基于PLC的服務(wù)器機房電源控制系統的設計
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1、引 言
在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應用的推動(dòng)下，教育信息化建設得到了飛速的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò )的各種應用如網(wǎng)絡(luò )遠程教育、數字圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò )辦公等系統得到了迅速的普及，越來(lái)越多的系統應用對數據的存儲提出了更高的要求。在網(wǎng)絡(luò )時(shí)代，信息資源呈幾何級數增長(cháng)，導致通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸的信息量不斷膨脹，大量的信息需要進(jìn)行數字化存儲。而構建大量的網(wǎng)絡(luò )存儲后，如何保證這些數據的安全、可靠的運行呢？
越來(lái)越多的高校存在多地辦學(xué)的壓力，學(xué)生數目急劇增加，而工作人員工作量的加重、交通不便、機房系統管理人員的匾乏導致我們無(wú)法及時(shí)應對停電這些突如其來(lái)的偶然情況。雖說(shuō)大多數服務(wù)器機房配備了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 )導致一些重要數據的丟失。
現在的服務(wù)器存放數據大多采用SAN（Storage Area Network)架構的網(wǎng)絡(luò )存儲模式，依靠系統管理人員手動(dòng)啟動(dòng)或手動(dòng)關(guān)閉服務(wù)器等設備。一旦停電，若處理不及時(shí)，必然導致數據丟失。下面我們以云南大學(xué)圖書(shū)館基于SAN架構的IBM FAST 900存儲為例（如圖1）。
利用了PLC強大的邏輯功能和高可靠性以及PC機的軟硬件資源，本文設計了一個(gè)服務(wù)器機房電源控制系統，實(shí)現了整套機房電源的自動(dòng)有序開(kāi)啟或關(guān)閉（包括服務(wù)器、交換機、磁盤(pán)控制器、磁盤(pán)柜等），克服了傳統手工管理服務(wù)器機房的弊端。
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圖1 基于PLC的服務(wù)器機房電源控制系統拓撲圖 |
2、服務(wù)器機房電源控制系統的功能和組成
2.1 電源自動(dòng)有序開(kāi)啟和有序斷開(kāi)
服務(wù)器機房系統中有UPS、磁盤(pán)柜（EXP700）、光纖交換機（Switch 3534-FO8）、光纖磁盤(pán)控制器（FAST 900）、服務(wù)器，整個(gè)系統的開(kāi)啟和斷開(kāi)都是有順序而且對時(shí)間也有一定要求。一旦順序紊亂，就會(huì )導致數據丟失。
下面我們規定一下開(kāi)關(guān)機條件：UPS電池容量高于10%且處于充電狀態(tài)，可以開(kāi)機；UPS電池容量低于10%且處于放電狀態(tài)，關(guān)機。
開(kāi)啟和斷開(kāi)順序如下圖2所示：
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圖2 開(kāi)關(guān)機示意圖 |
開(kāi)機：所有磁盤(pán)柜（EXP700）開(kāi)啟一分鐘后，依次開(kāi)啟光纖交換機（Switch 3534-F08）、光纖磁盤(pán)控制器（FAST 900），前后設備間隔30秒啟動(dòng)；再打開(kāi)服務(wù)器操作系統；
關(guān)機：關(guān)閉服務(wù)器操作系統后，依次關(guān)閉光纖磁盤(pán)控制器（FAST 900）、光纖交換機（Switch 3534-F08）、磁盤(pán)柜（EXP 700），前后設備間隔30秒關(guān)閉。
整個(gè)過(guò)程無(wú)需手工介人，一旦確定開(kāi)機或者關(guān)機，UPS通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送開(kāi)機/關(guān)機信號到PC機，從而實(shí)現整個(gè)機房電源的自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉。與傳統的手工開(kāi)關(guān)機相比，節省了大量的人力、物力、時(shí)間，同時(shí)避免了誤操作而引起的系統故障。
2.2 電源的監視和信息統計
PC機通過(guò)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)現對電源的開(kāi)啟和關(guān)閉次數的統計功能。
2.3 組成
系統軟件組成：機房管理監控軟件，PLC編程軟件Step7（Ver5.0或更高)，Siemens Simatic Net2006（OPC軟件）。
系統硬件組成：PC、西門(mén)子S7300 PLC、16I/160輸入輸出模塊、CP343-1 IT以太網(wǎng)卡、PS307 24VDC穩壓源、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)器電源管理系統的設計過(guò)程
3.1 PLC選型
由于系統基于PLC裝置的強大的邏輯功能和高可靠性，建立其輸出節點(diǎn)與被控對象（中間繼電器）——電源開(kāi)關(guān)量之間的“點(diǎn)對點(diǎn)”關(guān)系，對電源開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制；并且PLC具備以太網(wǎng)與PC機通訊功能。所以在PLC的選型上需要綜合考慮以下幾個(gè)因素：系統需要的功能、I/O點(diǎn)數、程序存儲器的容量以及I/O信號的性質(zhì)、參數、特性等。
本系統選用德國西門(mén)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模塊以及保護電源的單極斷路器、控制電源通斷的中間繼電器（簡(jiǎn)稱(chēng)“繼電器”）組成。PLC上運行的軟件用Step7開(kāi)發(fā)，用于采集相應的輸入信號進(jìn)行處理，處理后輸出到控制繼電器來(lái)控制相應設備的電源。
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)器機房電源控制系統的電路原理圖 |
由于采用PLC vo控制，電路的控制變得異常簡(jiǎn)單，因為PLC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，通過(guò)PLC-S73110處理以后，輸出控制相應的繼電器間接控制設備電源關(guān)開(kāi)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(kāi)邏輯判斷符，‘H’——常閉邏輯判斷符，（SD）——延時(shí)接通計時(shí)器，（SF）——延時(shí)斷開(kāi)計時(shí)器。
改控制程序實(shí)現了設備的電源開(kāi)關(guān)的延時(shí)接通和延時(shí)斷開(kāi)，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)系統有序上電；而觸發(fā)停止按鈕“StopButton”以后，使能 “MEnable”丟失，整系統就根據程序有序斷電。
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圖5 主要控制程序（二） |
圖5說(shuō)明了系統中設備的電源開(kāi)關(guān)控制流程。
使能“MEnable”，具備，則啟動(dòng)磁盤(pán)柜（EXP700）使能“MEnable”具備，“EXP700-ON”是磁盤(pán)柜啟動(dòng)延時(shí)計時(shí)器（圖4），時(shí)間到達1分鐘后，光纖交換機（Switch3534-F08）啟動(dòng)同理，時(shí)間到達30秒鐘后，光纖磁盤(pán)控制器（FAST900）啟動(dòng)同理，時(shí)間到達30秒鐘后，服務(wù)器（SeiveiComputer）啟動(dòng)。
上面所介紹的只是系統啟動(dòng)過(guò)程，下面介紹系統關(guān)閉過(guò)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(kāi)關(guān)斷電；圖5中“ServeiComputer-OFF”是服務(wù)器斷電延時(shí)計時(shí)器，時(shí)間達到30秒鐘后，光纖磁盤(pán)控制器（FAST 900）輸出停止，光纖磁盤(pán)控制器電源開(kāi)關(guān)斷電；之后再過(guò)30秒，光纖交換機（FAST 900）電源開(kāi)關(guān)斷電；再過(guò)30秒，磁盤(pán)柜（EXP700）電源開(kāi)關(guān)斷電，整個(gè)系統斷電完成。
3.4 OPC技術(shù)
上述開(kāi)關(guān)電源的過(guò)程需要對電源狀態(tài)進(jìn)行監視和統計，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)規范是以Microsoft的OLE/COM（Object Linking and Embedding/Component Object Model）技術(shù)為差礎，定義了一組接口規范。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)規范定義的是OPC服務(wù)器程序和客戶(hù)機程序進(jìn)行通訊的接口或通訊的方法。
OLE自動(dòng)化標準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，獲得其他對象和服務(wù)的起始類(lèi)，并用于返回OPC Group類(lèi)對象；
OPCGroup：存儲由若干。PC Item組成的Group信息，并用于返回OPC Item類(lèi)對象；
OPC Item：存儲具體Item的定義、數據值、狀態(tài)值等信息。
實(shí)現本系統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 結束語(yǔ)
基于PLC的服務(wù)器機房電源控制系統實(shí)現了整套機房電源的自動(dòng)有序開(kāi)啟或關(guān)閉，克服了傳統手工管理服務(wù)器機房的弊端，滿(mǎn)足了提高管理效率的管理需求，體現了管理的科學(xué)化。
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