全光纖環(huán)網(wǎng)站坪照明系統(tǒng)在上海虹橋國際機(jī)場中的應(yīng)用

張 偉

[上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司, 上海 200063]

0 引 言

上海虹橋國際機(jī)場傳統(tǒng)站坪照明系統(tǒng)控制方式單一,采用本地時控器和手動相結(jié)合的定時回路開關(guān)控制,不能根據(jù)經(jīng)緯度或節(jié)氣變化智能調(diào)整運(yùn)行時間、不能實現(xiàn)單個照明的實時監(jiān)測和故障報警、不能定制各種控制模式,缺乏大數(shù)據(jù)共享與分析的能力,不能遠(yuǎn)程綜合分析多個站坪區(qū)域的照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)[1]。

因此,對機(jī)場站坪照明進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化智能改造,采用高可靠性的工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),全程網(wǎng)絡(luò)采用全光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)通信技術(shù),實現(xiàn)遠(yuǎn)程B/S架構(gòu)監(jiān)控管理。整個系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程集中管理、區(qū)域分布式環(huán)網(wǎng)控制模式,對高桿燈照明及機(jī)位牌和橋位牌等進(jìn)行智能開關(guān)和運(yùn)營狀態(tài)監(jiān)控,并可根據(jù)不同要求和使用時間對照明系統(tǒng)的開閉控制進(jìn)行分桿、分組、分區(qū)域等多種選擇,并可結(jié)合光照度、經(jīng)緯度、節(jié)氣和全夜燈/半夜燈模式以達(dá)到按需照明和節(jié)能效果。同時系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計和硬件架構(gòu)充分考慮了易于擴(kuò)展、可多客戶端監(jiān)管的需求,并預(yù)留了OPC Server數(shù)據(jù)接口,可擴(kuò)展接收航班等智能交互信息,自動開閉相關(guān)區(qū)域的站坪照明,從而實現(xiàn)機(jī)場站坪照明的自動化無人管理[2-3]。

1 站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)控制原理和架構(gòu)

采用的智能照明控制系統(tǒng)融合了先進(jìn)的智慧B/S軟件管理平臺、工業(yè)控制通信、能耗趨勢監(jiān)測、照度智能感知、航班信息聯(lián)動等技術(shù),整體系統(tǒng)基于TCP/IP以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的星型主干網(wǎng)+區(qū)域環(huán)網(wǎng)的通信架構(gòu),并通過單模光纖作為連接鏈路物理介質(zhì),可實現(xiàn)站坪照明控制系統(tǒng)平臺遠(yuǎn)程對每個終端智能照明控制器的直接監(jiān)控和信息交互,更易于高效、高速、高抗干擾性的管理維護(hù)[4-5]。

智能照明系統(tǒng)軟件管理平臺的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬于B/S瀏覽器/服務(wù)器模式控制系統(tǒng),遠(yuǎn)程服務(wù)器主機(jī)通過二層網(wǎng)管型核心交換機(jī)星型擴(kuò)展出多個站坪區(qū)域控制子光纖環(huán)網(wǎng),實現(xiàn)分布式管理,各控制子光纖環(huán)網(wǎng)配備可編程智能照明控制器和工業(yè)級環(huán)網(wǎng)光電交換機(jī)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心配備雙中心服務(wù)器互為備用,并通過智能服務(wù)器鏡像軟件和相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)自動災(zāi)備。另外站坪照明控制系統(tǒng)提供OPC Server數(shù)據(jù)接口,可與航班信息系統(tǒng)或機(jī)場傳統(tǒng)BA系統(tǒng)進(jìn)行對接,實現(xiàn)提前智能化開關(guān)相應(yīng)站坪的高桿燈、機(jī)位牌和橋位牌[6-7]。

站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

上海虹橋國際機(jī)場的站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用控制架構(gòu)由終端控制層、網(wǎng)絡(luò)通信層和系統(tǒng)管理層3部分架構(gòu)而成[8-9]。

1.1 終端控制層

終端控制層由機(jī)場站坪配電間、變配電箱變、高桿燈配電亭等內(nèi)安裝的智能照明控制器、智能電表、工業(yè)級環(huán)網(wǎng)光電交換機(jī)等實現(xiàn)精細(xì)到單桿高桿燈、單個機(jī)位牌和橋位牌的監(jiān)控。并配備一對室外型照度傳感器作為互為備用、照度比對,智能照明控制器通過RS-485通信方式采集照度傳感器的照度值。

可根據(jù)站坪照明、機(jī)位牌、橋位牌控制要求進(jìn)行分回路的控制,可進(jìn)行半夜燈、全夜燈的節(jié)能控制模式。各個回路均能進(jìn)行手動操作,開閉相關(guān)區(qū)域的照明燈具。并安裝智能電表,對電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素等進(jìn)行分析,將能量和異常信息反饋進(jìn)入智慧B/S軟件管理平臺。

1.2 網(wǎng)絡(luò)通信層

網(wǎng)絡(luò)通信層是基于TCP/IP以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的星型主干網(wǎng)+區(qū)域環(huán)網(wǎng)的通信架構(gòu),并通過單模光纖作為連接鏈路物理介質(zhì)。

虹橋T1和T2站坪共劃分為10大區(qū)域通過星型光纖網(wǎng)絡(luò)匯聚到遠(yuǎn)程工業(yè)級網(wǎng)管型中心交換機(jī),實現(xiàn)與系統(tǒng)管理層的系統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互。各大區(qū)域內(nèi)智能照明控制器和工業(yè)級環(huán)網(wǎng)光電交換機(jī)通過單模光纖環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)和監(jiān)控,各個智能照明控制器相互獨(dú)立,單獨(dú)控制器損壞不影響該區(qū)域照明的控制。

1.3 系統(tǒng)管理層

系統(tǒng)管理層由工業(yè)級網(wǎng)管型中心交換機(jī)、配備鏡像軟件的雙系統(tǒng)服務(wù)器、監(jiān)控電腦、智能照明系統(tǒng)軟件管理平臺、航班信息聯(lián)動等組成。T2航站樓主系統(tǒng)服務(wù)器和T1航站樓備份系統(tǒng)服務(wù)器同步對網(wǎng)絡(luò)通信層交互的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和存儲等,并通過航班信息系統(tǒng)預(yù)留的系統(tǒng)接口和開放的通信協(xié)議,來實時讀取航班信息作為照明系統(tǒng)精準(zhǔn)控制的組成部分。

根據(jù)站坪照明系統(tǒng)總體應(yīng)用需求,工業(yè)級網(wǎng)管型中心交換機(jī)采用插拔式設(shè)計,可后期根據(jù)規(guī)模擴(kuò)展添加配置,軟件平臺也充分考慮數(shù)據(jù)擴(kuò)展和接口,系統(tǒng)整體容量大、可擴(kuò)展性強(qiáng)、安全性能高,滿足機(jī)場站坪照明后期工程的系統(tǒng)擴(kuò)容。

站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)

2 站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1 虹橋國際機(jī)場站坪照明現(xiàn)狀

該項目的實施區(qū)域為上海虹橋國際機(jī)場T1飛行區(qū)東區(qū)站坪和T2飛行區(qū)西區(qū)站坪的高桿燈、機(jī)位牌和橋位牌,涵蓋T1的A樓近機(jī)位機(jī)坪、T1的B樓近機(jī)位機(jī)坪、T2的近機(jī)位機(jī)坪、2#遠(yuǎn)機(jī)位機(jī)坪、維修機(jī)坪、貨運(yùn)機(jī)坪、舊機(jī)位機(jī)坪等7個站坪區(qū)域。其原有站坪配電間、變配電箱變、高桿燈配電亭等照明控制柜控制方式單一,采用本地時控器和手動相結(jié)合的定時回路開關(guān)控制;不能根據(jù)經(jīng)緯度或節(jié)氣變化智能調(diào)整運(yùn)行時間,需定期人工調(diào)整時控器的開關(guān)燈時間實現(xiàn)基本的自動控制;不能實現(xiàn)單桿照明和單個機(jī)位牌、橋位牌的實時監(jiān)測和故障報警,需每天定時人工目視巡檢;不能智能采集和分析電量數(shù)據(jù),只配備普通型三相電表,通過人工定期抄表記錄進(jìn)行統(tǒng)計;整體站坪照明控制處于手動或半自動控制狀態(tài),維護(hù)工作量大、運(yùn)營成本高。

2.2 系統(tǒng)改造設(shè)計方案

2.2.1 站坪照明系統(tǒng)設(shè)備改造設(shè)計

在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)置工業(yè)級網(wǎng)管型中心交換機(jī)、系統(tǒng)服務(wù)器、監(jiān)控電腦,對虹橋國際機(jī)場T1和T2站坪管控的高桿燈、機(jī)位牌和橋位牌進(jìn)行智能化改造,系統(tǒng)可實現(xiàn)照明狀態(tài)、能耗的采集,在線監(jiān)測和趨勢分析,基于能耗模型控制等功能。系統(tǒng)采用多級別安全措施,軟件管理平臺和智能照明控制器并行控制照明開關(guān)。軟件管理平臺采用B/S架構(gòu),可通過Internet或者局域網(wǎng)隨時進(jìn)行Web訪問,通過相應(yīng)的安全機(jī)制授權(quán),也可查看系統(tǒng)運(yùn)行情況[10-11]。

對原有站坪配電間、變配電箱變、高桿燈配電亭等照明控制柜內(nèi)的時控器和普通三相電表進(jìn)行設(shè)備替換,安裝智能照明控制器、三相智能電表、工業(yè)級環(huán)網(wǎng)光電交換機(jī)等,實現(xiàn)精細(xì)到單回路照明的智能監(jiān)控和整柜能耗的自動計量,并依據(jù)接觸器開閉觸點信號反饋和電流值分析失電和燈具損壞等異常情況。

在貨運(yùn)機(jī)坪箱變外側(cè)固定安裝一對光照感知傳感器,照度比對精確感知室外光照的變化,將照度信息上傳到軟件平臺,作為站坪照明整體運(yùn)營控制的重要模式之一。

2.2.2 智能照明監(jiān)控平臺設(shè)計

針對虹橋國際機(jī)場站坪照明運(yùn)營需求,開發(fā)設(shè)計了智慧B/S軟件管理平臺[12-13]。機(jī)場監(jiān)控中心軟件管理平臺交互界面如圖3所示。

圖3 機(jī)場監(jiān)控中心軟件管理平臺交互界面

(1) 實時監(jiān)控。遠(yuǎn)程二維圖形化實時監(jiān)測高桿燈、機(jī)位牌、橋位牌的開關(guān)和異常等狀態(tài),可切換成“手動控制”,對單個照明控制柜、區(qū)域站坪、整個站坪進(jìn)行開關(guān)操作;或切換成“策略控制”,根據(jù)定制策略,自動控制站坪照明;或切換成“照度控制”,根據(jù)照度閾值自動控制站坪照明;或切換成“航班信息聯(lián)動控制”,根據(jù)航班信息自動控制站坪照明。

(2) 能耗分析?？蓪崿F(xiàn)對高桿燈、機(jī)坪區(qū)域、整個站坪的能耗計量和統(tǒng)計、分析、存儲,并可對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行年、月、日的比對分析和追溯查詢、導(dǎo)出打印等。

(3) 故障檢測。對高桿燈、機(jī)位牌、橋位牌的開關(guān)錯誤和燈具破損等故障進(jìn)行檢測和報警,系統(tǒng)可自動存儲故障,并提供歷史數(shù)據(jù)和修復(fù)數(shù)據(jù)的分類追溯查詢。

(4) 用戶管理?？商砑印⒕庉?、刪除管理用戶,設(shè)定用戶名和密碼。并對登錄狀態(tài)進(jìn)行自動記錄,可管理、記錄和查詢歷史登錄人員情況。

(5) 策略控制?？蓪φw、分區(qū)、分組、分桿等進(jìn)行照明開閉策略設(shè)置,按照經(jīng)緯度和四季變化預(yù)設(shè)控制策略,策略控制按照需求最多可預(yù)設(shè)定制200條策略。

(6) 照度控制。實時采集一對照度傳感器的照度值和更新顯示,并計算平均值顯示。根據(jù)需求設(shè)定自動控制照度比較閾值,當(dāng)平均值低于該設(shè)定閾值時開啟站坪照明。

3 虹橋國際機(jī)場站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)實施效果

3.1 安全靈活控制

基于B/S架構(gòu)的站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)采用多級別安全措施,軟件管理平臺和終端智能照明控制器同步策略并行控制照明開關(guān),軟件管理平臺癱瘓不影響終端照明的正常運(yùn)行,且終端智能照明控制器相互獨(dú)立,任一臺損壞不影響區(qū)域其他控制器運(yùn)行。整體系統(tǒng)具備響應(yīng)速度快、安全等級高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點,確保機(jī)場站坪照明的亮燈率[14]。

站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)采用多層系統(tǒng)架構(gòu),由終端控制層、網(wǎng)絡(luò)通信層和系統(tǒng)管理層三部分構(gòu)成,對虹橋機(jī)場站坪高桿燈、機(jī)位牌、橋位牌進(jìn)行遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控[15-16]?？筛鶕?jù)運(yùn)營需求切換成手動控制、節(jié)氣控制、光感控制、航班信息聯(lián)動控制等模式。

(1) 手動控制。對站坪各區(qū)域高桿燈、機(jī)位牌、橋位牌進(jìn)行遠(yuǎn)程人工開關(guān)或控制模式的切換,可整體、分區(qū)、分組、分桿、分回路手動開關(guān),應(yīng)用于燈具維修檢測、消防演習(xí)、節(jié)假日活動和特殊控制等情況。

(2) 節(jié)氣控制。根據(jù)虹橋機(jī)場經(jīng)緯度和節(jié)氣變化情況對照明的控制需求定制一年自動開關(guān)運(yùn)營策略,隨節(jié)氣的變化不斷自動調(diào)整開關(guān)運(yùn)營時間。由軟件管理平臺自動監(jiān)控虹橋機(jī)場站坪高桿燈、機(jī)位牌、橋位牌的開關(guān)、模式變化等。

(3) 光感控制?，F(xiàn)場變配電箱變安裝一對室外光照度傳感器,可對機(jī)場光照變化進(jìn)行探測,區(qū)分識別四季變化下的白晝和黑夜、惡劣天氣,并將照度值采集上傳到軟件管理平臺進(jìn)行顯示和分析,作為站坪照明開關(guān)控制的判斷依據(jù)之一,進(jìn)一步提升站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)的智能化和節(jié)能化。

(4) 航班信息聯(lián)動控制。系統(tǒng)可通過航班信息系統(tǒng)預(yù)留的系統(tǒng)接口和開放的通信協(xié)議,來實時讀取航班信息用于站坪照明系統(tǒng)實現(xiàn)控制功能。

對于進(jìn)港航班,在進(jìn)港前0.5 h提前開啟保障機(jī)位高桿燈;航班到達(dá)后,再預(yù)留0.5 h作為保障計劃和人員撤離的時間,高桿燈的啟停數(shù)量和照度需滿足標(biāo)準(zhǔn)。

對于離港航班,提前0.5 h開啟保障機(jī)位高桿燈,為保障車隊和人員提供充足的照度,航班離開保障機(jī)位0.5 h后,高桿燈的啟停數(shù)量和照度滿足局方標(biāo)準(zhǔn)即可。

對于實際航班信息采集方式、高桿燈管控模式、燈具開啟時間和數(shù)量,系統(tǒng)調(diào)試時應(yīng)和機(jī)場人員配合,根據(jù)航班信息、照度測試數(shù)據(jù)等確定最終航班信息聯(lián)動管控方案。

3.2 照明數(shù)據(jù)監(jiān)測

(1) 電量數(shù)據(jù)監(jiān)測?？蓪鐦驒C(jī)場站坪配電間、變配電箱變、高桿燈配電亭等照明控制柜的電量進(jìn)行自動計量和數(shù)據(jù)采集上傳,包含電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素等參數(shù)。并通過智慧B/S軟件管理平臺對電量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分析、處理和存儲,并提供圖形化的歷史數(shù)據(jù)、趨勢數(shù)據(jù)和對比數(shù)據(jù),為完善站坪照明系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行策略提供依據(jù)。

(2) 照明狀態(tài)監(jiān)測。智能照明控制器通過接觸器觸點信號反饋輸入獲取真實開關(guān)狀態(tài),與上級控制命令進(jìn)行對比判斷故障;通過采集電流值分析失電、燈具損壞等異常情況;通過通信數(shù)據(jù)交互分析網(wǎng)絡(luò)中斷等異常情況。智慧B/S軟件管理平臺定期采集機(jī)場站坪內(nèi)高桿燈、機(jī)位牌、橋位牌的運(yùn)營狀態(tài)和異常故障,并進(jìn)行可視化顯示和及時預(yù)警,通過精準(zhǔn)定位有效縮短了站坪照明的維修響應(yīng)時間,提高了檢修效率,節(jié)省了人力和運(yùn)營成本。

4 控制模式和節(jié)能分析

上海虹橋國際機(jī)場站坪照明可根據(jù)運(yùn)營需求切換成手動控制、節(jié)氣控制、光感控制、航班信息聯(lián)動控制等模式,其中航班信息聯(lián)動控制為主運(yùn)行模式,關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、自動化程度高、節(jié)能效果好[17-18]。航班信息聯(lián)動控制設(shè)定如表1所示。

表1 航班信息聯(lián)動控制設(shè)定

根據(jù)表1,可計算出上海虹橋國際機(jī)場站坪照明改造后的節(jié)能率為20.83%,更換成LED燈具后節(jié)能率更高。

航班信息聯(lián)動控制系統(tǒng)可根據(jù)航班信息數(shù)據(jù),提前設(shè)置關(guān)聯(lián)區(qū)域站坪照明的工作功率和運(yùn)營時間段并進(jìn)行自動調(diào)整控制,實現(xiàn)按需照明和精準(zhǔn)化管理。并結(jié)合照度測試數(shù)據(jù)等,形成更具自適應(yīng)的站坪照明控制方案,且系統(tǒng)控制過程中無需更改經(jīng)驗參數(shù),適用于各種機(jī)場和港口的高桿燈照明控制。

5 結(jié) 語

上海虹橋國際機(jī)場站坪照明全網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)采用全光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)方案和技術(shù),并融合智慧B/S管理平臺、工業(yè)控制、能耗監(jiān)測、照度智能感知、航班信息聯(lián)動等新型技術(shù),提升虹橋機(jī)場站坪照明的信息化和自動化管理水平,大幅降低機(jī)場站坪照明的綜合運(yùn)營和管理成本,實現(xiàn)較高的功能效益和經(jīng)濟(jì)效益。