煤矿综合自动化云监控系统设计

杨亮

（1.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037；2.国家煤矿防尘通风安全产品质量监督检验中心，重庆 400037）

1.系统介绍

本设计是基于物联网平台和PLC设计的煤矿综合监控系统，主要涉及3层结构。第一层是设备域，控制器PLC与物联网网关通讯，实现PLC的运行信息能够传递到网关，并通过网关配置软件实时监测并控制PLC的部分参数；第二层是网络域，网关接入阿里云物联网平台，实现PLC的运行信息通过网关传递到物联网平台；第三层是应用域，设计Web网页供有一定权限的用户登录查看煤矿自动化系统运行状况[1]。如图1系统结构示意图。

图1 系统结构示意图

2.系统设计

2.1 方案设计

云监控系统需要能够特定用户登录，登录之后能够设置基本参数。系统将会包含5个自动化子系统，分别为水泵系统、压风系统、提升系统、风机系统、供电系统。如图2煤矿综合自动化子系统组成[2]。

图2 监控系统组成

实现对这五个自动化子系统的云监控，主要是实现以下3个方面的设计：

（1） PLC与物联网网关通信方案设计。（2）阿里云服务器与物联网网关通信方案设计。（3）Web网页设计方案。

在完成前两个设计的基础上，不断完善网页和监控系统，最终实现煤矿综合自动化云监控系统的设计。设备选型如下表1所示。

表1 设备清单表

2.2 系统设计

（1）PLC与物联网网关通信设计。PLC与物联网网关通信的前提，首先，进行硬件连接，通电即开启了物联网网关。其次，需要在工程管理器软件上进行一系列的设置，具体包括端口设置、网关设置以及对象设置等。最后，在软件上能够显示PLC的部分变量，则表明通信成功。

（2）阿里云服务器与物联网网关通信设计。阿里云提供较为全面的物联网平台，对本次设计起关键性的作用。通讯协议使用MQTT物联网通讯协议，MQTT协议是由IBM主导开发的一种轻量级基于客户端―服务器的消息发布/订阅模式的消息传输协议，是目前物联网领域主要的通讯协议。利用“技小新―MQTT单片机编程小工具”激活购买的服务器，然后在工程管理器中进行对象设置，实现云服务器与物联网网关的通信[3]。

（3）Web网页设计。网页开发依托阿里云物联网平台的可视化开发工具，在编辑器中选择需要的组件放到画布上，然后选择组件的样式和并对对应的变量设置交互动作，能够可视化开发Web网页，在按照煤矿综合自动化监控系统的需求设计界面。

3.系统调试

首先，若是网关工程管理器上能够显示PLC的部分变量，则表明网关和PLC通信成功；其次，在阿里云物联网平台的功能定义能也能监视PLC运行状态，则表明系统接入物联网平台；最后，在平台设计煤矿综合自动化系统监控网页也能动态监控系统运行的情况，则表明云监控系统调试成功[4]。设计的部分网页设计画面如图3所示。

图3 压风系统和风机系统监控画面调试结果

4.结语

本系统是基于阿里云物联网设计的煤矿综合自动化监控系统，能够解决现在愈加庞大繁琐的大型自动化系统的监控问题。本主要完成的工作如下：

（1）实现了通过物联网网关与自动化系统所使用的设备通讯，通过网关配套的工程管理器可以实现对设备的监测和控制。（2）基于MQTT通讯协议将设备接入阿里云物联网平台，实现了在网络上直接监控设备。（3）利用阿里云物联网平台开发Web网页，可供管理人员和其他用户在网络上直接管理和监控煤矿综合自动化系统。

本设计目前只涉及自动化子系统的云监控，还不能监测到煤矿作业人员的位置和身体状况，也不能监测矿区本身的环境变化，如果要进一步发展，可以考虑加入这些外在因素，更好的监控煤矿作业，做出一个全面的煤矿生产云监控服务[5]。