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(fēng)安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶 400037）

1.系統(tǒng)介紹

本設(shè)計是基于物聯(lián)網(wǎng)平臺和PLC設(shè)計的煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主要涉及3層結(jié)構(gòu)。第一層是設(shè)備域，控制器PLC與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通訊，實現(xiàn)PLC的運行信息能夠傳遞到網(wǎng)關(guān)，并通過網(wǎng)關(guān)配置軟件實時監(jiān)測并控制PLC的部分參數(shù)；第二層是網(wǎng)絡(luò)域，網(wǎng)關(guān)接入阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)PLC的運行信息通過網(wǎng)關(guān)傳遞到物聯(lián)網(wǎng)平臺；第三層是應(yīng)用域，設(shè)計Web網(wǎng)頁供有一定權(quán)限的用戶登錄查看煤礦自動化系統(tǒng)運行狀況[1]。如圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.系統(tǒng)設(shè)計

2.1 方案設(shè)計

云監(jiān)控系統(tǒng)需要能夠特定用戶登錄，登錄之后能夠設(shè)置基本參數(shù)。系統(tǒng)將會包含5個自動化子系統(tǒng)，分別為水泵系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、風(fēng)機系統(tǒng)、供電系統(tǒng)。如圖2煤礦綜合自動化子系統(tǒng)組成[2]。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)組成

實現(xiàn)對這五個自動化子系統(tǒng)的云監(jiān)控，主要是實現(xiàn)以下3個方面的設(shè)計：

（1） PLC與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信方案設(shè)計。（2）阿里云服務(wù)器與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信方案設(shè)計。（3）Web網(wǎng)頁設(shè)計方案。

在完成前兩個設(shè)計的基礎(chǔ)上，不斷完善網(wǎng)頁和監(jiān)控系統(tǒng)，最終實現(xiàn)煤礦綜合自動化云監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)備選型如下表1所示。

表1 設(shè)備清單表

2.2 系統(tǒng)設(shè)計

（1）PLC與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信設(shè)計。PLC與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信的前提，首先，進行硬件連接，通電即開啟了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。其次，需要在工程管理器軟件上進行一系列的設(shè)置，具體包括端口設(shè)置、網(wǎng)關(guān)設(shè)置以及對象設(shè)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(wù)器與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信設(shè)計。阿里云提供較為全面的物聯(lián)網(wǎng)平臺，對本次設(shè)計起關(guān)鍵性的作用。通訊協(xié)議使用MQTT物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議，MQTT協(xié)議是由IBM主導(dǎo)開發(fā)的一種輕量級基于客戶端―服務(wù)器的消息發(fā)布/訂閱模式的消息傳輸協(xié)議，是目前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域主要的通訊協(xié)議。利用“技小新―MQTT單片機編程小工具”激活購買的服務(wù)器，然后在工程管理器中進行對象設(shè)置，實現(xiàn)云服務(wù)器與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的通信[3]。

（3）Web網(wǎng)頁設(shè)計。網(wǎng)頁開發(fā)依托阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺的可視化開發(fā)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(yīng)的變量設(shè)置交互動作，能夠可視化開發(fā)Web網(wǎng)頁，在按照煤礦綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的需求設(shè)計界面。

3.系統(tǒng)調(diào)試

首先，若是網(wǎng)關(guān)工程管理器上能夠顯示PLC的部分變量，則表明網(wǎng)關(guān)和PLC通信成功；其次，在阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺的功能定義能也能監(jiān)視PLC運行狀態(tài)，則表明系統(tǒng)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺；最后，在平臺設(shè)計煤礦綜合自動化系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)頁也能動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)運行的情況，則表明云監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試成功[4]。設(shè)計的部分網(wǎng)頁設(shè)計畫面如圖3所示。

圖3 壓風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)機系統(tǒng)監(jiān)控畫面調(diào)試結(jié)果

4.結(jié)語

本系統(tǒng)是基于阿里云物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的煤礦綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)在愈加龐大繁瑣的大型自動化系統(tǒng)的監(jiān)控問題。本主要完成的工作如下：

（1）實現(xiàn)了通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與自動化系統(tǒng)所使用的設(shè)備通訊，通過網(wǎng)關(guān)配套的工程管理器可以實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)測和控制。（2）基于MQTT通訊協(xié)議將設(shè)備接入阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)了在網(wǎng)絡(luò)上直接監(jiān)控設(shè)備。（3）利用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)Web網(wǎng)頁，可供管理人員和其他用戶在網(wǎng)絡(luò)上直接管理和監(jiān)控煤礦綜合自動化系統(tǒng)。

本設(shè)計目前只涉及自動化子系統(tǒng)的云監(jiān)控，還不能監(jiān)測到煤礦作業(yè)人員的位置和身體狀況，也不能監(jiān)測礦區(qū)本身的環(huán)境變化，如果要進一步發(fā)展，可以考慮加入這些外在因素，更好的監(jiān)控煤礦作業(yè)，做出一個全面的煤礦生產(chǎn)云監(jiān)控服務(wù)[5]。