曾祥林
【摘 要】为提升煤矿智能化、自动化水平,基于多智能体理论,设计了一种适用于煤矿区域协同控制系统.重点阐述了MAS系统模型、协同控制流程及协同控制规则的建立.系统采用B/S结构,采用.NET平台构架结合SQL Server数据库技术进行系统开发的实现.整个多智能体系统将整个矿区分成不同的区域,各个不同的区域通过建立各自的协同控制规则进行协调控制,同时,主控Agent对各个子区域进行协调控制.这样能够更好地适应煤矿井下不同条件的变化和生产环节子系统任务的需求,具有更大自主权和灵活性.%In order to improve the intelligence and automation level of coal mine,the paper designed a kind of method based on multi-agent theory.This paper focused on the MAS system model,collaborative control process and the establishment of cooperative control rules.The system used the B/S structure,and has applied.NET platform architecture combined with SQL Server database technology to achieve the development of the system.The multi-agent system of the entire mining area was divided into different regions,and the coordinated control of different areas were achiev ed by the establishment of cooperative control rules,at the same time,each sub region was coordinated control by the master Agent.This can better adapt to the changes of the different conditions of coal mine and the requirements of the production subsystem,with greater autonomy and flexibility.
【期刊名称】《中州煤炭》
【年(卷),期】郑州龙湖蓄水2017(039)009
电容柜【总页数】5页(P66-69,76)
【关键词】MAS;多智能体;协同控制;煤矿;安全监测
【作 者】曾祥林
我们这一班2【作者单位】中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039
UTC时间【正文语种】中 文
【中图分类】TP13
Abstract:In order to improve the intelligence and automation level of coal mine，the paper designed a kind of method based on multi-agent theory．This paper focused on the MAS system model，collaborative control process and the establishment of cooperative control rules．The system used the B/S structure，and has applied ．NET platform architecture combined with SQL Server database technology to achieve the development of the system．The multi-agent system of the entire mining area was divided into different regions，and the coordinated control of different areas were achieved by the establishment of cooperative control rules，at the same time，each sub region was coordinated control by the master Agent．This can better adapt to the changes of the different conditions of coal mine and the requirements of the production subsystem，with greater autonomy and flexibility．
Keywords:MAS;multi-agent;cooperative control;coal mine;safety monitoring
近年来，智能化、自动化煤矿是一个热门话题，很多的煤炭企业都相继在智能化建设方面取得一些进展，大多数现代化煤矿和大型集团公司都实现了计算机辅助地测制图、瓦斯监
测、人员定位、工业电视等系统。煤矿系统是一个复杂的、动态的、大型系统，包含了许多子系统，各个子系统都是一个智能体，并且它们之间存在着相互影响、制约的关系。这些独立的子系统都具有独立的逻辑思维推理能力，它们共同组成了全矿井的多智能体系统［1-3］。该多智能体系统通过对矿井的各个子智能体的行为管理，例如怎样才能协调好各智能体的目标、知识和策略等，以采取协同控制，共同实现全局最优控制［4］。多智能体目前在煤矿安全监测领域已经有所应用［5］。
随着国民经济的增长，对煤矿的安全性、自动化的要求不断的提高，甚至要求系统在无人的环境下工作。同时要提升矿井的生产效率，降低企业成本［6-7］。所以，面对煤矿复杂性要求，如果依然遵循传统的控制方法和思路，每个子系统所仅拥有信息其实是不完整的，其问题解决的方法是有局限性的。各个子系统的数据是分散或分布的，达不到其期望的控制效果［8-9］。因此，需要从总体的角度出发，将各个子系统当成一个多智能体系统进行协同控制，这是控制理论和技术发展的必然趋势［10］。
分布式人工智能是人工智能领域中一个重要的研究方向，而多 Agent系统(Multi-Agent System，MAS)则是其一个主要的分支［11-12］。20世纪90年代，随着计算机技术、网络
技术、通信技术的飞速发展，Agent及MAS的相关研究已经成为控制领域的一个新兴的研究方向。因为Agent体现了人类的社会智能，具有很强的自治性和适应性，因此，引起了越来越多的人的注意，对其理论及应用方面进行了研究［13］。目前，人们已经将MAS的相关技术应用到交通控制电子商务、多机器人系统、军事等诸多领域［14］。MAS是由多个 Agent构成的集合，Agent之间以及Agent与环境之间通过通信、协商与协作来配合完成单个Agent所不能解决的问题［15-16］。MAS具有更广泛的任务领域、更高的效率、更好的系统性能、错误容忍、鲁棒性、分布式的感知与作用、内在的并行性、对社会和生命科学的观察等显著特性［17-19］。
图1描述了MAS中Agent之间以及Agent与环境之间的关系。从图1中可以看出，MAS中的交互关系是非常复杂的，各个Agent之间的交互是双向的［15］。
2．1 系统模型
煤矿区域控制系统是一种分布式结构，由分布在全煤矿的多个子系统构成。本系统分为主控A-gent、管理 Agent、区段 Agent，其中区段 Agent包含各个区段内的多个子系统，每个子系统都是一个独立的Agent，其具体结构如图2所示。
主控Agent可以看成是一台电脑，负责对全矿井区域内的所有Agent进行监视和控制。通过它可以对全煤矿的资源进行共享，同时建立数据库，并输入全煤矿各区域间协同控制规则。通过主控Agent可以将适当的任务分配给各区段Agent。
管理Agent介于主控Agent和区段Agent之间，每个管理Agent控制一个区段Agent，它一方面起到沟通的作用，对区域内的子Agent进行控制。另一方面利用以太网技术与主控Agent进行通信，把处理后的信息传送给主控Agent。针对不同区段可以建立与其相适应的区段内控制规则。
区段Agent包含该区段内的多个子Agent，将全煤矿的各个系统按生产工艺分区域段布置形成多个区域协同段系统，区域协同段监控该区间段内的所有设备及影响因素，按区域段布置可以使系统具有灵活的伸缩性，能更好地适应煤煤矿下条件变化和生产环节子任务需求。对于一个地点的设备就能供给全矿使用的情况，可将其设为一个区段Agent，比如压风机系统和主通风机系统。针对瓦斯系统和局扇系统等在煤矿各个区域都参与的子系统可以将其按区域划分到各个区段Agent中。区域协同各系统内生产过程体具有更大自主权和灵活性，生产过程体中的设备从被动地等待来自控制操作中心的“开/停”指令，改变为主动
地感知其周围环境和生产任务关联设备的需求，区域协同子系统之间能够主动地相互通信和交流来确定各自的工艺动作顺序，满足生产环节对联动控制的需求。
2．2 协同控制流程
方案设计了一个完整的协同控制来支持各生产过程，以生产任务为核心，根据不同的生产任务及其繁重程度将其分解成子任务，分配给各个管理A-gent。协同控制流程如图3所示。
(1)主控Agent判断能否完成该生产任务，如果不能完成该任务则进行反馈。
(2)主控Agent能完成该生产任务则根据区域间协同控制规则将该生产任务转化成各个子Agent的任务，并确定完成各个子任务需要的管理Agent并激活完成任务所涉及的Agent。
(3)相应的管理Agent得到子任务后，判断能否完成该子任务，如果不能完成该任务则进行反馈。
(4)相应的管理Agent能完成该子任务，则根据区段内控制规则将该子任务分配给该区段Agent内的所有子系统Agent。
(5)子系统Agent根据各自子系统的控制流程进行控制。
2．3 协同控制规则
区域间的协同控制规则需根据实际情况进行制定，即需完成某一个生产任务时，需哪几个管理A-gent共同协作。
对于区段Agent内的协同控制，需遵守一定的规则。各个规则的目的是为了使该区段内的子系统能够有效地进行协调合作，共同努力达到安全生产的目的。
(1)区域瓦斯或CO超限时，停止区域内所有机电设备，广播系统通知人员撤退，并点亮撤退路线指示牌;人员定位统计区域人员分布，发送人员撤退指令;打开视频观察;启动应急预案。
(2)煤矿各大型设备开机前及设备运行中，判断环境参数(如:瓦斯、CO、温度等)，环境符合开机要求才能开机运行，当不符合时不能开机运行。
(3)根据水位、涌水量及电价，以避峰填谷原则开关生产用水系统水泵或主排水系统水泵。
(4)根据井下设备需求风量，控制压风机开启台数。
(5)电网停电，如果导致局扇停止，实时监测风速、瓦斯、CO，如果达到撤人条件，按原则执行。
(6)实时监控煤矿各个区域通风情况，根据风量要求调节通风系统，并打开视频观察。
(7)所有重要机电设备:如胶带、压风机、架空人车、水泵、绞车等出现故障时，打开视频观察。
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