一種基于IA思想的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統在水工業(yè)中的應用

2、系統原理與實(shí)現方案

根據以上Intelligent Agent協(xié)同工作的思想，我們提出了一種基于IA思想的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。

何謂基于IA的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統呢？即在一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統中，各個(gè)控制節點(diǎn)、智能儀表為具有一定智能的自主代理，它們具有Intelligent Agent的一些特性，通過(guò)它們之間的協(xié)同工作來(lái)實(shí)現多Agent之間的協(xié)作及協(xié)商思想，從而共同完成整個(gè)控制系統的任務(wù)，以提高系統的可靠性和穩定性。

在傳統的DCS系統中，計算機和各個(gè)智能儀表便可以構成了一個(gè)個(gè)Intelligent Agent單元。我們在采用現場(chǎng)總線(xiàn)作為網(wǎng)絡(luò )結構的基礎上，提升網(wǎng)絡(luò )中所連接的智能儀表、控制器等的功能，加之一定軟、硬件就可以將其設計成為一個(gè)個(gè)Intelligent Agent?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/IA思想">IA思想的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的工作原理大致可用圖1來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明。

在上圖中，I1占、E1、E2、C1、C2均為Intelligent Agent單元，I1、I2為智能儀表，它們負責信號采集及預處理，并確定將信號發(fā)往何處；E1、E2為智能執行機構；C1、C2為控制器，它們負責各自節點(diǎn)的控制任務(wù)，并定期給各自節點(diǎn)的智能儀表發(fā)送存在信號。整個(gè)控制系統采用總線(xiàn)式結構，以便于控制節點(diǎn)的擴充和通信。

在傳統的DCS或FCS系統中，整個(gè)系統的可靠性是建立在關(guān)鍵部件控制器C1和C2的身上。一旦C1或C2出現故障，則它們所負責的控制節點(diǎn)便癱瘓。為了確保整個(gè)系統的可靠性，一般需要給控制器C1和C2作一備份控制器。這樣一來(lái)，整個(gè)系統的工程造價(jià)便變得十分昂貴，性能價(jià)格比低下。

而基于IA思想的總線(xiàn)控制系統又是如何工作的呢？

正常工作情況下，控制器Cl從智能儀表I1接收現場(chǎng)信號，并負責執行機構E1的控制任務(wù)；控制器C2從智能儀表I2接收現場(chǎng)信號，并負責執行機構E2的控制任務(wù)。兩個(gè)小系統之間互不干擾，相互獨立地工作。當事故發(fā)生時(shí)，例如：C1出現故障，I1不能接收到C1的存在信號，便確認CI出現故障，于是將現場(chǎng)信號傳送給控制器C2；C2在完成其正常的工作情況下，承擔起C1的工作，使整個(gè)系統仍能正常地運行工作。當C1恢復正常以后，I1停止向C2發(fā)送現場(chǎng)信號，C1重新把控制任務(wù)接管過(guò)來(lái)。這樣就實(shí)現了依靠各個(gè)智能代理之間的合作來(lái)提高整個(gè)系統的可靠性，而不需要通過(guò)單個(gè)設備的可靠性和關(guān)鍵部件的冗余來(lái)提高整個(gè)系統的可靠性的做法。

另外，由于各個(gè)控制節點(diǎn)之間可以任意通信，當面對復雜的控制任務(wù)時(shí)，可以通過(guò)多個(gè)控制器代理來(lái)協(xié)同完成該任務(wù)。

實(shí)現該控制系統的具體方案如下：

考慮到本系統降低成本的要求，結合現有總線(xiàn)控制系統的特點(diǎn)，以CAN總線(xiàn)作為整個(gè)系統的通信平臺。在此，我們只要在設計每個(gè)Intelligent Agent的時(shí)候，給每個(gè)模塊加上CAN通信控制器芯片和CAN總線(xiàn)收發(fā)器芯片，通信線(xiàn)路只需普通雙絞線(xiàn)即可，這樣便可實(shí)現各個(gè)Intelligent Agent之間的任意通信。同時(shí)以單片機系統作為硬件支撐，用C51語(yǔ)言作為軟件開(kāi)發(fā)工具，使其與傳統的傳感器和執行機構構成智能信號檢測代理和智能執行代理，從而構成整個(gè)基于IA的自動(dòng)控制系統。

總的來(lái)說(shuō)，與現存的各種現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統相比較，該系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不同于現有控制系統通過(guò)單個(gè)設備的可靠性和關(guān)鍵部件的冗余來(lái)提高整個(gè)系統的可靠性的做法，依靠各個(gè)智能代理之間的合作來(lái)提高可靠性。這樣，單個(gè)智能代理的可靠性不一定高，但整個(gè)系統的可靠性很高。
（2）整個(gè)控制系統在處理系統故障等異常突發(fā)事件方面具有智能性。具有智能的自主代理知道在什么情況下將信息傳送到何處，該做何種處理，處理功能具有智能化。
（3）系統的性能如可靠性和快速性可以具有很好的擴展性。在現場(chǎng)總線(xiàn)上可以增加控制器代理或其他信息處理代理，并在系統中注冊。這樣，對于復雜的任務(wù)可以通過(guò)多個(gè)代理的協(xié)同工作來(lái)完成。

3、結論

本論文的研究是在Intelligent Agent的理論基礎上，針對當今各種現場(chǎng)控制中存在的不足，進(jìn)行改進(jìn)嘗試。目前本研究項目已經(jīng)完成硬件平臺和軟件的設計調試工作，正處于系統調試階段。期望最終實(shí)現具有成本低、可靠性高、智能化等特點(diǎn)的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。