WO2020042162A1 - 控制方法、设备和系统 - Google Patents

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WO2020042162A1
WO2020042162A1 PCT/CN2018/103618 CN2018103618W WO2020042162A1 WO 2020042162 A1 WO2020042162 A1 WO 2020042162A1 CN 2018103618 W CN2018103618 W CN 2018103618W WO 2020042162 A1 WO2020042162 A1 WO 2020042162A1
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control
task
devices
plc
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PCT/CN2018/103618
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Inventor
江川
Original Assignee
西门子股份公司
江川
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/414—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller

Definitions

  • the control method further includes: judging whether a level of a workload caused when the application on the first control device performs the specific task exceeds a first threshold; when When the first threshold is exceeded: confirming the current workload level of the at least one second control device in the cluster control system; assigning the specific task to an effective second control device in the cluster control system , Wherein the current workload level of the effective second control device is below a second threshold.
  • confirming the current workload level of the second control device in the cluster control system specifically includes: sending a request to query the workload level to the second control device in the cluster control system; A response from the second control device in the cluster control system regarding the current workload level.
  • the control method further includes: dividing the specific task into a plurality of subtasks, wherein the number of subtasks is less than or equal to the number of the second control devices in the cluster control system Assigning the divided sub-tasks to the effective second control device in the cluster control system.
  • the control method further includes: dividing the specific task into a plurality of subtasks, wherein the number of the subtasks is greater than that of the effective second control device in the cluster control system.
  • the central processing unit further includes: a load monitoring module, configured to determine whether a level of a workload caused when the application on the first control device performs the specific task exceeds a level A threshold; a task allocation module for confirming the current workload level of the second control device in the cluster control system when the level of the workload exceeds the first threshold; and assigning the specific task Allocated to the second control device in the cluster control system where the current workload level is lower than a second threshold.
  • a first control device located in a group of control devices interconnected through a network, including: a type determination module for determining each of the control devices in the group of control devices Application type; identification module, configured to associate the first control device with at least one second control device of the group of control devices that has the same application type as the first control device to construct A cluster control system that can be configured to perform a specific task on the first control device.
  • control devices with the same task execution capability can be integrated into a cluster control system, thereby enhancing the execution capability of a single control device and improving the use efficiency of system resources.
  • the cluster control system according to the present invention is self-constructed by the control equipment in the system, so when any control equipment or a remote control center fails, it will not affect the formation of other control equipment by its own cluster control system.
  • the task allocation module is specifically configured to divide the specific task into a plurality of subtasks, wherein the number of subtasks is greater than the number of the effective second control devices in the cluster control system; Allocate a part of the divided sub-task to the effective second control device in the cluster control system; for the effective second control device that has completed the assigned sub-task, reconfirm its current workload Whether the level is still lower than the second threshold, wherein when the current workload level is lower than the second threshold, the remaining portion of the divided sub-task is re-assigned to the validity that is still lower than the second threshold Second control device.
  • the first control device further includes: a load monitoring module, configured to determine whether a level of a workload caused when the application program on the first control device performs the specific task exceeds A first threshold; a task allocation module configured to confirm a current workload level of the at least one second control device in the cluster control system when the workload level exceeds the first threshold; and The specific task is assigned to an effective second control device in the cluster control system, wherein a current workload level of the effective second control device is lower than a second threshold.
  • a load monitoring module configured to determine whether a level of a workload caused when the application program on the first control device performs the specific task exceeds A first threshold
  • a task allocation module configured to confirm a current workload level of the at least one second control device in the cluster control system when the workload level exceeds the first threshold
  • the specific task is assigned to an effective second control device in the cluster control system, wherein a current workload level of the effective second control device is lower than a second threshold.
  • the task allocation module is specifically configured to divide the specific task into a plurality of subtasks, wherein the number of subtasks is greater than the number of the effective second control devices in the cluster control system; Allocating a part of the divided sub-task to the second control device in the cluster control system; for the effective second control device that has completed the assigned sub-task, reconfirm whether its current workload level is Still below the second threshold, wherein when the current workload level is below the second threshold, the remaining portion of the divided subtask is reassigned to the first sub-task that is still below the effective second threshold Second control equipment.
  • FIG. 3 illustrates a configuration diagram of a control device according to an embodiment
  • FIG. 4 shows an exemplary schematic diagram of a control device performing task assignment according to one embodiment
  • all these PLC devices are further interconnected by a network, which is represented by 4000 in the figure.
  • a network which is represented by 4000 in the figure.
  • the PLC devices 2000_1 to 2000_m can communicate with each other to achieve a simple and efficient direct connection. Communication without the need of other third-party nodes or equipment, data can be transmitted at high speed in the local network.
  • the 'network' can be any industrial protocol network known in the field of industrial control, and can communicate according to common industrial protocols in the art, such as TCP / IP.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a cluster control system according to an embodiment.
  • the cluster control system is composed of PLC devices 2000_2, 2000_m and PLC device 2000_1, where the PLC device 2000_1 interacts with the PLC devices 2000_2 and 2000_m through the network 4000.
  • the PLC device 2000_1 includes an extended I / O module 101, a central processing unit 102, a memory 103, an input module 104 connected to an external factory device 1000_1, and an output module 105 connected to a control node 3000_1.
  • the type determination module 1020 can monitor the characteristic signals sent by other control devices 2000_2 to 2000_m on the network 4000 through the extended I / O interface 101.
  • the characteristic signals include an identification ID, an It is used to indicate the network address information of the device, including IP address, port number, and type information indicating the type of application APP stored on each control device.
  • the characteristic signals sent by it are applied
  • the program type is APPi
  • the application program type is APPk.
  • the identification module 1021 is used to associate the PLC device 2000_1 and the PLC devices 2000_2 to 2000_m with those PLC devices having the same application type Appi as the PLC device 2000_1 to construct a cluster control system. For example, after the type determination module 1020 parses the characteristic signal from the PLC device 2000_2, the identification module 1021 may determine that the type of the application program resident in the PLC device 2000_2 is APPi and the application on the PLC device 2000_1 is the same. Therefore, the identification module 1021 will The device identification ID, IP network address, port number, etc. of the PLC device 2000_2 contained in the characteristic signal are updated to the system association table T1 maintained by it.
  • the identifier in the PLC device 2000_2 can ignore 2000_3 and further receive and process the characteristic signals of other PLC devices 2000_4 to 2000_m. In this way, all PLC devices connected to the network 4000 and having the same task type APPi as PLC2000_2 can be updated into the system association table T2. In this example, the PLC device 2000_2 determines that the control devices with the same task type as it include the PLC devices 2000_1 and 2000_m.
  • the load monitoring module 1022 issues an alarm signal when it determines that the load level of the central processing unit 102 is greater than a predetermined threshold.
  • the task allocation module 1023 divides a specific task on the PLC device 2000_1 to the cluster control system after receiving the alarm signal. PLC equipment 2000_2, PLC equipment 2000_m.
  • the number n of divided subtasks is less than or equal to the number N of currently active PLC devices, where n ⁇ N, and the task division strategy is suitable for the divided subtasks for not too long. Occupies the resources of each PLC device in the cluster control system.
  • the 2000_1 described in the previous example is taken as an example.
  • the task allocation module 1023 in the PLC device 2000_1 can divide the current task into three sub-tasks part_1, part_2, and part_3, and assign them to the PLC device. 2000_1, 2000_2, 2000_m, so that the PLC device 2000_1, 2000_2, and PLC_m jointly perform the tasks on the PLC device 2000_1.
  • the remaining subtasks part_4 and part_5 are divided into PLC devices 2000_2 and 2000_m, or if only one PLC device 2000_2 or 2000_m meets the requirements for subtasks, then The subtask part_5 is allocated to the PLC device that meets the requirements, while the subtask part_4 is still executed by the PLC device 2000_1. If it is confirmed that the PLC devices 2000_2 and 2000_m do not meet the requirements for undertaking subtasks, that is, the current load level is greater than the threshold of 40%, then the PLC device 2000_1 performs the remaining subtasks part_4, part_5 by itself, and is no longer assigned to other PLC device members.
  • the type determination module 1020 in the PLC device 2000_1 determines each application type on each PLC device in the devices 2000_2 to 2000_m that performs a specific task related to the external plant device 1000_2 to 1000_m.
  • the PLC device 2000_1 receives a characteristic signal broadcast by the PLC devices 2000_2 to 2000_m through the network, and then the PLC device 2000_1 determines the type of the application program residing on each of the PLC devices 2000_2 to 2000_m from the characteristic signal.
  • step 701 the task allocation module 1023 divides a specific task to be executed on the PLC device 2000_1 into n sub-tasks.
  • the task is divided into five subtasks part_1, part_2, part_3, part_4, and part_5, and in step 607, the task allocation module 102 determines that the PLC devices 2000_2 and 2000_m are valid.
  • Each module component of the control device in FIG. 2-5 may include a processor, an electronic device, a hardware device, an electronic component, a logic circuit, a memory, a software code, a firmware code, or the like, or any combination thereof.
  • the hardware module may be implemented mechanically or electrically.
  • a hardware unit may include permanently dedicated circuits or logic (such as a dedicated processor, FPGA or ASIC) to perform the corresponding operations.
  • the hardware unit may also include programmable logic or circuits (such as general-purpose processors or other programmable processors), which may be temporarily set by software to complete the corresponding operations.
  • the specific implementation manner mechanical manner, or a dedicated permanent circuit, or a temporarily set circuit
  • the program code itself read from the computer-readable medium can implement the functions of any one of the embodiments described above, so the computer-readable code and the computer-readable medium storing the computer-readable code constitute the present Part of the invention.
  • Examples of computer-readable media include floppy disks, hard disks, magneto-optical disks, optical disks (such as CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD + RW), magnetic tape, non- Volatile memory card and ROM.
  • the program code may be downloaded from a server computer or the cloud by a communication network.

Abstract

提供一种控制方法、设备和系统，该方法包括：确定一组控制设备中的每一个控制设备上的应用程序类型，其中所述一组控制设备通过网络互连；将所述一组控制设备中的第一控制设备与所述一组控制设备中的、与所述第一控制设备具有相同应用程序类型的第二控制设备相关联以构建可配置成执行所述第一控制设备上的特定任务的集群控制系统。利用该方法，可以整合生产线上闲置的控制设备的计算资源，通过自主地形成集群控制系统来完成单一控制设备上的任务，从而不但提高的任务的执行效率，也改进了资源使用率。

Description

控制方法、设备和系统 技术领域
本发明涉及工业控制领域，特别是一种控制方法、设备和系统。
背景技术
在工业控制领域，通常采用专用的芯片例如可编程逻辑控制器(PLC)对工厂设备进行控制并数据处理，包括对生产线的监控、机器人设备的控制等。例如采用PLC来采集图像、温度、湿度等传感器的检测数据，并在经过一些必要的处理后提交给与其直接或间接相连的远程控制节点或计算机，或者根据计算机的指令对传感器等工厂设备的工作参数进行设定。事实上，在任何要求高可靠性控制及易编程与故障诊断的场合，PLC都得到了广泛的应用。
通常，每一个PLC设备彼此之间独立且被单独配置成完成一项特定任务，例如负责对一个传感器或其它工厂设备进行监控及处理数据。由于很多时候，监控任务是周期性的，因此在很多时候这些单独配置的PLC设备处于空闲状态，因此存在着资源浪费的情况。同时，在某些情况下，又要求对工厂设备进行密集的监控和数据处理等复杂或耗时型任务，而此时仅一个PLC设备来执行这样的任务又有些力不从心，存在着响应时间过长等问题。
此外，虽然在某些PLC分布式系统中，可以配置多个PLC来共同完成某一处特定任务，但由于对这些PLC的配置需要借助于控制节点或控制中心来完成，一旦该控制节点出现故障，则整个系统就会瘫痪，因此无法实现多个PLC来共同完成某一特定任务的目的。
发明内容
本发明的目的在于充分地考虑了工业控制环境下控制设备的工作特性，例如控制设备的任务的周期性特征，致力于将资源使用率较低甚至处于空闲状态的其它控制设备配置给当前控制设备以形成一个集群控制系统来执行当前控制设备的任务，从而增加当前控制设备完成任务的处理能力与效率。
按照本发明的一个方面，提供一种控制方法，包括：确定通过网络互连的一组控制设备中的每一个控制设备上的应用程序类型；将所述一组控制设备中的第一控制设备与所述一组控制设备中的、与所述第一控制设备具有相同应用程序类型的至少一个第二控制设备相关联以构建可配置成执行所述第一控制设备上的一个特定任务的集群控制系统。根据本发明的方案，可以将具有相同的任务执行能力的控制设备整合成一个集群控制系统，从而增强单个控制设备的执行能力，并提高了系统资源的使用效率。而且根据本发明的集群控制系统是由系统中的控制设备自行组建，因此，在任一控制设备或远程控制中心发生故障时均不会影响其它控制设备自身的集群控制系统的组建。
在一个优选实施例中，该控制方法进一步包括：在所述第一控制设备的系统配置文件中提供一个系统关联表，用于存储有关所述集群控制系统中所述第二控制设备的特征，该特征包括所述第二控制设备的身份标识以及网络地址以便所述第一控制设备与所述第二控制设备通信。利用该特征及所述互连网络，所述第一控制设备可以与系统关联表中的第二控制设备直接通信，从而避免了借助于其它控制中心或设备的网络路由。
在一个优选实施例中，确定一组控制设备中的每一个控制设备上的应用程序类型包括：在所述第一控制设备上接收来自所述一组控制设备中的所有其它控制设备的特性信号，所述其它控制设备包括所 述第二控制设备；从所述特性信号中解析出驻留在所述其它控制设备上的所述应用程序的类型。此外，所述特性信号还包括控制设备的身份标识、网络地址等以便第一控制设备存储到系统关联表中。在一个示例中，所述特性信号是经由所述网络从所述其它控制设备接收的心跳信号；而在另一个示例中，所述特性信号是所述其它控制设备周期性广播的或者在不执行所述应用程序情况下广播的。根据本发明的方案，一组控制设备中的每个控制设备均可以自行查找可组建其自己的集群控制系统的各个合适的控制设备成员，从而以自主方式建立集群控制系统。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制方法进一步包括：判断由所述第一控制设备上的所述应用程序执行所述特定任务时引起的工作负荷的水平是否超过第一阈值；当超过所述第一阈值时：确认所述集群控制系统中的所述至少一个第二控制设备的当前工作负荷水平；将所述特定任务分配给所述集群控制系统中的有效的第二控制设备，其中所述有效的第二控制设备的当前工作负荷水平低于第二阈值。作为一个示例，确认所述集群控制系统中的所述第二控制设备的当前工作负荷水平具体包括：向所述集群控制系统中的所述第二控制设备发送查询工作负荷水平的请求；接收由所述集群控制系统中的第二控制设备返回的有关当前工作负荷水平的响应。利用本发明的方案，可以在执行任务分配时再次实时确认集群控制系统中各成员控制设备的工作状态，并将由于忙而不具有共同执行任务能力的控制设备(即当前工作负荷水平大于或等于第二阈值的第二控制设备)从集群控制系统的任务分配中排除，从而可避免不必要的等待或延迟。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制方法进一步包括：将所述特定任务划分成多个子任务，其中子任务的数量小于或等于所述集群控制系统中所述第二控制设备的数量；将所划分的子任务分配给所述集群控制系统中的所述有效的第二控制设备。按照本发明的方案， 通过将控制设备上的特定任务全部或部分地分配给集群控制系统中的其它设备，减轻了处理压力，从而可以集中更多的资源处理其他业务。而在本发明的一个优选实施例中，所述控制方法进一步包括：将所述特定任务划分成多个子任务，其中子任务的数量大于所述集群控制系统中所述有效的第二控制设备的数量；将所划分的子任务的一部分分配给所述集群控制系统中的所述第二控制设备；对于完成了所分配的子任务的所述有效的第二控制设备，再次确认其当前工作负荷水平是否仍低于所述第二阈值，其中当所述当前工作负荷水平低于所述第二阈值时，将所划分的子任务的剩余部分再次分配给仍低于所述第二阈值的有效的第二控制设备。按照本发明的方案，可以将特定任务划分得更小，从而更便于集群控制系统执行并减小对集群控制系统中的各控制设备自身执行将来任务的影响。此外，该集群控制系统在任务分配时通过进一步实时确认各成员控制设备的状态而具有伸缩性，可及时调整可用于承担所述特定任务的集群控制系统中的各成员控制设备。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制方法进一步包括：接收由分配有所述子任务的所述有效的第二控制设备通过执行所分配的子任务而返回的子结果，组合所返回的子结果以形成所述第一控制设备的实际输出结果。按照本发明的方案，通过整合生产线上的资源，将由单个控制设备串行处理的任务通过分配给第二控制设备而变成并行处理，因此极大地提高了任务处理能力。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制方法由所述第一控制设备执行，且所述第一控制设备是所述一组控制设备中的任一设备。利用本发明的方案，一组控制设备中的任一控制设备均可以自行组建其自己的集群控制系统，并且在任一控制设备发生故障的情况下均不会影响其它控制设备组建集群控制系统。
按照本发明的另一方面，提供一种位于通过网络互连的一组控 制设备中的第一控制设备，包括：通信单元，用于通过所述互连网络与所述一组控制设备中的其它控制设备直接通信；中央处理单元，包括标识模块，用于根据所述其它控制设备上的应用程序类型，将所述其它控制设备中与所述第一控制设备具有相同的应用程序类型的至少一个第二控制设备与所述第一控制设备相互关联以构建可配置成执行所述第一控制设备上的特定任务的集群控制系统。根据本发明的方案，可以将具有相同的任务执行能力的控制设备整合成一个集群控制系统，从而增强单个控制设备的执行能力，并提高了系统资源的使用效率。而且根据本发明的集群控制系统是由系统中的控制设备自行组建，因此，在任一控制设备或远程控制中心发生故障时均不会影响其它控制设备自行其自身的集群控制系统的组建。在一个优选实施例中，控制设备进一步包括：系统关联表，设置在该控制设备的系统配置文件中，用于存储有关所述集群控制系统中所述第二控制设备的特征，该特征包括所述第二控制设备的身份标识以及网络地址以便所述第一控制设备与所述第二控制设备通信。利用该特征及所述互连网络，所述第一控制设备可以与系统关联表中的第二控制设备直接通信，从而避免了借助于其它控制中心或设备的网络路由。
在一个优选实施例中，所述通信单元进一步配置为接收所述其它控制设备通过所述互连网络发送的特性信号；所述标识模块进一步配置为从所述特性信号中解析出驻留在所述其它控制设备上的所述应用程序的类型。根据本发明的方案，一组控制设备中的每个控制设备均可以自行查找可组建其自己的集群控制系统的各个合适的控制设备成员，从而以自主方式建立集群控制系统。
在一个优选实施例中，所述中央处理单元进一步包括：负荷监控模块，用于判断由所述第一控制设备上的所述应用程序执行所述特定任务时引起的工作负荷的水平是否超过第一阈值；任务分配模块，用于当所述工作负荷的水平超过所述第一阈值时，确认所述集群控制 系统中的所述第二控制设备的当前工作负荷水平；以及将所述特定任务分配给所述集群控制系统中、所述当前工作负荷水平低于第二阈值的所述第二控制设备。利用本发明的方案，可以在执行任务分配时再次实时确认集群控制系统中各成员控制设备的工作状态，并将由于忙而不具有共同执行任务能力的控制设备(即当前工作负荷水平大于或等于第二阈值的第二控制设备)从集群控制系统的任务分配中排除，从而可避免不必要的等待或延迟。
在一个优选实施例中，所述任务分配模块进一步配置为：将所述特定任务划分成多个子任务，其中子任务的数量小于或等于所述集群控制系统中所述第二控制设备的数量；将所划分的子任务分配给所述集群控制系统中的所述第二控制设备。按照本发明的方案，通过将控制设备上的特定任务全部或部分地分配给集群控制系统中的其它设备，减轻了处理压力，从而可以集中更多的资源处理其他业务。而在本发明的一个优选实施例中，所述任务分配模块具体配置为：将所述特定任务划分成多个子任务，其中子任务的数量大于所述集群控制系统中所述第二控制设备的数量；将所划分的子任务的一部分分配给所述集群控制系统中的所述第二控制设备；对于完成了所分配的子任务的所述第二控制设备，再次确认其当前工作负荷水平是否仍低于所述第二阈值，其中当所述当前工作负荷水平低于所述第二阈值时，将所划分的子任务的剩余部分再次分配给仍低于所述第二阈值的第二控制设备。按照本发明的方案，可以将特定任务划分得更小，从而更便于集群控制系统执行并减小对集群控制系统中的各控制设备自身执行将来任务的影响。此外，该集群控制系统在任务分配时通过进一步实时确认各成员控制设备的状态而具有伸缩性，可及时调整可用于承担所述特定任务的集群控制系统中的各成员控制设备。在一个优选实施例中，所述中央处理单元进一步包括结果合并模块，配置成：接收由分配有所述子任务的所述第二控制设备通过执行所分配的子任 务而返回的子结果，组合所返回的子结果以形成所述第一控制设备的实际输出结果。按照本发明的方案，通过整合生产线上的资源，将由单个控制设备串行处理的任务通过分配给第二控制设备而变成并行处理，因此极大地提高了任务处理能力。
按照本发明的另一方面，提供一种位于通过网络互连的一组控制设备中的第一控制设备，包括：类型确定模块，用于确定所述一组控制设备中的每一个控制设备上的应用程序类型；标识模块，用于将所述第一控制设备与所述一组控制设备中的、与所述第一控制设备具有相同应用程序类型的至少一个第二控制设备相关联以构建可配置成执行所述第一控制设备上的一个特定任务的集群控制系统。根据本发明的方案，可以将具有相同的任务执行能力的控制设备整合成一个集群控制系统，从而增强单个控制设备的执行能力，并提高了系统资源的使用效率。而且根据本发明的集群控制系统是由系统中的控制设备自行组建，因此，在任一控制设备或远程控制中心发生故障时均不会影响其它控制设备自行其自身的集群控制系统的组建。
在一个优选实施例中，所述类型确定模块具体配置为：在所述第一控制设备上接收来自所述一组控制设备中的所有其它控制设备的特性信号，所述其它控制设备包括所述第二控制设备；从所述特性信号中解析出驻留在所述其它控制设备上的所述应用程序的类型。根据本发明的方案，一组控制设备中的每个控制设备均可以自行查找可组建其自己的集群控制系统的各个合适的控制设备成员，从而以自主方式建立集群控制系统。
在一个优选实施例中，所述第一控制设备进一步包括：负荷监控模块，用于判断由所述第一控制设备上的所述应用程序执行所述特定任务时引起的工作负荷的水平是否超过第一阈值；任务分配模块，用于当所述工作负荷的水平超过所述第一阈值时，确认所述集群控制系统中的所述第二控制设备的当前工作负荷水平；以及将所述特定任 务分配给所述集群控制系统中的有效的第二控制设备，其中所述有效的第二控制设备的当前工作负荷水平低于第二阈值。利用本发明的方案，可以在执行任务分配时再次实时确认集群控制系统中各成员控制设备的工作状态，并将由于忙而不具有共同执行任务能力的控制设备(即当前工作负荷水平大于或等于第二阈值的第二控制设备)从集群控制系统的任务分配中排除，从而可避免不必要的等待或延迟。
在一个优选实施例中，所述任务分配模块具体配置为：将所述特定任务划分成多个子任务，其中子任务的数量小于或等于所述集群控制系统中所述有效的第二控制设备的数量；将所划分的子任务分配给所述集群控制系统中的所述有效的第二控制设备。按照本发明的方案，通过将控制设备上的特定任务全部或部分地分配给集群控制系统中的其它设备，减轻了处理压力，从而可以集中更多的资源处理其他业务。
在一个优选实施例中，所述任务分配模块具体配置为：将所述特定任务划分成多个子任务，其中子任务的数量大于所述集群控制系统中所述有效的第二控制设备的数量；将所划分的子任务的一部分分配给所述集群控制系统中的所述有效的第二控制设备；对于完成了所分配的子任务的所述有效的第二控制设备，再次确认其当前工作负荷水平是否仍低于所述第二阈值，其中当所述当前工作负荷水平低于所述第二阈值时，将所划分的子任务的剩余部分再次分配给仍低于所述第二阈值的有效的第二控制设备。按照本发明的方案，可以将特定任务划分得更小，从而更便于集群控制系统执行并减小对集群控制系统中的各控制设备自身执行将来任务的影响。此外，该集群控制系统在任务分配时通过进一步实时确认各成员控制设备的状态而具有伸缩性，可及时调整可用于承担所述特定任务的集群控制系统中的各成员控制设备。
在一个优选实施例中，所述第一控制设备进一步包括：结果合 并模块，用于接收由分配有所述子任务的所述有效的第二控制设备通过执行所分配的子任务而返回的子结果，以及组合所返回的子结果以形成所述第一控制设备的实际输出结果。按照本发明的方案，通过整合生产线上的资源，将由单个控制设备串行处理的任务通过分配给第二控制设备而变成并行处理，因此极大地提高了任务处理能力。
按照本发明的另一方面，提供一种控制设备，包括：存储器，其上存储有可执行的指令；以及处理器，配置成执行所述指令以实现本发明的方法。
按照本发明的另一方面，提供一种控制系统，包括：选自通过网络互连的一组控制设备中的第一控制设备；以及选自所述一组控制设备中的至少一个第二控制设备，其中所述第一控制设备与所述至少一个第二控制设备具有相同的应用程序类型以构建可配置成执行所述第一控制设备上的特定任务的集群控制系统。根据本发明的方案，可以将具有相同的任务执行能力的控制设备整合成一个集群控制系统，从而增强单个控制设备的执行能力，并提高了系统资源的使用效率。
在一个优选实施例中，所述第一控制设备进一步包括：类型确定模块，用于确定所述一组控制设备中的每一个控制设备上的所述应用程序类型；标识模块，用于将所述第一控制设备与所述一组控制设备中的、与所述第一控制设备具有相同应用程序类型的所述至少一个第二控制设备相关联以构建可配置成执行所述特定任务的集群控制系统。根据本发明的集群控制系统是由系统中的控制设备自行组建，因此，在任一控制设备或远程控制中心发生故障时均不会影响其它控制设备自行其自身的集群控制系统的组建。
在一个优选实施例中，所述类型确定模块具体配置为：在所述第一控制设备上接收来自所述一组控制设备中的所有其它控制设备的特性信号，所述其它控制设备包括所述第二控制设备；以及从所述 特性信号中解析出驻留在所述其它控制设备上的所述应用程序的类型。根据本发明的方案，一组控制设备中的每个控制设备均可以自行查找可组建其自己的集群控制系统的各个合适的控制设备成员，从而以自主方式建立集群控制系统。
在一个优选实施例中，所述第一控制设备进一步包括：负荷监控模块，用于判断由所述第一控制设备上的所述应用程序执行所述特定任务时引起的工作负荷的水平是否超过第一阈值；任务分配模块，用于当所述工作负荷的水平超过所述第一阈值时，确认所述集群控制系统中的所述至少一个第二控制设备的当前工作负荷水平；以及将所述特定任务分配给所述集群控制系统中的有效的第二控制设备，其中所述有效的第二控制设备的当前工作负荷水平低于第二阈值。利用本发明的方案，可以在执行任务分配时再次实时确认集群控制系统中各成员控制设备的工作状态，并将由于忙而不具有共同执行任务能力的控制设备(即当前工作负荷水平大于或等于第二阈值的第二控制设备)从集群控制系统的任务分配中排除，从而可避免不必要的等待或延迟。
在一个优选实施例中，所述任务分配模块具体配置为：将所述特定任务划分成多个子任务，其中子任务的数量小于或等于所述集群控制系统中所述第二控制设备的数量；将所划分的子任务分配给所述集群控制系统中的所述第二控制设备。按照本发明的方案，通过将控制设备上的特定任务全部或部分地分配给集群控制系统中的其它设备，减轻了处理压力，从而可以集中更多的资源处理其他业务。
在一个优选实施例中，所述任务分配模块具体配置为：将所述特定任务划分成多个子任务，其中子任务的数量大于所述集群控制系统中所述有效的第二控制设备的数量；将所划分的子任务的一部分分配给所述集群控制系统中的所述第二控制设备；对于完成了所分配的子任务的所述有效的第二控制设备，再次确认其当前工作负荷水平是否仍低于所述第二阈值，其中当所述当前工作负荷水平低于所述第二 阈值时，将所划分的子任务的剩余部分再次分配给仍低于所述有效的第二阈值的第二控制设备。按照本发明的方案，可以将特定任务划分得更小，从而更便于集群控制系统执行并减小对集群控制系统中的各控制设备自身的执行将来任务的影响。此外，该集群控制系统在任务分配时通过进一步实时确认各成员控制设备的状态而具有伸缩性，可及时调整可用于承担所述特定任务的集群控制系统中的各成员控制设备。
在一个优选实施例中，所述第一控制设备进一步包括：结果合并模块，用于接收由分配有所述子任务的所述有效的第二控制设备通过执行所分配的子任务而返回的子结果，以及组合所返回的子结果以形成所述第一控制设备的实际输出结果。按照本发明的方案，通过整合生产线上的资源，将由单个控制设备串行处理的任务通过分配给第二控制设备而变成并行处理，因此极大地提高了任务处理能力。
在一个优选实施例中，所述第一控制设备包括：存储器，其上存储有可执行的指令；以及处理器，配置成执行所述指令以实现本发明的方法。
此外，本发明涉及包括计算机可读程序代码的程序及存储计算机可读程序代码的计算机可读介质，当在处理器上执行所述可读程序代码时，使得所述处理器执行本发明的创造性方法。
本发明还涉及计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在存储介质上的计算机可读程序，所述计算机可读程序包括程序代码，当在处理器上执行所述程序代码时，使得所述处理器执行本发明的创造性方法。
附图说明
图1示出根据一个实施例的控制设备的应用示意图；
图2示出按照一个实施例的集群控制系统的示意图；
图3示出按照一个实施例的控制设备的配置示意图；
图4示出按照一个实施例的控制设备执行任务分配的示例性示意图；
图5示出按照另一个实施例的控制设备的配置示意图；
图6示出了按照一个实施例的集群控制系统的工作流程图；
图7示出按照一个实施例的任务划分流程图。
图中标记说明：
1000_1～1000_m：工厂外部设备 2000_1～2000_m：控制设备
3000_1～3000_m：控制节点  4000：网络
101:扩展I/O接口  102：中央处理单元 104：输入模块
105：输出模块   1020：类型确定模块 1021：标识模块
1022：负荷监控模块  1023：任务分配模块 1024：结果合并模块
5000_1～5000_n：子任务 6000_1～6000_n：子结果
S601:确定程序类型   S602:确定相关设备
S603:建立系统       S604:监控负荷
S605:任务执行       S606:负荷确认
S607:设备确认       S608:任务划分
S609:结果组合       S701:任务分割
S702:任务分配       S703:设备再确认
S704:任务分配       S705:任务执行
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的方法和设备进行详细说明。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的 范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，其示出了根据一个实施例的控制设备2000的应用示意图。在生产线上存在着多种受监控的外部工厂设备，例如温度传感器1000_1、温度传感器1000_2、湿度传感器1000_3、….湿度传感器1000_m-1，温度传感器1000_m等。每一个外部设备1000_1～1000_m均连接到一个控制设备2000，例如可编程逻辑控制器(PLC)设备2000_1～2000_m，以下均为PLC设备为例予以说明。但本发明显然不限于PLC设备，而是可以适用于所有具有程序执行与运算能力的处理或控制设备。
每个PLC设备均预先编程有一个特定的应用程序App，该特定的应用程序APP与该PLC设备所要控制或连接的外部设备1000有关，即PLC设备执行其上预编程存储的APP来实现与外部设备相关的特定任务。通常对于同样的外部设备及相同的任务而言，PLC设备上的APP上完全相同。例如，对于上述温度传感器1000_1、1000_2与1000_m而言，在与其相连的PLC设备上的APP是完全相同的，这里以应用类型APPi来表示，即对传感器1000_1、1000_2与1000_m执行相同的监控任务与数据处理任务。同样，在PLC设备2000_3、2000m-1上也存在着完全相同的APP，即类型APPk来表示，用于对湿度传感器执行完全相同的监控与数据处理任务。如图所示，每个PLC设备2000从外部设备1000接收数据，并经由APP处理后传输给控制节点或远程控制中心RTC，图中以3000表示。这里需要指出的是，每个PLC设备可以连接到一个单独的控制中心3000，如图中PLC设备2000_1、2000_m分别连接到其各自的控制节点3000_1与3000_m；但同时，也可以一个或多个PLC共享一个公共的RTC，如图中PLC设备2000_2与2000_3均连接到一个控制节点3000_2。
根据本发明，所有这些PLC设备还进一步被网络互连在一起，图中以4000表示,由此这些PLC设备形成本地网络，从而实现PLC 设备2000_1～2000_m彼此之间的连通以实现简单高效的直接通信，而不需要借助其它第三方节点或设备，数据可以在本地网络中高速传输。这里需要指出的是，‘网络’可以是工业控制领域已知的任何工业协议网络，可按照本领域通用工业协议例如TCP/IP进行通信。
图2示出按照一个实施例的集群控制系统的示意图，作为一个示例，该集群控制系统是由PLC设备2000_2、2000_m和PLC设备2000_1构成，其中PLC设备2000_1通过网络4000与PLC设备2000_2、2000_m互连。如图中PLC设备2000_1所示，PLC设备2000_1包括扩展I/O模块101，中央处理单元102、存储器103、与外部工厂设备1000_1相连的输入模块104以及与控制节点3000_1相连的输出模块105。
扩展I/O模块101连接到网络4000，PLC设备2000_1通过该扩展I/O接口101与网络4000实现与PLC设备2000_2、2000_m之间的信息传输。在存储器103中存储用于实现与外部设备1000_1相关的特定任务的应用程序APPi，以1031表示。中央处理单元102执行存储器103中的应用程序APPi对通过输入模块104输入的外部数据进行必要的处理，然后将处理结果RESULT提供给输出模块105以传送到相关的控制节点3000_1。
按照本发明的一个实施例中，PLC设备2000_2、2000_m与PLC设备2000_1具有相同应用程序类型，因此在PLC设备2000_1中预先存储PLC设备2000_2、2000_m的特征，该特征包括PLC设备的身份标识与网络地址，例如IP地址、端口号或MAC地址等。优选地，可以在PLC设备2000_1的系统配置文件中设置有一个系统关联表T1，如图中标记2001所示，分别将关于PLC设备2000_2、2000_m的身份标识，IP地址、端口号或MAC地址等必要信息存储起来，以便PLC设备2000_1与PLC设备2000_2、2000_m进行通信。由此通过将PLC设备2000_1与具有相同应用程序类型的PLC设备2000_2、PLC设备2000_m关联起来，构建可配置成执行PLC设备2000_1上的特定任务 的集群控制系统。
与PLC设备2000_1类似，PLC设备2000_2也包括扩展输入/输出(I/O)接口101'、中央处理单元102'、存储器103'、输入模块104'及输出模块105'，PLC设备2000_m包括扩展输入/输出(I/O)接口101”、中央处理单元102”及存储器103”、输入模块104”及输出模块105”。这里PLC设备2000_2、2000_m中的扩展输入/输出(I/O)接口、中央处理单元、存储器、输入模块及输出模块与PLC设备2000_1中的各部件功能及实现方式完全一样。
与PLC设备2000_1类似，在预先确定了PLC设备2000_2与PLC设备例如2000_1、2000_m具有相同应用程序类型之后，可以在PLC设备2000_2的系统配置文件中设置的系统关联表T2(如图中标记2002所示)中预先存储PLC设备2000_1、2000_m的特征。由此通过将PLC设备2000_2与具有相同应用程序类型的PLC设备2000_1、PLC设备2000_m关联起来，构建可配置成执行PLC设备2000_2上的特定任务的集群控制系统。类似地，在PLC设备2000_m的系统配置文件中所设置的系统关联表Tm(如图中标记200m所示)中预先存储PLC设备2000_1、2000_2的特征，由此通过将PLC设备2000_m与具有相同应用程序类型的PLC设备2000_2、PLC设备2000_1关联起来，构建可配置成执行PLC设备2000_m上的特定任务的集群控制系统。
在本发明一个实施例中，在将PLC设备2000_1～2000_m通过网络4000互连后，可以根据每一个PLC设备上预先存储的应用程序类型而为其中的每一个PLC设备指定可构成集群控制系统的其它PLC设备成员。因此，每一个PLC设备均具有与其相关的集群控制系统，同时，任一个PLC设备发生故障时均不影响其它PLC设备组建集群控制系统，发生故障的PLC设备仅仅是自己无法形成或加入到集群控制系统里。
在本发明的一优选实施例中，可以由每一个PLC设备自主建立 其自已的集群控制系统。图3示出了根据本发明的一个实施例的控制设备的配置示意图。在本例中，仍PLC设备2000_1为例予以说明。如图所示，该PLC设备2000_1包括扩展I/O接口101、类型确定模块1020与标识模块1021。为简明起见，该PLC设备2000_1的其它部件模块例如输入模块104、输出模块105等未在图中示出。
如图3所示，类型确定模块1020可通过扩展I/O接口101监听网络4000上由其它控制设备2000_2至2000_m发送的特性信号，该特性信号包括用于指示每个设备的身份标识ID、用于指示该设备的网络地址信息，包括IP地址、端口号以及指示每个控制设备上所存储的应用程序APP类型的类型信息，例如对于PLC设备2000_1、2000_2、2000_m，其发送的特性信号中应用程序类型为APPi，而对于控制设备2000_3、2000m-1，其发送的应用程序类型为APPk。
随后，类型确定模块1020根据所接收的特性信号确定每一个设备上的应用程序类型。具体地，类型确定模块1020通过扩展I/O接口101接收来自PLC设备2000_2～2000_m的特性信号，并且从所述特性信号中解析出驻留在PLC设备2000_2～2000_m上的应用程序的类型。例如其通过解析来自PLC设备2000_2的特性信号可确定该控制设备所处理的应用程序类型为APPi。
标识模块1021用于将PLC设备2000_1与PLC设备2000_2～2000_m中、那些与PLC设备2000_1具有相同应用程序类型Appi的PLC设备相关联以构建集群控制系统。例如，在类型确定模块1020解析来自PLC设备2000_2的特性信号后，标识模块1021可确定PLC设备2000_2中驻留的应用程序类型为APPi与PLC设备2000_1上的应用程序相同，因此，标识模块1021将特性信号中包含的有关PLC设备2000_2的设备标识ID、IP网络地址、端口号等更新到其所维护的系统关联表T1中。类似地，在类型确定模块1020接收到PLC设备2000_3的特性信号时，通过分析来自PLC设备2000_3 的特性信号可确定该PLC设备2000_3的应用程序类型为APPk，标识模块1021确定与自身的任务类型APPi不同，因此，标识模块1021可忽略PLC设备2000_3，并进一步接收并处理其它PLC设备2000_4至2000_m的特性信号。由此标识模块1021可以将连接到网络4000的与PLC设备2000_1具有相同任务类型APPi的所有PLC设备更新到系统关联表T1中。这里，作为一个示例如图2所示，PLC设备2000_1确定与其具有相同应用程序类型的控制设备包括PLC设备2000_2以及2000_m。由于PLC设备2000_2以及2000_m与2000_1配置为均执行相同的应用程序以执行相同或类似的任务，因此按照本发明，可以将PLC设备2000_2以及2000_m配置为执行PLC设备2000_1上的特定任务，从而PLC设备2000_1、2000_2以及2000_m构成一个自主形成的集群控制系统。利用该自主形成的控制系统，PLC2000_1可以借助于2000_2、2000_m的运算能力，通过将其任务全部或部分地分配给2000_2、2000_m来请求2000_2、2000_m帮助完成其自身的任务，从而提高了在2000_1上完成任务的效率，也提高了2000_2、2000_m的资源使用率。
PLC设备2000_2～2000_m与PLC设备2000_1具有相同的结构。因此，类似地，PLC设备2000_2中的类型确定模块也接收并解析来自PLC设备2000_1、2000_3～2000_m的特性信号。例如其通过分析来自PLC设备2000_1的特性信号可确定该控设备中的应用程序类型为APPi，并由此标识模块可确定与自身的应用程序类型相同。因此，PLC设备2000_2中的标识模块将PLC设备2000_1的设备标识ID与网络地址等更新到其所维护的系统关联表T2中。类似地，在接收到2000_3的特性信号时，通过分析来自2000_3的特性信号可确定该PLC设备2000_3的应用程序类型为APPk，并确定与自身的任务类型APPi不同，因此，PLC设备2000_2中的标识模块可忽略2000_3，并进一步接收并处理其它PLC设备2000_4至2000_m的特性信号。由此可以将连 接到网络4000的与PLC2000_2具有相同任务类型APPi的所有PLC设备更新到系统关联表T2中。在本例中，PLC设备2000_2确定与其具有相同任务类型的控制设备包括PLC设备2000_1以及2000_m。从而PLC设备2000_2与2000_1以及2000_m构成一个集群控制系统。以此方式，可以分别在PLC设备2000_3～2000_m中建立各自的集群控制系统，如前所述，PLC设备2000_3至2000_m中的每一个都维护一个其自己的系统关联表T3～Tm，其中存储了与其具有相同任务类型的其它PLC设备的信息。
按照一个实施例，每个PLC设备的特性信号是周期性发送的。按照本发明的另一实施例，所述特性信号也可以是每个PLC设备响应于其它PLC设备的请求信号而发送的心跳信号，例如PLC设备2000_1可以在希望建立集群控制系统以请求共同执行任务时发出该请求信号。PLC设备通过扩展I/O接口101侦听网络4000来接收其它PLC设备广播的特性信号，并按照前面所述方式确认可组建集群控制系统的PLC设备并在系统关联表中维护各自的集群控制系统的成员信息。
作为一个变例，由PLC设备广播的请求信号可以包含该PLC设备的应用程序类型，由此，接收到该请求信号的PLC设备可判断该请求信号中包含的应用程序类型与其自身的应用程序类型是否相同，如果相同，则作为响应发送心跳信号。以此方式，由于仅有可组建集群控制系统的PLC设备发送响应，因此可降低对网络4000的资源占用。
在本发明的进一步实施例中，如图3所示，除了类型确定模块1020与标识模块1021之外，PLC设备2000_1还包括负荷监控模块1022、任务分配模块1023以及结果合并模块1024。负荷监控模块1022用于监听由PLC设备2000_1上的中央处理单元102执行应用程序Appi以实施其特定任务引起的工作负荷的水平，例如实时监测中央处理单 元102执行APPi或其它程序或进程引起的负荷变化。当负荷监控模块1022判断中央处理单元102的负荷水平大于某一预定阈值时，例如当中央处理单元102的负荷水平大于80％时则向任务分配模块1023发出报警信号。
任务分配模块1023在接收到该报警信号后，利用系统关联表T1确定可协助执行PLC设备2000_1上特定任务的集群控制系统中的其它PLC设备，例如PLC设备2000_2、2000_m，并将其当前的特定任务以及从工厂设备1000_1采集的数据通过扩展I/O接口101分别划分给PLC设备2000_2、2000_m，由PLC设备2000_2、2000_m协助执行所述特定任务来处理所采集的数据。
结果合并模块1024通过扩展I/O接口101接收PLC设备2000_2、2000_m执行所划分的PLC设备2000_1上的子任务而返回的结果，并对所述结果进行组合，从而生成原本由PLC设备2000_1中的应用程序Appi执行特定任务时所应生成的实际结果RESULT，并将该组合结果通过输出模块105提供给控制节点3000_1。
如上所述，负荷监控模块1022在判断中央处理单元102的负荷水平大于预定阈值时会发出报警信号，任务分配模块1023在接收到报警信号后会将PLC设备2000_1上的特定任务划分给集群控制系统中的PLC设备2000_2、PLC设备2000_m。在本例中，为了避免由于PLC设备2000_2或PLC设备2000_m当前正在执行其自身的任务而无法或不能高效地执行PLC设备2000_1上划分过来的任务，进而导致不必要的延迟或等待，按照本发明的该实施例，任务分配模块1023在接收到报警信号后，会进一步确认所述系统关联表T1中维护的集群控制系统中的所有PLC设备成员的当前工作负荷水平，并且仅将PLC设备2000_1上的特定任务划分给处于低工作负荷水平的有效的PLC设备。例如，如果PLC设备2000_2的当前工作负荷水平低于一阈值如40％，则PLC设备2000_2为有效的；而如果PLC设备2000_m 的当前工作负荷水平大于阈值40％，则PLC设备2000_m是无效的PLC设备。如此可保证执行PLC设备2000_1上的特定任务的集群控制系统高效运行。显然，PLC设备2000_1自己也属于集群控制系统中的有效PLC设备成员。
为了确认集群控制系统中的PLC设备成员的当前工作负荷水平，在一个示例中，任务分配模块1023可通过扩展I/O接口101分别向PLC设备2000_2、2000_m发出查询PLC设备2000_2、2000_m的当前工作负荷的请求，并分别从PLC设备2000_2、2000_m接收包含当前工作负荷水平值的响应信号。任务分配模块1023根据接收到的PLC设备2000_2、2000_m的当前工作负荷水平与阈值的比较来确定是否向相应的PLC设备划分任务。例如，在确定集群控制系统中的PLC设备2000_2和2000_m的当前工作负荷水平均小于40％时，所述任务分配模块1023将当前的特定任务及数据通过扩展I/O接口101分配给PLC设备2000_2、2000_m。而当集群控制系统中的任一PLC设备例如PLC设备2000_m的当前工作负荷水平大于40％时或者没有从PLC设备2000_m接收响应(PLC设备2000_m可能发生故障)，则可认定2000_m处于忙的状态，不适宜于分担2000_1上的任务。因此，PLC设备2000_1仅将任务在PLC设备2000_1与2000_2之间进行分配，或者完全分配给PLC设备2000_2。
图4示出按照一个实施例的控制设备执行任务分配的示例性示意图，在本例中，由控制设备中的任务分配模块1023执行任务分配。以PLC设备为例，如图所示，PLC设备中的任务分配模块1023在向系统关联表T中维护的集群控制系统中的各PLC设备分配特定任务时，可根据判定的当前有效的PLC设备的数量，将其特定任务按照一定的策略划分成n个子任务part_1，part_2，…part_n，如图中5000_1～5000_n所示。任务分配模块1023将这n个子任务分别分配给集群控制系统中当前有效的PLC设备2000_1，…2000_N。当PLC设 备2000_1，…2000_N执行完所分配的子任务part_1，part_2，…part_n后，结果合并模块1024就从PLC设备2000_1，…2000_N接收其执行的子结果Sub_Restul_1，……Sub_Result_n，如图中6000_1～6000_n所示，并对这些子结果进行合成以生成最终的结果RESULT。
在本发明的一个示例中，所划分的子任务的数量n小于或等于当前有效的PLC设备的数量N，其n≤N，该任务划分策略适合于所划分的子任务不会过长时间地占用集群控制系统中的各PLC设备的资源的情况。以前文描述的2000_1为例，当2000_1确认PLC设备2000_2、2000_m均有效时，PLC设备2000_1中的任务分配模块1023可将当前的任务划分成三份子任务part_1、part_2，part_3，并分配给PLC设备2000_1、2000_2、2000_m，从而由PLC设备2000_1、2000_2、PLC_m共同执行PLC设备2000_1上的任务。
用于划分特定任务的具体方式可以依据具体的任务而定，例如对于要求在一段任务周期例如1分钟内对传感器1000_1进行精确采样并进行数据处理的任务，PLC设备2000_1可将从传感器1000_1采集的数据按照每100ms的间隔将采样数据分别提供给PLC设备2000_1、PLC设备2000_2、2000_m，例如将第1个100ms内的采样数据提供给PLC设备2000_1，将第2个100ms内的采样数据提供给PLC设备2000_2，第3个100ms内的采样数据提供给PLC设备2000_m，以此类推，由PLC设备2000_1、2000_2、2000_m上的应用程序Appi来对采样数据进行处理。由于PLC设备2000_1释放了大部分任务执行的负担，因此可以进一步利用释放的资源来进行其它工作，例如加大采样频率，从而提高采样精度。相应地，PLC设备2000_1上的结果合并模块1024分别从PLC设备2000_1、2000_2、2000_m接收所处理的子结果result_1、result_2与result_3。可根据该定时策略，从PLC设备2000_1、2000_2、2000_m分别接收对第1个100ms内的采样数据的处理结果、对第2个100ms内的采样数据的处理结果、对第3个 100ms内的采样数据的处理结果，直到整个任务周期的处理结果。结果合并模块1024按照时间顺序合并这些处理子结果以生成最终的结果RESULT。
不难理解，对于在集群控制系统中存在着多个有效的PLC设备的情况，每个PLC设备也可以选择将所划分的子任务分配给这些有效的PLC设备中一部分PLC设备，而不是必须分配给全部有效的PLC设备。
在本发明的另一个示例中，所划分的子任务的数量大于集群控制系统中当前有效的PLC设备的数量N，即n>N，该任务划分策略适合于PLC设备2000_1上的特定任务耗费计算资源过重或耗时过长的情况，通过将这样的特定划分成更多的子任务(即大于构成集群控制系统的有效设备成员的数量)也可以避免所划分的子任务过多地占用设备成员的资源，影响设备成员执行其自身预定的将来任务。仍以前文描述的PLC设备2000_1为例，当PLC设备2000_1确认PLC设备2000_2、2000_m均有效并欲将任务在PLC设备2000_1、2000_2、2000_m之间进行划分时，PLC设备2000_1中的任务分配模块1023可将当前的任务划分成例如5份子任务，part_1、part_2、part_3、part_4以及part_5。PLC设备2000_1中的任务分配模块1023首先将子任务part_1、part_2、part_3将分配给PLC设备2000_1、2000_2、2000_m。在PLC设备2000_1接收到由PLC设备2000_1、2000_2、2000_m返回的子结果Sub_Restul_1、Sub_Restul_2、Sub_Restul_3后，会再次确认PLC设备2000_2或2000_m的当前负载水平是否仍低于阈值40％，这样做的目的在于PLC设备2000_2或2000_m在执行子任务part_2、part_3期间或之后可能被安排要执行其自身的任务。为避免影响PLC设备2000_2或2000_m执行其自身的任务，因此在该优选实施例中再次确认PLC设备2000_2或2000_m的当前负载水平是否仍低于阈值。如果PLC设备2000_2和2000_m均满足承担子任务的要求，则将剩 余的子任务part_4、part_5划分给PLC设备2000_2与2000_m，或者如果仅有一个PLC设备2000_2或2000_m满足承担子任务的要求，则将子任务part_5划分给满足要求的那个PLC设备，而子任务part_4仍由PLC设备2000_1执行。如果确认PLC设备2000_2与2000_m均不满足承担子任务的要求即当前负载水平都大于阈值40％，则由PLC设备2000_1自己执行剩余的子任务part_4、part_5，而不再划分给其它PLC设备成员。
此外，在上面实施例中，任务分配模块1023在划分任务时，仍将一部分子任务分配给PLC设备2000_1。在另一实施例中，任务分配模块1023也可以配置成将任务完全划分给集群控制系统中的其它PLC设备2000_2、2000_m。
这里的讨论的类型确定模块1020、标识模块1021、负荷监控模块1022、任务分配模块1023以及结果合并模块1024既可以以独立模块形式实现在PLC设备中，也可以以模块架构形式存在于PLC设备的中央处理单元102中。而在本发明的另一实施例中，类型确定模块1020、标识模块1021、负荷监控模块1022、任务分配模块1023以及结果合并模块1024是以程序模块的形式存储于存储器103中，如图5所示，图5示出按照另一个实施例的控制设备的配置示意图，其中由控制设备中的中央处理单元(CPU)102通过执行存储器103中存储的这些程序模块来实现上文说明书公开的类型确定模块1020、标识模块1021、负荷监控模块1022、任务分配模块1023以及结果合并模块1024的各项功能。
图6示出了作为本发明一个优选实施例的集群控制系统的工作流程图。按照前面实施例，一组PLC设备2000_1～2000_m通过网络4000互连在一起，可彼此之间进行通信。在本例中，仍以PLC设备2000_1为例来阐述该工作流程。
首先，在步骤601，PLC设备2000_1中的类型确定模块1020确 定设备2000_2至2000_m中每一个PLC设备上的执行与外部工厂设备1000_2至1000_m相关的特定任务的各应用程序类型。在本例中，PLC设备2000_1通过网络接收PLC设备2000_2～2000_m广播的特性信号，随后PLC设备2000_1从该特性信号确定驻留在PLC设备2000_2～2000_m中每一个上的应用程序的类型。
在步骤602，PLC设备2000_1中的标识模块1021确定PLC设备2000_2～2000_m中与其具有相同的应用程序类型APPi的那些PLC设备，例如确定PLC设备2000_2与2000_m上驻留的应用程序与PLC设备2000_1上的应用程序均用于采集外部设备的温度信息并进行相同的数据处理，即采用相同的应用程序来执行相同或类似的任务。
在步骤603，PLC设备2000_1将PLC设备2000_2、2000_m的身份标识(例如设备名称)和网络地址更新到系统关联表T1中，由此，通过网络互连的PLC设备2000_1、2000_2、2000_m被关联以形成一个集群控制系统，可配置成执行PLC设备2000_1上的任务。需要注意的是，在该步骤中，每个PLC设备也可以仅将被标识为具有相同应用程序类型的多个PLC设备中的一部分更新到系统关联表中来形成集群控制系统，例如可以设定每个集群控制系统中的PLC设备的数量不超过5个等。
在步骤604，当PLC设备2000_1根据从控制中心3000_1接收到指令执行特定任务时，由PLC设备中的负荷监控模块1022监控正在执行该特定任务的中央处理单元102的负荷水平，并确定中央处理单元102的负荷水平是否超过某一阈值例如80％。当负荷监控模块1022确定中央处理单元102的负荷水平没有超过阈值80％时，则进程前进到步骤S605,由中央处理单元102继续执行所述特定任务。而如果负荷监控模块1022确定中央处理单元102的负荷水平超过阈值80％时，则向任务分配模块1023发出报警信号，并且进程前进到步骤S606。
在步骤606，任务分配模块1023接收到报警信号后，确定系统关 联表T1中的PLC设备2000_2和2000_m的当前工作负荷水平。为此，在本例中，任务分配模块1023可利用系统关联表T1中维护的PLC设备2000_2和2000_m的身份标识以及地址信息如IP地址及端口号，向PLC设备2000_2和2000_m发送查询工作负荷水平的请求消息，PLC设备2000_2和2000_m在接收到该请求消息后发送确认响应，其中该响应中包含有关自身的工作负荷水平值。
随后在步骤607，根据所接收的确定响应中包含的PLC设备2000_2和2000_m的当前工作负荷水平值，PLC设备2000_1中的任务分配模块1023确定PLC设备2000_2和2000_m的工作负荷水平值是否低于某一阈值例如40％，并且仅将负荷水平值低于40％的PLC设备确定为有效的集群控制系统成员。
在步骤608，在任务分配模块102确定了有效的PLC设备后，例如假定2000_2和2000_m均为有效的PLC设备，PLC设备2000_1中的任务分配模块1023就可以将PLC设备2000_1上的特定任务分别划分给PLC设备2000_1、2000_2和2000_m，利用由PLC设备2000_1、2000_2和2000_m构成的集群控制系统来共同执行PLC设备2000_1的任务。
在步骤609，PLC设备2000_1上的结果合并模块1024接收PLC设备2000_1、2000_2和2000_m执行对应的子任务而返回的子结果，并组合所返回的子结果以构建当所述特定任务在由所述PLC设备2000_1上的应用程序APPi单独执行时的实际结果，并将该结果提供给控制节点3000_1。
图7示出按照一个实施例的任务划分流程图。如前所述，在步骤S608中，在任务分配模块102确定了有效的PLC设备后，PLC设备2000_1中的任务分配模块1023将PLC设备2000_1上的特定任务分别划分给PLC设备2000_1、2000_2和2000_m，图7示出了任务分配模块1023划分任务的流程。
如图所示，在步骤701，任务分配模块1023将PLC设备2000_1上要执行的特定任务分割成n个子任务。在本例中将任务划分成5个子任务part_1、part_2、part_3、part_4、part_5，并且在步骤在607中任务分配模块102确定了PLC设备2000_2和2000_m均是有效的。
在步骤702，任务分配模块1023将其中3个子任务part_1、part_2、part_3分配PLC设备2000_1、2000_2和2000_m。由此，这3个PLC设备执行所分配的子任务，并将对应于所分配的子任务的子结果通过网络4000以及扩展I/O接口101返回给结果合并模块1024。
在步骤703中，在结果合并模块1024接收到子结果后，PLC设备2000_1再次确认PLC设备200_2和2000_m的当前负载水平是否仍低于40％。如果PLC设备2000_2和2000_m均满足承担子任务的要求，则进程前进到步骤S704。在步骤S704，任务分配模块1023将剩余的子任务part_4、part_5划分给PLC设备2000_2与2000_m，或者如果仅有一个PLC设备2000_2或2000_m满足承担子任务的要求，则将子任务part_5划分给满足要求的那个PLC设备，而子任务part_4仍由PLC设备2000_1执行。如果在步骤703确认PLC设备2000_2与2000_m均不满足承担子任务的要求即当前负载水平都大于阈值40％，则进程前进到步骤S705。在步骤S705，由PLC设备2000_1自己执行剩余的子任务part_4、part_5，而不再划分给其它PLC设备成员。
在上面示例中，由任务分配模块1023在步骤701中所划分的子任务数量大于集群控制系统中有效成员数量。而在本发明的另一示例中，所划分的子任务的数量n可以小于或等于集群控制系统中有效的PLC设备的数量。因此，由于集群控制系统中有效的PLC设备可以一次性执行完所划分的所有任务，因此这里的步骤703是可以省略的。
图2-5中的控制设备的各模块组件可以包括处理器、电子设备、硬件设备、电子部件、逻辑电路、存储器、软件代码、固件代码等， 或者它们的任意组合。以上各实施例中，硬件模块可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC)来完成相应操作。硬件单元还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。技术人员还将认识到的是，结合本文公开内容描述的各种说明性的逻辑方框、模块、电路和方法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种互换性，上文围绕各种说明性的部件、方框、模块、电路和步骤的功能，已经对它们进行了一般性描述。至于这样的功能是实现为硬件还是软件，取决于特定的应用以及施加在整个系统上的设计约束。熟练的技术人员可以针对各特定的应用，以变通的方式来实现所描述的功能，但是这样的实现决策不应当被解释为引起脱离本公开内容的范围。例如在一种实现方式中，控制设备可以由包括处理器和存储器的控制设备实现，其中处理器通过执行存储器的程序或指令来实现图3所示的控制设备的各模块。因此，控制设备的各模块可视为与工厂外部设备和远程控制中心通信的程序模块，程序模块可以以操作系统、应用程序模块和其他程序模块的形式包含于控制设备中，并且还可以物理地存储在已知的若干存储器设备中。程序模块可以包括但是不限于：用于执行特定操作的例程、子例程、程序、对象、部件和数据结构或者一类将根据本发明描述的特定抽象数据。
本发明的方法可以通过中央处理单元CPU或处理器执行存储于存储器中的程序或指令来实现。本发明另一实施例提供的计算机可读介质上存储有计算机可读指令，该计算机可读指令在被处理器执行时，使处理器执行前述的任一种方法。具体地，可以提供配有计算机可读介质的系统或者装置，在该计算机可读介质上存储着实现上述实施例 中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机或处理器读出并执行存储在该计算机可读介质中的计算机可读指令。在这种情况下，从计算机可读介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此计算机可读代码和存储计算机可读代码的计算机可读介质构成了本发明的一部分。计算机可读介质的实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上或云上下载程序代码。
需要说明的是，上述各流程和控制设备结构图中不是所有的步骤和单元或模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。此外，本发明也并不是各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。

Claims (27)

  1. 一种控制方法，包括：
    确定通过网络互连的一组控制设备中的每一个控制设备上的应用程序类型；
    将所述一组控制设备中的第一控制设备与所述一组控制设备中的、与所述第一控制设备具有相同应用程序类型的至少一个第二控制设备相关联以构建可配置成执行所述第一控制设备上的一个特定任务的集群控制系统。
  2. 如权利要求1的方法，其中所述确定一组控制设备中的每一个控制设备上的应用程序类型包括：
    在所述第一控制设备上接收来自所述一组控制设备中的所有其它控制设备的特性信号，所述其它控制设备包括所述至少一个第二控制设备；
    从所述特性信号中解析出驻留在所述其它控制设备上的所述应用程序的类型。
  3. 如权利要求1或2的方法，进一步包括：
    判断由所述第一控制设备上的所述应用程序执行所述特定任务时引起的工作负荷水平是否超过第一阈值；
    当超过所述第一阈值时：
    确认所述集群控制系统中的所述至少一个第二控制设备的当前工作负荷水平；
    将所述特定任务分配给所述集群控制系统中的有效的第二控制设备，其中所述有效的第二控制设备的当前工作负荷水平低于第二阈值。
  4. 如权利要求3的方法，其中将所述特定任务分配给所述集群控制系统中的有效的第二控制设备包括：
    将所述特定任务划分成多个子任务，其中所述子任务的数量小于或等于所述有效的第二控制设备的数量；
    将所划分的所述多个子任务分配给所述有效的第二控制设备。
  5. 如权利要求3的方法，其中将所述特定任务分配给所述集群控制系统中的有效的第二控制设备包括：
    将所述特定任务划分成多个子任务，其中所述子任务的数量大于所述有效的第二控制设备的数量；
    将所划分的所述多个子任务的一部分分配给所述有效的第二控制设备；
    对于完成了所分配的子任务的所述有效的第二控制设备，再次确认其当前工作负荷水平是否仍低于所述第二阈值，其中当所述当前工作负荷水平低于所述第二阈值时，将所划分的子任务的剩余部分再次分配给仍低于所述第二阈值的有效的第二控制设备。
  6. 如权利要求4或5的方法，进一步包括：
    接收由分配有所述子任务的所述有效的第二控制设备通过执行所分配的子任务而返回的子结果，
    组合所返回的子结果以形成所述第一控制设备的实际输出结果。
  7. 如权利要求1-6之一的控制方法，其中所述控制方法由所述第一控制设备执行，且所述第一控制设备是所述一组控制设备中的任一设备。
  8. 一种位于通过网络互连的一组控制设备中的第一控制设备，包括：
    类型确定模块，用于确定所述一组控制设备中的每一个控制设备上的应用程序类型；
    标识模块，用于将所述第一控制设备与所述一组控制设备中的、与所述第一控制设备具有相同应用程序类型的至少一个第二控制设备相关联以构建可配置成执行所述第一控制设备上的一个特定任务的集群控制系统。
  9. 如权利要求8的第一控制设备，其中所述类型确定模块具体配置为：
    在所述第一控制设备上接收来自所述一组控制设备中的所有其它控制设备的特性信号，所述其它控制设备包括所述至少一个第二控制设备；
    从所述特性信号中解析出驻留在所述其它控制设备上的所述应用程序的类型。
  10. 如权利要求8或9的第一控制设备，进一步包括：
    负荷监控模块，用于判断由所述第一控制设备上的所述应用程序执行所述特定任务时引起的工作负荷的水平是否超过第一阈值；
    任务分配模块，用于当所述工作负荷的水平超过所述第一阈值时，确认所述集群控制系统中的所述至少一个第二控制设备的当前工作负荷水平；以及将所述特定任务分配给所述集群控制系统中的有效的第二控制设备，其中所述有效第二控制设备的当前工作负荷水平低于第二阈值。
  11. 如权利要求10的第一控制设备，其中所述任务分配模块具 体配置为：
    将所述特定任务划分成多个子任务，其中所述子任务的数量小于或等于所述集群控制系统中所述有效的第二控制设备的数量；
    将所划分的子任务分配给所述有效的第二控制设备。
  12. 如权利要求10的第一控制设备，其中所述任务分配模块具体配置为：
    将所述特定任务划分成多个子任务，其中所述子任务的数量大于所述有效的第二控制设备的数量；
    将所划分的子任务的一部分分配给所述有效的第二控制设备；
    对于完成了所分配的子任务的所述有效的第二控制设备，再次确认其当前工作负荷水平是否仍低于所述第二阈值，其中当所述当前工作负荷水平低于所述第二阈值时，将所划分的子任务的剩余部分再次分配给仍低于所述第二阈值的有效的第二控制设备。
  13. 如权利要求11或12的第一控制设备，进一步包括：
    结果合并模块，用于接收由分配有所述子任务的所述有效的第二控制设备通过执行所分配的子任务而返回的子结果，以及组合所返回的子结果以形成所述第一控制设备的实际输出结果。
  14. 如权利要求8-13之一的第一控制设备，其中所述第一控制设备是所述一组控制设备中的任一设备。
  15. 一种控制系统，包括：
    选自通过网络互连的一组控制设备中的第一控制设备；以及
    选自所述一组控制设备中的至少一个第二控制设备，
    其中所述第一控制设备与所述至少一个第二控制设备具有相 同的应用程序类型以构建可配置成执行所述第一控制设备上的一个特定任务的集群控制系统。
  16. 如权利要求15的控制系统，其中所述第一控制设备具体包括：
    类型确定模块，用于确定所述一组控制设备中的每一个控制设备上的所述应用程序类型；
    标识模块，用于将所述第一控制设备与所述一组控制设备中的、与所述第一控制设备具有相同应用程序类型的所述至少一个第二控制设备相关联以构建可配置成执行所述特定任务的集群控制系统。
  17. 如权利要求16的控制系统，其中所述类型确定模块具体配置为：在所述第一控制设备上接收来自所述一组控制设备中的所有其它控制设备的特性信号，所述其它控制设备包括所述至少一个第二控制设备；以及从所述特性信号中解析出驻留在所述其它控制设备上的所述应用程序的类型。
  18. 如权利要求15-17之一的控制系统，其中所述第一控制设备进一步包括：
    负荷监控模块，用于判断由所述第一控制设备上的所述应用程序执行所述特定任务时引起的工作负荷的水平是否超过第一阈值；
    任务分配模块，用于当所述工作负荷的水平超过所述第一阈值时，确认所述集群控制系统中的所述至少一个第二控制设备的当前工作负荷水平；以及将所述特定任务分配给所述集群控制系统中有效的第二控制设备，其中所述有效的第二控制设备的当前工作负荷水平低于第二阈值。
  19. 如权利要求18的控制系统，其中所述任务分配模块具体配置为：
    将所述特定任务划分成多个子任务，其中所述子任务的数量小于或等于所述集群控制系统中所述有效的第二控制设备的数量；
    将所划分的子任务分配给所述有效的第二控制设备。
  20. 如权利要求18的控制系统，其中所述任务分配模块具体配置为：
    将所述特定任务划分成多个子任务，其中所述子任务的数量大于所述集群控制系统中所述有效的第二控制设备的数量；
    将所划分的所述多个子任务的一部分分配给所述有效的第二控制设备；
    对于完成了所分配的子任务的所述有效的第二控制设备，再次确认其当前工作负荷水平是否仍低于所述第二阈值，其中当所述当前工作负荷水平低于所述第二阈值时，将所划分的子任务的剩余部分再次分配给仍低于所述第二阈值的有效的第二控制设备。
  21. 如权利要求19或20的控制系统，其中所述第一控制设备进一步包括：
    结果合并模块，用于接收由分配有所述子任务的所述有效的第二控制设备通过执行所分配的子任务而返回的子结果，以及组合所返回的子结果以形成所述第一控制设备的实际输出结果。
  22. 如权利要求15-21之一的控制系统，其中所述第一控制设备是所述一组控制设备中的任一设备。
  23. 如权利要求15的控制系统，其中所述第一控制设备包括：
    存储器，其上存储有可执行的指令；
    处理器，配置成执行所述指令以实现权利要求1-7的方法。
  24. 一种控制设备，包括：
    存储器，其上存储有可执行的指令；
    处理器，配置成执行所述指令以实现权利要求1-7的方法。
  25. 一种计算机可读介质，其上存储有可执行的指令，当所述指令由所述处理器执行时，使所述处理器实现权利要求1-7任一项所述的方法。
  26. 一种计算机程序产品，包括存储在存储介质上的计算机可读程序，所述计算机可读程序包括程序代码，当所述程序代码由所述处理器执行时，使所述处理器实现权利要求1-7任一项所述的方法。
  27. 一种计算机程序，包括可执行的代码，其中当所述代码由处理器执行时，使所述处理器实现权利要求1-7任一项所述的方法。
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