一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法
阅读：932发布：2021-06-14
专利汇可以提供一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种矿井下智能控制系统，具体地说是涉及一种能自动 感知 井下环境，能够综合适应井下环境，达到井下环境优化、管理优化、人员优化的目的的井下环境多认知实体监控 决策支持系统 及方法。本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持系统包括操作管理站、交换机、系统 接口 、区域 控制器 、消防监控站、安防监控站、自控箱、消防设备、安防设备。本发明一种井下多认知实体监控决策支持系统及方法多认知实体系统区别于传统智能系统的显著特征在于它具备与其所处各种环境、其他认知实体和人进行交互、协调和协作的能 力 。适用于矿山企业井下建筑工程智能控制系统。，下面是一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种井下环境多认知实体监控决策支持系统，包括操作管理站(1)、交换机(3)、中间接口(4)、区域控制器(6)、消防监控站(7)、安保监控站(8)、自控箱(10)、消防设备(11)、安防设备(12)，其特征在于：所述的系统包括：
1)井下智能控制系统分区监控子系统用于监控工程中设备，各区域子系统配置区域控制器(6)，区域控制器(6)通过中间接口(4)和五类线(2)或光纤(5)或现场网络线(9)与交换机(3)连接，交换机(3)通过五类线(2)与操作管理站(1)连接，区域控制器(6)通过现场网络线(9)与现场自控箱(10)连接；在区域控制器(6)中嵌入可迁移的井下区域监控单元认知实体(43)，井下区域监控单元认知实体(43)可实现同等认知实体的迁移和交互，实现不同认知实体的迁移和交互；
2)工艺设备监控子系统用于监控特殊设备，工艺设备监控子系统配置消防监控站(7)、安保监控站(8)，消防监控站(7)通过五类线(2)与交换机(3)连接，安保监控站(8)通过中间接口(4)和五类线(2)或光纤(5)或现场网络线(9)与交换机(3)连接，交换机(3)通过五类线(2)与操作管理站(1)连接，消防监控站(7)通过现场网络线(9)与消防设备(11)连接，安保监控站(8)通过现场网络线(9)与安防设备(12)连接；在消防监控站(7)和安保监控站(8)中嵌入可迁移的工艺监控单元认知实体(44)，用于实现同等认知实体的迁移和交互，实现不同认知实体的迁移和交互；
3)人员监控子系统用于人员的管理和监控，设置监控无线网络，在中间接口(4)中嵌入中间接口认知实体(46)，通过无线传感器实现人员位置监控和信息交互，通过中间接口认知实体(46)实现感知区域子系统和工艺设备监控子系统，并且中间接口认知实体可向区域子系统和工艺设备监控子系统迁移；
4)操作管理系统用于实现区域控制器(6)、工艺设备监控子系统、人员监控子系统之间的协调，在操作管理站(1)中嵌入操作管理认知实体(45)，操作管理认知实体(45)可向区域控制器(6)的井下区域监控单元认知实体(43)迁移；
所述中间接口认知实体(46)是操作管理认知实体(45)与各井下区域监控单元认知实体(43)或工艺监控单元认知实体(44)间交互的接口和通信接口，负责收集、整合数据和转发控制命令；负责向各单元认知实体转发监控层来的各种控制指令，同时向监控层上传各单元认知实体发来的现场设备运行数据；
5)井下区域监控单元认知实体(43)，用于对本区域的设备对象进行局部的过程监控，通过现场网络线(9)监视和控制现场设备；实时采集运行数据，并向其它认知实体转发采集来的数据，响应其它认知实体发来的控制命令，并将命令发送到网络中进而控制设备；其功能如下：
a)井下实时数据库维护 井下实时数据库以内存形式动态存储网络采集的本区域设备人员的运行参数，实时数据库的维护包括实时库的创建、实时库规模的动态增加或减小、实时数据记录的实时更新与访问、实时数据的分析与挖掘；
b)数据采集 对现场设备的运行数据的采集是井下区域监控单元认知实体(43)的重要任务，数据采集由数据采集线程实现，采集来的数据定时写入到实时数据库中；
c)任务接收与处理 接收其他认知实体来的任务指令，并在井下区域监控单元认知实体(43)中设计了一个任务指令队列，用于对批量指令的缓存和管理；
d)人机交互 图形用户界面，为工程管理人员工直观的、生动形象的设备运行工艺流程图、故障报警信息、控制按钮画面，实现井下工程管理维护人员就地监控；为个人提供个人帮助信息接口，为总部提供总体状况接口；
e)异常处理 按照设定的数据限范围，根据采集来的设备运行参数，实时判断设备运行故障与否，并以不同的报警级别为其他认知实体或工程管理人员显示异常信息，在严重情况下中间认知实体能发出控制指令，强制停止故障设备的运行或自动采取其他保护措施；
f)控制逻辑 用于特殊区域的区域监控认知实体，执行逻辑运算实现设备联动或调节功能，由认知实体的控制逻辑运算线程完成；
6)工艺监控单元认知实体(44)，用于对某一工艺系统进行操作、管理和监控，实现对其他遗留系统的封装，提供同其它认知实体进行交互的通信接口和人机交互界面；
7)操作管理认知实体(45)，是整个监控层的运行枢纽，可按地下工程的生产要求实现协调控制、流程图监视、远程控制、数据报表、事件记录；
操作管理认知实体(45)用于对整个工程设备运行过程、生产过程的监控、调整、调度，负责系统内各个单元认知实体的运行协调，负责处理监控或生产活动中异常事件；操作管理认知实体(45)主要由人机交互、实时历史数据处理、技战术任务生成、数据报表、异常处理、优化调度和协调控制功能组件构成，实现同工程管理人员、中间接口认知实体(46)的交互：
a)人机交互提供图形化的操作界面，便于工程管理人员进行操作和及时发现监控过程出现问题；
b)实时、历史数据处理主要处理来自中间接口认知实体的现场实时数据，并将实时数据转储为历史数据，以便于长期保存和进行数据统计分析；
c)井下任务生成是指工程管理人员根据工程当前所处的生产环境条件利用操作管理认知实体(45)进行任务指令的下达，该任务指令通过中间接口认知实体(46)转发给相关井下区域监控单元认知实体(43)、工艺监控单元认知实体(44)和操作管理认知实体(45)，进而控制现场设备，完成任务目标；
d)报表生成主要利用操作管理认知实体(45)中的设备运行的实时和历史数据，对设备、人员的运行状况进行统计分析，并可进行深层次的数据发掘、故障诊断等；
e)优化调度与协调控制是操作管理认知实体(45)实现在工程范围内对工程中的所有子系统进行调度和协调；操作管理认知实体(45)的异常处理功能与井下区域监控单元认知实体(43)相同。
2.根据权利要求1所述的井下环境多认知实体监控决策支持系统，其特征在于：所述的工艺监控单元认知实体(44)用于对单一的工艺子系统进行管理、监控和组织生产，其行为模型与井下区域监控单元认知实体(43)相同，工艺监控单元认知实体(44)所连接的I/O设备可以是多种协议网络。
3.根据权利要求1所述的井下环境多认知实体监控决策支持系统，其特征在于：所述的操作管理认知实体(45)可分为风系统操作管理认知实体、水系统操作管理认知实体、电系统操作管理认知实体、复杂工艺操作管理认知实体、人员监控认知实体。
一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法
技术领域
背景技术
[0002] 井下环境作为一类特殊的环境工程，结构复杂环境多变，关系着资源和生命财产。随着井下环境等的研究逐步深入，地下环境工程的智能化已开始引起研究人员的关注。认知控制系统是实现地下建筑智能化的基础。由于地下环境特别是大型地下环境的特殊性和复杂性、非线性、时变性、不确定性等特征，以及人员管理的复杂性，交互的多样性，使基于精确数据模型的传统控制理论面临严峻的挑战。目前的智能控制系统多采用递阶控制系统的刚性体系结构，井下环境工程内部通过网络将各个子系统连接起来，仅有最初级的智能，基本上不具备人类智能的特点，没有推理、自学习、自适应、自反省等能力，当前的智能建筑也仅处于“智而不能”的状况。将认知的理论的技术有效地融合到此类系统中去，可以使集成了认知功能后的系统具有智能控制的功能。认知实体是一个具有自主能力、社交能力、反应能力和预动能力的软硬件系统。其基本思想是使软件和硬件综合在一起完成综合模拟环境行为，实现认知、控制、反省、再控制的过程，即模拟人类社会的组织、协作、进化的机制。
与传统对象相比，认知实体具备更多的知识、主动性和协作性，具有更强的总量求解能力和自治能力。多认知实体系统是指若干认知实体通过协作来完成某些任务或达到某些目标的计算认知系统，其更为一般性的含义是指由多个自主或半自主的构件所构成的各种大型的系统，这种系统具有传统分布、并发问题求解、故障迁移的特点和能力。多认知实体系统区别于传统智能系统的显著特征在于它具备与其所处各种环境、其他认知实体和人进行交互、协调和协作的能力。多认知实体系统中的各个认知实体成员与子程序、函数或过程有着本质的区别，其目标与行为是相对自主与独立的。多认知实体系统的协作求解问题的能力超过单个认知实体，这是多认知实体系统产生的最直接的原因。
与传统对象相比，认知实体具备更多的知识、主动性和协作性，具有更强的总量求解能力和自治能力。多认知实体系统是指若干认知实体通过协作来完成某些任务或达到某些目标的计算认知系统，其更为一般性的含义是指由多个自主或半自主的构件所构成的各种大型的系统，这种系统具有传统分布、并发问题求解、故障迁移的特点和能力。多认知实体系统区别于传统智能系统的显著特征在于它具备与其所处各种环境、其他认知实体和人进行交互、协调和协作的能力。多认知实体系统中的各个认知实体成员与子程序、函数或过程有着本质的区别，其目标与行为是相对自主与独立的。多认知实体系统的协作求解问题的能力超过单个认知实体，这是多认知实体系统产生的最直接的原因。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种能够为决策者提供决策所需的数据、信息和背景材料，帮助明确决策目标和进行问题的识别，建立或修改决策模型，提供各种备选方案，并且对各种方案进行评价和优选，通过人机交互功能进行分析、比较和判断，为正确决策提供必要支持的井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法。
[0005] 1)井下智能控制系统分区监控子系统 用于监控工程中设备，各区域子系统配置区域控制器，区域控制器通过中间接口和五类线或光纤或现场网络线与交换机连接，交换机通过五类线与操作管理站连接，区域控制器通过现场网络线与现场自控箱连接；在区域控制器中嵌入可迁移的井下区域监控单元认知实体，井下区域监控单元认知实体可实现同等认知实体的迁移和交互，实现不同认知实体的迁移和交互；
[0006] 2)工艺设备监控子系统 用于监控特殊设备，工艺设备监控子系统配置消防监控站、安保监控站，消防监控站通过五类线与交换机连接，安保监控站通过中间接口和五类线或光纤或现场网络线与交换机连接，交换机通过五类线与操作管理站连接，消防监控站通过现场网络线与消防设备连接，安保监控站通过现场网络线与安防设备连接；在消防监控站和安保监控站中嵌入可迁移的工艺监控单元认知实体，用于实现同等认知实体的迁移和交互，实现不同认知实体的迁移和交互；
[0007] 3)人员监控子系统 用于人员的管理和监控，设置监控无线网络，在中间接口中嵌入中间接口认知实体，通过无线传感器实现人员位置监控和信息交互，通过中间接口认知实体实现感知区域子系统和工艺设备监控子系统，中间接口认知实体可向区域子系统和工艺设备监控子系统迁移；
[0008] 4)操作管理系统 用于实现区域控制器、工艺设备监控子系统、人员管理监控子系统之间的协调，在操作管理站中嵌入操作管理认知实体，操作管理认知实体可向区域控制器的井下区域监控单元认知实体迁移。
[0009] 本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法与现有技术相比较有如下有益效果：本发明以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，针对半结构化的决策问题，支持决策活动的具有智能作用的人机系统。该系统能够为决策者提供决策所需的数据、信息和背景材料，帮助明确决策目标和进行问题的识别，建立或修改决策模型，提供各种备选方案，并且对各种方案进行评价和优选，通过人机交互功能进行分析、比较和判断，为正确决策提供必要的支持。成功克服了单一的分层递阶控制结构的刚性，实现不同系统之间的交互，适应井下环境的多变。系统监控层采用混合式结构，一方面保证了系统的柔性与自适应性，另一方面简化了系统的结构，降低了系统的通信与控制的复杂性。
[0010] 在监控子模块中嵌入可迁移的认知实体，通过认知实体不仅可以实现同等认知实体的迁移和交互，也可以实现不同认知实体的迁移和交互。认知实体负责感知区域监控子系统和人员监控自系统，能实现自我迁移，但不能向两者迁移。能够认知环境并在临界状态下，保持最佳状态。
[0011] 认知实体具备更多的知识、主动性和协作性，具有更强的问题求解能力和自治能力。多认知实体系统是指若干认知实体通过协作完成某些任务或达到某些目标的计算认知系统，其更为一般性的含义是指由多个自主或半自主的构件所构成的各种大型的系统，这种系统具有传统分布、并发问题求解、故障迁移的特点和能力。多认知实体系统区别于传统智能系统的显著特征在于它具备与其所处各种环境、其他认知实体和人进行交互、协调和协作的能力。多认知实体系统中的各个认知实体成员与子程序、函数或过程有着本质的区别，其目标与行为是相对自主与独立的，多认知实体系统的协作求解问题的能力超过单个认知实体，这是多认知实体系统的最佳特点。本发明一种井下多认知实体监控决策支持系统及方法适用于矿山企业井下建筑工程智能控制系统。附图说明
[0012] 本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法有如下附图：
[0013] 图1为本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持系统分区监控结构示意图；
[0014] 图2为本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法基于多Agent的系统结构示意图；
[0015] 图3为本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法区域监控单元Agent用例结构示意图；
[0016] 图4为本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法区域控制单元Agent协作结构示意图；
[0017] 图5为本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法操作管理Agent用例结构示意图；
[0018] 图6为本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持系统及方法操作管理Agent协作结构示意图。
[0019] 其中：1、操作管理站；2、五类线；3、交换机；4、中间接口；5、光纤；6、区域控制器；7、消防监控站；8、安保监控站；9、现场网络线；10、自控箱；11、消防设备；12、安防设备；
13、工程管理人员；14、中间Agent；15、其他区域Agent或工艺Agent；16、设备控制逻辑的触发命令；17、控制逻辑执行后产生的控制命令；18、其他认知实体来的任务指令；19、控制逻辑运算时从实时数据库取出的设备运行参数；20、实时数据库向认知实体通信模块发送设备运行数据；21、异常处理模块向操作管理认知实体通信模块发送的异常报警信息；22、实时数据库向异常处理模块发送的异常处理所需的设备实时运行数据；23、异常处理模块向人机接口发送的报警信息；24、实时数据库为向人机接口发送的设备运行参数；25、人机接口向Lonworks设备驱动发出就地控制指令；26、Lonworks设备驱动采集的现场设备运行数据及故障信息；27、任务指令队列发往网络和Lonworks设备驱动的控制命令；28、异常处理模块在异常情况下向Lonworks设备驱动发出的紧急停机指令；29、管理层通信模块生成的生产管理任务指令；30、监控层图形化人机界面生成的生产任务指令；31、操作管理实时数据库发送到图形化人机界面的实时数据；32、历史数据库发送到人机界面的历史数据；
33、实时数据库发送到管理层接口认知实体通信模块的实时数据；34、异常处理模块发送到管理层接口认知实体通信模块的报警信息；35、实时数据库发送到异常处理模块在异常处理时所需的设备实时运行数据；36、实时数据库发送到数据与综合模块在数据分析综合用的实时数据；37、实时数据库发送到历史数据库的实时数据流；38、历史数据库发送到数据分析与综合模块在数据分析综合用的历史数据；39、异常处理模块发送到中间Agent通信模块的异常情况下的紧急停机指令；40、中间认知实体通信模块发送到实时数据库的现场设备运行数据和设备的故障信息；41、图形化人机界面发往中间认知实体通信模块的设备控制命令；42、技战术任务集发往中间认知实体通信模块的生产任务指令；43、井下区域监控单元认知实体；44、工艺监控单元认知实体；45、操作管理认知实体；46、中间接口认知实体；61、区域控制单元通信模块；62、控制逻辑模块；63、任务指令队列；64、区域控制单元实时数据库；65、区域控制单元异常处理模块；66、人机接口；67、Lonworks设备驱动；101、管理层通信模块；102图形化人机界面；103、技术任务集；104、管理层实时数据库；105、管理层异常处理模块；106、数据分析与综合；107、历史数据库；108、中间Agent通信模块；401、中间接口Agent。
13、工程管理人员；14、中间Agent；15、其他区域Agent或工艺Agent；16、设备控制逻辑的触发命令；17、控制逻辑执行后产生的控制命令；18、其他认知实体来的任务指令；19、控制逻辑运算时从实时数据库取出的设备运行参数；20、实时数据库向认知实体通信模块发送设备运行数据；21、异常处理模块向操作管理认知实体通信模块发送的异常报警信息；22、实时数据库向异常处理模块发送的异常处理所需的设备实时运行数据；23、异常处理模块向人机接口发送的报警信息；24、实时数据库为向人机接口发送的设备运行参数；25、人机接口向Lonworks设备驱动发出就地控制指令；26、Lonworks设备驱动采集的现场设备运行数据及故障信息；27、任务指令队列发往网络和Lonworks设备驱动的控制命令；28、异常处理模块在异常情况下向Lonworks设备驱动发出的紧急停机指令；29、管理层通信模块生成的生产管理任务指令；30、监控层图形化人机界面生成的生产任务指令；31、操作管理实时数据库发送到图形化人机界面的实时数据；32、历史数据库发送到人机界面的历史数据；
33、实时数据库发送到管理层接口认知实体通信模块的实时数据；34、异常处理模块发送到管理层接口认知实体通信模块的报警信息；35、实时数据库发送到异常处理模块在异常处理时所需的设备实时运行数据；36、实时数据库发送到数据与综合模块在数据分析综合用的实时数据；37、实时数据库发送到历史数据库的实时数据流；38、历史数据库发送到数据分析与综合模块在数据分析综合用的历史数据；39、异常处理模块发送到中间Agent通信模块的异常情况下的紧急停机指令；40、中间认知实体通信模块发送到实时数据库的现场设备运行数据和设备的故障信息；41、图形化人机界面发往中间认知实体通信模块的设备控制命令；42、技战术任务集发往中间认知实体通信模块的生产任务指令；43、井下区域监控单元认知实体；44、工艺监控单元认知实体；45、操作管理认知实体；46、中间接口认知实体；61、区域控制单元通信模块；62、控制逻辑模块；63、任务指令队列；64、区域控制单元实时数据库；65、区域控制单元异常处理模块；66、人机接口；67、Lonworks设备驱动；101、管理层通信模块；102图形化人机界面；103、技术任务集；104、管理层实时数据库；105、管理层异常处理模块；106、数据分析与综合；107、历史数据库；108、中间Agent通信模块；401、中间接口Agent。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明一种井下多认知实体监控决策支持系统及方法技术方案作进一步描述。
[0021] 如图1-图6所示，一种井下环境多认知实体监控决策支持系统，包括操作管理站1、交换机3、系统接口4、区域控制器6、消防监控站7、安保监控站8、自控箱10、消防设备
11、安防设备12，所述的系统包括：
11、安防设备12，所述的系统包括：
[0022] 1)井下智能控制系统分区监控子系统 用于监控工程中设备，各区域子系统配置区域控制器6，区域控制器6通过中间接口4和五类线2或光纤5或现场网络线9与交换机3连接，交换机3通过五类线2与操作管理站1连接，区域控制器6通过现场网络线9与现场自控箱10连接；在区域控制器6中嵌入可迁移的井下区域监控单元认知实体43，井下区域监控单元认知实体43可实现同等认知实体的迁移和交互，实现不同认知实体的迁移和交互；
[0023] 2)工艺设备监控子系统 用于监控特殊设备，工艺设备监控子系统配置消防监控站7、安保监控站8，消防监控站7通过五类线2与交换机3连接，安保监控站8通过中间接口4和五类线2或光纤5或现场网络线9与交换机3连接，交换机3通过五类线2与操作管理站1连接，消防监控站7通过现场网络线9与消防设备11连接，安保监控站8通过现场网络线9与安防设备12连接；在消防监控站7和安保监控站8中嵌入可迁移的工艺监控单元认知实体44，用于实现同等认知实体的迁移和交互，实现不同认知实体的迁移和交互；
[0024] 3)人员监控子系统 用于人员的管理和监控，设置监控无线网络，在中间接口4中嵌入中间接口认知实体46，通过无线传感器实现人员位置监控和信息交互，通过中间接口认知实体46实现感知区域子系统和工艺设备监控子系统，中间接口认知实体46可向区域子系统和工艺设备监控子系统迁移；
[0025] 4)操作管理系统 用于实现区域控制器6、工艺设备监控子系统、人员管理监控子系统之间的协调，在操作管理站1中嵌入操作管理认知实体45，操作管理认知实体45可向区域控制器6的井下区域监控单元认知实体43迁移；
[0026] 5)中间接口认知实体46，中间接口认知实体46是操作管理认知实体45与各井下区域监控单元认知实体43或工艺监控单元认知实体44间交互的接口和通信接口，负责收集、整合数据和转发控制命令；负责向各单元认知实体转发监控层来的各种控制指令，同时向监控层上传各单元认知实体发来的现场设备运行数据。
[0027] 所述的多认知实体包括：
[0028] 1)井下区域监控单元认知实体43，用于对本区域的设备对象进行局部的过[0029] 程监控，通过现场网络线9监视和控制现场设备；实时采集运行数据，并向其它认知实体转发采集来的数据，响应其它认知实体发来的控制命令，并将命令发送到网络中进而控制设备；其功能如下：
[0030] a)井下实时数据库维护 井下实时数据库以内存形式动态存储网络采集的本区域设备人员的运行参数，实时数据库的维护包括实时库的创建、实时库规模的动态增加或减小、实时数据记录的实时更新与访问、实时数据的分析与挖掘；
[0031] b)数据采集 对现场设备的运行数据的采集是井下区域监控单元认知实体43的重要任务，数据采集由数据采集线程实现，采集来的数据定时写入到实时数据库中；
[0032] c)任务接收与处理 接收其他认知实体来的任务指令，并在井下区域监控单元认知实体43中设计了一个任务指令队列，用于对批量指令的缓存和管理；
[0033] d)人机交互 图形用户界面，为工程管理人员工直观的、生动形象的设备运行工艺流程图、故障报警信息、控制按钮画面，实现井下工程管理维护人员就地监控；为个人提供个人帮助信息接口，为总部提供总体状况接口；
[0034] e)异常处理 按照设定的数据限范围，根据采集来的设备运行参数，实时判断设备运行故障与否，并以不同的报警级别为其他认知实体或工程管理人员显示异常信息，在严重情况下中间认知实体能发出控制指令，强制停止故障设备的运行或自动采取其他保护措施；
[0035] f)控制逻辑 用于特殊区域的区域监控认知实体，执行逻辑运算实现设备联动或调节功能，由认知实体的控制逻辑运算线程完成；
[0036] 2)工艺监控单元认知实体44，用于对某一工艺系统进行操作、管理和监控，实现对其他遗留系统的封装，提供同其它Agent进行交互的通信接口和人机交互界面；
[0037] 3)操作管理认知实体45，是整个监控层的运行枢纽，可按地下工程的生产要求实现协调控制、流程图监视、远程控制、数据报表、事件记录；
[0038] 操作管理认知实体45用于对整个工程设备运行过程、生产过程的监控、调整、调度，负责系统内各个单元认知实体的运行协调，负责处理监控或生产活动中异常事件；操作管理认知实体45主要由人机交互、实时历史数据处理、技战术任务生成、数据报表、异常处理、优化调度和协调控制功能组件构成，实现同工程管理人员、中间认知实体等的交互：
[0039] a)人机交互提供图形化的操作界面，便于工程管理人员进行操作和及时发现监控过程出现问题；
[0040] b)实时、历史数据处理主要处理来自中间认知实体的现场实时数据，并将实时数据转储为历史数据，以便于长期保存和进行数据统计分析；
[0041] c)井下任务生成是指工程管理人员根据工程当前所处的生产环境条件利用操作管理认知实体45进行任务指令的下达，该任务指令通过中间接口认知实体46转发给相关井下区域监控单元认知实体43、工艺监控单元认知实体44和操作管理单元认知实体45，进而控制现场设备，完成任务目标；
[0042] d)报表生成主要利用该认知实体中的设备运行的实时和历史数据，对设备、人员的运行状况进行统计分析，并可进行深层次的数据发掘、故障诊断等；
[0043] e)优化调度与协调控制是操作管理认知实体45实现在工程范围内对工程中的所有子系统进行调度和协调，如消磁系统的用电负荷较大，则在进行消磁工艺作业时，需要使发电机组满负荷运行，这就是消磁子系统与发电子系统间的协调控制；在进行消磁作业时，所有发电机组都投入运行仍不能满足需要，可停止一些区域的除湿机组和空调机组来减轻工程用电负荷的压力以保障消磁的需要；操作管理认知实体45的异常处理功能基本与井下区域监控单元认知实体43相同；
[0044] 4)中间接口认知实体46，中间接口认知实体46是操作管理认知实体45与各井下区域监控单元认知实体43或工艺监控单元认知实体44间交互的接口和通信接口，负责收集、整合数据和转发控制命令；负责向各单元认知实体转发监控层来的各种控制指令，同时向监控层上传各单元认知实体发来的现场设备运行数据。
[0045] 所述的工艺监控单元认知实体44用于对单一的工艺子系统进行管理、监控和组织生产，其行为模型与井下区域监控单元认知实体43相同，工艺监控单元认知实体44所连接的I/O设备可以是多种协议网络。
[0047] 本发明一种井下环境多认知实体监控决策支持方法井下区域监控单元认知实体43内部各个程序模块完成用例而产生的消息传递关系及消息内容：
[0048] 1)区域控制单元通信模块61向控制逻辑模块62发出设备控制逻辑的触发命令16，控制逻辑模块接收后执行相应的逻辑；
[0049] 2)控制逻辑模块62执行后产生控制命令17，并缓存到指令队列63；
[0050] 3)区域控制单元通信模块61向任务指令队列63发出其他认知实体来的任务指令18，如操作管理认知实体45发来的开排风系统指令；
[0051] 4)控制逻辑模块62在控制逻辑运算时从实时数据库64取出设备运行参数19；
[0052] 5)实时数据库64向区域控制单元通信模块61发送设备运行数据20；
[0053] 6)异常处理模块65向区域控制单元通信模块61发送异常报警信息21；
[0054] 7)实时数据库64向异常处理模块65发送异常处理所需的设备实时运行数据22；
[0055] 8)异常处理模块65向人机接口66发送报警信息23；
[0056] 9)实时数据库64向人机接口66发送设备运行参数24；
[0057] 10)人机接口66向Lonworks设备驱动67发出就地控制指令25；
[0058] 11)Lonworks设备驱动67向实时数据库64发送采集的现场设备运行数据及故障信息26；
[0059] 12)任务指令队列63向网络和Lonworks设备驱动67发送控制命令27；
[0060] 13)异常处理模块65在异常情况下向Lonworks设备驱动67发出紧急停机指令28。
[0061] 所述的操作管理认知实体45内部各个程序模块完成用例协作而产生的消息传递关系及消息内容：
[0062] 1)管理层通信模块101向技术任务集103发送所生成的生产管理任务指令29；
[0063] 2)监控层图形化人机界面102向技术任务集103发送所生成的生产任务指令30；
[0064] 3)操作管理实时数据库104向图形化人机界面102发送实时数据31；
[0065] 4)历史数据库107向图形化人机界面102发送历史数据32；
[0066] 5)实时数据库104向管理层通信模块101发送实时数据33；
[0067] 6)异常处理模块105向管理层通信模块101发送报警信息34；
[0068] 7)实时数据库104发送到异常处理模块105在异常处理时所需的设备实时运行数据35；
[0069] 8)实时数据库104向数据与综合模块106发送在数据分析综合用的实时数据36；
[0070] 9)实时数据库104向历史数据库107发送实时数据流37；
[0071] 10)历史数据库107向数据分析与综合模块106发送在数据分析综合用的历史数据38；
[0072] 11)异常处理模块105向中间Agent通信模块108发送异常情况下的紧急停机指令39；
[0073] 12中间Agent通信模块108向实时数据库104发送现场设备运行数据和设备的故障信息40；
[0074] 13)图形化人机界面102向中间Agent通信模块108发送设备控制命令41；
[0075] 14)技术任务集103向中间Agent通信模块108发送生产任务指令42。
[0076] 实施例1。
[0077] 步骤一、按照功能划分、区域划分、人员配置相结合的原则决定所需配置的井下监控子系统。如图1所示。
[0078] (1)建立区域监控子系统：系统中分布着大量的智能监控模块及带智能接口的智能设备，用于监控工程中大量设备，如水泵、空调除湿机、矿机等，将整个工程划分为若干区域监控子系统，各区域配置一个区域控制器6，实现对本区域内设备的监测和控制。在区域控制单元通信模块61中嵌入可迁移的井下区域监控单元认知实体43，通过井下区域监控单元认知实体43不仅可以实现同等认知实体的迁移和交互，也可以实现不同认知实体的迁移和交互。例如在某个区域监控失败的情况下，可以将该区域内监控信息通过认知实体迁移到邻居区域监控设备中，仍能对该区域进行监控。
[0079] (2)建立工艺设备监控子系统：工程中有些子系统，负责专门特殊的工艺操作，功能要求比较复杂、系统相对独立，可以设置专门的监控计算机，构成各自的监控子系统如工程中的备用电站、变电所、安全防范、通风通气等监控子系统等。在区域控制单元通信模块61中嵌入可迁移的工艺监控单元认知实体44，通过工艺监控单元认知实体44不仅可以实现同等认知实体的迁移和交互，也可以实现不同认知实体的迁移和交互。工艺监控单元认知实体44负责感知区域监控子系统和人员监控自系统，能实现自我迁移，但不能向两者迁移。能够认知环境并在临界状态下，保持最佳状态。
[0080] (3)建立人员监控子系统：工程中有些子系统，专门负责人员的管理和监控，功能要求具有交互性，节能性，迁移性，容错性，设置专门的监控无线网络，利用无线传感器实现人员位置监控和信息交互。在中间接口4中嵌入中间接口认知实体46，通过中间接口认知实体46实现感知区域子系统和工艺设备监控子系统，并且中间接口认知实体46可以向两者迁移，保证人员的信息的安全性、完整性、可靠性。
[0081] (4)建立操作管理站：区域控制器、工艺子系统主机、人员管理主机直接面向现场，属于分散控制，分散控制对局求解全局问题可能产生不可行解。要解决这一问题，需要一个协调机制，操作管理站用于实现协调功能，每一个操作管理站和区域控制器或子系统主机都可成为一个自治的控制单元，并用一种协调机制来协调控制决策。建立操作管理站点认知实体45，操作管理认知实体45可以向子区域监控认知实体43迁移，但不可向中间接口认知实体46迁移和工艺子设备认知实体44迁移。
[0082] 步骤二、建立基于多认知实体的井下监控层控制结构
[0083] 如图2所示，基于多认知实体的控制系统结构有两种：(1)纯分布式结构，即系统中的所有(代理)Agent相互共享信息和知识，这种结构适用于规模较小的系统，因为当系统规模很大时，系统的通信量将会非常大，同时这种结构的局部自治性强，不易达到全局任务的目标。(2)联邦式结构，这种结构引入了中介子(Mediator)的协调机制，中介子将一组多认知实体聚集成为认知实体集合，集合内部的认知实体通过中介子进行通信和协调，基于这种结构的多认知实体系统简化了纯分布式系统的通信与控制的复杂性，能够解决复杂的实际问题。设计的智能化系统监控层采用了混合式结构，一方面保证了系统的柔性与自适应性，另一方面简化了系统的结构，降低了系统的通信与控制的复杂性。
[0084] 各认知实体的主要功能如下：
[0085] (1)井下区域监控单元认知实体43。井下区域监控单元认知实体43主要负责对本区域的设备对象进行局部的过程监控，其通过现场网络监视和控制现场设备。实时采集运行数据，并向其它认知实体转发采集来的数据，同时能及时响应其它认知实体发来的控制命令，并将命令发送到网络中进而控制设备。具有友好的人机交互界面，能同系统维护管理人员在现场进行交互。
[0086] 区域监控单元认知实体43是整个监控层系统的基础单元。各认知实体自主管理一个区域，负责相应设备的操作管理、控制命令传递和数据采集。该认知实体的用例图如图3所示，其描述了区域监控单元认知实体的基本功能和与外部角色间的交互情况。建立的服务如下：
[0087] a)井下实时数据库维护。井下实时数据库是以内存的形式动态存储着网络采集来的本区域设备人员的运行参数。实时数据库的维护主要包括实时库的创建、实时库规模的动态增加或减小、实时数据记录的实时更新与访问、实时数据的分析与挖掘等内容。
[0088] b)数据采集。对现场设备的运行数据的采集是该认知实体的重要任务，数据采集由专门的数据采集线程实现，采集来的数据定时写入到实时数据库中。
[0089] c)任务接收与处理。接收其他认知实体来的任务指令，为提高对指令的执行效率，设计了一个指令队列，实现对批量指令的缓存和管理。如图5所示。
[0090] d)人机交互。提供图形用户界面(graphic user interface，GUI)为工程管理人员提供直观的、生动形象的设备运行工艺流程图、故障报警信息、控制按钮等画面，实现井下工程管理维护人员的就地监控。为个人提供个人帮助信息接口，为总部提供总体状况接口。
[0091] e)异常处理。按照设定的数据限范围，根据采集来的设备运行参数，实时判断设备运行故障与否，并以不同的报警级别为其他认知实体或工程管理人员显示异常信息，在严重情况下中间接口认知实体46能发出控制指令，强制停止故障设备的运行或自动采取其他保护措施。
[0092] f)控制逻辑。应用于特殊区域的区域监控认知实体，需要执行复杂的逻辑运算实现设备联动或调节功能，如批量控制、设备定时巡检、通风通气调节等。对于这种复杂的控制逻辑的算法执行，认知实体提供了专门的控制逻辑运算线程。
[0093] 如图4所示的井下区域监控单元认知实体43的协作图，示意了构成区域监控单元认知实体43的示例对象，并详细列出了程序内部各个程序模块之间为完成用例图所描述的用例而产生的消息传递关系及消息内容。图4中的消息编号并不代表严格的时间上的先后顺序。图4中，16为设备控制逻辑的触发命令，控制逻辑模块接收后执行相应的逻辑，如火警的联动逻辑；17为控制逻辑执行后产生的控制命令，缓存到指令队列；18为其他认知实体来的任务指令，如操作管理认知实体发来的开排风系统指令；19为控制逻辑运算时从实时库取出的设备运行参数；20为向其认知实体发送设备运行数据；21为向操作管理认知实体发送的异常报警信息；22为异常处理所需的设备实时运行数据；23为向人机界面发送的报警信息；24为向人机界面发送的设备运行参数；25为就地控制指令；26为采集的现场设备运行数据(包含设备的故障信息)；27为发往网络的控制命令；28为异常情况下的紧急停机指令。
[0094] (2)工艺监控单元认知实体44。工艺监控认知实体44主要负责对某一工艺系统进行操作、管理和监控，也可实现对其他遗留系统的封装，如空压机站工艺监控单元认知实体能完成对高压空压机的启动、手自动排污、卸荷、故障报警、停机等一系列复杂的工艺操作。提供同其它Agent进行交互的通信接口，如OPC等和人机交互界面。
[0095] 工艺监控单元认知实体44主要负责对单一的工艺子系统进行，如造水子系统、供油子系统等的管理、监控和组织生产，其行为模型基本同井下区域监控单元认知实体43相同，主要差别是该认知实体所连接的I/O设备可以是多种协议网络。
[0096] (3)操作管理认知实体45。操作管理认知实体45是整个监控层的运行枢纽，几乎所有的监控功能都需要在操作管理认知实体45上体现出来，如按地下工程的生产要求实现协调控制、流程图监视、远程控制、数据报表、事件记录等。操作管理认知实体又可分为风系统操作管理认知实体、水系统操作管理认知实体、电系统操作管理认知实体、复杂工艺操作管理认知实体、人员监控认知实体等多种形式。
[0097] 操作管理认知实体45负责对整个工程设备运行过程、生产过程的监控、调整、调度，负责系统内各个单元认知实体的运行协调，负责处理监控或生产活动中异常事件。操作管理认知实体45的用例图，如图5所示。由图5可知，操作管理认知实体45主要有人机交互、实时历史数据处理、技术任务生成、数据报表、异常处理、优化调度和协调控制等功能组件构成，实现同工程管理人员、中间认知实体等的交互。
[0098] a)人机交互提供图形化的操作界面，便于工程管理人员进行操作和及时发现监控过程出现问题。
[0099] b)实时、历史数据处理主要处理来自中间接口认知实体的现场实时数据，并将实时数据转储为历史数据，以便于长期保存和进行数据统计分析。
[0100] c)井下任务生成是指工程管理人员根据工程当前所处的生产环境条件利用操作管理认知实体45进行任务指令的下达，该任务指令通过中间接口认知实体46转发给相关井下区域监控单元认知实体43、工艺监控单元认知实体44和操作管理认知实体45，进而控制现场设备，完成任务目标。
[0101] d)报表生成主要利用该认知实体中的设备运行的实时和历史数据，对设备、人员的运行状况进行统计分析，并可进行深层次的数据发掘、故障诊断等。
[0102] e)优化调度与协调控制是操作管理认知实体45的非常重要的功能，实现在工程范围内对工程中的所有子系统进行调度和协调。如消磁系统的用电负荷较大，则在进行消磁工艺作业时，需要使发电机组满负荷运行，这就是消磁子系统与发电子系统间的协调控制；又如，在进行消磁作业时，所有发电机组都投入运行仍不能满足需要，可停止一些区域的除湿机组和空调机组来减轻工程用电负荷的压力以保障消磁的需要，这属于优化调度。操作管理认知实体45的异常处理功能基本与井下区域监控单元认知实体43相同。
[0103] 如图6所示，操作管理认知实体45的协作图，29为管理层认知实体通信模块101生成的生产管理任务指令；30为图形化人机界面102秘技战术任务集103发送的监控层生成的生产任务指令；31为实时数据库104发送到图形化人机界面102的实时数据；32为历史数据库107发送到图形化人机界面102的历史数据；33为实时数据库104发送到管理层接口认知实体通信模块101的实时数据；34为异常处理模块105发送到管理层接口认知实体通信模块101的报警信息；35为实时数据库104发送到异常处理模块105的异常处理所需的设备实时运行数据；36为实时数据库104发送到数据分析与综合模块106数据分析综合用的实时数据；37为实时数据库104发送到历史数据库107的实时数据流；38为历史数据库107发送到数据分析与综合模块106数据分析综合用的历史数据；39为异常处理模块105发送到中间Agent通信模块108异常情况下的紧急停机指令；40为中间Agent通信模块108发送到实时数据库104的现场设备运行数据和设备的故障信息；41为图形化人机界面102发送到中间Agent通信模块108的设备控制命令；42为技术任务集103发送到中间Agent通信模块108的生产任务指令。
[0104] (4)中间接口认知实体46。中间接口认知实体46是操作管理认知实体45与各井下区域监控单元认知实体43或工艺监控单元认知实体44间交互的接口，负责收集、整合数据和转发控制命令。中间接口认知实体46是操作管理认知实体45与各单元认知实体(井下区域监控单元认知实体43、工艺监控单元认知实体44)的通信接口。负责向各单元认知实体转发监控层来的各种控制指令，同时向监控层上传各单元认知实体发来的现场设备运行数据。
[0105] 采用多认知实体技术分析和设计的井下建筑工程智能控制系统，成功克服了单一的分层递阶控制结构的刚性，实现不同系统之间的交互，适应井下环境的多变。
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