统，但标准太多，交互兼容性很差。为了实现确定性低延时传输，工业界在标准以太网的基础上提出了多种专属网络协议，如实时以太网TTEthernet, EtherCAT, PROFINET等，称为实时工业以太网，逐步成为工业控制网络的主流技术。虽然提供控制层的实时性和可靠性，但是各公司使用专有协议导致无法兼容，互操作性差、不易移植且开发部署和运营维护成本高等问题。时间触发系统网络作为复杂工业互联网场景的基础设施，可对综合承载/共网传输的多模态业务实现差异化服务质量保证，打通生产数据流通壁垒和信息孤岛，支撑工业数据安全有序流转。

工业控制系统存在大量控制设备，控制应用实现跨设备之间的信息交互和单设备内的跨资源交互变得愈加频繁，故需实现分布式冗余控制系统架构下的可重构、互操作和可移植。工业控制系统IEC61131-3标准约束控制系统中单控制器运行的软件程序标准化模型和编程语言，使得功能程序可以紧密耦合在控制设备的处理资源上进行运行，多控制器之间的协作则通过全局变量和通信功能程序进行实现。但在工业控制系统分布式冗余架构下，其有效性变得几乎不可能。

控制系统架构下，控制器中工程程序重构过程涉及工程程序的加载、传输、数据同步、初始化、冗余表决及程序无扰切换等步骤，整个过程存在环节多、涉及面广、执行复杂等问题。动态多变复杂工业场景下，现有控制系统缺少控制器与通讯模块、控制器与控制器间动态数据的分配控制机制，缺少系统层面的控制引擎，难以解释和运行控制功能程序的动态重组和编排，无法满足基于系统规则约束的功能程序分配求解，无法实现多控制器间智能协同控制和快速控制系统重构机制，难以实现任务变化或异常故障下自主调节实现控制任务最优。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统及方法，以解决现有工业控制系统面向故障或任务驱动场景下缺少控制器与通讯模块、控制器与控制器间动态数据的分配控制机制，缺少系统层面的控制引擎，难以解释和运行控制功能程序的动态重组和编排，无法满足基于系统规则约束的功能程序分配求解等问题。

第一方面，本发明实施例提供一种可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统，所述控制系统包括：系统监控平台、时间触发系统网络、控制单元、备用控制单元和IO单元，其中：

所述系统监控平台上部署有任务决策模块和网络调度模块，所述任务决策模块用于当所述控制单元发生故障时，感知所述控制单元故障后产生事件触发，启动控制任务重新决策并重新配置备用控制单元；所述网络调度模块用于当所述控制单元发生故障时，更新系统网络拓扑并对信息传输的路由路径和流量的门控调度进行重新配置；

所述时间触发系统网络由多个交换机组建而成，该网络用于系统监控平台、控制单元、备用控制单元和IO单元之间的网络通信；

所述控制单元连接到所述时间触发系统网络上，用于在所述控制系统正常运行状态下对控制任务进行实时控制；

所述备用控制单元连接到所述时间触发系统网络上，用于在所述控制系统故障运行状态下对控制任务的迁移和跨设备资源的任务进行重构；

所述IO单元连接到所述时间触发系统网络上，用于执行工业现场传感数据的上传和控制单元输出数据的下发。

第二方面，本发明实施例提供一种任务迁移的柔性功能重构方法，该方法在第一方面所述可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统上实现，该方法包括：

在工业现场正常工况下，执行所述控制系统安全运行；

根据所述控制系统安全运行状态，基于系统监控平台的任务决策模块，决策规划控制单元故障下的控制任务迁移；

根据所述控制任务迁移，基于系统监控平台的网络调度模块，重新规划控制单元故障下流量路由和流量确定性调度；

根据所述流量路由和流量确定性调度的重规划，同步备用控制单元的输入数据，继续执行以上步骤。

可选的，工业现场正常工况下，执行所述控制系统安全运行，包括：

在所述控制系统正常态安全运行时，连接在时间触发系统网络上的控制单元执行各自控制任务，在控制单元内部运行已加载的控制应用工程程序；

根据所述时间触发系统网络，系统监控平台中的系统状态感知模块和网络拓扑感知模块通过系统网络实时监视整个控制系统的运行状态；

根据所述时间触发系统网络，IO单元实时上传传感器传感数据到时间触发系统网络，再传输到控制单元，控制单元内部执行控制应用程序，输出结果通过系统网络传输到IO单元，再下发到IO单元连接的执行器端；整个上传和下发过程形成正常态安全运行下控制任务的闭环控制。

可选的，根据所述控制系统安全运行状态，基于系统监控平台的任务决策模块，决策规划控制单元故障下的控制任务迁移，包括：

在控制单元故障时，系统状态感知模块立即产生事件触发，启用备用控制单元；

根据所述备用控制单元，系统监控平台基于控制系统设备资源和分布式功能程序语言，将逻辑算法进行封装，进行功能块的设计和构建，形成可复用的功能块集合；

根据所述功能块集合，控制单元故障下，系统监控平台基于系统实时状态和控制任务目标，进行多约束求解，得到基于功能块集合的调度策略，形成面向控制任务的功能块间的链接关系；

根据所述功能块集合和功能块间的链接关系，得到控制应用的功能块网络，编译输出功能块之间链接关系的配置信息。

可选的，根据所述控制任务迁移，基于系统监控平台的网络调度模块，重新规划控制单元故障下流量路由和流量确定性调度，包括：

采用最短路径优先算法，对控制系统中的数据流、控制流、状态信息流的路由路径进行重新规划，得到多类型数据流最优路由路径；

根据所述数据流最优路由路径，对时间触发系统网络和流量模型进行建模；

根据所述时间触发系统网络和流量模型，构建时间触发系统的网络调度目标和调度约束；

根据所述网络调度目标和调度约束，配置时间触发系统网络调度机制；

根据所述调度机制，以网络拓扑结构信息和数据流特征作为输入，经过调度生成各个队列门开闭时间。

可选的，根据所述流量路由和流量确定性调度的重规划，同步备用控制单元的输入数据，继续执行既定控制任务，包括：

根据重新规划后的控制单元故障下流量路由和流量确定性调度，将功能块之间链接关系的配置信息下发到备用控制单元内，完成控制功能程序的重构；

在完成控制功能程序的重构后，IO单元与备用控制单元通过时间触发系统网络完成输入数据的同步；

在所述输入数据的同步后，备用控制器经过控制程序初始化，完成控制任务的迁移和重构，进行控制任务的周期性安全运行。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本发明提出基于系统状态感知的任务迁移决策规划方法，使得控制系统可以在控制单元故障或者控制任务变化的情况下，自适应得到基于控制系统资源的功能块集合调度策略，从而构建出面向控制任务的多功能块链接关系，支撑控制任务迁移的柔性功能重构。

本发明提出基于网络拓扑感知的时间触发系统网络流量确定性调度方法，使得控制系统时间触发网络通过端口的门控列表控制各队列出口的开闭，为不同队列分配不重叠的传输时隙对不同优先级的流量进行隔离，保证应用程序配置信息通过系统网络完成实时确定的下发。从而实现控制系统在数据不同步、控制单元间控制亦不同步状态下的在线实时控制重构，保证控制应用的正常运行。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统的框图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种任务迁移的柔性功能重构方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

参考图1，本发明实施例提供一种可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统，所述控制系统包括：系统监控平台、时间触发系统网络、控制单元、备用控制单元和IO单元，其中：

所述系统监控平台上部署有任务决策模块和网络调度模块，所述任务决策模块用于当所述控制单元发生故障时，感知控制单元故障后产生事件触发，启动控制任务重新决策并重新配置备用控制单元；所述网络调度模块用于当所述控制单元发生故障时，更新系统网络拓扑并对信息传输的路由路径和流量的门控调度进行重新配置；

所述时间触发系统网络由多个交换机组建而成，该网络用于系统监控平台、控制单元、备用控制单元和传输单元之间的网络通信；

所述控制单元连接到所述时间触发系统网络上，用于在所述控制系统正常运行状态下对控制任务进行实时控制；

所述备用控制单元连接到所述时间触发系统网络上，用于在所述控制系统故障运行状态下对控制任务的迁移和跨设备资源的任务进行重构；

所述IO单元连接到所述时间触发系统网络上，用于执行工业现场传感数据的上传和控制单元输出数据的下发。

由上述实施例可知，本申请构建的控制系统架构支持通过扁平化的时间触发系统网络实现在同一个网络上同步控制单元和备用控制单元之间传输的数据。参考图2，本发明实施例提供一种任务迁移的柔性功能重构方法，该方法在上述的可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统上实现，该方法可以包括：

S1：工业现场正常工况下，执行所述控制系统安全运行；

S2：根据所述控制系统安全运行状态，基于系统监控平台的任务决策模块，决策规划控制单元故障下的控制任务迁移；

S3：根据所述控制任务迁移，基于系统监控平台的网络调度模块，重新规划控制单元故障下流量路由和流量确定性调度；

S4：根据所述流量路由和流量确定性调度的重规划，同步备用控制单元的输入数据，继续执行以上S1-S4步骤。

由上述实施例可知，本申请通过监控平台上的任务决策模块和网络调度模块的协同工作，实现控制单元故障发生时控制系统的状态感知、控制工程程序的生成及加载、传输、数据同步及初始化，自适应得到基于控制系统资源的功能块集合调度策略，构建面向控制任务的多功能块链接关系，保证多模态信息流传输过程对时间触发系统网络网络资源的重新规划和调度，从而实现工业控制系统在数据不同步、控制器组间控制亦不同步状态下的在线实时控制重构。

S1：工业现场正常工况下，执行所述控制系统安全运行，包括以下子步骤：

S11：在所述控制系统正常态安全运行时，连接在时间触发系统网络上的控制单元执行各自控制任务，在控制单元内部运行已加载的控制应用工程程序。

具体地，如图1所示，在所述控制系统正常态安全运行时，连接在时间触发系统网络上的控制单元1、控制单元2执行各自控制任务，在控制单元内部运行已加载的控制应用工程程序，如流程工业中数据预处理算法和典型PID控制算法；连接在时间触发系统网络上的控制单元N在其正常工作状态下，没有从系统监控平台下装控制功能程序，并不进行任何控制运算与操作，归属于控制系统的备用控制单元。

S12：根据所述时间触发系统网络，系统监控平台中的系统状态感知模块和网络拓扑感知模块通过系统网络实时监视整个控制系统的运行状态。

具体地，控制单元将自身实时状态信息和执行控制运算处理的过程数据通过时间触发系统网络通信协议进行数据封装，周期性的传输到系统监控站任务决策模块中的系统状态感知子模块，系统状态感知子模块内部通过状态检测器对接收到的数据进行实时逻辑判断和处理，控制系统正常安全运行时不触发状态报警，进而不执行多约束求解子模块的运行。

网络调度模块中的网络拓扑感知子模块汇聚连接在时间触发系统网络上的各功能单元的工作状态，通过基于SNMP、ARP、LLDP、ICMP等协议，获取和维护网络节点的存在信息和它们之间的连接关系信息，并在此基础上绘制出整个网络拓扑图；便于后续网络管理人员在拓扑图的基础上对故障节点进行快速定位。全网设备发现，可以按网络号、IP范围、多个网络范围内，自动搜索发现设备，获取设备的基本信息、设备类型（交换机、路由器、终端设备、厂商特有类型等）、MAC地址、ARP表、交换机端口、路由器接口、路由表、交换机转发表、主机IP地址等信息。网络拓扑感知子模块可以发现交换机与交换机、交换机与系统监控平台、交换机与控制单元、备用控制单元之间的连接关系。连接关系可以定位到具体的设备端口、设备接口上。支持在任意指定的设备之间发现它们的所有连接，在全网范围内发现连接关系。

S13：根据所述时间触发系统网络，IO单元实时上传传感器传感数据到时间触发系统网络，再传输到控制单元，控制单元内部执行控制应用程序，输出结果通过系统网络传输到IO单元，再下发到IO单元连接的执行器端；整个上传和下发过程形成正常态安全运行下控制任务的闭环控制。

具体地，控制系统正常态安全运行下一个完整的闭环控制任务包括IO单元中模拟量输入模块或数字量输入模块的数据采集，如温度、压力、流量、液位等信息，并向控制单元的传输；控制单元内部控制应用程序，如PID控制算法的运算和处理；以及IO单元中模拟量输出模块或数字量输出模块接收控制单元下发的控制指令，驱动执行器，如泵、阀门、电机等的运行。其中，模拟量输入模块实现模拟量点数据的类型选择、程控放大、数据采集、故障诊断、数字滤波、温度补偿、线性校正、工程转换等；模拟量输出模块实现模拟量点数据的校验、锁存、保护输出，可以根据配置要求在异常情况下，实现数据输出保持或输出指定设定值；数字量输入模块实现数字量的输入，包括数字输入的抖动消除、变化时间戳生成、实时响应；数字量输出模块实现数字量的输出，包括数字输出的校验、诊断、掉电记忆、上电保护等。

S2：根据所述控制系统安全运行状态，基于系统监控平台的任务决策模块，决策规划控制单元故障下的控制任务迁移，包括以下子步骤：

S21：在控制单元故障时，系统状态感知模块立即产生事件触发，启用备用控制单元。

具体地，控制单元发生故障时，系统监控平台的系统状态感知模块通过系统网络监测到控制器故障不能工作，立即产生事件触发，准备启用备用控制单元。例如，系统状态感知模块监测到控制单元1发生故障，则准备启用备用状态单元N。系统监控平台上的任务决策模块发起面向故障控制单元中控制任务的控制功能程序重构。

S22：根据所述备用控制单元，系统监控平台基于控制系统设备资源和分布式功能程序语言，将逻辑算法进行封装，进行功能块的设计和构建，形成可复用的功能块集合。

具体地，系统监控平台上，基于控制系统设备资源，如计算资源、过程接口和通信 服务接口等，和一种分布式功能程序语言，将逻辑算法进行封装，进行功能块的设计和构 建，形成可复用的功能块集合，，为正整数。此处，功能块被定义为 通过一种或多种算法进行操作，包含外部接口和内部功能的封装后的软件功能单元。功能 块集合中功能块的类型包含基础功能块、复合功能块、服务接口功能块以及自定义控制 功能块。基本功能块是最核心的功能单元；复合功能块可由基础功能块进行逻辑组合封装； 服务接口功能块实现将硬件的功能抽象为软件服务，实现软件应用和硬件资源的映射；自 定义控制功能块可根据用户特定需求进行特定功能的组合和封装。

S23：根据所述功能块集合，控制单元故障下，系统监控平台基于系统实时状态和控制任务目标，进行多约束求解，得到基于功能块集合的调度策略，形成面向控制任务的功能块间的链接关系。

具体地，整个分布式控制功能程序生成及加载过程转化为基于系统规则约束的功 能程序分配求解问题。系统控制单元故障下，控制系统资源发生变化，如控制单元发生切 换，系统监控平台需基于控制系统实时状态和适应控制任务目标，进行多约束求解，在系统 决策规划模块自适应地得到基于功能块集合的在备用控制单元中的调度策略，形成面向 控制任务的功能块之间的链接关系。在该求解过程中，约束内容包括各控制单元软硬件资 源约束、现场设备位置关联约束、系统网络性能约束、安全性和可靠性约束、任务目标约束 和专家知识库约束等。

S24：根据所述功能块集合和功能块间的链接关系，得到控制应用的功能块网络，编译输出功能块之间链接关系的配置信息。

具体地，系统监控平台基于上述功能块间链接关系，基于功能块集合，得到控制 应用的功能块网络，并在系统监控平台进行进一步的编译，输出功能块之间链接关系的配 置信息。此配置信息后续准备基于系统网络以特定的文件格式向备用控制单元N下发。

S3：根据所述控制任务迁移，基于系统监控平台的网络调度模块，重新规划控制单元故障下流量路由和流量确定性调度，包括以下子步骤：

S31：采用最短路径优先算法，对控制系统中的数据流、控制流、状态信息流的路由路径进行重新规划，得到多类型数据流最优路由路径。

具体地，系统控制单元故障下，控制系统网络拓扑发生变化，系统监控平台中的网络拓扑感知模块产生事件触发，需要对故障模式下，控制单元与系统监控平台之间、备用控制单元与系统监控平台之间、IO单元和控制单元之间以及IO单元和系统监控平台之间传输的数据流、控制流、信息流进行的路由路径的重新规划，选择多类型数据流的最优路由路径。流量传输的最优路由路径是保证时间触发系统网络端到端确定性的重要因素。选择最短路径往往可以有效降低业务的链路时延，一般采用最短路径优先算法CSPF（ConstrainedShortest Path First），该算法基于Dijkstra。

系统控制单元故障下，控制系统网络拓扑发生变化，配置信息向备用控制单元N下发以及IO单元和控制单元之间数据流需要对时间触发系统网络进行网络资源的重新调度，保证应用程序配置信息通过系统网络完成实时确定的下发。整个控制单元故障下基于网络拓扑感知的流量确定性调度过程发生在控制系统的监控站内，包括网络和流量模型的建模，网络调度目标构建，网络调度约束的构建，以及调度机制的配置。控制系统的时间触发网络通过端口的门控列表控制各队列出口的开闭，为不同队列分配不重叠的传输时隙对不同优先级的流量进行隔离。

S32：根据所述数据流最优路由路径，对时间触发系统网络和流量模型进行建模。

具体地，时间触发系统网络和流量模型的建模。网络和流量模型的建模过程包括将控制系统的控制单元设备、交换机、链路、模式异构的流量和时间属性等进行建模描述。

对于物理链路而言，每条单向链路可由三元组<, >定义，其中 表示该链路的带宽容量，表示传播延时，表示相连的出端口队列数。

对于数据流而言，每条流采用四元组< , , , >定义，表示该流所能容忍 的最大端到端延时，表示最大延时抖动、表示每周期发送的数据量，为周期长度。

S33：根据所述时间触发系统网络和流量模型，构建时间触发系统的网络调度目标和调度约束。

具体地，构建时间触发系统网络调度目标。常用的调度目标包括最小化网络的端到端时延、最小化实时流量的队列数、最大化网络的带宽利用率及最小化数据帧的缓存时间。构建时间触发系统网络调度约束。调度约束包括面向网络和资源的基础约束集合、周期和时间槽约束集合、核心数据帧的约束及延时和抖动约束等。

S34：根据所述网络调度目标和调度约束，配置时间触发系统网络调度机制。

具体地，调度机制则可采用整数线性规划、可满足性模、启发式及元启发式算法等。

S35：根据所述调度机制，以网络拓扑结构信息和数据流特征作为输入，经过调度生成各个队列门开闭时间。

具体地，整个调度过程以网络的拓扑结构信息和各条数据流的基本信息作为输入，经过整个调度过程，生成各个队列门的开闭时间，保证紧急控制功能程序的确定性实时下装，为不同队列分配不重叠的传输时隙对不同优先级的流量进行隔离。

S4：根据所述流量路由和流量确定性调度的重规划，同步备用控制单元的输入数据，继续执行既定控制任务，包括以下子步骤：

S41：根据重新规划后的控制单元故障下流量路由和流量确定性调度，将功能块之间链接关系的配置信息下发到备用控制单元内，完成控制功能程序的重构。

具体地，根据重新规划后的控制单元故障下流量路由和流量确定性调度，将系统监控平台决策规划模块输出的功能块之间链接关系的配置信息下发到备用控制单元N内，完成控制功能程序的重构；

S42：在完成控制功能程序的重构后，IO单元与备用控制单元通过时间触发系统网络完成输入数据的同步。

具体地，连接在时间触发系统网络的IO单元将与备用控制单元N相关的输入数据同步到备用控制单元N，完成输入数据的同步。

S43：在所述输入数据的同步后，备用控制器经过控制程序初始化，完成控制任务的迁移和重构，进行控制任务的周期性安全运行。

具体地，连接在时间触发系统网络的备用控制器根据接收到的同步数据作为所运行的控制功能程序的输入，在备用控制器的控制引擎内执行软件控制算法的执行，同时将运算的结果输出给连接在时间触发系统网络上的IO单元，IO单元中模拟量输出模块或数字量输出模块接收控制单元下发的控制指令，驱动执行器，如泵、阀门、电机等的运行。备用控制器在执行完一个控制周期的控制任务后，周期性地根据同步更新的实时输入数据继续执行控制程序的运行。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：系统监控平台、时间触发系统网络、控制单元、备用控制单元和IO单元，其中：

所述系统监控平台上部署有任务决策模块和网络调度模块，所述任务决策模块用于当所述控制单元发生故障时，感知所述控制单元故障后产生事件触发，启动控制任务重新决策并重新配置备用控制单元；所述网络调度模块用于当所述控制单元发生故障时，更新系统网络拓扑并对信息传输的路由路径和流量的门控调度进行重新配置；

所述时间触发系统网络由多个交换机组建而成，该网络用于系统监控平台、控制单元、备用控制单元和IO单元之间的网络通信；

所述控制单元连接到所述时间触发系统网络上，用于在所述控制系统正常运行状态下对控制任务进行实时控制；

所述备用控制单元连接到所述时间触发系统网络上，用于在所述控制系统故障运行状态下对控制任务的迁移和跨设备资源的任务进行重构；

所述IO单元连接到所述时间触发系统网络上，用于执行工业现场传感数据的上传和控制单元输出数据的下发；

根据所述控制系统安全运行状态，基于系统监控平台的任务决策模块，决策规划控制单元故障下的控制任务迁移，包括：

在控制单元故障时，系统状态感知模块立即产生事件触发，启用备用控制单元；

根据所述备用控制单元，系统监控平台基于控制系统设备资源和分布式功能程序语言，将逻辑算法进行封装，进行功能块的设计和构建，形成可复用的功能块集合；

根据所述功能块集合，控制单元故障下，系统监控平台基于系统实时状态和控制任务目标，进行多约束求解，得到基于功能块集合的调度策略，形成面向控制任务的功能块间的链接关系；

根据所述功能块集合和功能块间的链接关系，得到控制应用的功能块网络，编译输出功能块之间链接关系的配置信息；

根据所述控制任务迁移，基于系统监控平台的网络调度模块，重新规划控制单元故障下流量路由和流量确定性调度，包括：

采用最短路径优先算法，对控制系统中的数据流、控制流、状态信息流的路由路径进行重新规划，得到多类型数据流最优路由路径；

根据所述数据流最优路由路径，对时间触发系统网络和流量模型进行建模；

根据所述时间触发系统网络和流量模型，构建时间触发系统的网络调度目标和调度约束；

根据所述网络调度目标和调度约束，配置时间触发系统网络调度机制；

根据所述调度机制，以网络拓扑结构信息和数据流特征作为输入，经过调度生成各个队列门开闭时间。

2.一种任务迁移的柔性功能重构方法，其特征在于，该方法在权利要求1所述可实现任务迁移柔性功能重构的控制系统上实现，该方法包括：

在工业现场正常工况下，执行所述控制系统安全运行；

根据所述控制系统安全运行状态，基于系统监控平台的任务决策模块，决策规划控制单元故障下的控制任务迁移；

根据所述控制任务迁移，基于系统监控平台的网络调度模块，重新规划控制单元故障下流量路由和流量确定性调度；

根据所述流量路由和流量确定性调度的重规划，同步备用控制单元的输入数据，继续执行以上步骤。

3.根据权利要求2所述的一种任务迁移的柔性功能重构方法，其特征在于，工业现场正常工况下，执行所述控制系统安全运行，包括：

在所述控制系统正常态安全运行时，连接在时间触发系统网络上的控制单元执行各自控制任务，在控制单元内部运行已加载的控制应用工程程序；

根据所述时间触发系统网络，系统监控平台中的系统状态感知模块和网络拓扑感知模块通过系统网络实时监视整个控制系统的运行状态；

根据所述时间触发系统网络，IO单元实时上传传感器传感数据到时间触发系统网络，再传输到控制单元，控制单元内部执行控制应用程序，输出结果通过系统网络传输到IO单元，再下发到IO单元连接的执行器端；整个上传和下发过程形成正常态安全运行下控制任务的闭环控制。

4.根据权利要求2所述的一种任务迁移的柔性功能重构方法，其特征在于，根据所述流量路由和流量确定性调度的重规划，同步备用控制单元的输入数据，包括：

根据重新规划后的控制单元故障下流量路由和流量确定性调度，将功能块之间链接关系的配置信息下发到备用控制单元内，完成控制功能程序的重构；

在完成控制功能程序的重构后，IO单元与备用控制单元通过时间触发系统网络完成输入数据的同步；

在所述输入数据的同步后，备用控制器经过控制程序初始化，完成控制任务的迁移和重构，进行控制任务的周期性安全运行。