煤礦無人值守機房遠程智能監控系統研究

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、智能化開采技術的不斷引進，越來越多的計算機服務器成為煤礦自動化設備中不可或缺的一部分[1-2]。服務器機房成為越來越多煤礦企業的標配，服務器機房一旦出現問題，將對煤礦網絡系統，甚至對煤礦井下設備都會造成不小的影響。由于服務器機房的特殊性以及重要性，設計并實現無人值守機房的遠程智能監控系統顯得尤為重要。

1 總體設計

基于煤礦無人值守機房遠程智能監控系統的總體設計，如圖1所示，其中PLC控制器是該系統的控制核心，在采集其他模塊的數據信息后，進行邏輯判斷并發出控制指令，如PLC控制器接收溫度傳感器組的數據后，如果該溫度傳感器檢測到的溫度數值大于80℃，則PLC控制器會發出報警提示并經遠程智能監控平臺發出報警提示，在規定時間內該報警沒有消除，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，定義當機房內的任意一個溫度傳感器檢測到的溫度數值大于80℃時，發出報警提示。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。通風機工作狀態是指機房的通風機是處于運行狀態還是停機狀態，在該設計的機房中，通風機有四臺。電源系統是指機房的總電源以及機房內各個服務器的電源。緊急處理系統是指當機房內發生緊急情況時，采取的緊急措施，如電源急停，系統數據備份等。遠程智能監控系統平臺可以將機房內電源狀態、通風機工作狀態、傳感器數據值、故障信息、報警信息進行監控，并且可以在該平臺上對服務器工作狀態、通風機工作狀態以及傳感器工作狀態燈進行控制。

圖1 遠程智能監控系統總體設計

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通信的數據傳輸，具體參數如表1所示[3-4]。濕度傳感器采用ST390-CAN型濕度傳感器，該濕度傳感器也內置CAN通信處理單元。

表1 溫度/濕度傳感器參數

3 軟件設計

3.1 總流程設計

軟件總體流程設計如下頁圖2所示，“系統初始化”主要是完成對PLC程序中用到的變量進行初始化處理，以及建立數據通信連接。初始化完成后，分別獲取機房內溫度傳感器數據以及濕度傳感器數據，根據這兩個數據值，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據、濕度傳感器數據、通風機狀態信息、電源狀態信息、緊急處理系統信息以及故障和報警信息傳送給遠程智能監控平臺，以便遠程操作人員對機房進行監測和控制。

3.2 溫濕度數據傳輸設計

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通信方式進行數據傳送。溫度傳感器有4個，設定CAN通信ID分別為2/3/4/5，濕度傳感器組有4個，設定CAN通信ID分別為7/8/9/10，波特率為250 kbps，采用標準幀。CAN通信數據格式以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，首先調用庫函數CanOpen()函數打開CAN通信端口，如果成功，則調用CanEnable()函數對該端口進行使能。如果不成功，則再次調用CanOpen()函數。接著依次調用 CanConfig()、CanTxData()以及CanRxData()函數分別對CAN通信進行參數配置、定義數據發送連接和數據接收連接。最后是PLC程序，對接收到的CAN通信數據進行解析，對要發送的CAN通信數據進行整理發送。

4 智能監控平臺實現

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

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

圖2 遠程智能監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通信協議格式定義

表3 PLC控制器與遠程智能監控平臺CAN通信協議格式定義

圖4 遠程智能監控平臺

5 結語

煤礦無人值守機房遠程智能監控系統的實現，使勞動力從枯燥乏味但又不可或缺的工作中解放，該系統已經成功應用于無人值守機房，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控信息的基礎上，對多個無人值守機房進行集中式智能化管理。