一种基于IA思想的现场总线控制系统在水工业中的应用

2、系统原理与实现方案

根据以上Intelligent Agent协同工作的思想，我们提出了一种基于IA思想的现场总线控制系统。

何谓基于IA的现场总线控制系统呢？即在一个现场总线控制系统中，各个控制节点、智能仪表为具有一定智能的自主代理，它们具有Intelligent Agent的一些特性，通过它们之间的协同工作来实现多Agent之间的协作及协商思想，从而共同完成整个控制系统的任务，以提高系统的可靠性和稳定性。

在传统的DCS系统中，计算机和各个智能仪表便可以构成了一个个Intelligent Agent单元。我们在采用现场总线作为网络结构的基础上，提升网络中所连接的智能仪表、控制器等的功能，加之一定软、硬件就可以将其设计成为一个个Intelligent Agent。基于IA思想的现场总线控制系统的工作原理大致可用图1来简单说明。

在上图中，I1占、E1、E2、C1、C2均为Intelligent Agent单元，I1、I2为智能仪表，它们负责信号采集及预处理，并确定将信号发往何处；E1、E2为智能执行机构；C1、C2为控制器，它们负责各自节点的控制任务，并定期给各自节点的智能仪表发送存在信号。整个控制系统采用总线式结构，以便于控制节点的扩充和通信。

在传统的DCS或FCS系统中，整个系统的可靠性是建立在关键部件控制器C1和C2的身上。一旦C1或C2出现故障，则它们所负责的控制节点便瘫痪。为了确保整个系统的可靠性，一般需要给控制器C1和C2作一备份控制器。这样一来，整个系统的工程造价便变得十分昂贵，性能价格比低下。

而基于IA思想的总线控制系统又是如何工作的呢？

正常工作情况下，控制器Cl从智能仪表I1接收现场信号，并负责执行机构E1的控制任务；控制器C2从智能仪表I2接收现场信号，并负责执行机构E2的控制任务。两个小系统之间互不干扰，相互独立地工作。当事故发生时，例如：C1出现故障，I1不能接收到C1的存在信号，便确认CI出现故障，于是将现场信号传送给控制器C2；C2在完成其正常的工作情况下，承担起C1的工作，使整个系统仍能正常地运行工作。当C1恢复正常以后，I1停止向C2发送现场信号，C1重新把控制任务接管过来。这样就实现了依靠各个智能代理之间的合作来提高整个系统的可靠性，而不需要通过单个设备的可靠性和关键部件的冗余来提高整个系统的可靠性的做法。

另外，由于各个控制节点之间可以任意通信，当面对复杂的控制任务时，可以通过多个控制器代理来协同完成该任务。

实现该控制系统的具体方案如下：

考虑到本系统降低成本的要求，结合现有总线控制系统的特点，以CAN总线作为整个系统的通信平台。在此，我们只要在设计每个Intelligent Agent的时候，给每个模块加上CAN通信控制器芯片和CAN总线收发器芯片，通信线路只需普通双绞线即可，这样便可实现各个Intelligent Agent之间的任意通信。同时以单片机系统作为硬件支撑，用C51语言作为软件开发工具，使其与传统的传感器和执行机构构成智能信号检测代理和智能执行代理，从而构成整个基于IA的自动控制系统。

总的来说，与现存的各种现场总线控制系统相比较，该系统具有以下优点：

（1）不同于现有控制系统通过单个设备的可靠性和关键部件的冗余来提高整个系统的可靠性的做法，依靠各个智能代理之间的合作来提高可靠性。这样，单个智能代理的可靠性不一定高，但整个系统的可靠性很高。
（2）整个控制系统在处理系统故障等异常突发事件方面具有智能性。具有智能的自主代理知道在什么情况下将信息传送到何处，该做何种处理，处理功能具有智能化。
（3）系统的性能如可靠性和快速性可以具有很好的扩展性。在现场总线上可以增加控制器代理或其他信息处理代理，并在系统中注册。这样，对于复杂的任务可以通过多个代理的协同工作来完成。

3、结论

本论文的研究是在Intelligent Agent的理论基础上，针对当今各种现场控制中存在的不足，进行改进尝试。目前本研究项目已经完成硬件平台和软件的设计调试工作，正处于系统调试阶段。期望最终实现具有成本低、可靠性高、智能化等特点的现场总线控制系统。