引言

現場總線的出現促進了現場設備的數字化和網絡化，并且使現場控制的功能功咿大。它基本上可以很好地解決DCS所存在的問題。基于現場總線產品的控制系統（FCS）將是工業現場控制系統的發展方向。不過目前統一的總線通訊協議尚未形成，雖然現場總線在其它領域應用較多，如：智能建筑，但是在現場控制系統中應用的并不是十分廣泛。

針對目前控制系統中存在的問題，考慮到長遠發展趨勢和實際情況，國內已經提出現場總線和DCS網絡集成的現場控制系統。同時，許多生產廠家推出了遠程智能I/O裝置，作為DCS向FCS發展的中間過度產品。

但不管怎樣改進，其控制系統的可靠性都是通過單個設備的可靠性和關鍵部件的冗余來實現的。有鑒于此，我們借鑒了分布式人工智能領域中智能代理協同工作的思想，提出一種基于IA（Intelligent Agent）思想的現場總線控制系統的研究思路。本文就該思路的學術構想、有關IA理論及其基于IA思想的現場總線控制系統的工作原理和實施方案進行了探討。

1、IA有關理論

隨著計算機網絡及其基于網絡的分布計算技術的發展，智能Agent技術已經成為人工智能領域一個新的研究熱點。那究竟什么是Intelligent Agent呢？

廣義的Intelligent Agent包括人類、物理世界里的移動機器人和信息世界中的軟件機器人。狹義的Intelligent Agent是指信息世界中的軟件機器人或機器。具體地說，能完成一定任務的一臺計算機就可算是一個Agento它是代表用戶或其他程序，以主動服務的方式完成一組操作的機動計算實體。這里講的“主動服務”有兩層含義，一方面是指主動適應：即在完成操作的過程中，利用關于操作對象的知識以及關于用戶意圖和偏好的知識；另一方面是指主動代理：即對一些任務無須用戶發出具體指令，只要當前狀態符合某種條件，就可以代表用戶或其他程序完成相應的操作。

Intelligent Agent具有以下一些特性：

（1）代理性（Agent）；

（2）智能性（Intelligent）；

（3）自主性（Autonomy）；

（4）移動性（Mobility）。

一個系統中一般有多個Intelligent Agent，這樣的系統就稱為多Agent系統。多Agent系統必須找出一種使各個Agent能夠協同工作的適當方法。這種方法是建立在多個Agent系統資源共享和各Agent自主性之上的。雖然獨立的Agent有各自分散的目標、知識和推理過程，但它們之間必須有一種方法能夠相互協調、相互幫助以找到整個系統的目標。這樣，多個Agent完成整個系統目標的過程便稱為多Agent之間的協作及協商［刻。它一直是多Agent系統研究的核心問題。它的實現涉及到多Agent系統的組織結構、通信、開發方法和智能體編程語言等問題。

在此，我們最關心的是多Agent系統之間的通信。它包含3個方面的內容：通信范式、通信協議和通信語言。多Agent系統的通信范式有共享全局內存、消息傳遞及二者的結合。它的通信協議包含3種含義：網絡傳輸協議、高層交互行框架和對所交換的通信原語的約束。至于多Agent系統之間的通信語言有以下要求：形式簡單，易于理解，語法可開展，方便與其它系統集成，內容具有層次性，語義規范，能保證Agent間通信的可靠性和安全性等等。

2、系統原理與實現方案

根據以上Intelligent Agent協同工作的思想，我們提出了一種基于IA思想的現場總線控制系統。

何謂基于IA的現場總線控制系統呢？即在一個現場總線控制系統中，各個控制節點、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，通過它們之間的協同工作來實現多Agent之間的協作及協商思想，從而共同完成整個控制系統的任務，以提高系統的可靠性和穩定性。

在傳統的DCS系統中，計算機和各個智能儀表便可以構成了一個個Intelligent Agent單元。我們在采用現場總線作為網絡結構的基礎上，提升網絡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個Intelligent Agent。基于IA思想的現場總線控制系統的工作原理大致可用圖1來簡單說明。

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，它們負責各自節點的控制任務，并定期給各自節點的智能儀表發送存在信號。整個控制系統采用總線式結構，以便于控制節點的擴充和通信。

在傳統的DCS或FCS系統中，整個系統的可靠性是建立在關鍵部件控制器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便癱瘓。為了確保整個系統的可靠性，一般需要給控制器C1和C2作一備份控制器。這樣一來，整個系統的工程造價便變得十分昂貴，性能價格比低下。

而基于IA思想的總線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接收現場信號，并負責執行機構E1的控制任務；控制器C2從智能儀表I2接收現場信號，并負責執行機構E2的控制任務。兩個小系統之間互不干擾，相互獨立地工作。當事故發生時，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發送現場信號，C1重新把控制任務接管過來。這樣就實現了依靠各個智能代理之間的合作來提高整個系統的可靠性，而不需要通過單個設備的可靠性和關鍵部件的冗余來提高整個系統的可靠性的做法。

另外，由于各個控制節點之間可以任意通信，當面對復雜的控制任務時，可以通過多個控制器代理來協同完成該任務。

實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，結合現有總線控制系統的特點，以CAN總線作為整個系統的通信平臺。在此，我們只要在設計每個Intelligent Agent的時候，給每個模塊加上CAN通信控制器芯片和CAN總線收發器芯片，通信線路只需普通雙絞線即可，這樣便可實現各個Intelligent Agent之間的任意通信。同時以單片機系統作為硬件支撐，用C51語言作為軟件開發工具，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，從而構成整個基于IA的自動控制系統。

總的來說，與現存的各種現場總線控制系統相比較，該系統具有以下優點：

（1）不同于現有控制系統通過單個設備的可靠性和關鍵部件的冗余來提高整個系統的可靠性的做法，依靠各個智能代理之間的合作來提高可靠性。這樣，單個智能代理的可靠性不一定高，但整個系統的可靠性很高。

（2）整個控制系統在處理系統故障等異常突發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。在現場總線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，對于復雜的任務可以通過多個代理的協同工作來完成。

3、結論

本論文的研究是在Intelligent Agent的理論基礎上，針對當今各種現場控制中存在的不足，進行改進嘗試。目前本研究項目已經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。期望最終實現具有成本低、可靠性高、智能化等特點的現場總線控制系統。

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