趙厚群, 孫 霞, 朱上運(yùn), 彭海瑞

(安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院,安徽 淮南 232001)

0 引 言

近年來(lái),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了發(fā)展和應(yīng)用。自提出智能電網(wǎng)以來(lái),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變電站得到了廣泛應(yīng)用。變電站是火災(zāi)易發(fā)地,因此應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。[1]多數(shù)變電站設(shè)備的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)都能夠滿(mǎn)足防火要求,能夠響應(yīng)智能化、精準(zhǔn)化和快速化的發(fā)展。但在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警后,變電站工作人員的應(yīng)急工作流程存在著處理不合理的問(wèn)題。[2]因此,精準(zhǔn)的應(yīng)急處理操作成為變電站管理工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。[3]Petri網(wǎng)是一種分布式系統(tǒng)的建模和分析工具,其業(yè)務(wù)流程模型可以應(yīng)用于多種場(chǎng)景。[4]在處理實(shí)際流程問(wèn)題時(shí),在不合理或者不適用的情況下,可以借助Petri網(wǎng)的相關(guān)性質(zhì)和行為輪廓進(jìn)行建模和優(yōu)化。[5-6]基于上述背景和Petri網(wǎng)的行為輪廓,提出了變電站設(shè)備的火災(zāi)應(yīng)急流程的優(yōu)化模型。[7-8]

1 基本概念

定義1(網(wǎng))三元組N=(S,T;F),如果滿(mǎn)足下列三個(gè)條件,就成為Petri網(wǎng),簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)如(1)-(3):

其 中,dom（F）=｛x|?y:（x,y）∈F｝,cod（F）=｛y|?x:（x,y）∈F｝。S為 庫(kù) 所(place),T為變遷(transition),兩者均為集合,且S與T無(wú)公共元,S和T至少一個(gè)不是空集。F為流關(guān)系(flow relation),即S與T的聯(lián)系,“×”表示為笛卡爾積。

定義2(變遷發(fā)生規(guī)則)四元組Σ=(S,T;F,M0)是一個(gè)Petri網(wǎng),滿(mǎn)足下列變遷發(fā)生規(guī)則如(1)-(3):

(1)N=(S,T;F)為一個(gè)網(wǎng),是Σ的基

(2)M是N的標(biāo)識(shí)或狀態(tài)函數(shù),M'對(duì)于變遷是初始標(biāo)識(shí)或者初始狀態(tài)

(3)變遷發(fā)生規(guī)則

若變遷t∈T可以發(fā)生,則t在M有發(fā)生權(quán)的條件是?s=.t:M(s)≥1,則稱(chēng)t在M使能,記作M[t＞1。

若t在M有發(fā)生權(quán),則t可以發(fā)生并將M改為新的表示M',記作M[t＞M',則有

定義3(行為輪廓)設(shè)(N,M0)是一個(gè)網(wǎng),初始標(biāo)識(shí)為M0。將所有關(guān)系的集合稱(chēng)為網(wǎng)系統(tǒng)的行為輪廓,記作BP={→,→-1,+,||},對(duì)任給的變遷對(duì)(t1,t2)∈(T×T)滿(mǎn)足下列關(guān)系如(1)-(4):

(1)若t1＞t2且t2≯t1,則稱(chēng)嚴(yán)格序關(guān)系,記作t1＞→t1

(2)若t1≯t2且t2＞t1,則稱(chēng)嚴(yán)格逆序關(guān)系,記作t1→-1t2

(3)若t1≯t2且t2≯t1,則稱(chēng)排他關(guān)系,記作t1+t2

(4)若t1＞t2且t2＞t1,則稱(chēng)交叉序關(guān)系,記作t1||t2[9]

2 變電站設(shè)備的火災(zāi)應(yīng)急流程建模優(yōu)化分析

目前,我國(guó)的變電站設(shè)備的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)大多采用物聯(lián)網(wǎng)的形式進(jìn)行搭建?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要有3層結(jié)構(gòu):感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。具體工作流程為:感知層的多個(gè)傳感器模塊采集變電站設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境參數(shù)信息與位置信息,利用通訊基站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層的通訊模塊上傳到應(yīng)用層的控制管理中心的上位機(jī),上位機(jī)接收感知層傳送的數(shù)據(jù),進(jìn)行信息的預(yù)處理,分析是否達(dá)到設(shè)置的火災(zāi)閾值,并記錄數(shù)據(jù)。若存在火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)或者已經(jīng)發(fā)生火災(zāi),火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)警報(bào)進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警或者火災(zāi)后的應(yīng)急處理。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警后,工作人員在收到警報(bào)信息后,立即趕赴報(bào)警地點(diǎn)進(jìn)行處理。然而,在工作人員按照傳統(tǒng)應(yīng)急流程進(jìn)行應(yīng)急處理的模式下,存在著安全隱患排查不具體、不精確和過(guò)于單一的問(wèn)題。如果工作人員精準(zhǔn)、明確和細(xì)化處理操作,就能排除安全隱患,達(dá)到及時(shí)止損的目標(biāo),提高預(yù)防效果,將損失降到最低。下面利用Petri網(wǎng)對(duì)這種變電站設(shè)備的火災(zāi)應(yīng)急流程進(jìn)行建模和分析。

圖1為變電站設(shè)備的傳統(tǒng)火災(zāi)應(yīng)急流程模型圖,變電站火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控T0變電站設(shè)備,T0發(fā)生后,T1,T2,T3和T4是并發(fā)關(guān)系,由感知層的T1溫度傳感器、T2光照傳感器、T3煙霧傳感器和T4GPS定位器多傳感器模塊采集設(shè)備運(yùn)行時(shí)的環(huán)境參數(shù)與位置數(shù)據(jù)信息,T5發(fā)生,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層將采集的數(shù)據(jù)信息上傳至應(yīng)用層的控制管理中心,進(jìn)行信息的預(yù)處理,T6和T10是一個(gè)排他關(guān)系,若信息處理后危險(xiǎn)系數(shù)不超過(guò)設(shè)定的閾值,T6至T8發(fā)生,等到無(wú)危險(xiǎn)后,T9發(fā)生繼續(xù)監(jiān)控。若信息處理后的危險(xiǎn)系數(shù)超過(guò)閾值,則T10到T13發(fā)生,隨著工作人員的到來(lái),確定是否為火警警報(bào),即T14或T16發(fā)生,兩者是一個(gè)排他關(guān)系。若確定為非火警警報(bào),T15發(fā)生,T9發(fā)生繼續(xù)監(jiān)控。若確定為火警警報(bào),T17至T20發(fā)生,待滅火完畢、無(wú)危險(xiǎn)且解除警報(bào)后,T9發(fā)生繼續(xù)監(jiān)控。雖然傳統(tǒng)火災(zāi)應(yīng)急流程在發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生警報(bào),工作人員也能及時(shí)趕到處理,但是處理操作流程不夠詳細(xì),不能及時(shí)排除隱患、滅火以及止損,也不能起到預(yù)防效果,圖1中各變遷符號(hào)及意義文字說(shuō)明見(jiàn)表1。

圖1 變電站設(shè)備的傳統(tǒng)火災(zāi)應(yīng)急流程模型圖

表1 變電站設(shè)備的傳統(tǒng)火災(zāi)應(yīng)急流程模型圖各變遷符號(hào)及意義文字說(shuō)明

為了使工作人員明確精確處理,精準(zhǔn)排患,及時(shí)止損,提高效率,圖2給出了優(yōu)化后的變電站設(shè)備的火災(zāi)應(yīng)急流程模型,黑色虛線(xiàn)框標(biāo)出來(lái)的兩部分為增添相關(guān)活動(dòng)變遷后的優(yōu)化部分。對(duì)比于圖1,優(yōu)化后的火災(zāi)應(yīng)急流程模型增添了T16至T19的結(jié)構(gòu)模型,T16和T18一對(duì)排他關(guān)系,檢查相應(yīng)傳感器或設(shè)備情況。T15發(fā)生后,若T16發(fā)生,則T17發(fā)生,T9發(fā)生繼續(xù)監(jiān)控;同理,若T18發(fā)生,則T19發(fā)生,T9發(fā)生繼續(xù)監(jiān)控。另外,優(yōu)化后的火災(zāi)應(yīng)急流程模型還增添了T22至T25的活動(dòng)變遷,其中,T23和T25是一對(duì)排他關(guān)系。T22發(fā)生后,若T23發(fā)生,則T24發(fā)生,滅火完畢、無(wú)危險(xiǎn)且解除警報(bào)后,T9發(fā)生繼續(xù)監(jiān)控。反之,若T25發(fā)生,則T26至T28發(fā)生,滅火完畢、無(wú)危險(xiǎn)且解除警報(bào)后,T9發(fā)生繼續(xù)監(jiān)控。與圖1相比,在優(yōu)化后的火災(zāi)應(yīng)急流程模型下,工作人員能夠進(jìn)行報(bào)警后的具體操作。

圖2 變電站設(shè)備的火災(zāi)應(yīng)急流程模型優(yōu)化圖

無(wú)論是否為火警,都可以對(duì)工作人員的應(yīng)急處理操作進(jìn)行具體安排。工作人員通過(guò)檢查傳感器或設(shè)備的運(yùn)行狀況,能夠及時(shí)消除安全隱患,達(dá)到預(yù)防效果。同時(shí),工作人員通過(guò)判斷是否能自行滅火處理,能夠提高效率,快速滅火,及時(shí)止損,而不是遇火就報(bào)警消防。通過(guò)對(duì)變電站設(shè)備的火災(zāi)應(yīng)急流程模型的兩處結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,可以達(dá)到應(yīng)急處理操作流程精準(zhǔn)、排除隱患及時(shí)、預(yù)防效果明顯以及滅火和止損快速及時(shí)的目的,圖2中各變遷符號(hào)及意義文字說(shuō)明見(jiàn)表2。

表2 變電站設(shè)備的火災(zāi)應(yīng)急流程模型優(yōu)化圖各變遷符號(hào)及意義文字說(shuō)明

3 用PIPE軟件對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真模擬

為了驗(yàn)證優(yōu)化后的變電站設(shè)備的火災(zāi)應(yīng)急流程模型Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖的正確性與可行性,在Petri網(wǎng)分析軟件PIPE上繪制了優(yōu)化后的模型圖2,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真模擬來(lái)驗(yàn)證其可行性,如圖3。

圖3 PIPE仿真模擬圖

通過(guò)運(yùn)行State Space Analysis函數(shù),對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證,優(yōu)化后的優(yōu)化模型所有路徑均能準(zhǔn)確執(zhí)行,結(jié)果如圖4。

圖4 PIPE仿真模擬結(jié)果圖

4 結(jié) 語(yǔ)

在已有的基于Petri網(wǎng)的變電站設(shè)備的火災(zāi)應(yīng)急流程模型的基礎(chǔ)上,描述了一種火災(zāi)應(yīng)急流程的優(yōu)化方法。通過(guò)增添相關(guān)的活動(dòng)變遷和庫(kù)所,構(gòu)建行為輪廓,升級(jí)了新的結(jié)構(gòu)模型。優(yōu)化后的火災(zāi)應(yīng)急流程模型能夠使工作人員做到明確精確處理,精準(zhǔn)排患,提高效率的要求,使整個(gè)變電站設(shè)備運(yùn)行火災(zāi)預(yù)防效果明顯。火災(zāi)應(yīng)急流程的優(yōu)化方法是一種簡(jiǎn)單的流程優(yōu)化方法,對(duì)于復(fù)雜的建模優(yōu)化問(wèn)題還需要進(jìn)一步研究。