電力線載波通訊在熱網溫度監測系統中的應用

孟 泰，宋越馳

（大慶石化公司水氣廠，黑龍江大慶163714）

電力線載波通訊在熱網溫度監測系統中的應用

孟 泰，宋越馳

（大慶石化公司水氣廠，黑龍江大慶163714）

采用智能溫度傳感器DS18B20、熱電偶及電力線載波應用于熱網溫度監測系統。建立了系統總體方案和拓撲結構圖、選擇了溫度傳感器，及相應的軟硬件系統。實際運行表明，該系統抗干擾能力強，信號傳輸距離遠，能夠滿足監測系統的要求。

熱網；溫度監測系統；傳感器；電力線載波

某石化公司新建的乙烯裝置內伴熱線數量龐大，伴熱線總長超過20 km，連箱總數超過100個。該乙烯項目開工時管線溫度采用人工方式巡檢，為降低凍線隱患，通常將伴熱溫度設置較高，能源浪費嚴重，無法直觀了解全廠伴熱線實時情況。針對該問題，文中開發了一套集成度高、通信可靠、運行穩定、采集速度快、自動化程度高、軟件功能齊全的基于電力線載波通訊的伴熱線溫度監測系統，以提高伴熱線技術水平，消除凍線隱患，保障安全生產。

1 系統設計方案

1.1 技術指標

（1）系統巡檢周期小于15 min；（2）溫度監測范圍滿足0～1 000℃的實際要求；（3）傳感器靜態誤差小于±2%；（4）監測站工作溫度在-50～70℃范圍內；（5）采用電力線載波通訊技術完成通信功能［1］。

1.2 總體方案

經過對廠區內外溫度監測點分析，確定出系統由監測主站與若干監測子站組成，監測主站與監測子站之間采用電力線載波方式進行通訊，監測主站控制總線工作時序，并定義與監測子站的通信協議［2］。

1.3 系統組成

PLC組網測溫系統的硬件由溫度采集、PLC通訊模塊、工業級供電模塊3部分組成。PLC組網測溫系統由耐低溫工業級模塊供電，可以減少供電電壓不穩而引起的系統不穩定。溫度傳感器附著在伴熱管線上，對伴熱管線的溫度進行監測。

根據需求分析，需將PLC組網測溫系統安裝在伴熱管線上，最佳位置為聯箱上閥門0.5～2 m之間；子站安裝在伴熱聯箱附近。

溫度采集模塊把溫度信號通過有線的方式直接經過PLC通訊模塊傳送至通訊總線，1個數字采集模塊最多可接64個可編程傳感器，1個模擬采集模塊可接8個可編程傳感器。將PLC通訊模塊設置成中繼器，使數據中轉放大在接力傳送、保證數據不衰減和丟失。

2 溫度傳感器

監測點的溫度在50～300℃范圍，可選用熱電阻或熱電偶作為傳感器。由于熱電阻在50～300℃范圍內線性度接近直線，因此得到廣泛應用。但其缺點是價格高、壽命短，不適用于24 h連續工作。

熱電偶自身能產生電壓，不需要使應電源，測量區間大，最低可測-270℃，最高可達1 300℃。測量精度為±2℃，可在惡劣的環境下長時間工作。所以選用熱電偶作為蒸汽伴熱的測溫。熱水伴熱的溫度在50～95℃之間，每個伴熱聯箱需要監測的伴熱線數量為10～20個。因此，在溫度監測系統中，采用環境適應能力強、使用壽命長的新型數字溫度傳感器。常用的數字量溫度傳感器有AD7416、MAX6575L/H、DS18B20等［3］。

以上3種傳感器，DS18B20與微控制器的連接比較簡單，用1根導線即可將32個DS18B20與單片機連接即可測溫，其各項經濟技術指標優于同類產品，所以溫度監測系統選用該傳感器。

3 載波通訊技術

3.1 PLC電力載波通信

由于伴熱溫度監測點分布地點不同，拓撲結構復雜，又有來自各裝置和管廊上電纜的電磁干擾，確保上位機和下位機的正常通訊是整個溫度監測系統的主要問題。

PLC技術全稱電力載波通信，它是指利用低壓電力電纜作為傳輸數據的媒介，實現數據的傳遞和信息交換。在利用電力線通信發送數據時，信號發送器首先將要發送的數據調制到一個高頻載波上，然后經過功率放大器放大后通過耦合電路耦合到電力線上。頻帶峰值電壓不超過10 V，所以載波通信不會對電力線路造成破壞。高頻信號經電力線傳輸到接收方，接收方再通過耦合電路將接收到的高頻信號分離山來，濾去干擾信號后經放大器放大，再經過解調電路把信號還原成二進制數字信號的通信過程。載波技術具有良好的抗干擾能力及良好的經濟性［4］。

3.2 PLC通訊技術特點

PLC分布式測溫系統適用于物料水伴熱、物料蒸汽伴熱，其技術特點有5個：

（1）防干擾能力強；（2）利用PLC組網，可消除同頻干擾問題，通訊準確率可大大提高；（3）測量點和子站及監測中心直接聯系，減少外部環境影響；（4）系統功率低，穩定性、可靠性好；PLC組網采集靈活，對電壓要求低、適應性強，施工安裝方便；（5）系統采用分布式分層結構設計，可靈活拓撲，即能與自動化系統聯網，也可以自成系統。

4 軟件基本組成

該軟件的組成：巡檢界面、分機監測、監視界面、專家報表、報警查詢、本地事件、用戶管理和幫助［5～11］。

4.1 巡檢界面

巡檢界面在系統運行后會自動開始運行，該界面將從1#分機到73#分機進行循環顯示，每個分機顯示時間為3 s。界面第2行顯示有分機號、分機位置和該分機的測溫點數，下方數字為相應測溫點的實時溫度，若為“wty”則表示該點未啟用。當溫度示值為黑色時，表示溫度正常；當溫度數字及前方點號變為紅色時，表示該溫度低于溫度下限，為報警狀態。點擊界面右上角的“暫?！卑粹o后，界面停止循環，同時該按鈕顯示為“啟動”；點擊“啟動”按鈕，界面將繼續進行循環。打開其它窗口時，該界面將在后臺繼續運行。

4.2 分機監測

分機監測窗口主要用來主動查詢各分機的當前實時溫度。窗口上部顯示有分機號、分機位置和測溫點數；下方為當前分機測溫點的序號、管線類型（即伴熱物料）、當前溫度和啟停按鈕，其中啟停按鈕控制該測溫點的停用，只有班長級及以上用戶具有操作權限。當溫度示值為黑色時，表示溫度正常；當溫度數字及前方點號變為紅色時，表示該溫度低于溫度下限，為報警狀態。停用測溫點不顯示溫度示值窗口左上角與右上角為翻頁按鈕，復合箭頭可翻至臨近的5的倍數分機頁，單箭頭向前或向后翻一頁?？焖俨樵兇翱谥灰x擇相應分機即可實現快速翻頁。

4.3 監視界面

當系統中出現報警點時，系統會自動彈出“監視界面”窗口。口中有73個分機相對應的報警燈，警燈為綠色時表示相應分機上所有測溫點均處于正常狀態，當分機上有一點處于報警時，相應的報警燈變為紅色并閃爍。點擊相應的報警燈，可跳轉至相應分機的管網圖，在管網圖中可查看具體哪一點報警，點擊“管網圖”標題，可跳轉至“分機監測”界面更加清晰地查看相應分機點溫度。

4.4 趨勢曲線

趨勢曲線窗口以曲線形式顯示當前或歷史溫度數據。在“實時趨勢查詢”面板中，設置時間間隔后可查看當前時間之前的時間間隔長度范圍內的溫度曲線；時間間隔為0時，默認時間間隔長度為1 h。在“歷史趨勢查詢”面板中，設置開始時間與時間間隔后，可查詢自開始時間之后相應時間間隔長度范圍內的溫度曲線，左右拖動坐標界面可向前或向后查詢溫度數據。

4.5 專家報表

專家報表主要用于對歷史數據的查詢，并提供報表打印功能。根據分機號進入相應專家報表界面后，依次選擇分機號、開始時間、時間長度、時間間隔，點擊“查詢”即可實現查詢功能，再點擊“打印”可對報表進行打印。其中，時間長度為報表第1行至最后1行的總時間長度，時間間隔為報表相鄰兩行的時間間隔。時間長度為0時默認值為24 h，時間間隔為0時默認值為1 h。設置時注意：時間間隔小于時間長度。

4.6 報警查詢

基本的報警分為實時報警和歷史報警。

（1）實時報警是指當前時刻實時數據庫中產生的最新的若干條報警，報警信息包括：時間、報警點、當前溫度、報警下限、報警類型、報警級別等信息。查看完報警點后，點擊全確認或確認即可對報警點信息進行確認，此時，報警音樂停止，報警點數歸為0。

（2）歷史報警記錄是在數據庫中發生過的報警記錄，報警信息包括：日期、時間、報警點、當前溫度、報警下限、報警類型、報警級別、確認等信息。

5 實際運行效果

該溫度監測系統自2015年9月運行以來，設備運行穩定、傳輸數據準確率達到100%。

6 結論

（1）PLC組網溫度監測系統運行穩定，采集速度快、精度高、無誤碼率、所有技術指標均滿足技術協議要求。

（2）網絡運行平穩，擴展性能較為靈活，可以在-50～70℃范圍內穩定工作，經過試運行能夠滿足長周期運行。

（3）根據化工區內伴熱溫度監測點的分布特點，采用基于電力線載波通訊方式，使該系統數據傳輸距離遠，抗干擾能力強。

［1］薛祖源.淺談石油化工裝置防凍問題［J］.化工設計，2007，17（2）：15-20.

［2］王茂盛.自控溫電伴熱材料在儀表測量管線上的應用［J］.石油化工應用，2007，26（5）：64-66.

［3］姚勝興.基于現場總線的智能樓宇溫度測控網絡設計［J］.傳感器與微系統，2006，25（5）：58-60.

［4］李金鳳，葛良全，吳建平，等.基于單總線的智能多點測溫系統設計［J］.傳感器與微系統，2007，26（11）：97-98.

［5］柴鎖柱，王炳章，趙秋.基于C51的DS18B20驅動電路設計［J］.傳感器世界，2007（8）：36-39.

［6］張淑娟，葛威，朱建軍，等.基于GPRS通信技術的熱網紅外測溫系統設計［J］.現代電子技術，2016（2）：119-121.

［7］王智勝，秦銀山.基于GPRS傳輸的輸電線路紅外測溫系統［J］.現代電子技術，2011，34（13）：53-55.

［8］于洋，肖勝倫，王翠竹.基于無線射頻通信及GPRS技術的熱網監控系統［J］.儀表技術與傳感器，2009（3）：61-63.

［9］吳云峰，周龍軍.基于GPRS技術PLC遠程通信應用于城市熱網監控［J］.區域供熱，2004（4）：17-20.

［10］楊博英，株洲.基于GPRS技術的PLC監控系統應用于城市排水泵站［J］.建筑工程技術與設計，2015（12）：29-31.

［11］李嵐.基于GPRS技術PLC遠程通訊在城市熱網中的研究與應用［J］.西安：西安電子科技大學，2010.

Application of power line carrier waye communication in monitoring system of heat supply network

Meng Tai，Song Yuechi
（Water&Gas Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

Intelligent temperature sensor DS18B20,thermal couple and power line carrier wave were used for the monitoring system of heat supply network temperature.System’s overall plan and topological structure chart was built,temperature sensor and relevant software and hardware system were selected.Actual operation showed that this system has strong antijamming capability and far signal transmission distance and meets the requirement of the monitoring system.

heat supply network;temperature monitoring system;sensor;power line carrier wave

TP277

B

1671-4962（2017）01-0059-03

2016-12-26

孟泰，男，工程師，2006年畢業于大慶石油學院化學工程與工藝專業，現從事公用工程及熱力管網系統管理工作。