电力线载波通讯在热网温度监测系统中的应用

孟 泰，宋越驰

（大庆石化公司水气厂，黑龙江大庆163714）

电力线载波通讯在热网温度监测系统中的应用

孟 泰，宋越驰

（大庆石化公司水气厂，黑龙江大庆163714）

采用智能温度传感器DS18B20、热电偶及电力线载波应用于热网温度监测系统。建立了系统总体方案和拓扑结构图、选择了温度传感器，及相应的软硬件系统。实际运行表明，该系统抗干扰能力强，信号传输距离远，能够满足监测系统的要求。

热网；温度监测系统；传感器；电力线载波

某石化公司新建的乙烯装置内伴热线数量庞大，伴热线总长超过20 km，连箱总数超过100个。该乙烯项目开工时管线温度采用人工方式巡检，为降低冻线隐患，通常将伴热温度设置较高，能源浪费严重，无法直观了解全厂伴热线实时情况。针对该问题，文中开发了一套集成度高、通信可靠、运行稳定、采集速度快、自动化程度高、软件功能齐全的基于电力线载波通讯的伴热线温度监测系统，以提高伴热线技术水平，消除冻线隐患，保障安全生产。

1 系统设计方案

1.1 技术指标

（1）系统巡检周期小于15 min；（2）温度监测范围满足0～1 000℃的实际要求；（3）传感器静态误差小于±2%；（4）监测站工作温度在-50～70℃范围内；（5）采用电力线载波通讯技术完成通信功能［1］。

1.2 总体方案

经过对厂区内外温度监测点分析，确定出系统由监测主站与若干监测子站组成，监测主站与监测子站之间采用电力线载波方式进行通讯，监测主站控制总线工作时序，并定义与监测子站的通信协议［2］。

1.3 系统组成

PLC组网测温系统的硬件由温度采集、PLC通讯模块、工业级供电模块3部分组成。PLC组网测温系统由耐低温工业级模块供电，可以减少供电电压不稳而引起的系统不稳定。温度传感器附着在伴热管线上，对伴热管线的温度进行监测。

根据需求分析，需将PLC组网测温系统安装在伴热管线上，最佳位置为联箱上阀门0.5～2 m之间；子站安装在伴热联箱附近。

温度采集模块把温度信号通过有线的方式直接经过PLC通讯模块传送至通讯总线，1个数字采集模块最多可接64个可编程传感器，1个模拟采集模块可接8个可编程传感器。将PLC通讯模块设置成中继器，使数据中转放大在接力传送、保证数据不衰减和丢失。

2 温度传感器

监测点的温度在50～300℃范围，可选用热电阻或热电偶作为传感器。由于热电阻在50～300℃范围内线性度接近直线，因此得到广泛应用。但其缺点是价格高、寿命短，不适用于24 h连续工作。

热电偶自身能产生电压，不需要使应电源，测量区间大，最低可测-270℃，最高可达1 300℃。测量精度为±2℃，可在恶劣的环境下长时间工作。所以选用热电偶作为蒸汽伴热的测温。热水伴热的温度在50～95℃之间，每个伴热联箱需要监测的伴热线数量为10～20个。因此，在温度监测系统中，采用环境适应能力强、使用寿命长的新型数字温度传感器。常用的数字量温度传感器有AD7416、MAX6575L/H、DS18B20等［3］。

以上3种传感器，DS18B20与微控制器的连接比较简单，用1根导线即可将32个DS18B20与单片机连接即可测温，其各项经济技术指标优于同类产品，所以温度监测系统选用该传感器。

3 载波通讯技术

3.1 PLC电力载波通信

由于伴热温度监测点分布地点不同，拓扑结构复杂，又有来自各装置和管廊上电缆的电磁干扰，确保上位机和下位机的正常通讯是整个温度监测系统的主要问题。

PLC技术全称电力载波通信，它是指利用低压电力电缆作为传输数据的媒介，实现数据的传递和信息交换。在利用电力线通信发送数据时，信号发送器首先将要发送的数据调制到一个高频载波上，然后经过功率放大器放大后通过耦合电路耦合到电力线上。频带峰值电压不超过10 V，所以载波通信不会对电力线路造成破坏。高频信号经电力线传输到接收方，接收方再通过耦合电路将接收到的高频信号分离山来，滤去干扰信号后经放大器放大，再经过解调电路把信号还原成二进制数字信号的通信过程。载波技术具有良好的抗干扰能力及良好的经济性［4］。

3.2 PLC通讯技术特点

PLC分布式测温系统适用于物料水伴热、物料蒸汽伴热，其技术特点有5个：

（1）防干扰能力强；（2）利用PLC组网，可消除同频干扰问题，通讯准确率可大大提高；（3）测量点和子站及监测中心直接联系，减少外部环境影响；（4）系统功率低，稳定性、可靠性好；PLC组网采集灵活，对电压要求低、适应性强，施工安装方便；（5）系统采用分布式分层结构设计，可灵活拓扑，即能与自动化系统联网，也可以自成系统。

4 软件基本组成

该软件的组成：巡检界面、分机监测、监视界面、专家报表、报警查询、本地事件、用户管理和帮助［5～11］。

4.1 巡检界面

巡检界面在系统运行后会自动开始运行，该界面将从1#分机到73#分机进行循环显示，每个分机显示时间为3 s。界面第2行显示有分机号、分机位置和该分机的测温点数，下方数字为相应测温点的实时温度，若为“wty”则表示该点未启用。当温度示值为黑色时，表示温度正常；当温度数字及前方点号变为红色时，表示该温度低于温度下限，为报警状态。点击界面右上角的“暂停”按钮后，界面停止循环，同时该按钮显示为“启动”；点击“启动”按钮，界面将继续进行循环。打开其它窗口时，该界面将在后台继续运行。

4.2 分机监测

分机监测窗口主要用来主动查询各分机的当前实时温度。窗口上部显示有分机号、分机位置和测温点数；下方为当前分机测温点的序号、管线类型（即伴热物料）、当前温度和启停按钮，其中启停按钮控制该测温点的停用，只有班长级及以上用户具有操作权限。当温度示值为黑色时，表示温度正常；当温度数字及前方点号变为红色时，表示该温度低于温度下限，为报警状态。停用测温点不显示温度示值窗口左上角与右上角为翻页按钮，复合箭头可翻至临近的5的倍数分机页，单箭头向前或向后翻一页。快速查询窗口只要选择相应分机即可实现快速翻页。

4.3 监视界面

当系统中出现报警点时，系统会自动弹出“监视界面”窗口。口中有73个分机相对应的报警灯，警灯为绿色时表示相应分机上所有测温点均处于正常状态，当分机上有一点处于报警时，相应的报警灯变为红色并闪烁。点击相应的报警灯，可跳转至相应分机的管网图，在管网图中可查看具体哪一点报警，点击“管网图”标题，可跳转至“分机监测”界面更加清晰地查看相应分机点温度。

4.4 趋势曲线

趋势曲线窗口以曲线形式显示当前或历史温度数据。在“实时趋势查询”面板中，设置时间间隔后可查看当前时间之前的时间间隔长度范围内的温度曲线；时间间隔为0时，默认时间间隔长度为1 h。在“历史趋势查询”面板中，设置开始时间与时间间隔后，可查询自开始时间之后相应时间间隔长度范围内的温度曲线，左右拖动坐标界面可向前或向后查询温度数据。

4.5 专家报表

专家报表主要用于对历史数据的查询，并提供报表打印功能。根据分机号进入相应专家报表界面后，依次选择分机号、开始时间、时间长度、时间间隔，点击“查询”即可实现查询功能，再点击“打印”可对报表进行打印。其中，时间长度为报表第1行至最后1行的总时间长度，时间间隔为报表相邻两行的时间间隔。时间长度为0时默认值为24 h，时间间隔为0时默认值为1 h。设置时注意：时间间隔小于时间长度。

4.6 报警查询

基本的报警分为实时报警和历史报警。

（1）实时报警是指当前时刻实时数据库中产生的最新的若干条报警，报警信息包括：时间、报警点、当前温度、报警下限、报警类型、报警级别等信息。查看完报警点后，点击全确认或确认即可对报警点信息进行确认，此时，报警音乐停止，报警点数归为0。

（2）历史报警记录是在数据库中发生过的报警记录，报警信息包括：日期、时间、报警点、当前温度、报警下限、报警类型、报警级别、确认等信息。

5 实际运行效果

该温度监测系统自2015年9月运行以来，设备运行稳定、传输数据准确率达到100%。

6 结论

（1）PLC组网温度监测系统运行稳定，采集速度快、精度高、无误码率、所有技术指标均满足技术协议要求。

（2）网络运行平稳，扩展性能较为灵活，可以在-50～70℃范围内稳定工作，经过试运行能够满足长周期运行。

（3）根据化工区内伴热温度监测点的分布特点，采用基于电力线载波通讯方式，使该系统数据传输距离远，抗干扰能力强。

［1］薛祖源.浅谈石油化工装置防冻问题［J］.化工设计，2007，17（2）：15-20.

［2］王茂盛.自控温电伴热材料在仪表测量管线上的应用［J］.石油化工应用，2007，26（5）：64-66.

［3］姚胜兴.基于现场总线的智能楼宇温度测控网络设计［J］.传感器与微系统，2006，25（5）：58-60.

［4］李金凤，葛良全，吴建平，等.基于单总线的智能多点测温系统设计［J］.传感器与微系统，2007，26（11）：97-98.

［5］柴锁柱，王炳章，赵秋.基于C51的DS18B20驱动电路设计［J］.传感器世界，2007（8）：36-39.

［6］张淑娟，葛威，朱建军，等.基于GPRS通信技术的热网红外测温系统设计［J］.现代电子技术，2016（2）：119-121.

［7］王智胜，秦银山.基于GPRS传输的输电线路红外测温系统［J］.现代电子技术，2011，34（13）：53-55.

［8］于洋，肖胜伦，王翠竹.基于无线射频通信及GPRS技术的热网监控系统［J］.仪表技术与传感器，2009（3）：61-63.

［9］吴云峰，周龙军.基于GPRS技术PLC远程通信应用于城市热网监控［J］.区域供热，2004（4）：17-20.

［10］杨博英，株洲.基于GPRS技术的PLC监控系统应用于城市排水泵站［J］.建筑工程技术与设计，2015（12）：29-31.

［11］李岚.基于GPRS技术PLC远程通讯在城市热网中的研究与应用［J］.西安：西安电子科技大学，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，工程师，2006年毕业于大庆石油学院化学工程与工艺专业，现从事公用工程及热力管网系统管理工作。