基于PLC的服務(wù)器機(jī)房電源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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1、引 言
在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用的推動(dòng)下，教育信息化建設(shè)得到了飛速的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用如網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育、數(shù)字圖書館、網(wǎng)絡(luò)辦公等系統(tǒng)得到了迅速的普及，越來越多的系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)提出了更高的要求。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，信息資源呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)男畔⒘坎粩嗯蛎洠罅康男畔⑿枰M(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)。而構(gòu)建大量的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)后，如何保證這些數(shù)據(jù)的安全、可靠的運(yùn)行呢？
越來越多的高校存在多地辦學(xué)的壓力，學(xué)生數(shù)目急劇增加，而工作人員工作量的加重、交通不便、機(jī)房系統(tǒng)管理人員的匾乏導(dǎo)致我們無法及時(shí)應(yīng)對(duì)停電這些突如其來的偶然情況。雖說大多數(shù)服務(wù)器機(jī)房配備了UPS，但停電時(shí)間的偶然性和 UPS電池容量的有限性還是會(huì)導(dǎo)致一些重要數(shù)據(jù)的丟失。
現(xiàn)在的服務(wù)器存放數(shù)據(jù)大多采用SAN（Storage Area Network)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)模式，依靠系統(tǒng)管理人員手動(dòng)啟動(dòng)或手動(dòng)關(guān)閉服務(wù)器等設(shè)備。一旦停電，若處理不及時(shí)，必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。下面我們以云南大學(xué)圖書館基于SAN架構(gòu)的IBM FAST 900存儲(chǔ)為例（如圖1）。
利用了PLC強(qiáng)大的邏輯功能和高可靠性以及PC機(jī)的軟硬件資源，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)服務(wù)器機(jī)房電源控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整套機(jī)房電源的自動(dòng)有序開啟或關(guān)閉（包括服務(wù)器、交換機(jī)、磁盤控制器、磁盤柜等），克服了傳統(tǒng)手工管理服務(wù)器機(jī)房的弊端。
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圖1 基于PLC的服務(wù)器機(jī)房電源控制系統(tǒng)拓?fù)?/strong>圖 |
2、服務(wù)器機(jī)房電源控制系統(tǒng)的功能和組成
2.1 電源自動(dòng)有序開啟和有序斷開
服務(wù)器機(jī)房系統(tǒng)中有UPS、磁盤柜（EXP700）、光纖交換機(jī)（Switch 3534-FO8）、光纖磁盤控制器（FAST 900）、服務(wù)器，整個(gè)系統(tǒng)的開啟和斷開都是有順序而且對(duì)時(shí)間也有一定要求。一旦順序紊亂，就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
下面我們規(guī)定一下開關(guān)機(jī)條件：UPS電池容量高于10%且處于充電狀態(tài)，可以開機(jī)；UPS電池容量低于10%且處于放電狀態(tài)，關(guān)機(jī)。
開啟和斷開順序如下圖2所示：
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圖2 開關(guān)機(jī)示意圖 |
開機(jī)：所有磁盤柜（EXP700）開啟一分鐘后，依次開啟光纖交換機(jī)（Switch 3534-F08）、光纖磁盤控制器（FAST 900），前后設(shè)備間隔30秒啟動(dòng)；再打開服務(wù)器操作系統(tǒng)；
關(guān)機(jī)：關(guān)閉服務(wù)器操作系統(tǒng)后，依次關(guān)閉光纖磁盤控制器（FAST 900）、光纖交換機(jī)（Switch 3534-F08）、磁盤柜（EXP 700），前后設(shè)備間隔30秒關(guān)閉。
整個(gè)過程無需手工介人，一旦確定開機(jī)或者關(guān)機(jī)，UPS通過以太網(wǎng)發(fā)送開機(jī)/關(guān)機(jī)信號(hào)到PC機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)房電源的自動(dòng)開啟或關(guān)閉。與傳統(tǒng)的手工開關(guān)機(jī)相比，節(jié)省了大量的人力、物力、時(shí)間，同時(shí)避免了誤操作而引起的系統(tǒng)故障。
2.2 電源的監(jiān)視和信息統(tǒng)計(jì)
PC機(jī)通過OPC Server與PLC建立連接，采集PLC信息，顯示在PC程序界面上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的開啟和關(guān)閉次數(shù)的統(tǒng)計(jì)功能。
2.3 組成
系統(tǒng)軟件組成：機(jī)房管理監(jiān)控軟件，PLC編程軟件Step7（Ver5.0或更高)，Siemens Simatic Net2006（OPC軟件）。
系統(tǒng)硬件組成：PC、西門子S7300 PLC、16I/160輸入輸出模塊、CP343-1 IT以太網(wǎng)卡、PS307 24VDC穩(wěn)壓源、以及單極斷路器、中間繼電器、指示燈、按鈕若干。
3 基于PLC的服務(wù)器電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程
3.1 PLC選型
由于系統(tǒng)基于PLC裝置的強(qiáng)大的邏輯功能和高可靠性，建立其輸出節(jié)點(diǎn)與被控對(duì)象（中間繼電器）——電源開關(guān)量之間的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”關(guān)系，對(duì)電源開關(guān)進(jìn)行控制；并且PLC具備以太網(wǎng)與PC機(jī)通訊功能。所以在PLC的選型上需要綜合考慮以下幾個(gè)因素：系統(tǒng)需要的功能、I/O點(diǎn)數(shù)、程序存儲(chǔ)器的容量以及I/O信號(hào)的性質(zhì)、參數(shù)、特性等。
本系統(tǒng)選用德國(guó)西門子自動(dòng)化有限公司的S7300系列器件。該器件由PS307電源、CPU315-2DP、CP343、1 TT、16點(diǎn)I/O模塊以及保護(hù)電源的單極斷路器、控制電源通斷的中間繼電器（簡(jiǎn)稱“繼電器”）組成。PLC上運(yùn)行的軟件用Step7開發(fā)，用于采集相應(yīng)的輸入信號(hào)進(jìn)行處理，處理后輸出到控制繼電器來控制相應(yīng)設(shè)備的電源。
3.2 電路原理
電路原理如圖3所示：
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圖3 基于PLC的服務(wù)器機(jī)房電源控制系統(tǒng)的電路原理圖 |
由于采用PLC vo控制，電路的控制變得異常簡(jiǎn)單，因?yàn)镻LC程序取代了大部份原先電路邏輯所做的工作。S7300的16輸入16輸出模塊主要是采集一個(gè)“啟動(dòng)”按鈕（StartButton）和一個(gè)“停止”按鈕（StopButton）的信號(hào)，通過PLC-S73110處理以后，輸出控制相應(yīng)的繼電器間接控制設(shè)備電源關(guān)開和指示燈。3.3 PLC程序的主要控制程序簡(jiǎn)介
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圖4 主要控制程序（一） |
圖4是PLC使用的典型梯形圖，‘︱︱’——常開邏輯判斷符，‘H’——常閉邏輯判斷符，（SD）——延時(shí)接通計(jì)時(shí)器，（SF）——延時(shí)斷開計(jì)時(shí)器。
改控制程序?qū)崿F(xiàn)了設(shè)備的電源開關(guān)的延時(shí)接通和延時(shí)斷開，具體時(shí)間由“StartTime”和“StopTime”給定。一旦啟動(dòng)按鈕 “StartButton”被觸發(fā)，使能“MEnable”就具備，使用整個(gè)系統(tǒng)有序上電；而觸發(fā)停止按鈕“StopButton”以后，使能 “MEnable”丟失，整系統(tǒng)就根據(jù)程序有序斷電。
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圖5 主要控制程序（二） |
圖5說明了系統(tǒng)中設(shè)備的電源開關(guān)控制流程。
使能“MEnable”，具備，則啟動(dòng)磁盤柜（EXP700）使能“MEnable”具備，“EXP700-ON”是磁盤柜啟動(dòng)延時(shí)計(jì)時(shí)器（圖4），時(shí)間到達(dá)1分鐘后，光纖交換機(jī)（Switch3534-F08）啟動(dòng)同理，時(shí)間到達(dá)30秒鐘后，光纖磁盤控制器（FAST900）啟動(dòng)同理，時(shí)間到達(dá)30秒鐘后，服務(wù)器（SeiveiComputer）啟動(dòng)。
上面所介紹的只是系統(tǒng)啟動(dòng)過程，下面介紹系統(tǒng)關(guān)閉過程。
圖4中，觸發(fā)停止按鈕“StopButton”以后，使能“MEnable”丟失，圖S中的服務(wù)器（ServeiComputer）輸出停止，服務(wù)器電源開關(guān)斷電；圖5中“ServeiComputer-OFF”是服務(wù)器斷電延時(shí)計(jì)時(shí)器，時(shí)間達(dá)到30秒鐘后，光纖磁盤控制器（FAST 900）輸出停止，光纖磁盤控制器電源開關(guān)斷電；之后再過30秒，光纖交換機(jī)（FAST 900）電源開關(guān)斷電；再過30秒，磁盤柜（EXP700）電源開關(guān)斷電，整個(gè)系統(tǒng)斷電完成。
3.4 OPC技術(shù)
上述開關(guān)電源的過程需要對(duì)電源狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和統(tǒng)計(jì)，因此PC與PLC通訊是必不可少的，OPC（OLE For Process Control）技術(shù)是普遍采用的技術(shù)。OPC技術(shù)規(guī)范是以Microsoft的OLE/COM（Object Linking and Embedding/Component Object Model）技術(shù)為差礎(chǔ)，定義了一組接口規(guī)范。它包括OPC自動(dòng)化接口（Automation Interface）和OPC定制接口（Custom Interface）。另外，OPC技術(shù)規(guī)范定義的是OPC服務(wù)器程序和客戶機(jī)程序進(jìn)行通訊的接口或通訊的方法。
OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)接口定義了以下三層接口，依次呈包含關(guān)系。
OPC Server：OPC啟動(dòng)服務(wù)器，獲得其他對(duì)象和服務(wù)的起始類，并用于返回OPC Group類對(duì)象；
OPCGroup：存儲(chǔ)由若干。PC Item組成的Group信息，并用于返回OPC Item類對(duì)象；
OPC Item：存儲(chǔ)具體Item的定義、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息。
實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)程序源碼的部分核心代碼如下圖6所示：
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圖6 程序源碼部分核心代碼 |
4 結(jié)束語(yǔ)
基于PLC的服務(wù)器機(jī)房電源控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了整套機(jī)房電源的自動(dòng)有序開啟或關(guān)閉，克服了傳統(tǒng)手工管理服務(wù)器機(jī)房的弊端，滿足了提高管理效率的管理需求，體現(xiàn)了管理的科學(xué)化。
評(píng)論