根据Lonworks现场总线技能的智能化数据收集体系

1、概述

　　集散操控体系（DCS）和现场总线操控体系（FCS）现已发展到适当老练的境地,可是他们依然存在着缺点和缺乏。因而需求树立具有杰出的柔性、体系重构才能、容错才能和快速反应性的网络化测控体系。散布式人工智能技能（DAI）,Agent理论、现场总线与单总线的集成技能为规划和完结这种体系供给了一条切实有效的途径。

　　依据此点动身,本章提出一种依据Lonworks现场总线技能的智能化数据收集体系。在该体系中,每个测控单元都被构构成具有自主性和自适应才能的Agent,经过多个Agent之间的协同作业来进步整个体系的可靠性、稳定性和作业效率。这样该现场总线测控体系就具有了信息感知、散布性、并发性、主动性和自适应性的特性。

　　近来,Agent技能己被认为是进行散布式工业体系建模的一种重要办法,是规划与施行散布式智能测控环境的最天然的手法,是构建下一代测控体系的重要技能之一。

2、体系的多Agent模型

　　该体系首要由体系办理Agent、操控Agent和感知与履行Agent三部分组成,它们都是具有独立作业才能的自治体或半自治体,经过协作完结体系分配给它或它们的使命,构成一个具有并发性与散布性的MAS（Multi-AgentSystem）体系。事实上,关于MAS环境下的检测监控体系应是一种具有敏捷性的多Agent体系,因为使命的不同分化与分配以及其它不行猜测要素的呈现,使得这种多Agent体系能够随时改动安排装备,完结体系的重构,而一旦使命完毕,暂时组成的体系则当即闭幕。依据上述思维,图1从体系的组成结构和通讯方法界说了该散布式的体系模型。在此体系中,办理Agent是一个归纳状况识别体系,它完结对体系整体运转状况的监控,供给对各监控目标的实时监测、点评与决议计划功用。

图1体系的结构图

　　操控Agent和感知与履行Agent为具有自主性和自适应才能的Agent,但它们之间并没有严厉的一一对应联系,而是由办理Agent依据使命的需求暂时招集组成动态的节点Agent。其间,感知与履行Agent是运转在操控现场的智能设备,是办理Agent在履行使命时信息的首要来历,也是Agent感知才能的根本表现。它们担任现场信号的收集和预处理,提取传感器信号的特征构成监控变量,并确认信号发往何处。一起该Agent接纳来自操控Agent的指令,转化为与现场设备匹配的开关量和模拟量输出;操控Agent是体系的核心部件,具有自主决议计划的才能。此外,在这种多Agent体系中,使命的来历是多方面的。既可所以来自某一操控层次的指令,也可所以来自另一多Agent体系中办理Agent的协作恳求。

3、体系作业进程

　　正常情况下,体系的作业进程如图2所示。

　　
图2体系作业原理图

　　当来自使命源的使命传给办理Agent今后,使命处理模块首要对使命进行分化,然后经过常识库查询其所办理的操控Agent能否完结分化后的一切子使命。假如能够完结则进行使命分配并发动体系;假如不能完结则抛弃使命的履行并告诉使命源。体系发动后,操控Agent招集相关的感知与履行Agent处理分配给自己的使命,并经过本身的交互机制完结与其它操控Agent的协作以及信息和资源的同享。当某个操控Agent产生毛病时,办理Agent的监控模块首要依据检测到的毛病信息做出相应的确诊决议计划,然后告诉使命处理模块将该操控Agent的操控权限转交给其它操控Agent或许进行使命的重新分配,从而使整个体系仍能正常运转。这样就完结了依托各Agent之间的协作来进步整个体系的可靠性,而不是经过单个设备的可靠性和要害部件的冗余。

4、体系的硬件结构

　　本文选用现场总线作为体系的通讯渠道,构建一个敞开的,具有互操作性的实时现场总线数据收集体系。完结该测控体系的详细计划如下：

　　考虑到体系降低成本的要求,结合现有总线操控体系的特色,作者使用现场测控设备、Lonworks节点和其网络设备组成现场测控网络。在此,咱们只要在规划每个Agent的时分,给每个模块加上Neuron芯片,通讯线路只需一般的双绞线即可,这样便能够完结各Agent之间的恣意通讯。一起以单片机体系作为硬件支撑,用MCS51言语作为软件开发工具,使其与新式传感器和履行机构构成相应的智能Agent。首要完结对测控目标的根本操控,经过暂时的现场节点收集所需求的监控信息,进行感知处理,并经过总线传到办理Agent进行整体数据剖析、处理和毛病确诊。动态节点Agent之间遵从Lontalk协议,选用网络变量完结各节点的衔接。节点间的数据通讯选用窗口协议以显现报文进行数据传输,并经过网络变量来办理,这样就完结了节点Agent间的彼此操作,并选用类KQML的通讯形式完结Agent间的信息和常识的同享。

4.1操控Agent

　　操控Agent的首要功用是完结本身的操控算法,并依据使命需求与其它Agent组成动态的多Agent协作体系。操控Agent所需求的操控指令和数据均经过Lon总线传输。操控Agent只带有Lonworks接口芯片和外部扩展EZPROM,并无任何其它外设。

　　本文选用神经元芯片TMP3150与AT89c51单片机衔接构成Lon总线接口电路,二者之间选用并行通讯方法。单片机AT89c51的P0口与3150的IO0～IO7,相连作为8位的数据总线;AT89c51的P3.2与3150的IO8相连,作为单片机恳求发送数据的信号线和接纳3150操控指令的应对线;P3.3与IO9相连,作为神经元芯片接纳数据的应对信号线;P3.4与I010。相连,用作3150发送操控指令的信号线。这样选取P3.2和P3.3。作握手信号,确保了单片机与3150的严厉同步。一起,为了防止体系遭到搅扰时死机,在单片机每次等候应对信号时都加入了一个延时。若延时完毕还未收到应对信号,那么单片机就跳到初始状况。该Agent的电路原理如图3所示：

图3操控原理图

4.2感知与履行Agent

　　该Agent不仅能完结信号的收集,并且能对传感器信号进行预处理,提取传感器信号的特征构成监控变量,并经过Lonworks接口传送给操控Agent。一起它也是操控器节点的信号输出接口,担任从操控Agent接纳操控指令,并转化为与现场设备匹配的操控量或开关量输出。

　　为了完结对现场数据的直接纳集,作者选用新式单总线数字温度传感器作为现场丈量设备。单总线数字传感器在丈量中无需进行通道切换、A/D转化和成果批改,并且能够直接输出数字信号,从而使体系的结构更趋于简略,可靠性更高。一起,选用TMP3150构建Lon总线接口电路。电路原理如图4所示：

图4感知与履行Agent原理图

5、小结

　　本文规划的依据Lonworks总线技能的智能数据收集体系具有以下长处：

（1）不同于现有操控体系经过单个设备的可靠性和要害部件的冗余来进步整个体系的可靠性的做法,依托各个智能Agent之间的协作来进步可靠性。

（2）整个操控体系在处理体系毛病等反常突发事件方面具有智能性。

（3）体系的功能如可靠性和快速性能够具有很好的扩展性。