基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 明，閆井超，文 煒，洪東亮

（國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)川氣東送天然氣管道有限公司，湖北武漢 430000）

自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的功能在于預(yù)防突發(fā)事件的發(fā)生、突發(fā)事件的聯(lián)動(dòng)應(yīng)對(duì)以及合理地指定自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)方案，完成應(yīng)急處理。自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于聯(lián)動(dòng)和應(yīng)急，要求系統(tǒng)的反應(yīng)速度要快速、準(zhǔn)確，并且具有全面性，不可以忽略相關(guān)的管理區(qū)域[1-2]。

自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)為城市的應(yīng)急平臺(tái)提供統(tǒng)一高效的信息支撐，但是隨著智能設(shè)備故障和各種突發(fā)事件的發(fā)生，為了保證自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)其功能要求越來(lái)越嚴(yán)格[3-4]。

文中分別設(shè)計(jì)了基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)硬件區(qū)域的器件功能和基本的軟件調(diào)用功能，最后通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析，完成基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試，驗(yàn)證了文中系統(tǒng)的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)功能，使該研究具有意義。

1 基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

文中設(shè)計(jì)的基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 聯(lián)動(dòng)器設(shè)計(jì)

聯(lián)動(dòng)器是自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)硬件區(qū)域的重要組成器件之一，器件的工作任務(wù)是保證系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)處理的工作效率，系統(tǒng)應(yīng)急驅(qū)動(dòng)器一旦驅(qū)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)器時(shí)刻處于待機(jī)狀態(tài)，提前對(duì)應(yīng)急處理的內(nèi)容進(jìn)行緩沖，避免出現(xiàn)系統(tǒng)在應(yīng)急聯(lián)動(dòng)調(diào)用過(guò)程中進(jìn)程等待的延時(shí)故障，影響系統(tǒng)的處理效率[5-7]。聯(lián)動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 聯(lián)動(dòng)器結(jié)構(gòu)

為了完成以上聯(lián)動(dòng)器功能，文中在硬件區(qū)域采用JISUUE-92 系列的聯(lián)動(dòng)器。聯(lián)動(dòng)器的額度載荷為50 N，工作電壓為220 V，有效輸出功率為50 MHz，交流輸出功率為300 W。為了延長(zhǎng)聯(lián)動(dòng)器的使用周期，采用DC24V 全密封免維護(hù)的電池，電池的回路數(shù)為40，聯(lián)動(dòng)器回路的最大容量為242 個(gè)編址點(diǎn)，器件內(nèi)部設(shè)計(jì)60 個(gè)聯(lián)動(dòng)盤(pán)，以便保證聯(lián)動(dòng)器的性能，器件的使用溫度范圍為0～40 ℃，工作的相對(duì)濕度小于95%RH[8-10]。

1.2 傳感器設(shè)計(jì)

傳感器是一種監(jiān)測(cè)裝置，在系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)周期內(nèi)，傳感器同步啟動(dòng)，這就需要超大容量的電池模塊，傳感器的任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需要管理的數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)突發(fā)緊急事件，則立即檢查事件原因，向系統(tǒng)的管理層報(bào)告，縮短故障的發(fā)生時(shí)長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，文中采用JWBS-73 傳感器作為硬件區(qū)域的一個(gè)重要器件[11-12]。傳感器示意圖如圖3 所示。

圖3 JWBS-73傳感器

該傳感器的靈敏度為2.0±0.1 mV/V，器件額定載荷量是最大載荷量的2/3，供電模式為220 V/24 V，輸出的電流規(guī)定范圍為4～20 mA。傳感器的重復(fù)性誤差為±0.02%F.s/10 ℃，密封等級(jí)為IP66，器件的輸出電阻為700 Ω。為了提高傳感器的傳感效率，減少應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的信息傳輸時(shí)間，器件的自振頻率為10 Hz，不會(huì)干擾到硬件區(qū)域其他器件的工作。為了使傳感器與其他硬件設(shè)備連接誤差最低，采用二線(xiàn)制的連接模式，提高傳感器信息的傳輸效率[13]。

1.3 調(diào)度器設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件區(qū)域調(diào)度器的工作是協(xié)助聯(lián)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在應(yīng)急處理時(shí)完成組件之間的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)地執(zhí)行命令。文中利用BSJ-72 調(diào)度器完成系統(tǒng)硬件區(qū)域的設(shè)計(jì)。調(diào)度器電路圖如圖4 所示。

圖4 調(diào)度器電路圖

調(diào)度器的調(diào)度誤差是不可以避免的，因此需要選用靈敏度性能最高的調(diào)度器，BSJ-72 調(diào)度器的成本低，可以在器件出現(xiàn)故障時(shí)直接更換，不進(jìn)行維修，影響系統(tǒng)的工作進(jìn)度。器件的存儲(chǔ)可用空間為64 G，器件采用HG-0 的CPU 應(yīng)用主板，器件支持TAPI2.1 服務(wù)器軟件接口，內(nèi)部設(shè)置ACD 和CTI 接口平臺(tái)，最重要的是設(shè)置了模塊化結(jié)構(gòu)，可以實(shí)時(shí)調(diào)度故障診斷、自動(dòng)切換以及功能調(diào)用等功能，使調(diào)度器具有意義[14]。

1.4 響應(yīng)器設(shè)計(jì)

響應(yīng)器在自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)硬件區(qū)域的作用十分重要，如果系統(tǒng)需要管理的區(qū)域處于正常狀態(tài)，響應(yīng)器就會(huì)定時(shí)定規(guī)律地發(fā)出響應(yīng)信號(hào)；如果響應(yīng)器收到傳感器發(fā)送管理區(qū)域異常的信號(hào)時(shí)，響應(yīng)器就會(huì)發(fā)出警告，為調(diào)度器和聯(lián)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)爭(zhēng)取一定的緩沖時(shí)間，保證系統(tǒng)的工作效率，文中采用BJSI-92 響應(yīng)器[15]。

2 基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

復(fù)雜邏輯約束條件在文中設(shè)計(jì)的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，一方面是約束系統(tǒng)內(nèi)部器件及系統(tǒng)所管轄的每個(gè)平臺(tái)之間的關(guān)系，另一方面是約束系統(tǒng)正常運(yùn)行，一旦發(fā)生突發(fā)事件，則立即啟動(dòng)復(fù)雜邏輯約束，通過(guò)約束條件最大程度的關(guān)閉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)用模塊，并根據(jù)實(shí)際情況，按照一定的邏輯進(jìn)行預(yù)警和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)處理，最快地完成應(yīng)急處理，維護(hù)管理系統(tǒng)的穩(wěn)定。文中設(shè)計(jì)的負(fù)載邏輯約束條件主要為PP 約束，作用是約束系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)設(shè)備組件之間的關(guān)系和系統(tǒng)的應(yīng)急安全響應(yīng)等級(jí)[16]。

PP 約束是一個(gè)由多種技術(shù)集成的約束條件，約束條件是動(dòng)態(tài)的定義，根據(jù)約束的類(lèi)型進(jìn)行設(shè)計(jì)，一個(gè)完整的約束條件由約束目的、約束環(huán)境、約束需求和約束原理組成，約束條件定義上由依賴(lài)關(guān)系和從屬關(guān)系組成。

只有系統(tǒng)內(nèi)部的不同設(shè)備組件之間存在相同關(guān)聯(lián)元素，才可以進(jìn)一步構(gòu)成依賴(lài)關(guān)系，一旦依賴(lài)關(guān)系建成，如果應(yīng)急聯(lián)動(dòng)處理需要對(duì)依賴(lài)關(guān)系鏈條中的任意一個(gè)因素進(jìn)行處理時(shí)，與這個(gè)因素所構(gòu)成依賴(lài)關(guān)系的所有元素，都將被處理，以便保證系統(tǒng)的應(yīng)急處理效果。

約束條件的從屬關(guān)系指的是需要管理的元素按照一定規(guī)律聯(lián)結(jié)而成的，是一種層次關(guān)系。如果系統(tǒng)在應(yīng)急聯(lián)動(dòng)處理中需要處理從屬約束中的某一元素，只處理該因素的從屬元素即可，不需要全部處理，也可以保證自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的處理效果。

為了使自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的性能達(dá)到最大化，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循一定的設(shè)計(jì)原則，五大設(shè)計(jì)原則分別為系統(tǒng)的先進(jìn)性和適用性相結(jié)合的原則、開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)性相結(jié)合的原則、系統(tǒng)功能模塊化原則、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性相結(jié)合的原則以及系統(tǒng)安全性原則。

基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)軟件工作流程如圖5 所示。

圖5 基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)軟件工作流程

自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)長(zhǎng)期建設(shè)的處理系統(tǒng)，一旦投入使用就會(huì)涉及到很多領(lǐng)域的建設(shè)，如果短時(shí)間內(nèi)由于性能的原因需要撤銷(xiāo)系統(tǒng)，會(huì)耗用大量的人力和資源，所以系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的同時(shí)要具有一定的前瞻性，以長(zhǎng)遠(yuǎn)需求為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是也要保證系統(tǒng)的實(shí)用性，因此系統(tǒng)先進(jìn)性和適用性相結(jié)合的原則是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。系統(tǒng)開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)化原則的目的是提高系統(tǒng)的應(yīng)用率，使系統(tǒng)在任意環(huán)境都可以進(jìn)行工作，保證系統(tǒng)的工作效率。系統(tǒng)功能模塊化原則一方面是控制系統(tǒng)功能的全面性，另一方面是保證系統(tǒng)具有一定的經(jīng)濟(jì)盈利效果，將系統(tǒng)盈利的利潤(rùn)重新投入系統(tǒng)的構(gòu)建，不斷地?cái)U(kuò)大自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展。系統(tǒng)的可靠性原則是保證系統(tǒng)所管理的資源數(shù)據(jù)信息不被泄露，維護(hù)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展，該原則具體體現(xiàn)在系統(tǒng)硬件器件的設(shè)計(jì)上。自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的安全性原則是因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行調(diào)用的過(guò)程中會(huì)接觸到群眾的隱私數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)一定要具備保護(hù)隱私數(shù)據(jù)的安全性，一旦出現(xiàn)異常事件，及時(shí)保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露，造成不可挽回的損失。

3 實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)以上論證，完成了基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，文中通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析檢驗(yàn)該系統(tǒng)性能。為了保證測(cè)試結(jié)果的科學(xué)性和有效性，采用基于主成分分析的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)和基于GIS 定位的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)作為對(duì)比系統(tǒng)共同完成系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

在系統(tǒng)測(cè)試前準(zhǔn)備3 個(gè)數(shù)據(jù)分析儀和3 臺(tái)計(jì)算機(jī)，分別計(jì)算分析系統(tǒng)測(cè)試的數(shù)據(jù)，為最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。具體的系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程首先將3 個(gè)系統(tǒng)上傳到3 個(gè)相同型號(hào)的全新的計(jì)算機(jī)內(nèi)，計(jì)算機(jī)分別與數(shù)據(jù)分析儀相互連接，與沈陽(yáng)市和平區(qū)管理平臺(tái)相互連通，以上操作完成系統(tǒng)測(cè)試的基本框架。因?yàn)闇y(cè)試過(guò)程中需要將管理平臺(tái)內(nèi)部的信息進(jìn)行混亂更改操作，所以該平臺(tái)是工作人員設(shè)計(jì)的具有區(qū)域管理信息的虛假管理平臺(tái)。準(zhǔn)備操作完成后，分別啟動(dòng)3 個(gè)系統(tǒng)，為了避免測(cè)試誤差的出現(xiàn)，在3 個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，工作人員觸發(fā)和平區(qū)管理平臺(tái)的假性混亂，測(cè)試3 個(gè)自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)，收集系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)，3 個(gè)系統(tǒng)全部啟動(dòng)會(huì)出現(xiàn)管理平臺(tái)內(nèi)的信息穩(wěn)定或者平臺(tái)崩潰兩種情況中的任意一種，結(jié)束實(shí)驗(yàn)后總結(jié)測(cè)試數(shù)據(jù)，分析測(cè)試數(shù)據(jù)，得出測(cè)試結(jié)論。

按照以上系統(tǒng)測(cè)試操作后，得出相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)如表2～4 所示。

表2 系統(tǒng)執(zhí)行效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)的執(zhí)行效果比是指3 個(gè)系統(tǒng)在平臺(tái)信息混亂后運(yùn)行，平臺(tái)的穩(wěn)定效果和正常平臺(tái)運(yùn)行效果的比值，根據(jù)數(shù)據(jù)表可以知道基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的效果比為1，實(shí)現(xiàn)了百分百的應(yīng)急處理，對(duì)比其他兩種系統(tǒng)的執(zhí)行效果比，文中系統(tǒng)運(yùn)行效果處理還原程度最高。系統(tǒng)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間反映了系統(tǒng)的工作效率，可以得出基于GIS定位的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的工作效率最佳，其次是文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，最后是基于主成分分析的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)比實(shí)驗(yàn)所測(cè)試的系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)效果是指系統(tǒng)在處理突發(fā)事件過(guò)程中調(diào)動(dòng)平臺(tái)內(nèi)部信息的調(diào)度比，調(diào)度比越高表示系統(tǒng)在應(yīng)急聯(lián)動(dòng)過(guò)程中所涉及到的區(qū)域越多，應(yīng)急聯(lián)動(dòng)處理出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率越大，效果越不明顯。對(duì)比以上3 個(gè)系統(tǒng)測(cè)試的因素，其中最關(guān)鍵的是系統(tǒng)應(yīng)急執(zhí)行效果比，其次是系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和聯(lián)動(dòng)效果。綜合以上系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)，可以得出基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是最佳的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，具有運(yùn)行意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中在基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)硬件區(qū)域分別設(shè)計(jì)了聯(lián)動(dòng)機(jī)、傳感器、調(diào)度器以及響應(yīng)器，在系統(tǒng)的軟件區(qū)域進(jìn)一步分析了復(fù)雜邏輯約束技術(shù)以及自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)原則，最后軟件區(qū)域設(shè)計(jì)的功能分別調(diào)用系統(tǒng)硬件區(qū)域的器件，總結(jié)出基于復(fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的工作流程，完成研究分析?；趶?fù)雜邏輯約束的自主應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)滿(mǎn)足了應(yīng)急指揮流程化和規(guī)范化，相信在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步促進(jìn)社會(huì)秩序的穩(wěn)定。