分布式软件定义的工业系统技术方案

本文描述了用于实现软件定义的工业系统的各种系统和方法。例如，具有分布式节点的经编排系统可以运行应用，包括在分布式节点上实现的模块。响应于节点故障，可以将模块重新部署到替换节点。在示例中，在可编排的分布式系统的上下文中提供了自描述性控制应用和软件模块。自描述性控制应用可以由编排器或类似的控制设备执行，并使用模块清单来生成控制系统应用。例如，工业系统的边缘控制节点可以包括片上系统，该片上系统包括微控制器(MCU)以用于转换IO数据。片上系统包括处于初始非活动状态的中央处理单元(CPU)，该中央处理单元可响应于激活信号而被改变为激活状态。

Industrial system defined by distributed software

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分布式软件定义的工业系统优先权要求本申请要求于2017年11月16日提交的标题为“分布式软件定义的工业系统(DISTRIBUTEDSOFTWAREDEFINEDINDUSTRIALSYSTEMS)”的美国临时专利申请序列号62/587,227和于2017年12月29日提交的标题为“分布式软件定义的工业系统(DISTRIBUTEDSOFTWAREDEFINEDINDUSTRIALSYSTEMS)”的美国临时专利申请序列号62/612,092的优先权，上述临时申请的整体通过引用并入本文。
本文描述的实施例总体上涉及分布式和互连的设备网络内的数据处理和通信，并且尤其涉及用于定义从可配置的物联网设备和设备网络提供的软件定义的工业系统(SDIS)的操作的技术。
技术介绍
工业系统被设计为捕获现实世界的仪器(例如，传感器)数据并实时地执行响应，同时可靠且安全地操作。用于这种工业系统的使用的物理环境可能是严酷的，并且会遇到温度、振动和湿度的大范围变化。由于许多静态配置的I/O和子系统缺乏在没有完全关闭设备的情况下在工业系统内进行更新的灵活性，因此可能难以实现对系统设计的小更改。随着时间的流逝，正确操作工业系统所需的增量更改可能变得过于复杂，并导致显著的管理复杂性。另外，许多工业控制系统遇到昂贵的运营和资本支出，并且许多控制系统的体系结构不是为了利用最新的信息技术进步而设计的。物联网(IoT)技术以及软件定义的技术(例如虚拟化)的发展已经导致了许多形式的电信、企业和云系统中的技术进步。实时虚拟化、高可用性且具备安全性的、软件定义的系统和联网的技术进步已经在此类系统中提供了改进。然而，IoT设备可能在物理上是异构的，并且它们的软件也可能是异构的(或者随着时间的推移可能越来越异构)，使得这种设备的管理变得复杂。尽管工业自动化和系统中已经发生了技术进步，但只研究了有限的方法来利用IoT设备和IoT框架。此外，由于新技术的高成本和未经证实的可靠性，工业界一直不愿在工业系统和自动化中采用新技术。这种不情愿意味着通常只尝试增量的改变；而且即便这样，仍有许多新技术表现不佳或花了很长时间才上线的例子。结果，IoT技术和软件定义的技术的大规模部署尚未成功地适应工业。附图说明在附图中(这些附图不一定是按比例绘制的)，同样的数字可描述不同视图中的类似组件。具有不同的字母后缀的相同的数字可表示类似组件的不同实例。在所附附图的图中通过示例的方式而非限制性地图示出一些实施例，其中：图1A图示出根据第一示例的软件定义的基础设施(SDIS)操作架构的配置；图1B图示出根据第二示例的SDIS操作架构的配置；图2A图示出根据示例的可在图1A的SDIS操作架构内部署的实时高级计算子系统的配置；图2B图示出根据示例的可在图1A的SDIS操作架构内部署的边缘控制节点子系统的配置；图3A图示出根据示例的可在图1B的SDIS操作架构内部署的实时高级计算子系统的配置；图3B和图3C图示出根据示例的可在图1B的SDIS操作架构内部署的云计算和边缘计算子系统的配置；图4图示出根据示例的在SDIS操作架构内使用的控制消息总线的配置；图5A图示出根据示例的用于部署SDIS子系统的第一网络配置；图5B图示出根据示例的用于部署SDIS子系统的第二网络配置；图6图示出根据示例的用于在SDIS操作架构中动态更新数据模型的示例场景中的协议；图7图示出根据示例的用于在SDIS操作架构中生成和利用动态更新的数据模型的流程图；图8图示出根据示例的用于将动态更新的数据模型与SDIS操作架构一起合并到使用中的方法的流程图；图9图示出根据示例的在SDIS操作架构中动态建立的编排操作集合；图10图示出根据示例的基于分布式系统构建块的级联控制应用的编排布置；图11图示出根据示例的用于编排场景的控制策略的应用分布映射；图12图示出根据示例的适于处理功能块应用定时依赖性的编排场景；图13图示出根据示例的在协调器的控制下用于应用的编排资产部署；图14图示出根据示例的用于分布式控制应用策略的编排序列的流程图。图15图示出根据示例的用于使用分布式资源池来编排分布式任务关键型工作负荷和应用的方法的流程图；图16A图示出根据示例的编排引擎与相关联的模块之间的编排的场景；图16B图示出根据示例的编排引擎与包括传统模块的相关联的模块之间的编排的场景；图17A图示出根据示例的具有可编排设备的编排的场景；图17B图示出根据示例的具有传统设备的编排的场景；图18图示出根据示例的在单级编排环境中的工作负荷编排的经协调场景；图19图示出根据示例的编排的功能分层结构；图20图示出根据示例的通用分层编排解决方案的部署；图21图示出了根据示例的提供有从节点的使用的分层编排；图22图示出根据示例的用于在分层编排场景中使用的从节点的工作流；图23图示出根据示例的适于协调和实现编排自我监视功能的监视和反馈控制器的配置；图24图示出根据示例的用于在传统设置中编排设备的示例方法的流程图；图25图示出根据示例的工业控制应用场景；图26图示出根据示例的由控制应用图表示的控制应用的概述；图27图示出根据示例的用于实现控制应用的自描述性软件模块定义；图28图示出根据示例的用于自动评价软件模块替代实现的架构；图29图示出根据示例的用于评价软件模块的替代实现的方法的流程图；图30A图示出根据示例的用于实现自描述性可编排软件模块的方法的流程图；图30B图示出根据示例的用于在SDIS系统实现中使用自描述性可编排软件模块的方法的流程图；图31图示出根据示例的基于PLC的工业控制系统；图32图示出根据示例的多层现场设备总线；图33图示出根据示例的IO转换器功能；图34图示出根据示例的IO转换器冗余；图35A-图35B图示出根据示例的用于实现多层现场设备总线的方法的流程图；图36图示出根据示例的具有产生的警报的过程的示例；图37图示出根据示例的动态智能警报；图38图示出根据示例的用于动态警报控制的方法的流程图；图39以示例图图示出自主控制-学习集成流程；图40图示出根据示例的用于管理用于工业控制系统的新算法的自主创建的方法的流程图；图41图示出工业控制系统环形拓扑图；图42图示出边缘控制拓扑图；图43图示出边缘控制节点拓扑图；图44图示出基于边缘控制节点的环形拓扑图；图45图示出通过基于边缘控制节点的环形拓扑的数据流；图46A图示出根据示例的用于激活边缘控制节点的处理器的方法的流程图；图46B图示出根据示例的用于激活CPU的方法的流程图；图47图示出示例应用连接图；图48图示出具有备用节点的应用的示例架构图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业控制系统的边缘控制节点，包括：/n输入/输出(IO)子系统，其用于从现场设备接收信号并生成IO数据；以及/n片上系统，其包括：/n联网组件，其通信耦合到网络；/n微控制器(MCU)，其用于转换来自所述IO子系统的所述IO数据，并通过所述联网组件将转换后的数据经由网络发送到编排服务器；以及/n中央处理单元(CPU)，其最初处于非活动状态，用于响应于在所述边缘控制节点处通过所述联网组件从所述编排服务器接收到激活信号而变为激活状态。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171116 US 62/587,227;20171229 US 62/612,0921.一种工业控制系统的边缘控制节点，包括：
输入/输出(IO)子系统，其用于从现场设备接收信号并生成IO数据；以及
片上系统，其包括：
联网组件，其通信耦合到网络；
微控制器(MCU)，其用于转换来自所述IO子系统的所述IO数据，并通过所述联网组件将转换后的数据经由网络发送到编排服务器；以及
中央处理单元(CPU)，其最初处于非活动状态，用于响应于在所述边缘控制节点处通过所述联网组件从所述编排服务器接收到激活信号而变为激活状态。


2.如权利要求1所述的边缘控制节点，其特征在于，所述CPU的所述激活状态包括低功率模式和高功率模式。


3.如权利要求1所述的边缘控制节点，其特征在于，所述CPU还被配置为用于在经过一段时间的所述激活状态之后，从所述编排服务器接收去激活信号，并且作为响应，返回到所述非活动状态。


4.如权利要求1所述的边缘控制节点，其特征在于，所述边缘控制节点是所述工业控制系统中的多个边缘控制节点之一，所述多个边缘控制节点包括在所述CPU被激活之后具有非活动的CPU的至少一个边缘控制节点。


5.如权利要求1所述的边缘控制节点，其特征在于，所述CPU基于所述编排服务器确定所述CPU将被激活以满足针对所述工业控制系统的控制策略而被激活。


6.如权利要求1所述的边缘控制节点，其特征在于，所述联网组件是时间敏感的网络以太网交换机。


7.如权利要求1所述的边缘控制节点，其特征在于，所述网络具有环形拓扑，所述环形拓扑具有将所述网络连接至所述编排服务器的桥设备。


8.如权利要求1所述的边缘控制节点，其特征在于，所述CPU还用于从所述编排服务器接收处理指令，所述CPU用于在处于所述激活状态时执行所述处理指令。


9.一种方法，用于执行如权利要求1-8中任一项所述的操作。


10.至少一种机器可读介质，包括用于计算系统的操作的指令，所述指令在被机器执行时，使所述机器执行如权利要求1-8中任一项所述的操作。


11.一种装置，包括处理电路，所述处理电路适于：
标识可用软件模块的操作方面，所述可用软件模块适于在控制系统环境中执行功能操作；
从模块清单中标识操作特性，其中所述操作特性定义供所述可用软件模块执行控制系统应用的环境；
基于所述可用软件模块的所标识的操作方面以及从所述模块清单中标识出的操作特性，选择所述可用软件模块中的软件模块；以及
导致在所述控制系统环境中执行所选择的软件模块，其中所述执行根据所述控制系统应用的应用规范来发生。


12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述可用软件模块的所述操作方面涉及以下中的一个或多个：通信接口、起始参数、平台要求、依赖性、部署要求或签名。


13.如权利要求11所述的装置，所述处理电路还适于：基于所述操作特性和所选择的软件模块，生成用于控制系统应用的所述应用规范；
其中所述应用规范定义所选择的软件模块的控制参数的值。


14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述应用规范指示从所选择的软件模块到...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·沃海比，J·文森特，K·史密斯，R·查韦斯，M·雅维斯，S·M·布朗，J·乌耶莱特，R·E·克朗斯什纳贝尔，M·J·施奈德，C·D·卢希奥，A·N·哈塔尔卡，S·加吉，C·拉斯伯恩，A·R·贝克，X·张，R·K·托马斯，M·谢蒂，A·奈吉，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US