一种基于STM32开发的热力站停电报警装置

李静国

（太原市热力集团有限责任公司，山西 太原 030013）

1 热力站的概念及开发需求

热力站又叫换热站，是集中供热系统中供热网路与热用户的连接场所，主要作用是进行换热与二次庭院管网的加压，是集中供热系统中重要的组成部分。目前本公司有热力站270余座，主要建设于用户小区院内或地下车库等较偏僻的位置，受热力站选址及工况等影响，在运行期间，热力站大多处于高温、高湿、通讯信号不良的工况条件。

如今随着自动化控制设备在集中供热工程中的广泛应用，热力站无人值守操作及相关改造工程已经在行业内广泛推广应用。我公司也于2017年对所属270余座热力站进行了无人值守改造，但是在实际使用过程中还是发现存在部分无人值守操作系统的盲点。如在供热运行期间，偶遇热力站发生断电情况，无人值守系统无法及时发现并发出报警信息。尤其是在无人值守系统处于断网状态，或短时发生断电后恢复的情况下基本无法发现。而此时热力站除循环泵外其余设备都处于正常工作状态，所以发生故障时很难作出报警提示。基于以上实际使用过程中发现的问题，如何解决本单位热力站运行期间的停电报警，已经成了重要问题。但是目前市场上的相关停电报警器多适用于民用条件，还没有完全适用于热力站内高温、高湿、通讯信号差等实际工况的停电报警器。这就是笔者开发该报警器的动力与出发点。

2 设计要求及选型

2.1 设计要求

目前行业内已实现无人值守功能的热力站中，PLC数据采集、基于互联网的数据通讯是必须具备的功能，笔者所管辖的无人值守热力站PLC采用MOX系统，通讯方式选择了点对点数字电路，并配有UPS不间断电源，目的是保证热力站在发生停电后自动化控制系统仍能持续工作。如能在此基础上加装停电报警点位，并通过现有的通讯系统向上位控制中心发布报警信息，不仅可以补足现有热力站自控系统的短板，并在后期使用中可以节约大量的通讯服务成本。但在无人值守站实际使用过程中，停电情况发生多是因为附近片区整体停电造成，在发生片区停电时，站内自控系统的通讯也会中断，使热力站的自控信息无法向上位发布。鉴于此，就必须重新设定一款独立于现有热力站自控系统之外的热力站停电报警器。

结合前文所述热力站的工况特点，停电报警器的设计需要满足以下条件：可以长期安装在热力站中，并与现有热力站自控系统兼容不冲突；可以耐受热力站在冬季运行时高温、高湿的工况；通讯信号传输质量稳定，尤其是在地下室内或者带有屏蔽层的热力站中可以有稳定的型号信号接入；报警器产品经济实用制作成本不宜过高。

2.2 产品选型

主控芯片：本报警器选用的控制芯片为STM32，STM32是目前常见的主流嵌入式单片机之一，是由意法半导体（TS）公司开发的32位微控制器，其自带的各种接口可以连接多种传感器与附加模块。可以更好地满足用户的控制要求，注重工程实际是制作工用设备仪器的最佳选择之一。

通讯方式：通讯方式的选择决定本报警器能否适应热力站内通讯信号不良的特殊工况。为此，在通讯方式的选择上通过日常站内实际工作经验及现场测试和经济考量，最终选择使用GSM短信上传报警信息的方式。为此选用SIM800C通讯模块，其外观小巧、性价比高、性能稳定，可以与STM32处理器完美结合。同时该型模块有附件天线触点，可以加装延长天线，在使用中通过将天线延长至站外的安装方式即可以解决站内通讯信号不良的问题。

备用电源：该报警器为了可以实时及时地发现热力站内停电情况的发生，所以需要长时间与220 V电源相连，但在停电后为了能使报警装置继续工作，并可以向上位发出报警信息，就需要使用备用电源，为此配置了18650锂电池。

上位机的配置：由于报警器使用GSM短信的发布方式，因此，就需要配置报警信息的上位接收端，利用在自控系统上位电脑中加装USB转GSM的电脑通讯模块就能很好地解决这个问题。

3 电路连接与运行

该报警装置的接线如图1所示。

图1 报警装置的接线

STM32模块的18号端子作为电源端VCC，与锂电池和外接电源适配器VCC端相连接，同时供电；STM32模块的36号端子为发送端TXD，与GSM通讯模块TXD端相连接；STM32模块的35端子为接收端RXD，与GSM通讯模块的RXD端相连；STM32模块的40端子为地线端GND，与锂电池和外接电源适配器的GND相连，并与18号端子闭合作用形成完整供电电路。GSM通讯模块的VCC、GND端与锂电池VCC、GND端分别相连，当外接电源适配器断电时可持续供电运行。

本报警器内部两种供电方式都有防反接二极管ss34，在待机工作时可同时供电，无需进行电源切换。另电源适配器VCC端与STM32模块的18号端子相连，用于监测VCC端是否供电。STM32内部自带PVD功能，用于对MCU供电电压VDD进行监控。通过电源控制寄存器中的PLS[2∶0]位可以用来设定监控电压的阈值，通过对外部电压进行比较来监控电源。当达到设定电压条件，触发系统执行预设命令。若热力站内手机通讯信号良好，所述天线可放置在站内，若热力站无手机通讯信号，可以沿热力站排风空洞延伸到室外有手机通讯信号处。所述报警器安装在热力站内，所述电源适配器接入热力站内220 V照明电源。

当热力站正常运行时，该停电报警器供电由内置锂电池与外接电源适配器同时接入，当热力站停电时外接电源适配器断电，报警器依靠锂电池持续工作，并通过GSM通讯模块向接收方以短信形式向接收端报警。通常情况下，停电报警装置外接电源与锂电同时接入，当外部供电停止时锂电池可以保证报警装置正常运行，并通过已检测到的外接电源停电信号触发GSM通讯模块向目标端发送停电报警短消息。报警信息设置如图2所示。

图2 报警信息设置

4 结论

随着工业自动化水平的提高和普及，中国供热企业无人值热力站也越来越普及。但在实践中还存在现有热力站自控系统不能满足的短板，该热力站停电报警器的设计、安装并经过长期的使用，不仅克服了热力站内特殊的工况，同时很好地解决了热力站停电时无法发出报警信息的问题。提高了本单位的生产管理水平，并为自动化控制工作人员打开了新的发展思路。