张海龙
北京华源热力管网有限公司 100025
摘要：无人值守热力站有计算机监控系统配合供热自控系统管理和调控设备。热力站自控制系统有PLC、变频器、智能传感器、智能温控一等设备组成。因系统全程为自控处理模式，在无人值守的情况下由中控室远程调控热力站参数。整个过程要求在联网状态下进行，才满足远程数据传输及控制管理的基本需求，这对热力站PLC控制系统抗干扰能力提供极高的要求。在抗干扰设计上，应充分考虑输入输出信号之前的电磁感染，电源、变压器、供电系统的电磁干扰，硬件之间的电磁干扰，信号源之前的干扰等。要求选择性能优良、抗干扰较强的元件及抗干扰装置，做好电缆敷设、供电系统、电源的隔离，做好电源抗干扰的保护设计，选择正确的接地处理方式和线路布置方式。本文简单介绍传统热力站系统与热力站自控系统及系统控制思想。分析了热网系统的集中控制功能的实现与提高PLC控制系统抗干扰能力的对策。旨在为基于PLC的热力站自控系统抗干扰处理能力的改善提供一些参考。
关键词：热力站；PLC控制系统；抗干扰能力；电磁干扰
引言：随着集成技术的不断发展，工业设备的自动化、智能化水平不断提高，为全自动化的控制系统的实现奠定了扎实的技术基础。热力站控制管理系统面向广泛的热力管道及系统设备，系统的可靠运行与安全监测与运行参数调控密不可分。传统的热力站依靠技术人员在现场对设备进行调控，随着热力站设备自动化程度不断提高，通过集成技术为多个系统构建一个综合控制系统，集中管控热力站的所有设备及热力网，从而实现热力站的无人值守和系统的自动化。热力站自控系统通过接受信号来传输数据，对热力站设备进行调控，信号的干扰就会影响热力站自动系统的管控能力，影响系统运行的可靠性。为了提升系统运行的可靠性，需要对系统做抗干扰设计和处理。研究无人值守热力站PLC控制系统抗干扰能力及提高对策对提高无人值守热力站的运行安全及运行效率有重要的意义。
一、传统的热力站系统的介绍
热力站指根据热网工况和用户需要，采用合理的连接方式转换热介质，改变供热介质参数，分配、控制、集中计量、检测供给热用户热量的场所。它位于集中供热系统中的末端装置，集中转为某一区域建筑服务。热力站都有自己的二级网络和独立建筑。传统的热力站系统由换热器、循环泵、补给水泵、除污器水箱等几部分构成。热力站向外供热时，热媒由热源经过热网后直接进入热用户（如图1a所示），或由热源经过热网进入热力站，在进入热用户（如下图1所示）。
.png)
用户热力站是集中供热系统热力站用户楼前集中向用户或相邻几个用户分配热能的场所。用户热力站根据使用范围分为民用用户和工业用户两种。用户热力站位于用户供回水管的总管上。由阀门、压力表、温度计、阀件、监测计量仪器等构成。它承担着分配、转换、调节供热热量，是系统供热达到设计要求的目的。用户热力站的引入口是局部系统分配、转换、调节、控制、计量热量的枢纽[1]。
二、热力站自控系统的构成
无人值守热力站系统又称热力站自控系统，它由自动控制系统、HMI监控系统、低压开关系统构成，根据功能分工分为远程视频监控系统与热网自控系统两大部分。自动控制系统由PLC、变频器、智能温控器、各类传感器等构成，其中PLC为自动控制系统的核心。HMI监控系统由单个热力站视频监视系统、通讯网络、监视中心三部分构成。单个热力站视频监视系统又由网络高清摄像机、硬盘录像机、其他组件等构成，采用功能强大的新款TK6000触屏。高清摄像机安装在热力站系统各个主要设备的重要位置。如热力站门口、补水站、循环泵、软化罐、换热器等位置。硬盘录像机安装在值班室。通讯网络时监控系统的基础，网络的连接线路先用光纤。光纤连接热力站监控系统各个端口和热力站系统监控中心，负责传输摄像机、录像机采集的视频数据。监视中心由一套视频管理平台、2台液晶电视、一台服务器及相关辅件构成，用于接收热力站监控系统采集的视频[2]。
三、系统控制思想
从热力站自控系统构成来看，无人值守热力站自控系统包含了远程监控、自动化技术、智能技术、通讯网络技术、计算机技术、大数据技术、网络控制技术等多种新兴技术，它的控制思想来源于集成技术。通过继承多种技术实现对多个设备子监测系统的集成，由综合控制中心在视频自动监测的基础上通过远程该控制实现对热力站综合性的自动调控。HMI监控系统负责对热力站主要设备、供热网及相关辅件的运行状态通过摄像机、录像机采集信息进行监控，其通讯网络确保了终端采集信息的实时性。监控系统采集的图像、路线传输给服务器，服务器再传输给平台，控制平台对接受到的网络数据进行处理和分析，在通过液晶电视显示出实时图像，从而为控制中心技术人员远程调控热力站提供参考依据。HMI监控系统相当于人的眼睛，热网自控系统相当于人脑活动及控制动作执行的过程。
四、热网系统的集中控制
某工业热力站目前拥有热力站250座，供热面积超过1800万平方米。热力站的循环泵、补水泵、调节阀、一次管网、二次管网等均安装有视频监控设备、智能传感器等装置。一次管网、二次管网还安装有智能测温的温变送器和智能测压力的压力变松器。一次管网安装有智能测流量的热量器和热表自动调节阀。测温箱的水位位置安装有智能传感器。热力站自控系统采用PLC设计。PLC可编程控制器上集成有多个模块，用于自动处理调节采集设备自动采集的数据。PLC控制系统能够对整个热力站的一次管网、二次管网的变频循环、补水等进行调控。
（一）建立热网系统集中控制中心
热网系统集中控制中心由中央数据处理器、电动调节阀、变频器、现场控制器等组成。中央数据处理器操作系统用于处理实施信息，它有多种接口，用于连接互联网、移动通讯数据线和PLC可编程控制器。电动调节阀用于自动调节热力站设备供热参数，使其达标标准的供热状态，控制压力和流量变化，促进热力站一次管网、二次管网更加节能、稳定的供热。变频器用于调控泵类的转矩，其输入输出端口可满足数据的自动输入输出，控制泵类自动调频。现场控制器用于配合中央处理器工作，现场采集热力站的水位、水压、回水温度、出水温度、电流、泵类的工作状态，结合上位机发送的参数发送控制指令[3]。
（二）数据的采集处理与互联网控制
热力站PLC控制系统的数据采集由安装在设备重要位置的智能传感器、摄像机、录像器等完成，并经由局域网在系统间传输。上位机与下位机可通过GPRS通信网络与无线网络实现数据的发送与接受。一次管网与二次管网之间的通信线路采用光纤材料，热力站现场控制器和中央处理器安装光纤接收器，配合通讯传输。
（三）设定系统的报警参数
利用PLC可编程控制器为一次管网和二次管网分别设定回水温度和供水压力的高限和低限，为水箱设置水位高限、低限，为循环水泵变频器设置变频故障参数情况，为补水泵变频器设置变频故障参数情况。当系统自动检测到一次管网、二次管网、水箱水位的运行参数超过高低限，循环水泵与补水泵变频器的监测参数处于非正常运行参数时，PLC控制器将自动发出报警，将报警信息传输给热力站集中控制中心。
（四）实现热力站远程监控和无人值守
热力站远程监控得益于各类传感器的应用和连锁控制的应用。热力站的供水管网和重要设备安装自动监测和信息采集装置，通过联网实现设备及供热网的连锁控制。以水箱为例，当系统自动监测到水箱水位达到低限的自动开启补水阀门，向水箱补水。补水过程中，监测到水位到达高限时自动关闭补水泵。此外，还设计了断电保护、来电保护，安装智能电表、水表，以提高热力站PLC控制系统的全自动化。当热力站信息采集、运行状态监测、故障保护等均实现自动化和远程控制时，通过集中控制中心就可以实现远程操作，从而实现热力站无人值守的目标[4]。
五、提高PLC抗干扰能力的相关对策
（一）隔离措施
对热力站的变压器和供电电源采取隔离措施，将变压器与电源、电网隔离，从而一直电网中电压的波动。电缆敷设时，动力电缆超过10A/400V时，输入输出电缆平行敷设的间距应＞300mm。若必须平行敷设在同一槽内，间距应＞100mm，且要求输入输出电缆之间采用金属隔离屏蔽。
（二）对电源进行处理
无人值守热力站PLC系统的采用交流电来稳定电源。交流电的电源采用晶体管开并处理，这种处理可调整开关电源，当电网出现较大的电压波动时，晶体管电源可通过自动调整电压来适应电网电压的波动与变化，从而确保输出电压的稳定性，提高电源的抗干扰能力。
（三）PLC输出端的可靠性措施
为了确保PLC输出端的可靠性，需要解决输入输出信号的漏电问题、冲击电流问题。信号输入输出采用光电隔离措施来提高抗干扰设计，减少噪声的感染。外部配线上对一次管网和二次管网的侧连接线应选择双绞线。电缆线不仅要设置屏蔽层，还要对屏蔽层在控制器上做侧接地处理。配线柜的距离要符合设计标准。在接地处理中，可采用滤波器和隔离变压器为供电PLC控制系统供电，来减小或消除供电电压变动产生的干扰[5]。
（四）安装和布线的注意点
安装布线时接地线应选择截面＞22mm2的铜线，接地母线选择截面＞60mm2铜排。接地末端电阻应控制在2欧姆之内，接地极距离建筑物大约应＞10m，PLC控制系统接地点距离强电设备应＞10m。交源点与信号源电的接地处理应分开布置，不能采用同一根接地线[6]。
六、结束语
无人值守热力站PLC控制系统的干扰组成及其复杂，因此系统的抗干扰设计也需要结合多方面因素，分析干扰因素和成因，找到抑制干扰因素的方面。在抑制系统干扰方面，建议采取多种手段，来提高系统抗干扰的有效性，确保PLC控制系统的软件与硬件都能表现对较强抗干扰反应，从而全面提升无人值守热力站PLC控制系统总体的抗干扰能力。
参考文献：
[1]熊幸明.PLC控制系统的抗干扰研究[J].工业仪表与自动化装置,2014(01):7-9.
[2]徐滤非.PLC控制系统抗干扰措施[J].机械与电子,2014(02):74-76.
[3]杜娟.加强单片机PLC控制系统抗干扰能力的措施分析[J].科技传播,2015(21):42+44.
[4]戴芬良.PLC控制系统抗干扰技术探究[J].电子技术与软件工程,2013(22):145.
[5]项尚,邢作霞,孙喆,刘国强,陈帅.PLC控制系统抗干扰能力的研究[A].中共沈阳市委、沈阳市人民政府、亚太材料科学院.第十五届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C].中共沈阳市委、沈阳市人民政府、亚太材料科学院,2018:4.
[6]毕奇.无人值守热力站自动化控制的实现与改进措施[J].技术与市场,2020(09):120-121.