民用機場助航燈光智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與分析

馮相國

山東省機場管理集團有限公司總工辦，山東 濟南 250107

0 引言

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，是確保機場安全的重要基礎(chǔ)，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，航空行業(yè)對新型材料以及技術(shù)的應用不斷深入，高科技的傳感器裝置和自動化控制系統(tǒng)等也不斷完善[1]。在此背景下，機場助航燈光檢測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計也在不斷發(fā)展，但是現(xiàn)階段系統(tǒng)設(shè)計的過程中仍然存在一些問題，在今后的發(fā)展中需要不斷對系統(tǒng)進行優(yōu)化和完善，為機場工作提供更加良好的安全性。

1 硬件設(shè)計

1.1 多參數(shù)組合式傳感器

新型民用機場一般采用由多參數(shù)組合式傳感器構(gòu)成的助航燈光安全智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括如下傳感器：1臺KG3033型號的民用機場用光感型傳感器，以半導體壓力敏感電橋作為主要的運行原理，不間斷地對機場的光感進行檢測；1臺KG3088型號的民用機場用光感型傳感器，該傳感器的運行原理為超聲波渦街，用以連續(xù)不斷地檢測機場內(nèi)部光感；1臺KG3044型號的民用機場用環(huán)境光感型傳感器，對機場的光感環(huán)境實行不間斷檢測。

1.2 模入接口卡

新型機場助航燈光安全智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，主要由PC-6310模入接口卡組成，模入接口卡的輸出方式主要有32線路單端或者16線路的多端、單極性信號或者雙極性信號。在實際應用過程中，各機場可以根據(jù)自身的實際需求，選擇合理的方式。在信號輸出方面，一般選擇0～10 V或者-5～5 V，增益的放大效果可以設(shè)置為1、2、5、10倍，在此區(qū)間內(nèi)的放大效果最佳[2-3]。

1.3 開關(guān)量輸出卡

新型機場助航燈光安全智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，主要是由PC-6407D開關(guān)量輸出卡組成，需要在輸出卡的外部接入12 V的直流電源，以此確保設(shè)備的穩(wěn)定運行。這種輸出模式主要是以共地方式進行輸出，每組有16個線路，兩組共計32個，需保證每組線路的電流輸出量不超過200 mA，從而確保繼電器的直接驅(qū)動。此外，在運行中需保證每組輸出電流不低于2 A。

2 軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)初始化設(shè)置模塊

（1）采集系統(tǒng)設(shè)置頁面設(shè)計。在設(shè)計新型機場助航燈光安全智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)軟件時，初始化模塊以人機交流的方式為主來設(shè)計系統(tǒng)中的各項參數(shù)，再結(jié)合硬件設(shè)備并參考實際的生產(chǎn)要求加以調(diào)整。同時，需分別設(shè)置4種屬性不同的頁面，進而完成系統(tǒng)初始化的模塊設(shè)置。

（2）光門初始狀態(tài)設(shè)置頁面設(shè)計。光門初始狀態(tài)的設(shè)置頁的屬性頁面主要由主傳感器位置的預測、計算校正曲線、檢測分支斷面積組成。傳感器的輸出信號以電壓信號為主，為了有效模擬及檢測真實環(huán)境中的各種數(shù)據(jù)，必須通過校正曲線將之轉(zhuǎn)化為模擬類信號，進而提高檢測效果。并且，新型智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中運用的是直線型校正曲線，工作效率更高，通過2組模擬量的相關(guān)數(shù)值便可得到校正曲線設(shè)置中的光門初始狀態(tài)。此外，光門狀態(tài)有開啟、半開啟、關(guān)閉3種模式，可根據(jù)實際需要進行設(shè)置。

（3）開關(guān)位置設(shè)定頁面設(shè)計。開關(guān)位置的設(shè)置屬性頁面主要有控制量的位置及類型兩大部分。位置控制主要是控制儀器設(shè)備所在位置，類型控制包括分光門關(guān)閉、開啟、斷點等。在調(diào)整控制量類型時，需保證位置與類型是相匹配的。例如，選取控制量位置有斷電設(shè)備或者報警設(shè)備后，才可以選擇關(guān)閉電源或者報警；控制量位置安裝光門后，才可以對光門進行開啟或者關(guān)閉。

2.2 自動控制光門模塊

新型機場助航燈光安全智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)軟件中，自動控制光門模塊能夠同時控制多個（1～10個）光門。在系統(tǒng)初始化設(shè)置中，需保持兩組設(shè)置相一致，一是要保證開關(guān)位置的內(nèi)容設(shè)置需要與控制需要相一致，二是要保證位置和類型設(shè)置一致。需要在系統(tǒng)軟件中自動生產(chǎn)，狀態(tài)需要保證為只讀形式。軟件根據(jù)系統(tǒng)初始化設(shè)置中的光門初始狀態(tài)和分支中的光門數(shù)量，自動生成實際狀態(tài)，需注意的是，狀態(tài)也需要保證為只讀模式。

控制狀態(tài)主要分為動作與不動作2種形式。動作狀態(tài)指的是控制量對其所控制的光門給出相應的控制指令，不動作狀態(tài)則是指控制量不輸出任何指令（控制的默認狀態(tài)為不動作）?？刂屏渴欠衲軌蜻M行選擇，取決于控制量的類型及相關(guān)光門狀態(tài)。若是光門狀態(tài)與控制量類型不一致，控制量可自動進行智能調(diào)整——選擇動作狀態(tài)，反之則不調(diào)整控制狀態(tài)。

在使用過程中，相關(guān)人員在頁面選擇確定后，系統(tǒng)便會自動按照順序讀取相關(guān)進度。在控制量保持動作狀態(tài)的情況下，系統(tǒng)軟件檢測發(fā)現(xiàn)后則會運行D06407Bit()函數(shù)，并輸出開啟或關(guān)閉的指令，用以控制光門。調(diào)整結(jié)束后，運行D0647Bit()函數(shù)，并輸出復位命令，同時對更改記錄進行保存，確保各個光門當前的狀態(tài)與指令保持一致。機場助航燈光設(shè)備的所屬系統(tǒng)往往具有綜合性設(shè)計較強的特點，一般情況下機場助航燈光設(shè)備主要涵蓋了機場內(nèi)電氣燈光設(shè)備實行子系統(tǒng)的監(jiān)測、機場助航燈光設(shè)備的運維管理與維護機場助航燈光子系統(tǒng)、機場助航燈光監(jiān)控類集成化子系統(tǒng)。機場助航燈光類系統(tǒng)甚至可以對正在使用的燈光設(shè)備實行遠程遙控與運營管理，系統(tǒng)將會自動記錄各個燈光設(shè)備的實時情況，并結(jié)合燈光設(shè)備反饋出的信息統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行運營，該系統(tǒng)可以監(jiān)測范圍內(nèi)燈光設(shè)備的整體運行狀況、相關(guān)協(xié)議、報警系統(tǒng)、實際運轉(zhuǎn)狀況，并保存處理。

機場助航燈光設(shè)備一體化系統(tǒng)大都是借助GIS技術(shù)作為技術(shù)支撐基礎(chǔ)，并整合出系統(tǒng)監(jiān)測到的各種燈光設(shè)備呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)資源，將使用者人工存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)融合到機場進行電力燈光設(shè)備管理的GIS技術(shù)數(shù)據(jù)分析管理中心。這實質(zhì)上是進一步發(fā)揮出關(guān)系系統(tǒng)的集成作用，還可以比較高效地對燈光設(shè)備管理系統(tǒng)進行管控，從而確使研究人員可以獲取更加詳細的資源和相關(guān)管理信息數(shù)據(jù)。機場管理人員借助一體化管理方式，使用集成化的服務(wù)管理系統(tǒng)可以有效地優(yōu)化整個監(jiān)控維護系統(tǒng)。在進行機場燈光設(shè)備監(jiān)控維護系統(tǒng)的應用過程中，這種一體化設(shè)計往往可以在系統(tǒng)功能方面、用戶類型選擇的過程中以及系統(tǒng)操作相關(guān)的技術(shù)層面都具有一定的獨立管理能力。一體化系統(tǒng)基本可以做到全時間監(jiān)控。在系統(tǒng)進行燈光設(shè)備監(jiān)控管理與燈光設(shè)備維護的過程中，其所具有的通信安全穩(wěn)定性會獲得大幅度提高，還可以進一步提升燈光設(shè)備的整體通信安全效果，一定程度上可以避免一體化系統(tǒng)在進行集成處理的過程中，在數(shù)據(jù)信息保存和數(shù)據(jù)資源實行管理等層面出現(xiàn)各種問題，將會使兩個類型的管理系統(tǒng)在進行升級和維護管理的過程中處于比較獨立的狀態(tài)。

3 民用機場助航燈光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過塔臺、東燈光站、西燈光站以及維修站這四個物理點之內(nèi)的設(shè)備，經(jīng)過以太網(wǎng)、CAN總線網(wǎng)絡(luò)相互構(gòu)建而成的助航燈光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在任何一臺計算機上都配置有網(wǎng)卡，能夠利用光纖交換機將其連接到遠程主干網(wǎng)上面，使計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

民用機場助航燈光的智能監(jiān)測監(jiān)控構(gòu)成層次分為三個部分，即主干光纖網(wǎng)、各站局域網(wǎng)以及燈光站現(xiàn)場網(wǎng)，每一層網(wǎng)絡(luò)都進行了冗余設(shè)計。其中，系統(tǒng)主干網(wǎng)是利用快速以太網(wǎng)、傳輸媒介作為單模光纜，促使塔臺、東燈光站、西燈光站連接形成一個環(huán)狀，每一臺適配的計算機都安裝了LNTEL冗余網(wǎng)卡，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)主網(wǎng)絡(luò)和備網(wǎng)絡(luò)兩者之間的快速切換，卻不會影響到系統(tǒng)的運行能力，提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。站內(nèi)每一臺工作計算機都能夠經(jīng)過網(wǎng)橋建立起局域網(wǎng)進而連接光纖交換機，每個站點的局域網(wǎng)再利用光纖交換機接入系統(tǒng)主干網(wǎng)中。系統(tǒng)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和控制對象兩者之間實現(xiàn)有效連接是建立在CAN現(xiàn)場總線的設(shè)置上。這也使得民用機場助航燈光智能化系統(tǒng)在構(gòu)建上更加合理清晰，多個模塊實現(xiàn)緊密連接，而在冗余設(shè)置上則更加科學充分。

民用機場助航燈光系統(tǒng)完全依靠當前智能化的計算機網(wǎng)路技術(shù)來發(fā)揮監(jiān)視、控制以及運行管理的作用，因此需要分別在塔臺位置、維修中心位置以及東西燈光站位置安裝監(jiān)控計算機，每個站點之間需要利用光纜來實現(xiàn)通信信息的傳遞。為了促使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，強化其應用的可靠性，因此需要運用雙冗余光纖以太網(wǎng)來進行輔助。

功能板塊主要包括控制系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、自檢測系統(tǒng)。自檢測系統(tǒng)中容納了對網(wǎng)絡(luò)實時狀態(tài)、系統(tǒng)控制權(quán)限檢測、現(xiàn)場控制設(shè)備檢測以及系統(tǒng)資源檢測等子系統(tǒng)，能夠?qū)Ξ斍熬W(wǎng)絡(luò)中計算機監(jiān)控運行情況、主機、備用機應用狀態(tài)以及現(xiàn)場設(shè)備運行情況進行實時的監(jiān)控，當出現(xiàn)故障問題的時候，能夠采取隔離處理的方法，將該設(shè)備機器從系統(tǒng)鏈表中及時剔除。OPC驅(qū)動系統(tǒng)主要功能是利用現(xiàn)場控制設(shè)備，通過讀取數(shù)據(jù)進而對數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)維護系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)更新后，需要加以存取、刪減和改動。權(quán)限管理數(shù)據(jù)則是能夠?qū)⒅綗艄庀到y(tǒng)當中的塔臺、燈光站等站點所有的控制權(quán)限合理進行配置和管理。

4 結(jié)束語

文章通過對新型機場助航燈光檢測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，對機場的各項安全數(shù)據(jù)進行檢測，并同步顯示數(shù)據(jù)，不僅能預防機場災害，而且能為救援提供有效的保障。通過對機場情況的安全數(shù)據(jù)進行檢測，適當?shù)貙饬窟M行調(diào)節(jié)，減少機場因人為因素產(chǎn)生的災害。目前智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)依舊處于試驗階段，與實際使用情況存在一定的偏差，希望在后期能夠更好地對試驗進行完善，最終實現(xiàn)對機場情況的控制。