民用機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)研究

李凱

摘 要：機(jī)坪泛光照明系統(tǒng)是助航燈光系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于對(duì)所有機(jī)坪工作地區(qū)提供足夠的照明，確保夜間和低能見(jiàn)度情況下人員、車(chē)輛和飛機(jī)的正常工作。目前，天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)T1、T2航站樓共有高桿燈60基，每基高桿燈共有9套燈具，其中有7個(gè)1000W光源作為機(jī)坪泛光照明，2個(gè)400W光源為巡場(chǎng)道提供照明。如果按照每基高桿燈每天平均運(yùn)行14小時(shí)計(jì)算，則全年消耗電能達(dá)到2452800度。2011年華北監(jiān)管局下發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，首都機(jī)場(chǎng)集團(tuán)公司以及民航華北監(jiān)管局對(duì)天津機(jī)場(chǎng)下發(fā)了節(jié)能減排要求，要求天津機(jī)場(chǎng)改造現(xiàn)有助航燈光相關(guān)設(shè)備以提高能源利用效率。由于泛光照明燈具數(shù)量多、功率大，是機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)內(nèi)的電能消耗大戶(hù)，機(jī)坪泛光照明設(shè)備節(jié)能成為節(jié)能減排工作的重中之重。為此，本文研究一套機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)以達(dá)到節(jié)能減排的要求。

考慮到機(jī)坪燈光數(shù)量多，分布范圍大的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用分散檢測(cè)、集中處理的思想，基于MODBUS總線構(gòu)建控制系統(tǒng)，整個(gè)機(jī)坪燈光節(jié)能控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)組成部分：檢測(cè)部分、信號(hào)傳輸部分和控制部分。檢測(cè)部分基于STM32處理器設(shè)計(jì)了具有MODBUS接口的遠(yuǎn)程控制單元，實(shí)現(xiàn)了每基高桿燈的遠(yuǎn)程控制、測(cè)量等功能。控制部分采用工控機(jī)基于國(guó)產(chǎn)通用組態(tài)軟件KINGVIEW實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了高桿燈監(jiān)控軟件，設(shè)計(jì)了監(jiān)控畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)了高桿燈的手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和定時(shí)控制?？刂撇糠峙c檢測(cè)部分通過(guò)RS485總線交換數(shù)據(jù)。自動(dòng)控制模式可根據(jù)航班動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)在飛機(jī)到達(dá)機(jī)位前自動(dòng)開(kāi)啟高桿燈照明設(shè)備;自動(dòng)識(shí)別飛機(jī)離港狀態(tài)，在飛機(jī)離港后可自行關(guān)斷相應(yīng)機(jī)位高桿燈照明設(shè)備。實(shí)現(xiàn)了高桿燈的自動(dòng)開(kāi)關(guān)操作，該系統(tǒng)能夠保證在不影響航班正常運(yùn)行的情況下，最大限度地節(jié)約電能，達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo)。高桿燈運(yùn)行參數(shù)的采集還為高桿燈的故障診斷和預(yù)測(cè)打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)、機(jī)坪泛光照明、監(jiān)控系統(tǒng)、節(jié)能減排、高桿燈

一、機(jī)坪泛光照明系統(tǒng)組成

機(jī)坪泛光照明系統(tǒng)主要有：高桿燈、配電柜、現(xiàn)場(chǎng)總線、通訊模塊、光纖、光纖收發(fā)器、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、航班動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)等組成。目前，我過(guò)大多數(shù)機(jī)場(chǎng)機(jī)坪泛光照明系統(tǒng)由助航燈光部門(mén)負(fù)責(zé)，助航燈光部門(mén)主要負(fù)責(zé)保障跑道、滑行道以及站內(nèi)設(shè)備等目視助航燈光系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作，因此機(jī)坪泛光照明系統(tǒng)控制會(huì)給助航燈光部門(mén)帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。因此，在既要滿足節(jié)能減排的需要又要滿足節(jié)約人力成本問(wèn)題，迫切需要開(kāi)發(fā)一套智能監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制。

二、機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)大多數(shù)機(jī)場(chǎng)采用的機(jī)坪泛光照明控制方式有三種：經(jīng)緯度開(kāi)關(guān)控制方式、光控開(kāi)關(guān)控制方式、遠(yuǎn)程監(jiān)控控制方式。

我國(guó)絕大多數(shù)機(jī)場(chǎng)的機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)采用的是ibus總線控制方式，既由上位機(jī)通過(guò)ibus總線向下位機(jī)發(fā)送控制命令，通訊模塊得到指令后再對(duì)相應(yīng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，從而達(dá)到機(jī)坪泛光照明的控制作用。這些步驟全部需要助航燈光值班人員進(jìn)行人工操作，在繁忙的大型樞紐機(jī)場(chǎng)，一般通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)全開(kāi)/全關(guān)全部機(jī)坪泛光照明設(shè)備，這也失去了監(jiān)控系統(tǒng)的作用。即使由人工對(duì)照航班動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，也會(huì)造成誤操作以及人工成本增加的窘迫現(xiàn)狀。

國(guó)外機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)通過(guò)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)及數(shù)字傳輸裝置（DTU）與現(xiàn)場(chǎng)PLC進(jìn)行通訊，完成對(duì)機(jī)場(chǎng)照明設(shè)施的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。GPRS安全、高速、全天候的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸特點(diǎn)為系統(tǒng)的可靠、安全運(yùn)行提供了有力保障。在國(guó)外實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，滿足了現(xiàn)場(chǎng)要求。其系統(tǒng)構(gòu)成為：GPRS是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)通的一種新型分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，具有“永遠(yuǎn)在線、快速響應(yīng)、按量計(jì)費(fèi)、切換自如、高速傳輸和安全可靠”等特點(diǎn)。系統(tǒng)中本地PLC的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，并在GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到中控室，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程的、分散的現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行集中監(jiān)控。下位機(jī)通過(guò)RS-485串口與GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)終端DTU連接，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)Modbus協(xié)議封裝發(fā)送到GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控室的服務(wù)器中。上位機(jī)收到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)后，根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的響應(yīng)。

三、機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

控系統(tǒng)使用RS-485的總線方式進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)。上位機(jī)采用研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，下位機(jī)采用電量采集單元，上位機(jī)通過(guò)RS485總線與電量采集單元相連接。監(jiān)控軟件采用國(guó)產(chǎn)通用工業(yè)組態(tài)軟件KINGVIEW，組態(tài)軟件通過(guò)MODBUS協(xié)議控制電量采集單元的IO輸出，也可返回?zé)艄獾倪\(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。

2、系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)

主要元件有：電量采集單元、斷路器、接觸器、電流互感器、開(kāi)關(guān)電源、本地/遠(yuǎn)程選擇開(kāi)關(guān)、開(kāi)燈按鈕、關(guān)燈按鈕、斷路器狀態(tài)指示燈。電量采集模塊的提供的接口有：三相電壓、三相電流、6路開(kāi)關(guān)量輸入、3路開(kāi)關(guān)量輸出（繼電器）、RS232口、RS485口。通訊口支持MODBUS協(xié)議（使用功能嗎01、02、03、04、05）。

有三個(gè)光電傳感器，此傳感器分別以嵌入式方式分別安裝在機(jī)位三個(gè)不同位置。飛機(jī)進(jìn)港時(shí)，三個(gè)光電傳感器同時(shí)檢測(cè)到信號(hào)并將數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)埋485總線傳遞給上位機(jī)軟件，表明本機(jī)位有進(jìn)港航班。當(dāng)飛機(jī)退出機(jī)位時(shí)，三個(gè)光電傳感器檢測(cè)到信號(hào)并將數(shù)據(jù)傳送上位機(jī)軟件，表明本機(jī)位飛機(jī)已離港。上位機(jī)軟件收到離港信號(hào)后延時(shí)10分鐘向高桿燈照明設(shè)備發(fā)送關(guān)閉信號(hào)，高桿燈在飛機(jī)離港10分鐘后自動(dòng)關(guān)閉。傳感器分別位于飛機(jī)頭部與機(jī)翼兩側(cè)，采用嵌入式方式安裝，通訊總線切縫安裝于機(jī)坪地下。

四、遠(yuǎn)程控制單元的設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程控制單元置于每個(gè)高桿燈本地配電箱內(nèi)，通過(guò)RS485總線與控制室的上位機(jī)組成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)每座高桿燈的遠(yuǎn)程集中控制。控制單元應(yīng)具有RS485接口和繼電器輸出，為便于高桿燈的故障診斷和運(yùn)行狀態(tài)顯示，控制單元還需具有電壓、電流等電量采集和分析功能。

五、機(jī)坪泛光照明監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)最核心的是上位機(jī)軟件編程，控制室的計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面，將遠(yuǎn)程控制模塊采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)控;另外，用戶(hù)可以通過(guò)監(jiān)控界面向遠(yuǎn)程控制模塊發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)人工遠(yuǎn)程操控機(jī)場(chǎng)高桿燈的功能;監(jiān)控軟件也能夠結(jié)合傳感器和數(shù)據(jù)庫(kù)信息，通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)高桿燈的自動(dòng)控制。

六、總結(jié)

本文首先對(duì)我國(guó)主要機(jī)場(chǎng)的機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，接著通過(guò)實(shí)驗(yàn)和論證設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一套新式智能監(jiān)控系統(tǒng)，使其能滿足在無(wú)人監(jiān)管條件下對(duì)機(jī)坪泛光照明設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，最終實(shí)現(xiàn)人工勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)能減排之目的。

1、本次研究成果：

1）航班動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)將航班進(jìn)港時(shí)間等數(shù)據(jù)以現(xiàn)場(chǎng)總線為載體傳送至機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)分析計(jì)算后將“開(kāi)燈”指令通過(guò)總線發(fā)送至相應(yīng)機(jī)位的通訊模塊，最終實(shí)現(xiàn)進(jìn)港航班機(jī)位的泛光照明設(shè)備自動(dòng)開(kāi)啟操作。

2）停機(jī)位上安裝有三處嵌入式光電傳感器，傳感器檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)總線將飛機(jī)離港狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送至機(jī)坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)分析計(jì)算向該機(jī)為發(fā)送“關(guān)閉”指令，以此實(shí)現(xiàn)離港航班機(jī)位的自動(dòng)關(guān)閉操作。

3）監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有人工操作模式，可由人工通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)任意機(jī)位的機(jī)坪泛光照明設(shè)備進(jìn)行“開(kāi)、關(guān)”控制，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)維修需要。

2、本次研究特點(diǎn)：

目前我國(guó)機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪泛光照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，全部開(kāi)啟照明設(shè)備則增加能源消耗，人工控制則增加人工勞動(dòng)成本。本次研究通過(guò)改變控制方式、增加現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置等技術(shù)手段，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)坪泛光照明設(shè)備的自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，既降低人工勞動(dòng)成本又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排之目的。