基于profibus的热电厂多智能体控制系统的设计

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1、基于PROFIBUS的热电厂多智能体控制系统的设计摘 要 在深入研究PROFIBUS总线技术的基础上设计并实现了热电厂生产控制系统。主要介绍了基于PROFIBUS的热电厂智能体的划分，多智能体控制系统的结构及其实现。采用多智能体的方法，将以前的控制模块和监测模块封装成单个的智能体，组成多智能体系统，解决控制、监测和维护相互隔离的问题，从而达到信息交换容易、控制处理效率高的目的。 关键词现场总线控制系统 智能体    现场总线技术是上个世纪80年代出现,90年代兴起的自动化领域的一项新技术。现场总线是用于过程自动化或制

2、造自动化中的，实现智能化现场设备与高层设备之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。通过它可以实现跨网络的分布式控制。基于现场总线的新一代控制系统,现场总线控制系统(fieldbuscontrolsystem,FCS)已经成为自动控制系统体系结构的发展方向。   Profibus是由SIEMENS公司推出的一种开放式现场总线标准,1989年成为德国标准DIN19245,1996年成为欧洲标准EN50170,1999年12月被接受为国际标准IEC61158的一部分。Profibus是目前欧洲乃至全球应用最广泛的总线系统

3、,它速度快成本低,几乎所有PLC产品和自动化外设产品都提供Profibus接口。它根据不同应用场合提供3个兼容版本:Profibus-DP,Profibus-FMS和Profibus-PA。[1]  Profibus-DP适用于现场级分布式自动化外设之间的高速数据传输(DP的含义为分散的外围设备)。是一种高速而廉价的通信连接，旨在解决设备一级的高速数据通信。在这一级，中央控制器通过高速串行线RS－485传输技术或光纤媒体，同分散的现场设备进行通信，传输速率最高可达12Mbit/S。一般情况下，DP构成单主站系统，主站

4、和从站以循环的方式进行数据传输。ProfibuS－DP主要应用在对传输速率有较高要求的现场级数据通信中。它的体系结构包括ISO/OSI参考模型第1,2层以及用户接口,传输技术使用RS48(称为H2),这种结构能保证通信的实时性和系统实现的低成本。在用户接口中使用了定义用户和系统使用的应用功能和描述现场设备行为的行规。   Profibus-FMS(FieldbusMessageSpecification)是现场级和单元级通信的通用解决方案,主要解决单元级主站之间(PLC和PC)的互相通信,它提供了大量的通信服务，如现

5、场信息传送、数据库处理、参数设定、下载程序、从机控制和报警等，用以完成以中等传输速度进行的循环与非循环的通信任务。由于它是完成控制器与智能现场设备之间的通信以及控制器间的信息交换，因此它主要考虑系统的功能，而不是系统的响应时间。FMS提供了较多种类的通信服务，应用灵活，可用于大范围和复杂的通信系统场合中。FMS使用了ISO/OSI参考模型第1,2,7层,第1,2层与Profibus-DP兼容,第7层包括了应用协议并向用户提供了广泛的通信服务功能。  Profibus-PA是在Profibus-DP的基础上通过优化、扩

6、展而来,主要用于化工等对安全性要求高的场合,通信采用扩展的Profibus-DP协议。传输技术改用IEC1158-2(称为H1),可确保本质安全性并使现场设备通过总线供电,通过分段耦合器,能方便地和Profibus-DP,Profibus-FMS相连。[2-3]  在热电厂控制系统中，我们将整个系统划分为现场Agent、监测Agent、控制Agent和事物管理Agent。现场Agent分别为锅炉智能体、汽机智能体和除氧给水智能体构成，它们的结构基本相同，处于相同的地位，监测和控制智能体在整个系统中居于管理者地位，事务

7、管理智能体负责数据的整理以及向上层提供数据接口。如图1所示。图1：智能体的划分  控制系统的结构设计基于系统集成的思想，整个控制系统由控制软件和相应的硬件两大部分互相协作，完成控制功能。硬件主要包括工业PC机、工业板卡、可编程控制器、变送器和执行机构。软件由组态软件、系统运行软件和各功能扩展模块等构成。为了从结构上实现分层容错控制，系统硬件的选择与集成考虑了层内组成与层间通讯两个方面。结合PROFIBUS总线的使用，我们将基于多智能体的智能控制系统分成三个层次，最底层是现场控制层，在其基础上是过程监控层和企业管理层，

8、其整体结构如图2所示。图2：智能控制系统分层结构现场控制层选用功能简单，可靠性很高的可编程控制器，完成保证系统安全的控制功能，同时又受控于过程监控层的控制。而过程监控层和企业管理层选用功能强大的工业PC机为主体，可以使用一些高级的控制策略，完成提高系统效率的控制功能，同时承担部分对象的直接控制，减少现场控制层的费用。在紧急情况下过程监控层输出的