基于面向对象Petri网的煤矿CPS建模

张 梅，张 啸

(安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

煤矿安全生产是集开采、挖掘、运输、通信、控制等多环节于一体的复杂系统，需要将煤矿物理世界与信息技术紧密结合，那就必须引入信息物理系统(cyber-physical system，CPS)的理论，这是今后很长一段时间内煤矿自动化的发展方向[1-3]。

CPS是将计算、通信和控制融为一体的复杂工程系统[4]。煤矿CPS是将CPS应用到煤矿系统中[5]。在煤矿CPS中，子系统众多，设备、网络都是分布的、异构的，实际运行时，常会出现由于各子系统相互独立而无法进行集中控制和统一管理的问题。因此在其开发初期，需要对煤矿CPS进行建模，对其进行描述、分析和验证，以提高系统的可靠性和可信度。CPS建模的研究比较广泛，建模方法也比较多，如基于Actor、混成自动机、微分动态逻辑和Petri网等建模方法[6-9]。目前煤矿CPS主要的建模方式是针对物理进程和计算进程建立连续模型和离散模型，进行离散逻辑控制和连续时间行为同步[10-13]。

Petri网是一种图形化与数学化的建模工具，适合于描述系统的分布性、并发性和异步性，尤其适用于煤矿CPS的建模。面向对象技术具有灵活、可重用、可扩展等优点，适合描述和设计大型复杂系统。面向对象Petri网(object-oriented Petri nets，OOPN)将Petri网与面向对象技术相结合，将单个对象的Petri网模型封装起来，提高了系统模块性和柔性[14-16]。

本文围绕煤矿CPS的主要对象和业务流程，以面向对象Petri网为建模工具，实现了各对象内部子网模型和系统整体模型的构建，以提高系统的可靠性，为煤矿CPS的开发奠定了坚实的基础。……