基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余控制方法，采用数据交换格式JSON进行描述，融合联动配置信息；分布式冗余控制方法，多个独立或虚拟网关分布在井下，保存所述的融合联动配置信息；井下网关可以组成一组或多组独立控制区域，每组中决策一个主控网关做融合控制，其它为备有网关，形成分布冗余控制策略；本发明专利技术融合联动配置逻辑方法，把各业务传感节点、执行机构、报警装置、人员位置和应紧广播等有效的组织和关联在一起，解决井下多系统融合联动的问题。本发明专利技术多个独立或虚拟网关分布在井下，网关之间相互备份，构成分布式冗余控制策略，解决整个矿井或区域性融合应急联动失效问题。

Distributed Redundant control method based on the configuration of multi system integrated linkage control relationship in coal mine

【技术实现步骤摘要】
基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余控制方法
本专利技术涉及多系统联动控制方法，尤其涉及一种基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余控制方法。
技术介绍
2016年，国家煤矿安全监察局科技装备司发布的《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》提出了多系统融合和应急联动控制的功能，要求促进安全监测监控多元融合和信息共享，提高煤矿安全预测预警水平，解决井下系统之间相互并存、独立所带来的成本、管理、维护、安全、数据共享等诸多问题。其中的2条要求如下：1)支持多网、多系统融合实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合。多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。鼓励新安装的安全监控系统采用井下融合方式。在地面统一平台上必须融合的系统：环境监测、人员定位、应急广播，如有供电监控系统，也应融入。其它可考虑融合的系统：视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测等。2)应急联动在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。方案发布后，很多厂家在新升级的安全监控系统中,主要提出了2种系统融合方法，一种是研制地面计算机软件平台，软件平台通常在监控系统软件中实现的，通过制定第三方融合协议，将人员定位系统数据、应急广播系统进行关联，通过地面发送指令进而实现融合与联动，缺点是执行周期长，且当主干网络或监控主机发生故障时执行命令得不到保障。另一种是研制煤矿井下融合分站或“一网一站”，在分站接口和通信链路上进行融合，使不同类型和不同接口的传感设备统一接入融合分站，进而通过以太网络与各自的监控主机通信，缺点是这种形态上的融合分站都只是起了一个数据转发的功能，逻辑上各自监控系统相对独立，数据仍束缚在子系统中，未实现数据共享和系统融合，无法实现紧急情况下的应急联动，对煤矿安全预警形成了制约。参考文献：王启峰.煤矿安全监控多系统井下融合方法[J].工矿自动化，2017，43(2)：7-10.汪丛笑.煤矿安全监控系统升级改造及关键技术研究[J].工矿自动化，2017，43(2)：1-6.贺耀宜，王海波.基于物联网的可融合性煤矿监控系统研究[J].工矿自动化，2019，45(8):13-18.
技术实现思路
本专利技术提供一套基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余控制方法，本方法采用自我描述性语言生成的融合联动关系，具有算术、逻辑、延时等复杂嵌套运算规则，能够进行更复杂的多层次逻辑运算，且易于阅读和扩展，有力支撑了井下各类复杂融合联动控制模型的建立；通过井下融合联动分布式冗余控制策略，解决地面多系统融合主机平台或主通信故障，以及井下独立融合控制网关或分站故障后，使整个矿井或区域性融合应急联动失效问题。采用数据交换格式JSON进行描述，融合联动配置信息：model数组，包括logic数组，target数组；logic数组的每个元素为运算对象，运算对象里包含point算子、delay延时时间、operation运算符3个元素，作为运算对象前后连接，组合成数学公式，运算对象有3种类型：真实测点算子、常数项、嵌套算子，其中嵌套算子相当于一个算数中的括号，可包括测点算子、常数算子、嵌套算子；运算符为二目运算符，使用第2个运算对象中的运算符，即整个数组中，忽略了首个运算对象的运算符；输出＝P1>(P21+P22+P23)|P3(1)“>”前一个测点结果大于等于本测点结果；“+”前一个测点结果加上本测点结果；“|”前一个测点结果逻辑或上本测点结果；P3结果检测持续n秒参与公式运算；y结果控制目标输出，输出形式包括目标所在设备名称、目标所在设备IP网络地址和port端口号、目标所在设备编号、目标编号、控制协议名称/语音文件名；公式(1)中P1为常数算子；P2为嵌套算子，运算符”>”，包括P21、P22、P23；P22、P23逻辑或运算符”+”；P1、P2无延时；P3为测点算子，运算符为逻辑或，延时时间为n秒；多个独立或虚拟网关分布在井下，保存有部分或全部上所述的融合联动配置信息；井下网关可以组成一组或多组独立控制区域，每组中决策一个主控网关做融合控制，其它为备有网关，形成分布冗余控制策略。更进一步，测点算子包括ID数据源属性、action操作符、value比较值；ID数据源属性包括测点所在分站网络IP地址、测点所在分站网络端口号、测点所在传感器地址、测点多参数地址以及测点类型，测点类型包括模拟量和开关量；测点算子内部计算结果放在如公式(1)中进行层级计算；action操作符包括模拟量测点值大于等于analog、模拟量测点值大于analog、等于测点值、开关量测点值取反、模拟量测点值加上analog、模拟量测点值减去analog、模拟量测点值乘以analog、模拟量测点值除以analog；analog为模拟量比较值、switch为开关量比较值；测点算子根据数据源属性获取的测点值与模拟量比较值运算得到内部结果。更进一步，网关状态包括主控状态、就绪状态、备用状态，对应3种超时时间T1、T2、T3；T1可设置为m秒，用于主控定时向外发送带有自身决策信息的决策报文；T2等于K1倍T1,处于进入就绪状态时，持续T2时间进入主控状态；T3等于K2倍T1，处于备用态时，持续T3时间进入主控状态；从主控态到备用状态立即切换，从备用态到就绪状态立即切换。更进一步，T2等于3倍T1,处于进入就绪状态时，持续T2时间进入主控状态；T3等于6倍T1，处于备用态时，持续T3时间进入主控状态。更进一步，切换过程如下：(1)接收并解析地面主机下发的JSON配置文件；(2)由解析结果统计属于本地网关下的源测点数量和控制目标数量，以及本网关所在组号；(3)初始化本网关为就绪状态，就绪状态持续T2秒后进入主控状态；(4)网关接收到其它网关的决策报文，抛弃非同组报文，同组报文信息依次与自己的源测点数量、控制目标数量、以太网MAC地址进行比较；比较规则是：源测点数量少的设置为备用网关状态，源测点数量相同，则比较控制目标数量，控制目标数量少的设置为备用网关状态，如控制目标数量相同，则再比较以太网MAC地址，MAC地址大的设置为备有网关状态。(5)当判断出本网关为备用网关，立即进入备用状态，并停止决策报文的定时发送。(6)如果通过第(4)条比较规则，判断出本网关不是备用网关，且不在主控状态，则设置网关为就绪状态，并向外组播发送本网关决策报文，其它网关收到决策报文并比较后，高于自己的决策信息的都会停止报文发送，进入备用网关状态；(7)网关进入备用状态后，如果网络上静默，没有网关决策报文在发送，维持T3秒后，进入主控状态。本专利技术提出的煤矿井下多系统融合联动智能网关，分为独立网关和虚拟网关两种，根据配置信息，把各业务传感节点、执行机构、报警装置、人员/车辆位置和应紧广播等有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余控制方法，其特征在于采用数据交换格式JSON进行描述，融合联动配置信息：/nmodel数组，包括logic数组，target数组；logic数组的每个元素为运算对象，运算对象里包含point算子、delay延时时间、operation运算符3个元素，作为运算对象前后连接，组合成数学公式，运算对象有3种类型：真实测点算子、常数项、嵌套算子，其中嵌套算子相当于一个算数中的括号，可包括测点算子、常数算子、嵌套算子；运算符为二目运算符，使用第2个运算对象中的运算符，即整个数组中，忽略了首个运算对象的运算符；/n输出＝P1>(P21+P22+P23)|P3(1)/n“>”前一个测点结果大于等于本测点结果；“+”前一个测点结果加上本测点结果；“|”前一个测点结果逻辑或上本测点结果；P3结果检测持续n秒参与公式运算；y结果控制目标输出，输出形式包括目标所在设备名称、目标所在设备IP网络地址和port端口号、目标所在设备编号、目标编号、控制协议名称/语音文件名；公式(1)中P1为常数算子；P2为嵌套算子，运算符”>”，包括P21、P22、P23；P22、P23逻辑或运算符”+”；P1、P2无延时；P3为测点算子，运算符为逻辑或，延时时间为n秒；/n多个独立或虚拟网关分布在井下，保存有部分或全部上所述的融合联动配置信息；井下网关可以组成一组或多组独立控制区域，每组中决策一个主控网关做融合控制，其它为备有网关，形成分布冗余控制策略。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余控制方法，其特征在于采用数据交换格式JSON进行描述，融合联动配置信息：
model数组，包括logic数组，target数组；logic数组的每个元素为运算对象，运算对象里包含point算子、delay延时时间、operation运算符3个元素，作为运算对象前后连接，组合成数学公式，运算对象有3种类型：真实测点算子、常数项、嵌套算子，其中嵌套算子相当于一个算数中的括号，可包括测点算子、常数算子、嵌套算子；运算符为二目运算符，使用第2个运算对象中的运算符，即整个数组中，忽略了首个运算对象的运算符；
输出＝P1>(P21+P22+P23)|P3(1)
“>”前一个测点结果大于等于本测点结果；“+”前一个测点结果加上本测点结果；“|”前一个测点结果逻辑或上本测点结果；P3结果检测持续n秒参与公式运算；y结果控制目标输出，输出形式包括目标所在设备名称、目标所在设备IP网络地址和port端口号、目标所在设备编号、目标编号、控制协议名称/语音文件名；公式(1)中P1为常数算子；P2为嵌套算子，运算符”>”，包括P21、P22、P23；P22、P23逻辑或运算符”+”；P1、P2无延时；P3为测点算子，运算符为逻辑或，延时时间为n秒；
多个独立或虚拟网关分布在井下，保存有部分或全部上所述的融合联动配置信息；井下网关可以组成一组或多组独立控制区域，每组中决策一个主控网关做融合控制，其它为备有网关，形成分布冗余控制策略。


2.根据权利要求1所述的基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余控制方法，其特征在于测点算子包括ID数据源属性、action操作符、value比较值；
ID数据源属性包括测点所在分站网络IP地址、测点所在分站网络端口号、测点所在传感器地址、测点多参数地址以及测点类型，测点类型包括模拟量和开关量；测点算子内部计算结果放在如公式(1)中进行层级计算；
action操作符包括模拟量测点值大于等于analog、模拟量测点值大于analog、等于测点值、开关量测点值取反、模拟量测点值加上analog、模拟量测点值减去analog、模拟量测点值乘以analog、模拟量测点值除以analog；
analog为模拟量比较值、switch为开关量比较值；测点算子根据数据源属性获取的测点值与模拟量比较值运算得到内部结果。


3.根据权利要求1所述的基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余控制方法，其特征在于：分布冗余控制策略的网关状态包括主控状态、就绪状态、备用状态，对应3种超时时间T1、T2、T3；
T1可设置为m秒，用于主控定时向外发送带有自身决策信息的决策报文；
T2等于K1倍T1,处于进入就绪状态时，持续T2时间进入主控状态；
T3等于K2倍T1，处于备用态时，持续T3时间进入主控状态；
从主控态到备用状态立即切换，从备用态到就绪状态立即切换。


4.根据权利要求3所述的基于煤矿井下多系统融合联动控制关系配置的分布式冗余...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小兵，蒋泽，朱晓洁，张明杰，姚超修，陈向飞，陈辉，钱杰，刘冬，
申请(专利权)人：天地常州自动化股份有限公司，中煤科工集团常州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32