煤礦無人值守機房遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)研究

孫曉星

（山西焦煤西山煤電集團有限責任公司杜兒坪煤礦， 山西 太原 030022）

引言

隨著煤礦井下自動化、信息化、智能化開采技術(shù)的不斷引進，越來越多的計算機服務(wù)器成為煤礦自動化設(shè)備中不可或缺的一部分[1-2]。服務(wù)器機房成為越來越多煤礦企業(yè)的標配，服務(wù)器機房一旦出現(xiàn)問題，將對煤礦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，甚至對煤礦井下設(shè)備都會造成不小的影響。由于服務(wù)器機房的特殊性以及重要性，設(shè)計并實現(xiàn)無人值守機房的遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為重要。

1 總體設(shè)計

基于煤礦無人值守機房遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計，如圖1所示，其中PLC控制器是該系統(tǒng)的控制核心，在采集其他模塊的數(shù)據(jù)信息后，進行邏輯判斷并發(fā)出控制指令，如PLC控制器接收溫度傳感器組的數(shù)據(jù)后，如果該溫度傳感器檢測到的溫度數(shù)值大于80℃，則PLC控制器會發(fā)出報警提示并經(jīng)遠程智能監(jiān)控平臺發(fā)出報警提示，在規(guī)定時間內(nèi)該報警沒有消除，則啟動緊急處理過程。溫度傳感器組是用于采集煤礦機房的溫度，在該設(shè)計的機房中，在指定的四個位置分別安裝一個溫度傳感器，定義當機房內(nèi)的任意一個溫度傳感器檢測到的溫度數(shù)值大于80℃時，發(fā)出報警提示。濕度傳感器組是用于采集煤礦機房的濕度，相應(yīng)的濕度傳感器也為四個，安裝在機房的指定位置。通風機工作狀態(tài)是指機房的通風機是處于運行狀態(tài)還是停機狀態(tài)，在該設(shè)計的機房中，通風機有四臺。電源系統(tǒng)是指機房的總電源以及機房內(nèi)各個服務(wù)器的電源。緊急處理系統(tǒng)是指當機房內(nèi)發(fā)生緊急情況時，采取的緊急措施，如電源急停，系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份等。遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)平臺可以將機房內(nèi)電源狀態(tài)、通風機工作狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)值、故障信息、報警信息進行監(jiān)控，并且可以在該平臺上對服務(wù)器工作狀態(tài)、通風機工作狀態(tài)以及傳感器工作狀態(tài)燈進行控制。

圖1 遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

2 硬件分析

PLC控制器采用BECKHOFF的CX8050控制器，該控制器采用一種類似于C語言語法的ST語言進行編程，容易掌握且編程的靈活性較強。溫度傳感器采用T20010-CAN型溫度傳感器，內(nèi)置CAN通信處理單元，可以直接與PLC控制器、單片機等進行基于CAN通信的數(shù)據(jù)傳輸，具體參數(shù)如表1所示[3-4]。濕度傳感器采用ST390-CAN型濕度傳感器，該濕度傳感器也內(nèi)置CAN通信處理單元。

表1 溫度/濕度傳感器參數(shù)

3 軟件設(shè)計

3.1 總流程設(shè)計

軟件總體流程設(shè)計如下頁圖2所示，“系統(tǒng)初始化”主要是完成對PLC程序中用到的變量進行初始化處理，以及建立數(shù)據(jù)通信連接。初始化完成后，分別獲取機房內(nèi)溫度傳感器數(shù)據(jù)以及濕度傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)這兩個數(shù)據(jù)值，決定是否要啟動通風機。如果需要啟動通風機，但是通風機啟動失敗，則延時一定時間后啟動緊急處理過程。另外，PLC程序要組織溫度傳感器數(shù)據(jù)、濕度傳感器數(shù)據(jù)、通風機狀態(tài)信息、電源狀態(tài)信息、緊急處理系統(tǒng)信息以及故障和報警信息傳送給遠程智能監(jiān)控平臺，以便遠程操作人員對機房進行監(jiān)測和控制。

3.2 溫濕度數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計

溫度傳感器組以及濕度傳感器組選用的都是支持CAN通信的傳感器，即與PLC控制器采用CAN通信方式進行數(shù)據(jù)傳送。溫度傳感器有4個，設(shè)定CAN通信ID分別為2/3/4/5，濕度傳感器組有4個，設(shè)定CAN通信ID分別為7/8/9/10，波特率為250 kbps，采用標準幀。CAN通信數(shù)據(jù)格式以CAN COB-ID為2的溫度傳感器為例，如表2所示。

溫濕度傳感器組與PLC控制器CAN通信連接建立過程如圖3所示，首先調(diào)用庫函數(shù)CanOpen()函數(shù)打開CAN通信端口，如果成功，則調(diào)用CanEnable()函數(shù)對該端口進行使能。如果不成功，則再次調(diào)用CanOpen()函數(shù)。接著依次調(diào)用 CanConfig()、CanTxData()以及CanRxData()函數(shù)分別對CAN通信進行參數(shù)配置、定義數(shù)據(jù)發(fā)送連接和數(shù)據(jù)接收連接。最后是PLC程序，對接收到的CAN通信數(shù)據(jù)進行解析，對要發(fā)送的CAN通信數(shù)據(jù)進行整理發(fā)送。

4 智能監(jiān)控平臺實現(xiàn)

基于煤礦無人值守機房遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)是整個綜采自動化系統(tǒng)的一部分，以KingSCADA組態(tài)軟件為基礎(chǔ)，實現(xiàn)該智能監(jiān)控平臺。PLC控制器將接收到的各個溫度、濕度傳感器數(shù)據(jù)、通風機狀態(tài)、電源狀態(tài)、故障報警信息以CAN通信的方式發(fā)送給遠程智能監(jiān)控平臺[5-6]。遠程智能監(jiān)控平臺根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，決定是否開啟通風機以及是否進行緊急處理過程。遠程智能監(jiān)控平臺與PLC控制器的CAN通信協(xié)議格式定義如表3所示，平臺的CAN通信COB-ID為19。

表3中，“通風機狀態(tài)”是指無人值守機房中四個通風機的工作狀態(tài)，即運行、停止、故障。“電源系統(tǒng)狀態(tài)”包括主電源狀態(tài)和服務(wù)器電源狀態(tài)，有通電和斷電兩種狀態(tài)。“通風機控制”是指遠程操作人員根據(jù)溫濕度傳感器數(shù)值來決定對通風機是進行啟動還是關(guān)閉。“電源控制”是指分別對主電源以及服務(wù)器電源進行開啟和關(guān)閉的動作。遠程智能監(jiān)控平臺與PLC控制器之間CAN通信完成的遠程智能監(jiān)控平臺如圖4所示。

圖2 遠程智能監(jiān)控平臺軟件總體流程

圖3 CAN通信連接建立過程

表2 CAN COB-ID為2的溫度傳感器CAN通信協(xié)議格式定義

表3 PLC控制器與遠程智能監(jiān)控平臺CAN通信協(xié)議格式定義

圖4 遠程智能監(jiān)控平臺

5 結(jié)語

煤礦無人值守機房遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，使勞動力從枯燥乏味但又不可或缺的工作中解放，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于無人值守機房，使用效果較好。下一步的研究重點將是在豐富單個無人值守機房監(jiān)控信息的基礎(chǔ)上，對多個無人值守機房進行集中式智能化管理。