一種基于IA思想的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在水產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)促進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，并且使現(xiàn)場(chǎng)控制的功能功咿大。它基本上可以很好地解決DCS所存在的題目?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的控制系統(tǒng)（FCS）將是產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。不過(guò)目前同一的總線通訊協(xié)議尚未形成，固然現(xiàn)場(chǎng)總線在其它領(lǐng)域應(yīng)用較多，如：智能建筑，但是在現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的并不是十分廣泛。

針對(duì)目前控制系統(tǒng)中存在的題目，考慮到長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展趨勢(shì)和實(shí)際情況，國(guó)內(nèi)已經(jīng)提出現(xiàn)場(chǎng)總線和DCS網(wǎng)絡(luò)集成的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。同時(shí)，很多生產(chǎn)廠家推出了遠(yuǎn)程智能I/O裝置，作為DCS向FCS發(fā)展的中間過(guò)度產(chǎn)品。

但不管怎樣改進(jìn)，其控制系統(tǒng)的可靠性都是通過(guò)單個(gè)設(shè)備的可靠性和關(guān)鍵部件的冗余來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有鑒于此，我們鑒戒了分布式人工智能領(lǐng)域中智能代理協(xié)同工作的思想，提出一種基于IA（IntelligentAgent）思想的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的研究思路。本文就該思路的學(xué)術(shù)構(gòu)想、有關(guān)IA理論及其基于IA思想的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的工作原理和實(shí)施方案進(jìn)行了探討。

1、IA有關(guān)理論

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其基于網(wǎng)絡(luò)的分布計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，智能Agent技術(shù)已經(jīng)成為人工智能領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱門(mén)。那究竟什么是IntelligentAgent呢？

廣義的IntelligentAgent包括人類(lèi)、物理世界里的移動(dòng)機(jī)器人和信息世界中的軟件機(jī)器人。狹義的IntelligentAgent是指信息世界中的軟件機(jī)器人或機(jī)器。具體地說(shuō)，能完成一定任務(wù)的一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可算是一個(gè)Agento它是代表用戶(hù)或其他程序，以主動(dòng)服務(wù)的方式完成一組操縱的機(jī)動(dòng)計(jì)算實(shí)體。這里講的“主動(dòng)服務(wù)”有兩層含義，一方面是指主動(dòng)適應(yīng)：即在完成操縱的過(guò)程中，利用關(guān)于操縱對(duì)象的知識(shí)以及關(guān)于用戶(hù)意圖和偏好的知識(shí)；另一方面是指主動(dòng)代理：即對(duì)一些任務(wù)無(wú)須用戶(hù)發(fā)出具體指令，只要當(dāng)前狀態(tài)符合某種條件，就可以代表用戶(hù)或其他程序完成相應(yīng)的操縱。

IntelligentAgent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(dòng)性（Mobility）。

一個(gè)系統(tǒng)中一般有多個(gè)IntelligentAgent，這樣的系統(tǒng)就稱(chēng)為多Agent系統(tǒng)。多Agent系統(tǒng)必須找出一種使各個(gè)Agent能夠協(xié)同工作的適當(dāng)方法。這種方法是建立在多個(gè)Agent系統(tǒng)資源共享和各Agent自主性之上的。固然獨(dú)立的Agent有各自分散的目標(biāo)、知識(shí)和推理過(guò)程，但它們之間必須有一種方法能夠相互協(xié)調(diào)、相互幫助以找到整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)。這樣，多個(gè)Agent完成整個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)的過(guò)程便稱(chēng)為多Agent之間的協(xié)作及協(xié)商[刻。它一直是多Agent系統(tǒng)研究的核心題目。它的實(shí)現(xiàn)涉及到多Agent系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、通訊、開(kāi)發(fā)方法和智能體編程語(yǔ)言等題目。

在此，我們最關(guān)心的是多Agent系統(tǒng)之間的通訊。它包含3個(gè)方面的內(nèi)容：通訊范式、通訊協(xié)議和通訊語(yǔ)言。多Agent系統(tǒng)的通訊范式有共享全局內(nèi)存、消息傳遞及二者的結(jié)合。它的通訊協(xié)議包含3種含義：網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議、高層交互行框架和對(duì)所交換的通訊原語(yǔ)的約束。至于多Agent系統(tǒng)之間的通訊語(yǔ)言有以下要求：形式簡(jiǎn)單，易于理解，語(yǔ)法可開(kāi)展，方便與其它系統(tǒng)集成，內(nèi)容具有層次性，語(yǔ)義規(guī)范，能保證Agent間通訊的可靠性和安全性等等。

2、系統(tǒng)原理與實(shí)現(xiàn)方案

根據(jù)以上IntelligentAgent協(xié)同工作的思想，我們提出了一種基于IA思想的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

何謂基于IA的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)呢？即在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)、智能儀表為具有一定智能的自主代理，它們具有IntelligentAgent的一些特性，通過(guò)它們之間的協(xié)同工作來(lái)實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的任務(wù)，以進(jìn)步系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)和各個(gè)智能儀表便可以構(gòu)成了一個(gè)個(gè)IntelligentAgent單元。我們?cè)诓捎矛F(xiàn)場(chǎng)總線作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(shè)計(jì)成為一個(gè)個(gè)IntelligentAgent?；贗A思想的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)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IntelligentAgent單元，I1、I2為智能儀表，它們負(fù)責(zé)信號(hào)采集及預(yù)處理，并確定將信號(hào)發(fā)往何處；E1、E2為智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)；C1、C2為控制器，它們負(fù)責(zé)各自節(jié)點(diǎn)的控制任務(wù)，并定期給各自節(jié)點(diǎn)的智能儀表發(fā)送存在信號(hào)。整個(gè)控制系統(tǒng)采用總線式結(jié)構(gòu)，以便于控制節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)充和通訊。

在傳統(tǒng)的DCS或FCS系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)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(xiàn)故障，則它們所負(fù)責(zé)的控制節(jié)點(diǎn)便癱瘓。為了確保整個(gè)系統(tǒng)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(tǒng)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思想的總線控制系統(tǒng)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(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并負(fù)責(zé)執(zhí)行機(jī)構(gòu)E1的控制任務(wù)；控制器C2從智能儀表I2接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并負(fù)責(zé)執(zhí)行機(jī)構(gòu)E2的控制任務(wù)。兩個(gè)小系統(tǒng)之間互不干擾，相互獨(dú)立地工作。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，例如：C1出現(xiàn)故障，I1不能接收到C1的存在信號(hào)，便確認(rèn)CI出現(xiàn)故障，于是將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳送給控制器C2；C2在完成其正常的工作情況下，承擔(dān)起C1的工作，使整個(gè)系統(tǒng)仍能正常地運(yùn)行工作。當(dāng)C1恢復(fù)正常以后，I1停止向C2發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，C1重新把控制任務(wù)接管過(guò)來(lái)。這樣就實(shí)現(xiàn)了依靠各個(gè)智能代理之間的合作來(lái)進(jìn)步整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，而不需要通過(guò)單個(gè)設(shè)備的可靠性和關(guān)鍵部件的冗余來(lái)進(jìn)步整個(gè)系統(tǒng)的可靠性的做法。

另外，由于各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)之間可以任意通訊，當(dāng)面對(duì)復(fù)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(xiàn)該控制系統(tǒng)的具體方案如下：

考慮到本系統(tǒng)降低本錢(qián)的要求，結(jié)合現(xiàn)有總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，以CAN總線作為整個(gè)系統(tǒng)的通訊平臺(tái)。在此，我們只要在設(shè)計(jì)每個(gè)IntelligentAgent的時(shí)候，給每個(gè)模塊加上CAN通訊控制器芯片和CAN總線收發(fā)器芯片，通訊線路只需普通雙絞線即可，這樣便可實(shí)現(xiàn)各個(gè)IntelligentAgent之間的任意通訊。同時(shí)以單片機(jī)系統(tǒng)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(tǒng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成智能信號(hào)檢測(cè)代理和智能執(zhí)行代理，從而構(gòu)成整個(gè)基于IA的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

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

（1）不同于現(xiàn)有控制系統(tǒng)通過(guò)單個(gè)設(shè)備的可靠性和關(guān)鍵部件的冗余來(lái)進(jìn)步整個(gè)系統(tǒng)的可靠性的做法，依靠各個(gè)智能代理之間的合作來(lái)進(jìn)步可靠性。這樣，單個(gè)智能代理的可靠性不一定高，但整個(gè)系統(tǒng)的可靠性很高。
（2）整個(gè)控制系統(tǒng)在處理系統(tǒng)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(tǒng)的性能如可靠性和快速性可以具有很好的擴(kuò)展性。在現(xiàn)場(chǎng)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(tǒng)中注冊(cè)。這樣，對(duì)于復(fù)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(jié)論

本論文的研究是在IntelligentAgent的理論基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)今各種現(xiàn)場(chǎng)控制中存在的不足，進(jìn)行改進(jìn)嘗試。目前本研究項(xiàng)目已經(jīng)完成硬件平臺(tái)和軟件的設(shè)計(jì)調(diào)試工作，正處于系統(tǒng)調(diào)試階段。期看終極實(shí)現(xiàn)具有本錢(qián)低、可靠性高、智能化等特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。