隱患排查信息物理融合系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種安全生產(chǎn)過程中的安全隱患排查領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種隱患排查信息物理融合系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國現(xiàn)有13000多處煤礦、8萬多處非煤礦山，安全生產(chǎn)事故隱患一直存在。生產(chǎn)過程中存在的安全隱患雖然不是安全事故，但安全隱患是安全事故的生長和孕育階段，它能夠直接導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，若是能夠及時發(fā)現(xiàn)安全隱患的存在，并進(jìn)行有效治理，就能夠有效避免安全事故的發(fā)生。
[0003]信息物理融合系統(tǒng)CPS是一個綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C (Computat 1n、Communi cat 1n、Contro I)技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)。CPS實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，可使系統(tǒng)更加可靠、高效、實(shí)時協(xié)同，具有重要而廣泛的應(yīng)用前景。近年來，CPS不僅已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和科技界研究開發(fā)的重要方向，預(yù)計(jì)也將成為企業(yè)界優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。開展CPS研究與應(yīng)用對于加快我國培育推進(jìn)工業(yè)化與信息化融合具有重要意義。
[0004]信息物理系統(tǒng)通過人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)和物理進(jìn)程的交互，使用網(wǎng)絡(luò)化空間以遠(yuǎn)程的、可靠的、實(shí)時的、安全的、協(xié)作的方式操控一個物理實(shí)體。信息物理融合系統(tǒng)(CPS)是計(jì)算過程和物理過程的融合系統(tǒng)，它強(qiáng)調(diào)信息世界與物理世界的融合，強(qiáng)調(diào)對交互環(huán)境的實(shí)時監(jiān)測與控制，它通過與交互環(huán)境的實(shí)時交互來增加或擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠和實(shí)時的方式檢測或者控制一個物理實(shí)體。
[0005]通過信息物理系統(tǒng)的技術(shù)手段建立安全生產(chǎn)隱患排查的全過程動態(tài)監(jiān)管支撐服務(wù)系統(tǒng)，提高監(jiān)管的效率、及時性和權(quán)威性，采集并集成各種信息源、多媒體和多格式信息，從而生成完整、準(zhǔn)確、及時和有效的綜合信息過程，為分析、估計(jì)和校準(zhǔn)不同形式的信息、適應(yīng)海量數(shù)據(jù)處理的需要，同時利用這些信息正確反映實(shí)際情況提供了可能。根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)推斷出現(xiàn)場狀態(tài)、給出決策結(jié)果，并盡可能地找出事故的原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]對于煤礦和化工園區(qū)等生產(chǎn)場所的安全隱患，目前缺乏有效的信息監(jiān)管手段，更不能從整體上和全局上，實(shí)時監(jiān)控和把握隱患信息。
[0007]從信息角度看，就是要有一個完善的信息支撐服務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)地實(shí)時監(jiān)測安全隱患、預(yù)測安全隱患、把握安全態(tài)勢，對于安全隱患進(jìn)行長期有效地安全預(yù)警，并不斷地加以改進(jìn)，逐步提高隱患發(fā)現(xiàn)、隱患預(yù)警、安全控制的實(shí)時性和準(zhǔn)確性。
[0008]CPS核心是3C融合，自主適應(yīng)交互環(huán)境的變化，從其交互環(huán)境的角度來看，其功能的關(guān)鍵是感知與控制，而感知與控制對時間非常敏感，時間是CPS系統(tǒng)非常重要的元素。
[0009]所以，采用CPS來系統(tǒng)地解決隱患預(yù)警的實(shí)時性和準(zhǔn)確性是非常合適的。
[0010]隱患排查信息物理系統(tǒng)，英文hidden danger investigat1n CPS，簡寫 hdiCPS, 是信息物理系統(tǒng)在公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)，用于安全隱患的監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)，是一種實(shí)時系統(tǒng)，包括hdiCPS安全平臺、hdiCPS適配裝置、hdiCPS終端、各種傳感器、各種制動器，具有隱患信息的采集、監(jiān)測、通信、預(yù)警、分析和遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)以全自動控制為目標(biāo)，以隱患管理為主線，以生產(chǎn)管理和安全管理為保障，具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。
[0011]hdiCPS安全平臺是一個后臺服務(wù)系統(tǒng)，位于縣、區(qū)、市、省等的信息中心，也可能位于企業(yè)控制中心。該平臺主要用于數(shù)據(jù)融合并給出決策結(jié)果，將設(shè)備上傳的信息進(jìn)行識別，將事故隱患按照隱患級別進(jìn)行分類，即無隱患、一般事故隱患、重大事故隱患，并更新數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)，為管理部門提供事故隱患管理數(shù)據(jù)、重大事故隱患治理情況、事故隱患排查治理情況分析等，使得管理部門實(shí)時掌握隱患排查工作的最新動態(tài)。
[0012]hdiCPS適配裝置是實(shí)現(xiàn)CPS底層感知控制的設(shè)備，因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)備大多數(shù)不能滿足CPS系統(tǒng)的要求，因此，這個適配裝置起到一個轉(zhuǎn)換的用處。hdiCPS裝置要求物理構(gòu)建和軟件構(gòu)建必須能夠在不關(guān)機(jī)的狀態(tài)下動態(tài)加入系統(tǒng)，同時保證滿足系統(tǒng)需求和服務(wù)質(zhì)量?？梢詣討B(tài)加入傳感器、制動器等物理節(jié)點(diǎn)，或者進(jìn)行軟件升級的過程中不需關(guān)掉整個系統(tǒng)或者停機(jī)。
[0013]hdiCPS終端是指安裝有hdiCPS實(shí)時控制軟件的PC終端和移動終端，hdiCPS軟件重點(diǎn)提供通信和控制的實(shí)時性，實(shí)現(xiàn)終端的CPS屬性，即通信、控制、實(shí)時和安全。
[0014]hdiCPS主要實(shí)現(xiàn)隱患信息的采集、存儲、融合、提取、識別、評價，以列表、圖形、動畫形式展示分析結(jié)果，給予輔助決策，實(shí)現(xiàn)安全隱患的實(shí)時監(jiān)測與預(yù)警。
[0015]hdiCPS是在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合計(jì)算、通信和控制能力的可控可信可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，通過計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)，實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時交互來增加或擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠、高效和實(shí)時的方式檢測或者控制一個物理設(shè)備。
[0016]hdiCPS的意義在于將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，連接到互聯(lián)網(wǎng)上。hdiCPS本質(zhì)上是一個具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò)，但它又有別于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)，它把通信放在與計(jì)算和控制同等地位上，因?yàn)閔diCPS強(qiáng)調(diào)的分布式應(yīng)用系統(tǒng)中，物理設(shè)備之間的協(xié)調(diào)是離不開通信的。CPS對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備的遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)能力、自治能力、控制對象的種類和數(shù)量，特別是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有的工控網(wǎng)絡(luò)。
[0017]hdiCPS是物理過程和計(jì)算過程的集成系統(tǒng)，是通過CPS系統(tǒng)包含的數(shù)字世界和機(jī)械設(shè)備與物理世界進(jìn)行交互，這種交互的主體既包括現(xiàn)場傳感器和后臺系統(tǒng)，后臺系統(tǒng)在無人操作下不斷地接收數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和發(fā)送結(jié)果，同時監(jiān)測人員也可以隨時隨地通過終端來瀏覽現(xiàn)場信息、發(fā)送控制指令。
[0018]hdiCPS適配裝置和hdiCPS終端可以動態(tài)地加入hdiCPS系統(tǒng)，向hdiCPS安全平臺發(fā)送申請加入請求，后者收到請求后對設(shè)備提交的數(shù)據(jù)格式和信息，進(jìn)行校驗(yàn)核對，如果符合本系統(tǒng)要求，將為hdiCPS適配裝置分配一個系統(tǒng)內(nèi)唯一 ID，以后hdiCPS適配裝置和安全平臺的通信都有以此ID為標(biāo)識；而hdiCPS終端申請加入時，將自身的身份信息發(fā)送給hdiCPS安全平臺，平臺同意后，hdiCPS終端以身份信息為通信標(biāo)識。
[0019]hdiCPS系統(tǒng)下的設(shè)備可以相互關(guān)聯(lián)，如一個hdiCPS終端可以請求和某個hdiCPS適配裝置進(jìn)行關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)是通過hdiCPS安全平臺實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然hdiCPS安全平臺可以任意指定若干個設(shè)備相互關(guān)聯(lián)。
[0020]相互關(guān)聯(lián)的結(jié)果:hdiCPS終端可以實(shí)時獲取hdiCPS適配裝置的數(shù)據(jù)，查看其工作狀況，甚至可以控制hdiCPS適配裝置下面的生產(chǎn)控制設(shè)備，如安全制動器，關(guān)聯(lián)需要權(quán)限，而權(quán)限是分級的。安全制動器是用于接入生產(chǎn)線的總控閥，起到開啟和關(guān)閉整條生產(chǎn)線，也可以在開啟的情況下，動態(tài)控制生產(chǎn)量，具體如原料輸入的進(jìn)料量、生產(chǎn)線的運(yùn)行速度等；在本hdiCPS系統(tǒng)下，可根據(jù)安全隱患曲線實(shí)時控制生產(chǎn)總量，從而降低從隱患生成為風(fēng)險的臨界值和幾率。
[0021]安全隱患曲線由專家系統(tǒng)給出，一般要建立隱患數(shù)據(jù)模型，模型基于安全生產(chǎn)隱患數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和隱患排查過程進(jìn)行構(gòu)建，并支持動態(tài)調(diào)整。安全隱患曲線分為無隱患階段、一般隱患階段、重大隱患階段。無隱患階段和重大隱患階段只是開關(guān)控制，而一般隱患階段可進(jìn)行連續(xù)控制。安全隱患曲線反映了安全隱患程度和生產(chǎn)量之間的關(guān)系，生產(chǎn)量即是生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)規(guī)模的增大勢必增大隱患點(diǎn)的數(shù)量，通過降低生產(chǎn)規(guī)模來消減風(fēng)險發(fā)生的臨界點(diǎn)，減少隱患點(diǎn)數(shù)，從而抑制或消除安全隱患的風(fēng)險發(fā)生程度。
[0022]hdiCPS安全平臺通過融合、提取和分析得出安全隱患程度，具體的數(shù)據(jù)融合算法會隨著應(yīng)用場景和目標(biāo)需求的不同而變化，一般遵循數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、鏈路數(shù)據(jù)融合、特征數(shù)據(jù)融合、隱患識別、安全決策的處理流程。并依據(jù)安全隱患曲線不同階段進(jìn)行相應(yīng)控制:無隱患階段，安全制動器是關(guān)閉的，不對生產(chǎn)線的生產(chǎn)量進(jìn)行控制；而重大隱患階段是開啟到最大，對生產(chǎn)線完全控制，切斷工作電源，禁止生產(chǎn)；在一般隱患階段，安全制動器的開啟程度隨安全隱患曲線變化，安全隱患程度越大，安全制動器開啟的越大，安全隱患程度越小，安全制動器開啟的越小。
[0023]上傳給hdiCPS安全平臺的數(shù)據(jù)，不但可從現(xiàn)場的hdiCPS適配裝置獲得，也可以從hdiCPS終端獲取。
[0024]hdiCPS安全平臺也可以將決策輸出給hdiCPS終端，為管理部門提供事故隱患管理數(shù)據(jù)、重大事故隱患治理情況、事故隱患排查治理情況分析等，使得管理部門實(shí)時掌握隱患排查工作的最新動態(tài)，以便監(jiān)管部門對隱患排查工作安排做出決策。
[0025]hdiCPS終端一般由隱患排查工作人員隨身攜帶，輸入現(xiàn)場排查結(jié)果，如錄入企業(yè)信息、執(zhí)法談話內(nèi)容、現(xiàn)場安全環(huán)境的描述，或者拍照現(xiàn)場證據(jù)等等，上傳給hdiCPS安全平臺；接收hdiCPS安全平臺的決策輸出，實(shí)現(xiàn)人員和后臺系統(tǒng)的有效互動，如對有效信息實(shí)時更新、修改和完善等管理操作。并對信息進(jìn)行維護(hù)，提供移動查詢。
【附圖說明】
【附圖說明】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0027]圖1為分層結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖3為隱患發(fā)現(xiàn)和控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]對于擁有化工園區(qū)的市縣而言，化工企業(yè)的危險隱患要實(shí)時給予監(jiān)測和預(yù)警，本系統(tǒng)應(yīng)用到這種場景是十分適當(dāng)?shù)摹?br>[0031]化工企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場有很多傳感器，如:溫度傳感器、濃度傳感器、壓力傳感器，這些傳感器通過hdiCPS適配裝置接入到hdiCPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)hdiCPS系統(tǒng)底層的感知，而化工企業(yè)的制動器也通過hdiCPS適配裝置接入hdiCPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)hdiCPS系統(tǒng)底層的控制。
[0032]hdiCPS適配裝置實(shí)時獲取現(xiàn)場傳感器采集的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈路數(shù)據(jù)融合，如:以數(shù)據(jù)的種類或閥值為關(guān)鍵詞進(jìn)行排序排列，或者按照時間順序進(jìn)行銜接。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，將所述至少兩個傳感器以上相同或相近應(yīng)用的數(shù)據(jù)，按照其時間戳的順序進(jìn)行排列構(gòu)造。
[0033]一旦實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，hdiCPS適配裝置就將其上傳給hdiCPS安全平臺，hdiCPS安全平臺位于市縣的安全中心，hdiCPS安全平臺和hdiCPS適配裝置通過VPN互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ｓ霉饫w網(wǎng)連接其中，是hdiCPS系統(tǒng)的重要組成部分。