煤礦綜合自動化云監控系統設計

楊亮

（1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.國家煤礦防塵通風安全產品質量監督檢驗中心，重慶 400037）

1.系統介紹

本設計是基于物聯網平臺和PLC設計的煤礦綜合監控系統，主要涉及3層結構。第一層是設備域，控制器PLC與物聯網網關通訊，實現PLC的運行信息能夠傳遞到網關，并通過網關配置軟件實時監測并控制PLC的部分參數；第二層是網絡域，網關接入阿里云物聯網平臺，實現PLC的運行信息通過網關傳遞到物聯網平臺；第三層是應用域，設計Web網頁供有一定權限的用戶登錄查看煤礦自動化系統運行狀況[1]。如圖1系統結構示意圖。

圖1 系統結構示意圖

2.系統設計

2.1 方案設計

云監控系統需要能夠特定用戶登錄，登錄之后能夠設置基本參數。系統將會包含5個自動化子系統，分別為水泵系統、壓風系統、提升系統、風機系統、供電系統。如圖2煤礦綜合自動化子系統組成[2]。

圖2 監控系統組成

實現對這五個自動化子系統的云監控，主要是實現以下3個方面的設計：

（1） PLC與物聯網網關通信方案設計。（2）阿里云服務器與物聯網網關通信方案設計。（3）Web網頁設計方案。

在完成前兩個設計的基礎上，不斷完善網頁和監控系統，最終實現煤礦綜合自動化云監控系統的設計。設備選型如下表1所示。

表1 設備清單表

2.2 系統設計

（1）PLC與物聯網網關通信設計。PLC與物聯網網關通信的前提，首先，進行硬件連接，通電即開啟了物聯網網關。其次，需要在工程管理器軟件上進行一系列的設置，具體包括端口設置、網關設置以及對象設置等。最后，在軟件上能夠顯示PLC的部分變量，則表明通信成功。

（2）阿里云服務器與物聯網網關通信設計。阿里云提供較為全面的物聯網平臺，對本次設計起關鍵性的作用。通訊協議使用MQTT物聯網通訊協議，MQTT協議是由IBM主導開發的一種輕量級基于客戶端―服務器的消息發布/訂閱模式的消息傳輸協議，是目前物聯網領域主要的通訊協議。利用“技小新―MQTT單片機編程小工具”激活購買的服務器，然后在工程管理器中進行對象設置，實現云服務器與物聯網網關的通信[3]。

（3）Web網頁設計。網頁開發依托阿里云物聯網平臺的可視化開發工具，在編輯器中選擇需要的組件放到畫布上，然后選擇組件的樣式和并對對應的變量設置交互動作，能夠可視化開發Web網頁，在按照煤礦綜合自動化監控系統的需求設計界面。

3.系統調試

首先，若是網關工程管理器上能夠顯示PLC的部分變量，則表明網關和PLC通信成功；其次，在阿里云物聯網平臺的功能定義能也能監視PLC運行狀態，則表明系統接入物聯網平臺；最后，在平臺設計煤礦綜合自動化系統監控網頁也能動態監控系統運行的情況，則表明云監控系統調試成功[4]。設計的部分網頁設計畫面如圖3所示。

圖3 壓風系統和風機系統監控畫面調試結果

4.結語

本系統是基于阿里云物聯網設計的煤礦綜合自動化監控系統，能夠解決現在愈加龐大繁瑣的大型自動化系統的監控問題。本主要完成的工作如下：

（1）實現了通過物聯網網關與自動化系統所使用的設備通訊，通過網關配套的工程管理器可以實現對設備的監測和控制。（2）基于MQTT通訊協議將設備接入阿里云物聯網平臺，實現了在網絡上直接監控設備。（3）利用阿里云物聯網平臺開發Web網頁，可供管理人員和其他用戶在網絡上直接管理和監控煤礦綜合自動化系統。

本設計目前只涉及自動化子系統的云監控，還不能監測到煤礦作業人員的位置和身體狀況，也不能監測礦區本身的環境變化，如果要進一步發展，可以考慮加入這些外在因素，更好的監控煤礦作業，做出一個全面的煤礦生產云監控服務[5]。