港口船舶岸電供電計量系統(tǒng)設(shè)計

魏同勝，張 維，孫 盼

應(yīng)用研究

港口船舶岸電供電計量系統(tǒng)設(shè)計

魏同勝1，張 維2，孫 盼2

（1. 北部戰(zhàn)區(qū)海軍保障部軍事設(shè)施建設(shè)處，青島 266000；2. 海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢 430000）

針對某港口船舶岸電供電計量系統(tǒng)信息化、自動化程度不高的問題，結(jié)合碼頭供水、供氣等高效精準(zhǔn)保障需求，通過船舶保障卡、通用控制器及綜合計量軟件設(shè)計港口船舶岸電供電計量系統(tǒng)，實現(xiàn)船舶碼頭靠泊時水、電、氣等消耗的自動統(tǒng)計匯總，為港口保障的信息化、智能化提供技術(shù)基礎(chǔ)。

港口 岸電 計量系統(tǒng)

0 引言

世界上大多數(shù)船舶使用燃油發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電過程中排放大量污染物，對港口帶來了很大污染。船舶碼頭靠泊通過接入岸電來替代船舶輔機發(fā)電，能夠?qū)崿F(xiàn)靠港船舶大氣污染物零排放，可以有效降低對碼頭的環(huán)境污染[1]。

2016年國家電網(wǎng)公司頒布了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 11466-2016，要求船舶靠港期間，停止使用船舶發(fā)電機，改由岸電系統(tǒng)向靠港船舶供電。根據(jù)港口大小和?？看邦愋?，港口岸電供電可以采取高壓或低壓岸電供電模式[2]。

碼頭岸電供電計量系統(tǒng)是準(zhǔn)確計量船舶碼頭靠泊期間電能消耗及結(jié)算費用的重要工具[3]。本文主要針對某碼頭原有岸電供電計量系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)合碼頭供水、供氣的應(yīng)用需求，構(gòu)建設(shè)計智能化、通用化、信息化碼頭岸電供電計量系統(tǒng)，提高碼頭岸電供電計量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、便捷性及綜合保障能力。

1 船舶岸電供電計量

1.1 岸電供電系統(tǒng)

某碼頭現(xiàn)有船舶岸電供電系統(tǒng)采用低壓岸電供電模式，將碼頭電網(wǎng)10 kV/50 Hz高壓，由碼頭配電站變壓為400 V/50 Hz低壓電源，再由碼頭岸電箱接入碼頭停靠船舶，供船舶設(shè)備使用。

圖1 碼頭岸電供電系統(tǒng)框圖

1.2 岸電供電計量

由于某碼頭岸電供電服務(wù)對象均為系統(tǒng)內(nèi)船舶，其岸電消耗和結(jié)算采用統(tǒng)一結(jié)算模式[4]。船舶碼頭停靠時，船舶岸電管理人員通過專用計量卡、岸電箱內(nèi)布置的電能表及碼頭岸電管理軟件，與碼頭岸電管理人員協(xié)調(diào)，可在系統(tǒng)內(nèi)不同碼頭靠泊時開卡供電并結(jié)算。專用計量卡成為計量表與管理軟件的信息轉(zhuǎn)換傳遞橋梁。

圖2 碼頭岸電供電計量系統(tǒng)關(guān)系框圖

原碼頭岸電供電計量系統(tǒng)由于采用機械儀表，人工抄表，其自動化程度不高，存在誤抄、漏抄現(xiàn)象。且由于系統(tǒng)信息化程度不高，電能消耗數(shù)據(jù)查詢效率低，不能實現(xiàn)有效數(shù)據(jù)匯總上報與結(jié)算。面對碼頭船舶供電之外的供水、供氣等其它需求，也需要整合相關(guān)的計量系統(tǒng)，形成一套通用系統(tǒng)，以提高碼頭整體的管理服務(wù)水平。

2 供電計量系統(tǒng)方案

根據(jù)某碼頭船舶岸電供電、供水、供氣等消耗綜合計量的需要，重點針對碼頭船舶岸電供電計量系統(tǒng)改造實際要求，提出船舶碼頭岸電供電計量系統(tǒng)設(shè)計方案，兼顧碼頭供水、供氣等綜合使用需求，論述改造后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟硬件組成及實現(xiàn)功能。

2.1 系統(tǒng)組成

圖3 碼頭岸電供電計量系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)主要由船舶保障卡、通用控制器、綜合計量軟件系統(tǒng)三部分組成。船舶保障卡主要存儲船舶信息和水、電、等消耗數(shù)據(jù)，作為船舶用戶識別唯一載體；通用控制器用于船舶用戶與岸電、淡水、蒸汽等計量儀表、控制設(shè)備自動綁定，實現(xiàn)自動控制和自動計量；綜合計量系統(tǒng)軟件用于港口范圍內(nèi)統(tǒng)一發(fā)卡，一卡通用，統(tǒng)一結(jié)算，可匯總上報船舶消耗數(shù)據(jù)。

3 硬件設(shè)計

3.1 通用控制器

通用控制器由STM32F407控制芯片、能源計量表、能源傳感器、高精度時間模塊、刷卡器模塊、SD讀寫卡模塊、按鍵、彩色顯示屏、CAN模塊、強電控制模塊、網(wǎng)口及RS485模塊組成，可實現(xiàn)用戶識別、供應(yīng)控制、數(shù)據(jù)記錄及存儲、狀態(tài)顯示及反饋、抄表與配置、安全監(jiān)控等功能。

圖4 通用控制器硬件組成框圖

3.2 船舶保障卡

為滿足保障卡存儲至少一年操作記錄的要求，采用FM1280 CPU卡芯片作為供電卡核心器件。該芯片具備非接觸式接口，支持ISO/IEC 14443A通信協(xié)議，內(nèi)置Triple-DES、SSF33、SM1等安全算法，自帶EEPROM數(shù)據(jù)存儲器，滿足數(shù)據(jù)擦寫和存儲需求。

船舶保障卡經(jīng)USB接口連接讀卡器，實現(xiàn)綜合計量軟件系統(tǒng)與控制器內(nèi)數(shù)據(jù)的交互，并可將相關(guān)消耗數(shù)據(jù)由綜合計量軟件系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、分類、整理、入庫、擦除與寫入；可通過網(wǎng)絡(luò)接口對控制器進(jìn)行初始化配置及計量控制設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控。

4 軟件設(shè)計

4.1 通用控制器軟件

基于通用控制器碼頭供電、供水、供氣等應(yīng)用場景，采用KeiluVision4嵌入式軟件開發(fā)實現(xiàn)程序邏輯，可以實現(xiàn)對電路、水路、供氣等的控制回路的操作，并由存儲于FLASH內(nèi)的相關(guān)變量判斷控制器實際運行時選取的邏輯。

嵌入式軟件控制邏輯需要綜合通用控制器的電路控制主體需求，實現(xiàn)各片外元器件的綜合調(diào)度；各輸入輸出接口間的邏輯處理；通用控制器間的聯(lián)合控制以及異常情況處理邏輯。

4.2 綜合計量軟件系統(tǒng)

綜合計量軟件系統(tǒng)還具備用戶管理及權(quán)限管理功能，可適應(yīng)碼頭管理系統(tǒng)中不同層級使用；實現(xiàn)對入庫數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、交互，并生成統(tǒng)計、分析報表；還可將數(shù)據(jù)匯總打包生成向港口上下級傳遞的加密數(shù)據(jù)包。系統(tǒng)具有高可靠性、安全性、便捷性。

圖5 綜合計量軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

5 結(jié)束語

本文所設(shè)計的港口船舶岸電供電計量系統(tǒng)利用岸電供電卡和通用控制、計量設(shè)備及管理軟件，實現(xiàn)船舶碼頭靠泊時水電氣等消耗的自動統(tǒng)計匯總，便于碼頭管理部門為船舶靠泊提供準(zhǔn)確的保障服務(wù)，也為港口保障的信息化、智能化提供技術(shù)基礎(chǔ)。

[1] 畢長生, 尚亞男, 趙志遠(yuǎn), 等. 船用岸電技術(shù)綜述[J]. 交通節(jié)能與環(huán)保, 2017, 13(02): 16-20.

[2] 劉杜, 孫佳星, 喬康恒, 徐健超. 港口船舶岸電電源系統(tǒng)研究綜述[J]. 船電技術(shù), 2021, 41(06): 29-34.

[3] 吳振飛, 葉小松, 邢鳴. 淺談船舶岸電關(guān)鍵技術(shù)[J]. 電氣應(yīng)用, 2013(06): 22-26.

[4] 魏茂蘇. 國際航運碳排放核查規(guī)則下的船舶燃油流量計計量[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2018.

[5] 王金波, 胡學(xué)忠, 顏明東, 等. 港口船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 港口科技, 2015(09): 1-4+34.

Design of power metering system for harbor shore power

Wei Tongsheng1, Zhang Wei2, Sun Pan2

（1. Construction Department of Military Installations, Naval Security Department, Northern Theater Command, Qingdao 266000, China; 2. College of Electrical Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China）

U665

A

1003-4862（2023）02-0033-02

2022-05-18

魏同勝(1981-)，男，工程師。研究方向：軍港管理保障。E-mail: 1966317919@qq.com