一種基于STM32開(kāi)發(fā)的熱力站停電報(bào)警裝置

李靜國(guó)

（太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030013）

1 熱力站的概念及開(kāi)發(fā)需求

熱力站又叫換熱站，是集中供熱系統(tǒng)中供熱網(wǎng)路與熱用戶(hù)的連接場(chǎng)所，主要作用是進(jìn)行換熱與二次庭院管網(wǎng)的加壓，是集中供熱系統(tǒng)中重要的組成部分。目前本公司有熱力站270余座，主要建設(shè)于用戶(hù)小區(qū)院內(nèi)或地下車(chē)庫(kù)等較偏僻的位置，受熱力站選址及工況等影響，在運(yùn)行期間，熱力站大多處于高溫、高濕、通訊信號(hào)不良的工況條件。

如今隨著自動(dòng)化控制設(shè)備在集中供熱工程中的廣泛應(yīng)用，熱力站無(wú)人值守操作及相關(guān)改造工程已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)廣泛推廣應(yīng)用。我公司也于2017年對(duì)所屬270余座熱力站進(jìn)行了無(wú)人值守改造，但是在實(shí)際使用過(guò)程中還是發(fā)現(xiàn)存在部分無(wú)人值守操作系統(tǒng)的盲點(diǎn)。如在供熱運(yùn)行期間，偶遇熱力站發(fā)生斷電情況，無(wú)人值守系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并發(fā)出報(bào)警信息。尤其是在無(wú)人值守系統(tǒng)處于斷網(wǎng)狀態(tài)，或短時(shí)發(fā)生斷電后恢復(fù)的情況下基本無(wú)法發(fā)現(xiàn)。而此時(shí)熱力站除循環(huán)泵外其余設(shè)備都處于正常工作狀態(tài)，所以發(fā)生故障時(shí)很難作出報(bào)警提示?；谝陨蠈?shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，如何解決本單位熱力站運(yùn)行期間的停電報(bào)警，已經(jīng)成了重要問(wèn)題。但是目前市場(chǎng)上的相關(guān)停電報(bào)警器多適用于民用條件，還沒(méi)有完全適用于熱力站內(nèi)高溫、高濕、通訊信號(hào)差等實(shí)際工況的停電報(bào)警器。這就是筆者開(kāi)發(fā)該報(bào)警器的動(dòng)力與出發(fā)點(diǎn)。

2 設(shè)計(jì)要求及選型

2.1 設(shè)計(jì)要求

目前行業(yè)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守功能的熱力站中，PLC數(shù)據(jù)采集、基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通訊是必須具備的功能，筆者所管轄的無(wú)人值守?zé)崃φ綪LC采用MOX系統(tǒng)，通訊方式選擇了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)字電路，并配有UPS不間斷電源，目的是保證熱力站在發(fā)生停電后自動(dòng)化控制系統(tǒng)仍能持續(xù)工作。如能在此基礎(chǔ)上加裝停電報(bào)警點(diǎn)位，并通過(guò)現(xiàn)有的通訊系統(tǒng)向上位控制中心發(fā)布報(bào)警信息，不僅可以補(bǔ)足現(xiàn)有熱力站自控系統(tǒng)的短板，并在后期使用中可以節(jié)約大量的通訊服務(wù)成本。但在無(wú)人值守站實(shí)際使用過(guò)程中，停電情況發(fā)生多是因?yàn)楦浇瑓^(qū)整體停電造成，在發(fā)生片區(qū)停電時(shí)，站內(nèi)自控系統(tǒng)的通訊也會(huì)中斷，使熱力站的自控信息無(wú)法向上位發(fā)布。鑒于此，就必須重新設(shè)定一款獨(dú)立于現(xiàn)有熱力站自控系統(tǒng)之外的熱力站停電報(bào)警器。

結(jié)合前文所述熱力站的工況特點(diǎn)，停電報(bào)警器的設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足以下條件：可以長(zhǎng)期安裝在熱力站中，并與現(xiàn)有熱力站自控系統(tǒng)兼容不沖突；可以耐受熱力站在冬季運(yùn)行時(shí)高溫、高濕的工況；通訊信號(hào)傳輸質(zhì)量穩(wěn)定，尤其是在地下室內(nèi)或者帶有屏蔽層的熱力站中可以有穩(wěn)定的型號(hào)信號(hào)接入；報(bào)警器產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)實(shí)用制作成本不宜過(guò)高。

2.2 產(chǎn)品選型

主控芯片：本報(bào)警器選用的控制芯片為STM32，STM32是目前常見(jiàn)的主流嵌入式單片機(jī)之一，是由意法半導(dǎo)體（TS）公司開(kāi)發(fā)的32位微控制器，其自帶的各種接口可以連接多種傳感器與附加模塊?？梢愿玫貪M(mǎn)足用戶(hù)的控制要求，注重工程實(shí)際是制作工用設(shè)備儀器的最佳選擇之一。

通訊方式：通訊方式的選擇決定本報(bào)警器能否適應(yīng)熱力站內(nèi)通訊信號(hào)不良的特殊工況。為此，在通訊方式的選擇上通過(guò)日常站內(nèi)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和經(jīng)濟(jì)考量，最終選擇使用GSM短信上傳報(bào)警信息的方式。為此選用SIM800C通訊模塊，其外觀小巧、性?xún)r(jià)比高、性能穩(wěn)定，可以與STM32處理器完美結(jié)合。同時(shí)該型模塊有附件天線觸點(diǎn)，可以加裝延長(zhǎng)天線，在使用中通過(guò)將天線延長(zhǎng)至站外的安裝方式即可以解決站內(nèi)通訊信號(hào)不良的問(wèn)題。

備用電源：該報(bào)警器為了可以實(shí)時(shí)及時(shí)地發(fā)現(xiàn)熱力站內(nèi)停電情況的發(fā)生，所以需要長(zhǎng)時(shí)間與220 V電源相連，但在停電后為了能使報(bào)警裝置繼續(xù)工作，并可以向上位發(fā)出報(bào)警信息，就需要使用備用電源，為此配置了18650鋰電池。

上位機(jī)的配置：由于報(bào)警器使用GSM短信的發(fā)布方式，因此，就需要配置報(bào)警信息的上位接收端，利用在自控系統(tǒng)上位電腦中加裝USB轉(zhuǎn)GSM的電腦通訊模塊就能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

3 電路連接與運(yùn)行

該報(bào)警裝置的接線如圖1所示。

圖1 報(bào)警裝置的接線

STM32模塊的18號(hào)端子作為電源端VCC，與鋰電池和外接電源適配器VCC端相連接，同時(shí)供電；STM32模塊的36號(hào)端子為發(fā)送端TXD，與GSM通訊模塊TXD端相連接；STM32模塊的35端子為接收端RXD，與GSM通訊模塊的RXD端相連；STM32模塊的40端子為地線端GND，與鋰電池和外接電源適配器的GND相連，并與18號(hào)端子閉合作用形成完整供電電路。GSM通訊模塊的VCC、GND端與鋰電池VCC、GND端分別相連，當(dāng)外接電源適配器斷電時(shí)可持續(xù)供電運(yùn)行。

本報(bào)警器內(nèi)部?jī)煞N供電方式都有防反接二極管ss34，在待機(jī)工作時(shí)可同時(shí)供電，無(wú)需進(jìn)行電源切換。另電源適配器VCC端與STM32模塊的18號(hào)端子相連，用于監(jiān)測(cè)VCC端是否供電。STM32內(nèi)部自帶PVD功能，用于對(duì)MCU供電電壓VDD進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)電源控制寄存器中的PLS[2∶0]位可以用來(lái)設(shè)定監(jiān)控電壓的閾值，通過(guò)對(duì)外部電壓進(jìn)行比較來(lái)監(jiān)控電源。當(dāng)達(dá)到設(shè)定電壓條件，觸發(fā)系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)設(shè)命令。若熱力站內(nèi)手機(jī)通訊信號(hào)良好，所述天線可放置在站內(nèi)，若熱力站無(wú)手機(jī)通訊信號(hào)，可以沿?zé)崃φ九棚L(fēng)空洞延伸到室外有手機(jī)通訊信號(hào)處。所述報(bào)警器安裝在熱力站內(nèi)，所述電源適配器接入熱力站內(nèi)220 V照明電源。

當(dāng)熱力站正常運(yùn)行時(shí)，該停電報(bào)警器供電由內(nèi)置鋰電池與外接電源適配器同時(shí)接入，當(dāng)熱力站停電時(shí)外接電源適配器斷電，報(bào)警器依靠鋰電池持續(xù)工作，并通過(guò)GSM通訊模塊向接收方以短信形式向接收端報(bào)警。通常情況下，停電報(bào)警裝置外接電源與鋰電同時(shí)接入，當(dāng)外部供電停止時(shí)鋰電池可以保證報(bào)警裝置正常運(yùn)行，并通過(guò)已檢測(cè)到的外接電源停電信號(hào)觸發(fā)GSM通訊模塊向目標(biāo)端發(fā)送停電報(bào)警短消息。報(bào)警信息設(shè)置如圖2所示。

圖2 報(bào)警信息設(shè)置

4 結(jié)論

隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的提高和普及，中國(guó)供熱企業(yè)無(wú)人值熱力站也越來(lái)越普及。但在實(shí)踐中還存在現(xiàn)有熱力站自控系統(tǒng)不能滿(mǎn)足的短板，該熱力站停電報(bào)警器的設(shè)計(jì)、安裝并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用，不僅克服了熱力站內(nèi)特殊的工況，同時(shí)很好地解決了熱力站停電時(shí)無(wú)法發(fā)出報(bào)警信息的問(wèn)題。提高了本單位的生產(chǎn)管理水平，并為自動(dòng)化控制工作人員打開(kāi)了新的發(fā)展思路。