基于PLC的服務(wù)器機房電源控制系統(tǒng)的設(shè)計
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1、引 言
在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用的推動下，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)用對數(shù)據(jù)的存儲提出了更高的要求。在網(wǎng)絡(luò)時代，信息資源呈幾何級數(shù)增長，導(dǎo)致通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)男畔⒘坎粩嗯蛎?，大量的信息需要進行數(shù)字化存儲。而構(gòu)建大量的網(wǎng)絡(luò)存儲后，如何保證這些數(shù)據(jù)的安全、可靠的運行呢？
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、機房系統(tǒng)管理人員的匾乏導(dǎo)致我們無法及時應(yīng)對停電這些突如其來的偶然情況。雖說大多數(shù)服務(wù)器機房配備了UPS，但停電時間的偶然性和 UPS電池容量的有限性還是會導(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)存儲模式，依靠系統(tǒng)管理人員手動啟動或手動關(guān)閉服務(wù)器等設(shè)備。一旦停電，若處理不及時，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(shè)計了一個服務(wù)器機房電源控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了整套機房電源的自動有序開啟或關(guān)閉（包括服務(wù)器、交換機、磁盤控制器、磁盤柜等），克服了傳統(tǒng)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(tǒng)拓撲圖 |
2、服務(wù)器機房電源控制系統(tǒng)的功能和組成
2.1 電源自動有序開啟和有序斷開
服務(wù)器機房系統(tǒng)中有UPS、磁盤柜（EXP700）、光纖交換機（Switch 3534-FO8）、光纖磁盤控制器（FAST 900）、服務(wù)器，整個系統(tǒng)的開啟和斷開都是有順序而且對時間也有一定要求。一旦順序紊亂，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
下面我們規(guī)定一下開關(guān)機條件：UPS電池容量高于10%且處于充電狀態(tài)，可以開機；UPS電池容量低于10%且處于放電狀態(tài)，關(guān)機。
開啟和斷開順序如下圖2所示：
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圖2 開關(guān)機示意圖 |
開機：所有磁盤柜（EXP700）開啟一分鐘后，依次開啟光纖交換機（Switch 3534-F08）、光纖磁盤控制器（FAST 900），前后設(shè)備間隔30秒啟動；再打開服務(wù)器操作系統(tǒng)；
關(guān)機：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（Switch 3534-F08）、磁盤柜（EXP 700），前后設(shè)備間隔30秒關(guān)閉。
整個過程無需手工介人，一旦確定開機或者關(guān)機，UPS通過以太網(wǎng)發(fā)送開機/關(guān)機信號到PC機，從而實現(xiàn)整個機房電源的自動開啟或關(guān)閉。與傳統(tǒng)的手工開關(guān)機相比，節(jié)省了大量的人力、物力、時間，同時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
PC機通過OPC Server與PLC建立連接，采集PLC信息，顯示在PC程序界面上，從而實現(xiàn)對電源的開啟和關(guān)閉次數(shù)的統(tǒng)計功能。
2.3 組成
系統(tǒng)軟件組成：機房管理監(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)計過程
3.1 PLC選型
由于系統(tǒng)基于PLC裝置的強大的邏輯功能和高可靠性，建立其輸出節(jié)點與被控對象（中間繼電器）——電源開關(guān)量之間的“點對點”關(guān)系，對電源開關(guān)進行控制；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因素：系統(tǒng)需要的功能、I/O點數(shù)、程序存儲器的容量以及I/O信號的性質(zhì)、參數(shù)、特性等。
本系統(tǒng)選用德國西門子自動化有限公司的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（簡稱“繼電器”）組成。PLC上運行的軟件用Step7開發(fā)，用于采集相應(yīng)的輸入信號進行處理，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“啟動”按鈕（StartButton）和一個“停止”按鈕（StopButton）的信號，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）——延時接通計時器，（SF）——延時斷開計時器。
改控制程序?qū)崿F(xiàn)了設(shè)備的電源開關(guān)的延時接通和延時斷開，具體時間由“StartTime”和“StopTime”給定。一旦啟動按鈕 “StartButton”被觸發(fā)，使能“MEnable”就具備，使用整個系統(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，則啟動磁盤柜（EXP700）使能“MEnable”具備，“EXP700-ON”是磁盤柜啟動延時計時器（圖4），時間到達1分鐘后，光纖交換機（Switch3534-F08）啟動同理，時間到達30秒鐘后，光纖磁盤控制器（FAST900）啟動同理，時間到達30秒鐘后，服務(wù)器（SeiveiComputer）啟動。
上面所介紹的只是系統(tǒng)啟動過程，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)器斷電延時計時器，時間達到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（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)電源的過程需要對電源狀態(tài)進行監(jiān)視和統(tǒng)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(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)器程序和客戶機程序進行通訊的接口或通訊的方法。
OLE自動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啟動服務(wù)器，獲得其他對象和服務(wù)的起始類，并用于返回OPC Group類對象；
OPCGroup：存儲由若干。PC Item組成的Group信息，并用于返回OPC Item類對象；
OPC Item：存儲具體Item的定義、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息。
實現(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
基于PLC的服務(wù)器機房電源控制系統(tǒng)實現(xiàn)了整套機房電源的自動有序開啟或關(guān)閉，克服了傳統(tǒng)手工管理服務(wù)器機房的弊端，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。
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