煤矿无人值守机房远程智能监控系统研究

孙晓星

（山西焦煤西山煤电集团有限责任公司杜儿坪煤矿， 山西 太原 030022）

引言

随着煤矿井下自动化、信息化、智能化开采技术的不断引进，越来越多的计算机服务器成为煤矿自动化设备中不可或缺的一部分[1-2]。服务器机房成为越来越多煤矿企业的标配，服务器机房一旦出现问题，将对煤矿网络系统，甚至对煤矿井下设备都会造成不小的影响。由于服务器机房的特殊性以及重要性，设计并实现无人值守机房的远程智能监控系统显得尤为重要。

1 总体设计

基于煤矿无人值守机房远程智能监控系统的总体设计，如图1所示，其中PLC控制器是该系统的控制核心，在采集其他模块的数据信息后，进行逻辑判断并发出控制指令，如PLC控制器接收温度传感器组的数据后，如果该温度传感器检测到的温度数值大于80℃，则PLC控制器会发出报警提示并经远程智能监控平台发出报警提示，在规定时间内该报警没有消除，则启动紧急处理过程。温度传感器组是用于采集煤矿机房的温度，在该设计的机房中，在指定的四个位置分别安装一个温度传感器，定义当机房内的任意一个温度传感器检测到的温度数值大于80℃时，发出报警提示。湿度传感器组是用于采集煤矿机房的湿度，相应的湿度传感器也为四个，安装在机房的指定位置。通风机工作状态是指机房的通风机是处于运行状态还是停机状态，在该设计的机房中，通风机有四台。电源系统是指机房的总电源以及机房内各个服务器的电源。紧急处理系统是指当机房内发生紧急情况时，采取的紧急措施，如电源急停，系统数据备份等。远程智能监控系统平台可以将机房内电源状态、通风机工作状态、传感器数据值、故障信息、报警信息进行监控，并且可以在该平台上对服务器工作状态、通风机工作状态以及传感器工作状态灯进行控制。

图1 远程智能监控系统总体设计

2 硬件分析

PLC控制器采用BECKHOFF的CX8050控制器，该控制器采用一种类似于C语言语法的ST语言进行编程，容易掌握且编程的灵活性较强。温度传感器采用T20010-CAN型温度传感器，内置CAN通信处理单元，可以直接与PLC控制器、单片机等进行基于CAN通信的数据传输，具体参数如表1所示[3-4]。湿度传感器采用ST390-CAN型湿度传感器，该湿度传感器也内置CAN通信处理单元。

表1 温度/湿度传感器参数

3 软件设计

3.1 总流程设计

软件总体流程设计如下页图2所示，“系统初始化”主要是完成对PLC程序中用到的变量进行初始化处理，以及建立数据通信连接。初始化完成后，分别获取机房内温度传感器数据以及湿度传感器数据，根据这两个数据值，决定是否要启动通风机。如果需要启动通风机，但是通风机启动失败，则延时一定时间后启动紧急处理过程。另外，PLC程序要组织温度传感器数据、湿度传感器数据、通风机状态信息、电源状态信息、紧急处理系统信息以及故障和报警信息传送给远程智能监控平台，以便远程操作人员对机房进行监测和控制。

3.2 温湿度数据传输设计

温度传感器组以及湿度传感器组选用的都是支持CAN通信的传感器，即与PLC控制器采用CAN通信方式进行数据传送。温度传感器有4个，设定CAN通信ID分别为2/3/4/5，湿度传感器组有4个，设定CAN通信ID分别为7/8/9/10，波特率为250 kbps，采用标准帧。CAN通信数据格式以CAN COB-ID为2的温度传感器为例，如表2所示。

温湿度传感器组与PLC控制器CAN通信连接建立过程如图3所示，首先调用库函数CanOpen()函数打开CAN通信端口，如果成功，则调用CanEnable()函数对该端口进行使能。如果不成功，则再次调用CanOpen()函数。接着依次调用 CanConfig()、CanTxData()以及CanRxData()函数分别对CAN通信进行参数配置、定义数据发送连接和数据接收连接。最后是PLC程序，对接收到的CAN通信数据进行解析，对要发送的CAN通信数据进行整理发送。

4 智能监控平台实现

基于煤矿无人值守机房远程智能监控系统是整个综采自动化系统的一部分，以KingSCADA组态软件为基础，实现该智能监控平台。PLC控制器将接收到的各个温度、湿度传感器数据、通风机状态、电源状态、故障报警信息以CAN通信的方式发送给远程智能监控平台[5-6]。远程智能监控平台根据传感器数据，决定是否开启通风机以及是否进行紧急处理过程。远程智能监控平台与PLC控制器的CAN通信协议格式定义如表3所示，平台的CAN通信COB-ID为19。

表3中，“通风机状态”是指无人值守机房中四个通风机的工作状态，即运行、停止、故障。“电源系统状态”包括主电源状态和服务器电源状态，有通电和断电两种状态。“通风机控制”是指远程操作人员根据温湿度传感器数值来决定对通风机是进行启动还是关闭。“电源控制”是指分别对主电源以及服务器电源进行开启和关闭的动作。远程智能监控平台与PLC控制器之间CAN通信完成的远程智能监控平台如图4所示。

图2 远程智能监控平台软件总体流程

图3 CAN通信连接建立过程

表2 CAN COB-ID为2的温度传感器CAN通信协议格式定义

表3 PLC控制器与远程智能监控平台CAN通信协议格式定义

图4 远程智能监控平台

5 结语

煤矿无人值守机房远程智能监控系统的实现，使劳动力从枯燥乏味但又不可或缺的工作中解放，该系统已经成功应用于无人值守机房，使用效果较好。下一步的研究重点将是在丰富单个无人值守机房监控信息的基础上，对多个无人值守机房进行集中式智能化管理。