煤礦無(wú)人值守機(jī)房遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)研究

孫曉星

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司杜兒坪煤礦， 山西 太原 030022）

引言

隨著煤礦井下自動(dòng)化、信息化、智能化開(kāi)采技術(shù)的不斷引進(jìn)，越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)服務(wù)器成為煤礦自動(dòng)化設(shè)備中不可或缺的一部分[1-2]。服務(wù)器機(jī)房成為越來(lái)越多煤礦企業(yè)的標(biāo)配，服務(wù)器機(jī)房一旦出現(xiàn)問(wèn)題，將對(duì)煤礦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，甚至對(duì)煤礦井下設(shè)備都會(huì)造成不小的影響。由于服務(wù)器機(jī)房的特殊性以及重要性，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守機(jī)房的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為重要。

1 總體設(shè)計(jì)

基于煤礦無(wú)人值守機(jī)房遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，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(jìn)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(cè)到的溫度數(shù)值大于80℃，則PLC控制器會(huì)發(fā)出報(bào)警提示并經(jīng)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)發(fā)出報(bào)警提示，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)該報(bào)警沒(méi)有消除，則啟動(dòng)緊急處理過(guò)程。溫度傳感器組是用于采集煤礦機(jī)房的溫度，在該設(shè)計(jì)的機(jī)房中，在指定的四個(gè)位置分別安裝一個(gè)溫度傳感器，定義當(dāng)機(jī)房?jī)?nèi)的任意一個(gè)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度數(shù)值大于80℃時(shí)，發(fā)出報(bào)警提示。濕度傳感器組是用于采集煤礦機(jī)房的濕度，相應(yīng)的濕度傳感器也為四個(gè)，安裝在機(jī)房的指定位置。通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)是指機(jī)房的通風(fēng)機(jī)是處于運(yùn)行狀態(tài)還是停機(jī)狀態(tài)，在該設(shè)計(jì)的機(jī)房中，通風(fēng)機(jī)有四臺(tái)。電源系統(tǒng)是指機(jī)房的總電源以及機(jī)房?jī)?nèi)各個(gè)服務(wù)器的電源。緊急處理系統(tǒng)是指當(dāng)機(jī)房?jī)?nèi)發(fā)生緊急情況時(shí)，采取的緊急措施，如電源急停，系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份等。遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)可以將機(jī)房?jī)?nèi)電源狀態(tài)、通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)值、故障信息、報(bào)警信息進(jìn)行監(jiān)控，并且可以在該平臺(tái)上對(duì)服務(wù)器工作狀態(tài)、通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)以及傳感器工作狀態(tài)燈進(jìn)行控制。

圖1 遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

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(lèi)似于C語(yǔ)言語(yǔ)法的ST語(yǔ)言進(jìn)行編程，容易掌握且編程的靈活性較強(qiáng)。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(jī)等進(jìn)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(jì)

3.1 總流程設(shè)計(jì)

軟件總體流程設(shè)計(jì)如下頁(yè)圖2所示，“系統(tǒng)初始化”主要是完成對(duì)PLC程序中用到的變量進(jìn)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(jī)房?jī)?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(gè)數(shù)據(jù)值，決定是否要啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)。如果需要啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)，但是通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)失敗，則延時(shí)一定時(shí)間后啟動(dòng)緊急處理過(guò)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(fēng)機(jī)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(bào)警信息傳送給遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)，以便遠(yuǎn)程操作人員對(duì)機(jī)房進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

3.2 溫濕度數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。溫度傳感器有4個(gè)，設(shè)定CAN通信ID分別為2/3/4/5，濕度傳感器組有4個(gè)，設(shè)定CAN通信ID分別為7/8/9/10，波特率為250 kbps，采用標(biāo)準(zhǔn)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(guò)程如圖3所示，首先調(diào)用庫(kù)函數(shù)CanOpen()函數(shù)打開(kāi)CAN通信端口，如果成功，則調(diào)用CanEnable()函數(shù)對(duì)該端口進(jìn)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(duì)CAN通信進(jìn)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(duì)接收到的CAN通信數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，對(duì)要發(fā)送的CAN通信數(shù)據(jù)進(jìn)行整理發(fā)送。

4 智能監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

基于煤礦無(wú)人值守機(jī)房遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)綜采自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，以KingSCADA組態(tài)軟件為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)該智能監(jiān)控平臺(tái)。PLC控制器將接收到的各個(gè)溫度、濕度傳感器數(shù)據(jù)、通風(fēng)機(jī)狀態(tài)、電源狀態(tài)、故障報(bào)警信息以CAN通信的方式發(fā)送給遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)[5-6]。遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，決定是否開(kāi)啟通風(fēng)機(jī)以及是否進(jìn)行緊急處理過(guò)程。遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)與PLC控制器的CAN通信協(xié)議格式定義如表3所示，平臺(tái)的CAN通信COB-ID為19。

表3中，“通風(fēng)機(jī)狀態(tài)”是指無(wú)人值守機(jī)房中四個(gè)通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，即運(yùn)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(fēng)機(jī)控制”是指遠(yuǎn)程操作人員根據(jù)溫濕度傳感器數(shù)值來(lái)決定對(duì)通風(fēng)機(jī)是進(jìn)行啟動(dòng)還是關(guān)閉。“電源控制”是指分別對(duì)主電源以及服務(wù)器電源進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉的動(dòng)作。遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)與PLC控制器之間CAN通信完成的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)如圖4所示。

圖2 遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)軟件總體流程

圖3 CAN通信連接建立過(guò)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(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)CAN通信協(xié)議格式定義

圖4 遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)

5 結(jié)語(yǔ)

煤礦無(wú)人值守機(jī)房遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，使勞動(dòng)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(wú)人值守機(jī)房，使用效果較好。下一步的研究重點(diǎn)將是在豐富單個(gè)無(wú)人值守機(jī)房監(jiān)控信息的基礎(chǔ)上，對(duì)多個(gè)無(wú)人值守機(jī)房進(jìn)行集中式智能化管理。