新型分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究

【摘 要】鐵路信號(hào)控制領(lǐng)域里保證行車安全、提高運(yùn)輸效率的重要技術(shù)設(shè)備就是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)?，F(xiàn)在，以集中式控制方式為主的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是我國(guó)目前使用比較廣泛的，但是在實(shí)際操作中這種方式有很多的缺陷，一旦關(guān)鍵部位發(fā)生故障其波及面及會(huì)特別大，有可能造成整個(gè)系統(tǒng)都處于癱瘓之中。系統(tǒng)中始終存在著大量的繼電器和信號(hào)電纜，系統(tǒng)的安全始終存在隱患。目前計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)都在飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)也呈現(xiàn)智能化發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖；分布式控制；研究

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)分析

我們必須采用分布式、智能程度更高的技術(shù)來完善發(fā)展計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是因?yàn)橛?jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)本身就具有重要性和復(fù)雜性，而且現(xiàn)有的集中式聯(lián)鎖控制方式存在固有的局限性。一個(gè)非常有效地辦法就是在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)里融入分布式控制系統(tǒng)和多智能體系統(tǒng)技術(shù)。

（一）分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)是回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展的產(chǎn)物，是以計(jì)算機(jī)、通信、控制和CRT技術(shù)的迅速發(fā)展為基礎(chǔ)的?，F(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、工程師站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)基本的DCS應(yīng)該包括的四大組成部分。這里面，DCS的核心是現(xiàn)場(chǎng)控制站，它負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的主要控制功能?，F(xiàn)場(chǎng)控制站還可以保證系統(tǒng)的性能、可靠性這些關(guān)鍵的指標(biāo)。人機(jī)界面的功能主要由操作員站來完成。DCS的另一個(gè)重要組成部分是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它作為紐帶連接系統(tǒng)各個(gè)站。DCS的主要特征有如下幾個(gè)方面：能夠分離顯示和控制，使用的是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，開放系統(tǒng)較完備，具有足夠的可靠性、專業(yè)性和綜合性。讓人機(jī)對(duì)話技術(shù)變成現(xiàn)實(shí)，靈活的擴(kuò)展系統(tǒng)，使其管理的能力更強(qiáng)。

（二）多智能體

MAS這個(gè)系統(tǒng)是由多個(gè)智能體構(gòu)成的。Agent是一種可以通過決策推理生成相應(yīng)的規(guī)劃并作用于環(huán)境的計(jì)算實(shí)體或者功能單元，具備學(xué)習(xí)能力、協(xié)調(diào)能力、適應(yīng)性和自治性。控制器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)或者軟硬件結(jié)合體都有可能是MAS。MAS主要研究一組自治的Agent以分布式開放的動(dòng)態(tài)條件為基礎(chǔ)，通過交互、合作、競(jìng)爭(zhēng)、協(xié)商等智能行為完成復(fù)雜的控制或者任務(wù)求解。

通常情況下，個(gè)體Agent的基本模型包含：環(huán)境感知模塊、事件監(jiān)測(cè)模塊、心智和決策推理模塊、通信模塊和執(zhí)行模塊。多Agent系統(tǒng)就是由多個(gè)Agent通過通信模塊聯(lián)合工作形成的。

二、系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的安全性和可靠性都依賴于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成。充分結(jié)合了多Agent技術(shù)和分布式控制技術(shù)，形成智能的、分布式結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是新型分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點(diǎn)。

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式控制系統(tǒng)是新型分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)方式，它的硬件結(jié)構(gòu)包含：操作表實(shí)機(jī)具有人機(jī)對(duì)話的功能、智能體單元負(fù)責(zé)聯(lián)鎖運(yùn)算和I/0借口功能、電務(wù)維修管理機(jī)負(fù)責(zé)記錄系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

（二）系統(tǒng)的特點(diǎn)

對(duì)于整個(gè)站場(chǎng)的整體顯示、集中操作和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的分散、智能控制和狀態(tài)采集是這個(gè)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)。各個(gè)智能體既可以單獨(dú)控制各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備又可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合聯(lián)鎖運(yùn)算，系統(tǒng)的獨(dú)立性和整體性可以同時(shí)得到體現(xiàn)。

（三）智能體單元

1.智能體結(jié)構(gòu)模型

單個(gè)智能體的基本體系結(jié)構(gòu)是軟硬件的結(jié)合體，高性能的單片機(jī)作為硬件，集成可編程控制器、變送器和執(zhí)行結(jié)構(gòu)等。每一個(gè)只能Agent都是由控制器節(jié)點(diǎn)封裝而成的。

①狀態(tài)采集模塊：獲取站場(chǎng)設(shè)備的即時(shí)狀態(tài)情況。如道岔的定、反位情況等；②事件監(jiān)測(cè)模塊：把自身的運(yùn)行狀態(tài)提供給操作表示機(jī)，可以在系統(tǒng)發(fā)生異常狀況的時(shí)候發(fā)出相應(yīng)的提示信息；③聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃模塊：給智能體相應(yīng)的合作能力，依據(jù)操作命令創(chuàng)建和組織合適的Agent群體，處理多Agent之間的聯(lián)鎖運(yùn)算等任務(wù)級(jí)合作問題；④推理決策模塊：依據(jù)操作的指令，結(jié)合具體的任務(wù)規(guī)劃情況和現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行決策，發(fā)出具體控制操作。軟件是其實(shí)現(xiàn)的途徑；⑤執(zhí)行模塊：這個(gè)模塊負(fù)責(zé)給出控制策略和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)；⑥通信模塊：和相關(guān)智能體的控制信息交互是這個(gè)模塊的主要責(zé)任。

2.多智能體交互通信

通信是分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中智能體之間協(xié)作的實(shí)現(xiàn)方式。

①通信機(jī)制。通信機(jī)制的優(yōu)劣和整個(gè)系統(tǒng)的性能有直接的關(guān)系。直接通信機(jī)制是分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)使用的通信機(jī)制。相應(yīng)的智能單元接收操作表示機(jī)發(fā)出的操作命令，該智能單元自己再負(fù)責(zé)和其他關(guān)聯(lián)的的智能體單元通信；②通信語(yǔ)言。Agent交互的關(guān)鍵問題是Agent通信語(yǔ)言。Agent之間的通信依靠知識(shí)查詢操縱語(yǔ)言。輔助信息包含在通信信息當(dāng)中是其最大的特點(diǎn)。各個(gè)通信模塊把各個(gè)智能體單元聯(lián)合在一起。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)CAN總線傳遞數(shù)據(jù)，硬件上智能體之間的高速通信使用以太網(wǎng)接口。這樣Agent的自治性和他們之間的協(xié)調(diào)性都得到了充分的利用。系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了保障，而且可以達(dá)到優(yōu)化調(diào)度的目的，既可靠又靈活，部分系統(tǒng)癱瘓的時(shí)候并不會(huì)對(duì)其他的系統(tǒng)造成影響。

三、結(jié)束語(yǔ)

分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)這種新型的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)整合了分布式控制系統(tǒng)和多Agent系統(tǒng)，使計(jì)算機(jī)、通信、人工智能和自動(dòng)控制技術(shù)得到了充分的運(yùn)用。能讓多個(gè)智能體通過CAN通信總線聯(lián)合協(xié)作實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能是其最突出的特點(diǎn)。它取締了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中聯(lián)鎖機(jī)和繼電器組合架并讓計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性和安全性都得到了保障。

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