摘 要：以機場地面電源與空調(diào)機組作為研究對象，設(shè)計了一種一體化計量與管理系統(tǒng)。系統(tǒng)以ARM11作為處理核心，電表模塊實現(xiàn)對用電信息的采集，通過RS485總線與控制器相連。人機交互界面可顯示系統(tǒng)的實時狀態(tài)并供機務(wù)人員進行操作，通過CAN總線與航站樓遠程服務(wù)器連接，便于實現(xiàn)機場對航空公司使用地面電源與空調(diào)機組的能耗狀況進行精細化、科學(xué)化的管理。

關(guān)鍵詞：機場地面電源；空調(diào)機組；計量系統(tǒng)；ARM11；DL/T645

引言

目前，歐洲和日本的機場對飛機APU（Auxiliary Power Unit，輔助動力裝置）的使用有著詳細規(guī)定，要求飛機在機場地面作業(yè)階段關(guān)閉APU，采用地面電源設(shè)備[1-2]，在民航相關(guān)部門節(jié)能減排政策的推廣和要求下，國內(nèi)大部分機場和航空公司近年也陸續(xù)采用地面橋載設(shè)備替代APU技術(shù)，但在機場地面電源與空調(diào)機組的電能計量方面，部分機場仍存在自動化程度較低、可靠性較差和粗放型計量等諸多缺點。

機場地面供電計量系統(tǒng)是將地面電源設(shè)備和空調(diào)機組進行一體化管理的系統(tǒng)，系統(tǒng)融合自動控制、通信與計算機技術(shù)，兼具對橋載設(shè)備中地面電源和空調(diào)機組的測控功能。系統(tǒng)能夠幫助機場對航空公司飛機靠橋階段的用電情況進行精細化、科學(xué)化的管理，提高機場設(shè)施的自動化程度和運行效率，同時為跟蹤節(jié)能減排效果提供參考指標，積極響應(yīng)國家建設(shè)綠色機場的政策和要求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

機場地面電源與空調(diào)機組一體化計量系統(tǒng)主要包括橋載設(shè)備管理系統(tǒng)強電柜、弱電柜和樓宇服務(wù)器。強電柜可安裝在機場廊橋配電室或掛載到廊橋下，并控制機場地面供電電源系統(tǒng)和空調(diào)機組服務(wù)系統(tǒng)。弱電柜通過CAN總線與航站樓服務(wù)器連接[3-4]。電表模塊實現(xiàn)對用電信息的采集，通過RS485總線與廊橋控制端的控制器相連，并通過CAN總線與設(shè)置在航站樓的數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器相連?？蛻舳嗽O(shè)置在航站樓內(nèi)，人機交互界面可顯示系統(tǒng)的實時狀態(tài)并供機務(wù)人員進行操作，系統(tǒng)能夠生成用電信息的統(tǒng)計報表，方便跟蹤各航空公司的節(jié)能減排效果。

2 系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)組成模塊

航空公司租用機場的地面電源設(shè)備和空調(diào)機組為?？坷葮虻娘w機進行服務(wù)，機場地面電源和空調(diào)機組的服務(wù)起始時間和電量使用數(shù)據(jù)是系統(tǒng)主要的采集對象。電表模塊只能采集到設(shè)備的用電數(shù)據(jù)，對于機組服務(wù)信息的核對以及服務(wù)計時管理還需通過人機界面進一步規(guī)范。該計量系統(tǒng)的各組成模塊主要包括電表模塊、串口模塊、控制器模塊、顯示模塊和電源模塊。

2.2 控制器模塊

系統(tǒng)的處理器采用基于ARM11的S3C6410，采用64/32位內(nèi)部總線構(gòu)架[5]；存儲器芯片選用256MB Bytes NAND FLASH，片選信號使用CSn2，該芯片主要用于存放內(nèi)核代碼、應(yīng)用程序、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)資料；內(nèi)存芯片為Samsung K4X51163PC芯片，由128M Bytes Mobile DDR存儲器組成，DDR數(shù)據(jù)傳輸總線頻率可達266MHz，芯片采用小尺寸BGA封裝。系統(tǒng)的DDR外圍電路如圖1所示?？刂破髂K的PCB板布線充分考慮了反射、串?dāng)_以及信號電磁兼容的設(shè)計要求，確保系統(tǒng)能夠在飛機廊橋停靠區(qū)域可靠運行。

2.3 串口模塊與其它模塊

串口采用RS485接口，通信方式為半雙工，本系統(tǒng)的通信速率設(shè)置為9600b/s。由于電表的傳輸接口也采用RS485，所以采用了CA-114串口擴展模塊，將接口擴展到4個，滿足了多電表的通信要求。

電表模塊主要通過主回路檢測三相電壓及電流，并能檢測到有功功率、無功功率、功率因數(shù)及頻率，數(shù)據(jù)通信必須滿足DL/T 645通信規(guī)約。本系統(tǒng)通過RS485接口將數(shù)據(jù)遠距離傳輸?shù)娇刂破?，通信速率?400b/s。電源模塊主要是為電表模塊、控制器模塊和顯示模塊供電。其中電表模塊采用220V電壓，控制器和顯示器均采用24V電壓。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 服務(wù)程序設(shè)計

機場地面電源與空調(diào)機組一體化計量系統(tǒng)能提供客觀科學(xué)的服務(wù)管理，系統(tǒng)各模塊效率高、工作性能受環(huán)境溫度變化影響小，可在復(fù)雜環(huán)境工作，符合機場使用需求，其服務(wù)流程的設(shè)計如圖2所示。

首先，系統(tǒng)開機顯示歡迎界面，系統(tǒng)進入自檢程序，顯示自檢信息，如果設(shè)備正常則提示下一次服務(wù)的航班信息。航空公司的機務(wù)人員確認后，啟動服務(wù)，飛機?？坷葮蚝笫褂玫孛骐娫春涂照{(diào)機組的電量信息以單位時間的變化顯示在人機交互界面。機務(wù)人員也可以根據(jù)實際情況選擇是否開啟空調(diào)服務(wù)，同時可以查詢同一航空公司的相關(guān)服務(wù)信息。服務(wù)結(jié)束后，啟動停止服務(wù)選項，本次服務(wù)信息會自動上傳至服務(wù)器，系統(tǒng)自動檢測設(shè)備并準備下一次服務(wù)。

3.2 數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)服務(wù)停止后，會自動將服務(wù)信息上傳至航站樓遠程服務(wù)器，其中服務(wù)信息包括電量信息和服務(wù)時間信息。電量信息按照DL/T 645通信規(guī)約中數(shù)據(jù)幀要求，主要數(shù)據(jù)信息包括：當(dāng)前組合有功、當(dāng)前組合無功、三相相電壓、三相相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)和頻率。

本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)域DATA信息包含34字節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸時電表將數(shù)據(jù)按字節(jié)進行加33H處理，并且低地址在先、高地址在后。控制器在接收數(shù)據(jù)幀后，對數(shù)據(jù)幀按字節(jié)進行減33H處理并調(diào)整高低位，以實現(xiàn)電量信息的數(shù)據(jù)處理。

4 數(shù)據(jù)檢測

根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，對用電信息進行檢測，檢測試驗由國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測中心配合完成。檢測時任意提取1分鐘內(nèi)部分用電數(shù)據(jù)進行校驗，供電設(shè)備每分鐘用電量為0.12kWh，與系統(tǒng)采集有功總電能之差相符，參考數(shù)據(jù)見表1。

5 結(jié)束語

文章以ARM11作為處理核心，結(jié)合自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，設(shè)計了一套機場地面電源與空調(diào)機組一體化計量系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的用電信息數(shù)據(jù)進行了檢測。本系統(tǒng)能夠在一定程度上反映機場對橋載設(shè)備替代APU要求的執(zhí)行情況，為跟蹤節(jié)能減排效果提供了參考指標。系統(tǒng)的應(yīng)用對降低飛機APU故障、延長APU使用壽命能夠起到一定的積極作用；系統(tǒng)的人機界面能夠規(guī)范航空公司機務(wù)人員的操作流程，也為機場提供了良好的管理手段，方便了對橋載設(shè)備的維護；同時，系統(tǒng)提高了機場設(shè)施的自動化程度，與傳統(tǒng)的人工抄表方式相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更為精確、穩(wěn)定、科學(xué)的測量功能，為機場和航空公司的節(jié)能減排評測提供了技術(shù)支持。

參考文獻

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作者簡介：張金龍，碩士，研究方向為機場特種設(shè)備機電一體化技術(shù)。