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矿山物联网生产设备协同管控系统设计

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针对矿山物联网生产设备协同管控规模大、时序约束严格、局部控制等特点,结合矿山物联网生产设备协同管控系统架构,建立了矿山物联网生产设备多级协同管控模型,提出了基于数据驱动与知识驱动的矿山物联网生产设备协同管控方法,描述了各层级子系统及其设备之间的任务分配与协同机制,并由此构建了基于平行管理的矿山物联网生产设备协同管控系统.该系统可实现矿山物联网数据的分布式协同处理与设备协同管控,减少人为干预,提高生产效率.

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工矿

化

V01．44 No．6

Jun．2018

自

and Mine Automation

动

第44卷第6期

2018年6月

Industry

文章编号：1671—251X(2018)06—0001—05

DOI：10．13272／j．issn．1671—251x．17335

矿山物联网生产设备协同管控系统设计

游博1，

陈卿2”，

王红星1

李学恩1，

(1．中国科学院自动化研究所，北京100190；2．中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏徐州221116；

3．矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室，江苏徐州221008)

摘要：针对矿山物联网生产设备协同管控规模大、时序约束严格、局部控制等特点，结合矿山物联网生产

设备协同管控系统架构，建立了矿山物联网生产设备多级协同管控模型，提出了基于数据驱动与知识驱动的

矿山物联网生产设备协同管控方法，描述了各层级子系统及其设备之间的任务分配与协同机制，并由此构建

了基于平行管理的矿山物联网生产设备协同管控系统。该系统可实现矿山物联网数据的分布式协同处理与

设备协同管控，减少人为干预，提高生产效率。

关键词：矿山物联网；精准开采；设备协同管控；多级协同管控；任务协同机制；时序约束；平行管理

中图分类号：TD67

文献标志码：A

网络出版地址：http：／／kns．cnki．net／kcms／detail／32．1627．TP．20180524．1956．001．html

and control

for

Design

cooperative management

system

things

in mine Internet of

production equipments

YOU

CHEN

WANG

Hongxin91

Xue'enl，

B01，

Qin92一，

Academy^ofSciences，Beijing

(1．Institute

Automation，Chinese

90，China；2．School

Information ahd Control

Xuzhou

and

Engineering，China University

National and Local

Mining

Technology，

221116，China；3．The

Joint

Engineering Laboratory

of Mine Internet

Application Technology，Xuzhou 221008，China)

Abstract：For characteristics

constraint

control of

and decentralized

in mine Internet of multi—

things(IoT)，a

1arge—scale．strict timing

and control for

management

cooperative

level

production equipments

and

for

control model

in mine IoT was established

cooperative management

production equipments

and control

with architecture of

combing

cooperative management

system．A cooperative management

which was based on data—driven

and control method for

was

mine IoT

production equipments

proposed

and

task allocation and collaboration mechanism

among subsystems

and their

for

system production

knowledge-driven，and

at all levels was described．Thus

and control

equipments

cooperative

management

in mine IoT based on

was established．The can realize distributed

and control of of mine

production equipments

parallel management

system

collaborative data

and

cooperative management

processing

收稿日期：2018-05-02；修回日期：2018—05-22；责任编辑：李明。

基金项目：国家重点研发计划资助项目(2017YFC0804407)；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CXLXl3—941)。

作者简介：李学恩(1969一)，男，河南民权人，研究员，博士，主要研究方向为物联网与智能感知，E-mail：xueen．1i@ia．ac．cn。通信作者：陈卿

(1984一)，男，江苏徐州人，博士研究生，主要研究方向为矿震波速反演，E-mail：．com。

引用格式：李学恩，游博，陈卿，等．矿山物联网生产设备协同管控系统设计口]．工矿自动化，2018，44(6)：1-5．

LI Xu

e，en，YOU Bo，CHEN Qing，et a1．Design

Internet and

and control

for

mine

cooperative management

system

production equipments

of things[J]．Industry

Mine Automation，2018，44(6)：卜5．

万方数据

工矿自动化

2018年第44卷

can reduce human intervention

IoT，which

and

improve production efficiency．

words：mine Internet of

and control of

Key

things；precise mining；cooperative management

and

collaboration mechanism of

task；timing

equipment；multi—level cooperative management

constraint；parallel management

control‘9

(2)通过大数据挖掘与知识描述，实现矿山安

全生产过程中的隐性数据和隐性知识显性化。通过

采集生产传输过程中的传感数据，形成云端数据索

引。结合现有矿山生产知识图谱，将综合数据形成

理论数据模型。

0引言

完整的现代化生产矿区通常由上万套独立设备

共同完成常规生产作业，特别是在矿山物联网环境

下，各生产区域和功能子系统的设备多种多样，物理

空间分布广泛，生产工况环境复杂多变，底层数据也

来自多源异构网络[1‘2]。为解决物联网环境下矿山

生产设备的协同管控问题，本文在分析矿山物联网

生产设备协同管控特点及功能需求的基础上，建立

了矿山物联网生产设备多级协同管控模型，提出了

基于数据驱动与知识驱动的矿山物联网生产设备协

同管控方法，由此构建了矿山物联网生产设备协同

管控系统。该系统通过对矿山物联网数据的分布式

协同处理与设备的协同管控，可实现矿山精准开采．

减少人工干预，提高生产效率。这也是未来矿山管

理系统的发展趋势。

(3)将设备功能服务管理与生产业务流程管理

相结合，实现基于数据驱动与知识驱动的设备协同

管控。

2矿山物联网生产设备协同管控系统架构

矿山物联网生产设备协同管控系统架构包括物

联网及其设备层、集成层、数据层、业务逻辑层、表现

层[3。5]，如图1所示。

I圆酋园

一

1矿山物联网生产设备协同管控需求

矿山物联网生产设备协同管控具有以下特点：

(1)需获取广域且深度的互连互通、实时、海量

大数据信息。

(2)具有不可分与不可知的复杂系统特征。

(3)协同规模大。一次协同任务需要部署在很

大范围内的大量设备共同完成，且在大规模设备协

同中存在大量并行协同任务和设备资源访问任务。

(4)时序约束严格。针对大规模设备协同中存

在的并行协同任务，除了要保证这些任务之间能够

有效地共享各类资源，防止冲突和死锁，更重要的是

要保证这些任务之间及任务与子任务之间具有严格

的时序约束关系。

(5)局部控制。在复杂系统中，每个主体只能

从其所在相对较小的个体集合中获取局部信息并做

出相应决策。系统的整体行为通过个体间的竞争或

协作等局部相互作用表现出来。

◆

’

◆

物联酬及

其设备层

：、、：、。

i、。!、。

传感器、执行器

图1矿山物联网生产设备协同管控系统架构

and control

Architecture

for

Fig．1

cooperative management

in Internet of

production equipment

因此，矿山物联网生产设备协同管控系统应具

有以下主要功能：

things

system

物联网及其设备层主要由传感器、执行器、传感

(1)根据矿山生产设备运行和工况环境、生产

业务及管理方法等因素之间的工作流和协同关系，

实现“人、机、环”设备协同管控。将设备因素、环境

因素、生产环节与管理方法有机结合，实现区域设备

联动与智能干预，提高整体管理水平与节能减排。

网络节点、物联网网关、前置服务器等组成。传感器

主要采集生产过程中的传输数据。执行器用于远程

或自动化控制。传感网络节点作为传输中继，完成

物联网组网功能，并对传感器、执行器等设备进行管

理。传感网络节点同时具备协议转换功能，可根据

万方数据

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