新型分布式计算机联锁系统的

【摘 要】铁路信号控制领域里保证行车安全、提高运输效率的重要技术设备就是计算机联锁系统.现在,以集中式控制方式为主的计算机联锁系统是我国目前使用比较广泛的,但是在实际操作中这种方式有很多的缺陷,一旦关键部位发生故障其波及面及会特别大,有可能造成整个系统都处于瘫痪之中.系统中始终存在着大量的继电器和信号电缆,系统的安全始终存在隐患.目前计算机、网络和通信技术都在飞速发展,计算机联锁系统也呈现智能化发展.

【关 键 词】计算机联锁；分布式控制；研究

一、系统设计的理论基础分析

我们必须采用分布式、智能程度更高的技术来完善发展计算机联锁控制系统是因为计算机联锁系统本身就具有重要性和复杂性,而且现有的集中式联锁控制方式存在固有的局限性.一个非常有效地办法就是在计算机联锁控制系统里融入分布式控制系统和多智能体系统技术.

(一)分布式控制系统

分布式控制系统是回路仪表控制系统发展的产物,是以计算机、通信、控制和CRT技术的迅速发展为基础的.现场控制站、操作员站、工程师站、系统网络是一个基本的DCS应该包括的四大组成部分.这里面,DCS的核心是现场控制站,它负责完成系统的主要控制功能.现场控制站还可以保证系统的性能、可靠性这些关键的指标.人机界面的功能主要由操作员站来完成.DCS的另一个重要组成部分是系统网络,它作为纽带连接系统各个站.DCS的主要特征有如下几个方面：能够分离显示和控制,使用的是网络通信技术,开放系统较完备,具有足够的可靠性、专业性和综合性.让人机对话技术变成现实,灵活的扩展系统,使其管理的能力更强.

(二)多智能体

MAS这个系统是由多个智能体构成的.Agent是一种可以通过决策推理生成相应的规划并作用于环境的计算实体或者功能单元,具备学习能力、协调能力、适应性和自治性.控制器、计算机系统、软件系统或者软硬件结合体都有可能是MAS.MAS主要研究一组自治的Agent以分布式开放的动态条件为基础,通过交互、合作、竞争、协商等智能行为完成复杂的控制或者任务求解.

通常情况下,个体Agent的基本模型包含：环境感知模块、事件监测模块、心智和决策推理模块、通信模块和执行模块.多Agent系统就是由多个Agent通过通信模块联合工作形成的.

二、系统的总体方案设计

系统的安全性和可靠性都依赖于计算机联锁系统的结构和组成.充分结合了多Agent技术和分布式控制技术,形成智能的、分布式结构的计算机联锁系统是新型分布式计算机联锁系统的特点.

分布式控制系统是新型分布式计算机联锁系统采用的结构方式,它的硬件结构包含：操作表实机具有人机对话的功能、智能体单元负责联锁运算和I/0借口功能、电务维修管理机负责记录系统运行状态.

对于整个站场的整体显示、集中操作和对现场设备的分散、智能控制和状态采集是这个系统的最大特点.各个智能体既可以单独控制各个现场设备又可以实现联合联锁运算,系统的独立性和整体性可以同时得到体现.

(三)智能体单元

1.智能体结构模型

单个智能体的基本体系结构是软硬件的结合体,高性能的单片机作为硬件,集成可编程控制器、变送器和执行结构等.每一个只能Agent都是由控制器节点封装而成的.

①状态采集模块：获取站场设备的即时状态情况.如道岔的定、反位情况等；②事件监测模块：把自身的运行状态提供给操作表示机,可以在系统发生异常状况的时候发出相应的提示信息；③联合任务规划模块：给智能体相应的合作能力,依据操作命令创建和组织合适的Agent群体,处理多Agent之间的联锁运算等任务级合作问题；④推理决策模块：依据操作的指令,结合具体的任务规划情况和现场的设备状态进行决策,发出具体控制操作.软件是其实现的途径；⑤执行模块：这个模块负责给出控制策略和现场设备运转的驱动；⑥通信模块：和相关智能体的控制信息交互是这个模块的主要责任.

2.多智能体交互通信

通信是分布式计算机联锁系统中智能体之间协作的实现方式.

①通信机制.通信机制的优劣和整个系统的性能有直接的关系.直接通信机制是分布式计算机联锁系统使用的通信机制.相应的智能单元接收操作表示机发出的操作命令,该智能单元自己再负责和其他关联的的智能体单元通信；②通信语言.Agent交互的关键问题是Agent通信语言.Agent之间的通信依靠知识查询操纵语言.辅助信息包含在通信信息当中是其最大的特点.各个通信模块把各个智能体单元联合在一起.经过现场CAN总线传递数据,硬件上智能体之间的高速通信使用以太网接口.这样Agent的自治性和他们之间的协调性都得到了充分的利用.系统的稳定性有了保障,而且可以达到优化调度的目的,既可靠又灵活,部分系统瘫痪的时候并不会对其他的系统造成影响.

三、结束语

分布式计算机联锁系统这种新型的计算机联锁系统整合了分布式控制系统和多Agent系统,使计算机、通信、人工智能和自动控制技术得到了充分的运用.能让多个智能体通过CAN通信总线联合协作实现联锁功能是其最突出的特点.它取缔了传统的计算机联锁系统中联锁机和继电器组合架并让计算机联锁系统的可靠性和安全性都得到了保障.