基于profibus的熱電廠多智能體控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、基于PROFIBUS的熱電廠多智能體控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要在深入研究PROFIBUS總線技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了熱電廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)。主要介紹了基于PROFIBUS的熱電廠智能體的劃分，多智能體控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)。采用多智能體的方法，將以前的控制模塊和監(jiān)測模塊封裝成單個(gè)的智能體，組成多智能體系統(tǒng)，解決控制、監(jiān)測和維護(hù)相互隔離的問題，從而達(dá)到信息交換容易、控制處理效率高的目的。關(guān)鍵詞現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)智能體1引言現(xiàn)場總線技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)80年代出現(xiàn),90年代興起的自動(dòng)化領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)?，F(xiàn)場總線是用于過程自動(dòng)化或制造自動(dòng)化中的，實(shí)現(xiàn)智能化現(xiàn)場設(shè)備（變送器，執(zhí)行器，控

2、制器）與高層設(shè)備（主機(jī)，網(wǎng)關(guān)，人機(jī)接口設(shè)備）之間互聯(lián)的，全數(shù)字、串行、雙向的通信系統(tǒng)。通過它可以實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的分布式控制。基于現(xiàn)場總線的新一代控制系統(tǒng),現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(fieldbuscontrolsystem,FCS)已經(jīng)成為自動(dòng)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。2PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)Profibus是由SIEMENS公司推出的一種開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),1989年成為德國標(biāo)準(zhǔn)DIN19245,1996年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170,1999年12月被接受為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的一部分。Profibus是目前歐洲乃至全球應(yīng)用最廣泛的總線系統(tǒng),它速度快成本低,

3、幾乎所有PLC產(chǎn)品和自動(dòng)化外設(shè)產(chǎn)品都提供Profibus接口。它根據(jù)不同應(yīng)用場合提供3個(gè)兼容版本:Profibus-DP,Profibus-FMS和Profibus-PA。[1]Profibus-DP適用于現(xiàn)場級(jí)分布式自動(dòng)化外設(shè)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸(DP的含義為分散的外圍設(shè)備)。是一種高速而廉價(jià)的通信連接，旨在解決設(shè)備一級(jí)的高速數(shù)據(jù)通信。在這一級(jí)，中央控制器（如PLC/PC）通過高速串行線RS－485傳輸技術(shù)或光纖媒體，同分散的現(xiàn)場設(shè)備（I/O、驅(qū)動(dòng)器、閥門等）進(jìn)行通信，傳輸速率最高可達(dá)12Mbit/S。一般情況下，DP構(gòu)成單主站系統(tǒng)，主站和從站以循環(huán)的方式進(jìn)

4、行數(shù)據(jù)傳輸。ProfibuS－DP主要應(yīng)用在對(duì)傳輸速率有較高要求的現(xiàn)場級(jí)數(shù)據(jù)通信中。它的體系結(jié)構(gòu)包括ISO/OSI參考模型第1,2層以及用戶接口,傳輸技術(shù)使用RS485(稱為H2),這種結(jié)構(gòu)能保證通信的實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的低成本。在用戶接口中使用了定義用戶和系統(tǒng)使用的應(yīng)用功能和描述現(xiàn)場設(shè)備行為的行規(guī)。Profibus-FMS(FieldbusMessageSpecification)是現(xiàn)場級(jí)和單元級(jí)通信的通用解決方案,主要解決單元級(jí)主站之間(PLC和PC)的互相通信,它提供了大量的通信服務(wù)，如現(xiàn)場信息傳送、數(shù)據(jù)庫處理、參數(shù)設(shè)定、下載程序、從機(jī)控制和報(bào)警等，用以

5、完成以中等傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)與非循環(huán)的通信任務(wù)。由于它是完成控制器與智能現(xiàn)場設(shè)備之間的通信以及控制器間的信息交換，因此它主要考慮系統(tǒng)的功能，而不是系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。FMS提供了較多種類的通信服務(wù)，應(yīng)用靈活，可用于大范圍和復(fù)雜的通信系統(tǒng)場合中。FMS使用了ISO/OSI參考模型第1,2,7層,第1,2層與Profibus-DP兼容,第7層包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了廣泛的通信服務(wù)功能。Profibus-PA是在Profibus-DP的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化、擴(kuò)展而來,主要用于化工等對(duì)安全性要求高的場合,通信采用擴(kuò)展的Profibus-DP協(xié)議。傳輸技術(shù)改用IEC1158

6、-2(稱為H1),可確保本質(zhì)安全性并使現(xiàn)場設(shè)備通過總線供電,通過分段耦合器,能方便地和Profibus-DP,Profibus-FMS相連。[2-3]3熱電廠控制系統(tǒng)中智能體的劃分在熱電廠控制系統(tǒng)中，我們將整個(gè)系統(tǒng)劃分為現(xiàn)場Agent、監(jiān)測Agent、控制Agent和事物管理Agent。現(xiàn)場Agent分別為鍋爐智能體、汽機(jī)智能體和除氧給水智能體構(gòu)成，它們的結(jié)構(gòu)基本相同，處于相同的地位，監(jiān)測和控制智能體在整個(gè)系統(tǒng)中居于管理者地位，事務(wù)管理智能體負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的整理以及向上層提供數(shù)據(jù)接口。如圖1所示。圖1：智能體的劃分4基于PROFIBUS的多智能體控制系統(tǒng)（MACS

7、）結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于系統(tǒng)集成的思想，整個(gè)控制系統(tǒng)由控制軟件和相應(yīng)的硬件兩大部分互相協(xié)作，完成控制功能。硬件主要包括工業(yè)PC機(jī)、工業(yè)板卡、可編程控制器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。軟件由組態(tài)軟件、系統(tǒng)運(yùn)行軟件和各功能擴(kuò)展模塊等構(gòu)成。為了從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)分層容錯(cuò)控制，系統(tǒng)硬件的選擇與集成考慮了層內(nèi)組成與層間通訊兩個(gè)方面。結(jié)合PROFIBUS總線的使用，我們將基于多智能體的智能控制系統(tǒng)分成三個(gè)層次，最底層是現(xiàn)場控制層，在其基礎(chǔ)上是過程監(jiān)控層和企業(yè)管理層，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2：智能控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)現(xiàn)場控制層選用功能簡單，可靠性很高的可編程控制器，完成保證系統(tǒng)安全的控

8、制功能，同時(shí)又受控于過程監(jiān)控層的控制。而過程監(jiān)控層和