能源計(jì)量與設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：機(jī)場(chǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)具有可靠性要求高、安全措施要求高、電磁兼容性要求高、能源計(jì)量和設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)需要更強(qiáng)、特殊設(shè)施設(shè)備更多等諸多特點(diǎn)，與普通民用建筑相比，具有統(tǒng)一管理的需要。根據(jù)航空港特點(diǎn)，完成照明組件、空調(diào)組件和集水坑組件等系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、管理與計(jì)量能源。上位機(jī)界面采用Webtalk通過BACNetIP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)連接控制器，控制和管理終端設(shè)備。Vistools完成控制程序設(shè)計(jì)，整合成相應(yīng)功能模塊，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破?。用戶界面建立組態(tài)界面，通過無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量與設(shè)備監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：航空港;空調(diào)組件;集水坑組件;能源計(jì)量;設(shè)備監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TK31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）22-0050-05

Abstract： The airport equipment management system has many characteristics， such as high reliability， high security measures， high electromagnetic compatibility， stronger energy measurement and equi5UfaqecXnVRXOFpJDWOLLJS9lG19vWbwOIQolzeo+V4=pment monitoring management system， more special facilities and equipment， and so on. Compared with ordinary civil buildings， there is a need for unified management. According to the characteristics of the airport， complete the lighting components， air conditioning components， water collection pit components and other system design， monitoring， management and energy measurement of the equipment. The upper computer interface uses Webtalk to transmit data to the gateway through BACNetIP protocol， and the gateway connects to the controller to control and manage the terminal equipment. Vistools completes the control program design， integrates into the corresponding functional modules， and transmits the data to the controller. The user interface establishes the configuration interface， and the energy measurement and equipment monitoring are realized through the wireless Internet of things system.

Keywords： airport; air conditioning module; sump assembly; energy metering; equipment monitoring

“十三五”期間，我國(guó)推進(jìn)通用機(jī)場(chǎng)“縣縣通”的市場(chǎng)條件和需求是潛在而巨大的，通用機(jī)場(chǎng)建設(shè)數(shù)量不足，是制約我國(guó)通航產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要原因，大力建設(shè)通用機(jī)場(chǎng)勢(shì)在必行?！吨袊?guó)民用航空發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃》明確了“十三五”時(shí)期民航發(fā)展的重要任務(wù)，明確指出構(gòu)建國(guó)家綜合機(jī)場(chǎng)體系，航空港能源計(jì)量與設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)的安全運(yùn)行對(duì)保障機(jī)場(chǎng)的安全、正常運(yùn)行十分重要[1-3]。

北京、成都等國(guó)內(nèi)眾多城市在進(jìn)行新機(jī)場(chǎng)建設(shè)或機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工作，構(gòu)建航空港能源計(jì)量與設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)是智能化綜合性機(jī)場(chǎng)順利運(yùn)行的基礎(chǔ)和保障[4-6]。

1 計(jì)量監(jiān)控管理系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

能源計(jì)量與設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)上位機(jī)界面采用 Webtalk，保證上位機(jī)界面能夠通過網(wǎng)絡(luò)連接在網(wǎng)頁(yè)界面中控制各種不同的電器元件，采用樓宇數(shù)據(jù)管理BACnet IP協(xié)議接入局域網(wǎng)中，并且能夠直接讀出數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）的按鈕值進(jìn)行分析。Webtalk下端為智能網(wǎng)關(guān)BR50，可以對(duì)接BACnet MS/TP控制總線。連接以太網(wǎng)接口RJ-45，支持多種協(xié)議[7-8]。

使用Vistools軟件進(jìn)行程序編寫，在Vistools中編寫由BR50帶動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)控制器DDC，使得相互連接的DDC產(chǎn)生動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)控制器的連接方式為并行。其中，DDC包括BCX-H1216、BCX-E466等。在不同DDC下端連接風(fēng)閥驅(qū)動(dòng)器、溫度傳感器、電能計(jì)量裝置等設(shè)備。

相應(yīng)的程序通過Vistools軟件下載進(jìn)入不同的DDC中，使得DDC能夠帶動(dòng)控件動(dòng)作。完成系統(tǒng)組態(tài)界面的建立，采用上位機(jī)Webtalk。在Webtalk中利用在Vistools里已經(jīng)編制好的程序建立組態(tài)界面，產(chǎn)生直接在界面中顯示出設(shè)備狀態(tài)的效果，甚至能夠達(dá)到在網(wǎng)頁(yè)中控制具體設(shè)備的有效目的。管理設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)整體，達(dá)到在電腦上進(jìn)行智能控制、監(jiān)控和計(jì)量的效果。

2 空調(diào)閥控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)閥控系統(tǒng)能夠通過開關(guān)完成手動(dòng)與自動(dòng)地切換設(shè)計(jì)空調(diào)的控制模式。在自動(dòng)模式的情況下能夠有多個(gè)用戶利用設(shè)計(jì)開啟的時(shí)間來達(dá)到控制空調(diào)風(fēng)閥狀態(tài)的效果;在手動(dòng)情形下能夠通過現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)對(duì)空調(diào)的風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)整。

溫度的調(diào)節(jié)是采用水閥的開度來控制，達(dá)到手動(dòng)調(diào)節(jié)大小或者是自動(dòng)調(diào)節(jié)大小的目的，在自動(dòng)的情形下通過采集溫度與濕度數(shù)據(jù)，解析航站樓中室內(nèi)的風(fēng)閥大小。閥門組件如圖1所示。假設(shè)設(shè)置的溫度與實(shí)時(shí)溫度不同，利用Proportiral Integral（PI）進(jìn)行控制，改變水閥的大小，驅(qū)使環(huán)境溫度向設(shè)置溫度靠攏，目的是到達(dá)設(shè)置的溫度，可以實(shí)現(xiàn)控制溫度的效果。在溫度偏低的情形下，系統(tǒng)會(huì)中斷風(fēng)閥的工作，使水閥百分百運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)升溫的目的。通過采集到的溫度和濕度及預(yù)設(shè)值來實(shí)現(xiàn)智能控制，利用采集到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在后臺(tái)形成圖表。

當(dāng)系統(tǒng)本地遠(yuǎn)程控制點(diǎn)為遠(yuǎn)程控制時(shí)，即程序自動(dòng)控制時(shí)，時(shí)間處于用戶設(shè)置的時(shí)間段內(nèi)且系統(tǒng)防凍報(bào)警點(diǎn)狀態(tài)為未報(bào)警狀態(tài)（OFF）下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開風(fēng)機(jī)。系統(tǒng)會(huì)統(tǒng)計(jì)該系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間以及啟停的次數(shù)。

根據(jù)用戶設(shè)定的季節(jié)以及溫度，水系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)水的類型，空氣流過冷水或熱水會(huì)相應(yīng)地降溫或者升溫。系統(tǒng)中的水閥會(huì)根據(jù)設(shè)定的溫度與實(shí)際的溫度進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，最終輸出控制水閥的開度，達(dá)到控制溫度的目的。為了防止水系統(tǒng)因水結(jié)冰而堵塞管路，因此設(shè)定該系統(tǒng)在不運(yùn)行時(shí)，即未調(diào)節(jié)水閥時(shí)，水閥最小開度為30%。若該系統(tǒng)防凍報(bào)警點(diǎn)處于報(bào)警狀態(tài)，則此時(shí)為了使水系統(tǒng)解除報(bào)警狀態(tài)，將該水閥的開度調(diào)到最大100%。加快水流流量，迅速解決防凍報(bào)警，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。閥門系統(tǒng)組態(tài)界面如圖2所示。

當(dāng)系統(tǒng)正常工作，濾網(wǎng)無(wú)擁堵現(xiàn)象以及未出現(xiàn)結(jié)冰時(shí)，系統(tǒng)采取的方式為自動(dòng)控制，7：00至22：00設(shè)置為工作時(shí)間。在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)調(diào)試時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)打開，系統(tǒng)無(wú)擁堵現(xiàn)象，風(fēng)閥可以達(dá)到最大程度。如果選擇冬夏季切換按鍵為夏季，用戶要求設(shè)置的溫度為22 ℃，當(dāng)控制系統(tǒng)溫度傳感器檢測(cè)到目前室內(nèi)的溫度為21.4 ℃時(shí)，比設(shè)置的溫度值要低，此時(shí)水閥控制度達(dá)到最小值30%。

如果設(shè)置冬夏季切換按鍵為冬季，溫度為22 ℃高于室內(nèi)實(shí)際測(cè)試溫度21.4 ℃，當(dāng)前系統(tǒng)則要設(shè)置加大水閥，促使室內(nèi)溫度升高。利用程序PI控制，得出當(dāng)前閥門開度為82.15%。

3 污水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)降雨天在航站樓中排水的情形，本地遠(yuǎn)程開關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備采用本地強(qiáng)電接觸器控制或者使用遠(yuǎn)程繼電器控制。采用2臺(tái)泵體進(jìn)行設(shè)置，運(yùn)用雙水閥，保證系統(tǒng)存在余量控制。水泵系統(tǒng)組態(tài)界面如圖3所示。

建立現(xiàn)場(chǎng)控制器，由于要在下雨天排水，所以首先要先檢測(cè)水位高低，設(shè)有3個(gè)水位（低水位、高水位和超高水位）。如果要想泵體開始工作那么水位先到達(dá)低水位后水泵一定會(huì)有準(zhǔn)備工作的趨勢(shì)，當(dāng)水位達(dá)到高水位后才開始真正的工作，這時(shí)候運(yùn)用一個(gè)FlipFlop程序?yàn)楦咚辉谖催_(dá)到高水位時(shí)保持為0，處于SET置位，為低水位在未達(dá)到低水位時(shí)保持為1，處于復(fù)位。

系統(tǒng)采用雙泵設(shè)計(jì)，水位達(dá)到了超高水位需要兩個(gè)泵一起工作的情況，設(shè)計(jì)本地遠(yuǎn)程切換按鈕，需要本地遠(yuǎn)程切換按鈕的值為1，并且水位超高位處于1的狀態(tài)。實(shí)際工作會(huì)存在泵損壞情況，若泵損壞，則對(duì)應(yīng)的數(shù)值就會(huì)變?yōu)?。任意一個(gè)泵損壞時(shí)，通過OR程序控制輸出的值為1。水泵故障組態(tài)界面如圖4所示。

現(xiàn)場(chǎng)采用220 V電壓的強(qiáng)電控制，通過接觸器、斷路器等設(shè)備控制回路通斷。能夠通過遠(yuǎn)程樓控控制運(yùn)用24 V的繼電器。設(shè)置遠(yuǎn)程本地切換開關(guān)，使得其能夠通過本地強(qiáng)電也能通過樓宇控制。本地遠(yuǎn)程開關(guān)，當(dāng)其在ON位時(shí)是本地控制，需要在本地控制的情況下且達(dá)到高水位，水泵才開始工作。

為了確保設(shè)備能夠一直檢測(cè)水位正常工作，需要加入一個(gè)輪詢作用的程序。設(shè)計(jì)泵能否啟動(dòng)的初始條件，使用ONE SHOT來檢測(cè)是否為1的狀態(tài)保存到寄存器中。

高水位及超高水位水泵組態(tài)界面分別如圖5和圖6所示。

4 能源計(jì)量綜合分析

系統(tǒng)根據(jù)企業(yè)用能現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)能耗駕駛艙功能，在一張圖形中能夠?yàn)g覽企業(yè)各種能源的能耗數(shù)據(jù)，方便用戶及時(shí)準(zhǔn)確掌握能耗數(shù)據(jù)。以數(shù)據(jù)列表、流程圖、曲線的形式展示企業(yè)實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)的數(shù)值，把數(shù)據(jù)按車間、工序、班組進(jìn)行逐級(jí)顯示，實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的分類、分項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并可實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的逐級(jí)展示。直觀顯示各廠區(qū)、車間單位能源消耗情況及各項(xiàng)能耗相關(guān)數(shù)據(jù)，從企業(yè)-車間層層顯示各用能單元的能耗數(shù)據(jù)，包括用電、排水等能耗數(shù)據(jù)，提供企業(yè)級(jí)的用能同比、環(huán)比分析及日月年曲線數(shù)據(jù)查詢，企業(yè)各車間用電排名數(shù)據(jù)。對(duì)用電、用水等實(shí)現(xiàn)分區(qū)域、分部門、分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析功能。支持按照用戶自定義篩選條件查詢數(shù)據(jù)，并輸出圖表及分析報(bào)告。對(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)分析功能，如選礦電耗、碎礦電耗、磨礦電耗、浮選電耗、壓濾電耗、尾砂輸送、井下排水、壓風(fēng)和提升電耗等工序電耗，用戶可根據(jù)快捷查詢條件快速定位，根據(jù)不同時(shí)間維度查詢到所需的曲線數(shù)據(jù)，進(jìn)行不同單位之間的能耗對(duì)比。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成報(bào)表，可供導(dǎo)出。以能源消耗數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，對(duì)班組的實(shí)際能源消耗進(jìn)行用能情況分析，監(jiān)控平臺(tái)如圖7所示。

以能源消耗數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，對(duì)班組的實(shí)際能源消耗進(jìn)行用能情況分析，并對(duì)企業(yè)重點(diǎn)設(shè)備建立限制指標(biāo)，如提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)及供風(fēng)系統(tǒng)等單耗指標(biāo)，將實(shí)際指標(biāo)值與內(nèi)控指標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比分析，判斷單耗指標(biāo)（能源消耗）是否合理。針對(duì)企業(yè)內(nèi)的重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行用能總覽，包括各類重點(diǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)量，以及設(shè)備的用能、當(dāng)前功率、功率過載等情況。企業(yè)能源平衡分析，包括線損統(tǒng)計(jì)分析、變壓器損耗等，查詢區(qū)域選擇時(shí)間日期區(qū)間，默認(rèn)查詢當(dāng)日。統(tǒng)計(jì)父級(jí)總表與二級(jí)子表總和的損耗分析，包括這段時(shí)間內(nèi)的父級(jí)用能、子級(jí)用能，損耗量、損耗值，自動(dòng)生成能源統(tǒng)計(jì)平衡表。超出正常范圍的結(jié)合預(yù)警模塊進(jìn)行及時(shí)提醒，告警規(guī)則如圖8所示。

系統(tǒng)提供能耗數(shù)據(jù)的預(yù)警，預(yù)警規(guī)則設(shè)置告警的類型、告警的級(jí)別、項(xiàng)目的類型、告警的項(xiàng)目、告警的標(biāo)題以及通知人員等信息。針對(duì)不同類別的告警項(xiàng)目有不同的配置方式。如針對(duì)能耗預(yù)警，可配置告警維度（分鐘、小時(shí)、天、月、年），能源類型等。平臺(tái)針對(duì)遙測(cè)越限有針對(duì)性的單獨(dú)處理界面，可支持遙測(cè)越限值配置一鍵式的導(dǎo)入和導(dǎo)出，數(shù)據(jù)項(xiàng)（電壓、電流、功率因數(shù)等）越上限、越下限告警，解決企業(yè)遙測(cè)點(diǎn)眾多難以維護(hù)的問題，如圖9所示。

系統(tǒng)內(nèi)置通用格式的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，同時(shí)用戶可基于EXCEL工具自定義電量數(shù)據(jù)報(bào)表模板（遵循系統(tǒng)預(yù)置數(shù)據(jù)填充項(xiàng)格式），開發(fā)生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析報(bào)表，支持導(dǎo)出EXCEL功能。支持與大多數(shù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)接。如現(xiàn)場(chǎng)主提升系統(tǒng)、主排水系統(tǒng)及供風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，并對(duì)各系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。系統(tǒng)具備人工補(bǔ)錄功能，為防止設(shè)備異?；蛐略?、檔案回路調(diào)整、數(shù)據(jù)遺漏等情況導(dǎo)致原有數(shù)據(jù)庫(kù)記錄不合理，可通過人工補(bǔ)錄數(shù)據(jù)的方式使數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更完整地反映事實(shí)。支持能源及原始表碼數(shù)據(jù)的手工錄入和人工修正功能，包括企業(yè)、車間、設(shè)備等各類能耗數(shù)據(jù)、表計(jì)原始數(shù)據(jù)等。支持批量化統(tǒng)一格式導(dǎo)入，如圖10所示。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳模塊采用成熟的JAVA開發(fā)架構(gòu)，可獨(dú)立運(yùn)行，企業(yè)接入端系統(tǒng)與其他平臺(tái)之間的通信模式采用客戶端和服務(wù)端請(qǐng)求應(yīng)答的模式。傳輸層基于TCP/IP協(xié)議，應(yīng)用層基于HTTPS協(xié)議，在應(yīng)用層傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用交互格式。針對(duì)不同用能種類，通過在各個(gè)重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)增加計(jì)量裝置或運(yùn)用計(jì)算功能等方式監(jiān)測(cè)能源使用及流向情況，同時(shí)根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝等需要，將設(shè)定在各環(huán)節(jié)、各設(shè)備的能源計(jì)量點(diǎn)，科學(xué)合理編制網(wǎng)絡(luò)圖，最終以能源流向網(wǎng)絡(luò)圖形式表明用能單位的能源流向和全過程。

5 結(jié)論

通過航空港能源計(jì)量與設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)建設(shè)，開展基于控制、網(wǎng)絡(luò)、驅(qū)動(dòng)等技術(shù)的航空港輸配電智能系統(tǒng)研究。基于航空港設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)完成航空港內(nèi)機(jī)電系統(tǒng)與設(shè)備正常運(yùn)行的集中管理與維護(hù)。使航空港輸配電在舒適、快捷、有效服務(wù)的要求前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)約人工成本，優(yōu)化運(yùn)行方式，降低工作能耗。

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作者簡(jiǎn)介：潘曉妮（1984-），女，工程師。研究方向溫濕度計(jì)量檢測(cè)。