摘 要：以機(jī)場(chǎng)地面電源與空調(diào)機(jī)組作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種一體化計(jì)量與管理系統(tǒng)。系統(tǒng)以ARM11作為處理核心，電表模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)用電信息的采集，通過(guò)RS485總線與控制器相連。人機(jī)交互界面可顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)并供機(jī)務(wù)人員進(jìn)行操作，通過(guò)CAN總線與航站樓遠(yuǎn)程服務(wù)器連接，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)對(duì)航空公司使用地面電源與空調(diào)機(jī)組的能耗狀況進(jìn)行精細(xì)化、科學(xué)化的管理。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)地面電源；空調(diào)機(jī)組；計(jì)量系統(tǒng)；ARM11；DL/T645

引言

目前，歐洲和日本的機(jī)場(chǎng)對(duì)飛機(jī)APU（Auxiliary Power Unit，輔助動(dòng)力裝置）的使用有著詳細(xì)規(guī)定，要求飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)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(mén)節(jié)能減排政策的推廣和要求下，國(guó)內(nèi)大部分機(jī)場(chǎng)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(jī)場(chǎng)地面電源與空調(diào)機(jī)組的電能計(jì)量方面，部分機(jī)場(chǎng)仍存在自動(dòng)化程度較低、可靠性較差和粗放型計(jì)量等諸多缺點(diǎn)。

機(jī)場(chǎng)地面供電計(jì)量系統(tǒng)是將地面電源設(shè)備和空調(diào)機(jī)組進(jìn)行一體化管理的系統(tǒng)，系統(tǒng)融合自動(dòng)控制、通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)，兼具對(duì)橋載設(shè)備中地面電源和空調(diào)機(jī)組的測(cè)控功能。系統(tǒng)能夠幫助機(jī)場(chǎng)對(duì)航空公司飛機(jī)靠橋階段的用電情況進(jìn)行精細(xì)化、科學(xué)化的管理，提高機(jī)場(chǎng)設(shè)施的自動(dòng)化程度和運(yùn)行效率，同時(shí)為跟蹤節(jié)能減排效果提供參考指標(biāo)，積極響應(yīng)國(guó)家建設(shè)綠色機(jī)場(chǎng)的政策和要求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)地面電源與空調(diào)機(jī)組一體化計(jì)量系統(tǒng)主要包括橋載設(shè)備管理系統(tǒng)強(qiáng)電柜、弱電柜和樓宇服務(wù)器。強(qiáng)電柜可安裝在機(jī)場(chǎng)廊橋配電室或掛載到廊橋下，并控制機(jī)場(chǎng)地面供電電源系統(tǒng)和空調(diào)機(jī)組服務(wù)系統(tǒng)。弱電柜通過(guò)CAN總線與航站樓服務(wù)器連接[3-4]。電表模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)用電信息的采集，通過(guò)RS485總線與廊橋控制端的控制器相連，并通過(guò)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。客戶端設(shè)置在航站樓內(nèi)，人機(jī)交互界面可顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)并供機(jī)務(wù)人員進(jìn)行操作，系統(tǒng)能夠生成用電信息的統(tǒng)計(jì)報(bào)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(jī)場(chǎng)的地面電源設(shè)備和空調(diào)機(jī)組為?？坷葮虻娘w機(jī)進(jìn)行服務(wù)，機(jī)場(chǎng)地面電源和空調(diào)機(jī)組的服務(wù)起始時(shí)間和電量使用數(shù)據(jù)是系統(tǒng)主要的采集對(duì)象。電表模塊只能采集到設(shè)備的用電數(shù)據(jù)，對(duì)于機(jī)組服務(wù)信息的核對(duì)以及服務(wù)計(jì)時(shí)管理還需通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)一步規(guī)范。該計(jì)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(chǔ)器芯片選用256MB Bytes NAND FLASH，片選信號(hào)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(chǔ)器組成，DDR數(shù)據(jù)傳輸總線頻率可達(dá)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。控制器模塊的PCB板布線充分考慮了反射、串?dāng)_以及信號(hào)電磁兼容的設(shè)計(jì)要求，確保系統(tǒng)能夠在飛機(jī)廊橋?？繀^(qū)域可靠運(yùn)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(kuò)展模塊，將接口擴(kuò)展到4個(gè)，滿足了多電表的通信要求。

電表模塊主要通過(guò)主回路檢測(cè)三相電壓及電流，并能檢測(cè)到有功功率、無(wú)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(guò)RS485接口將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)娇刂破鳎ㄐ潘俾蕿?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(jì)

3.1 服務(wù)程序設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)地面電源與空調(diào)機(jī)組一體化計(jì)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(jī)場(chǎng)使用需求，其服務(wù)流程的設(shè)計(jì)如圖2所示。

首先，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)顯示歡迎界面，系統(tǒng)進(jìn)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(jī)務(wù)人員確認(rèn)后，啟動(dòng)服務(wù)，飛機(jī)停靠廊橋后使用地面電源和空調(diào)機(jī)組的電量信息以單位時(shí)間的變化顯示在人機(jī)交互界面。機(jī)務(wù)人員也可以根據(jù)實(shí)際情況選擇是否開(kāi)啟空調(diào)服務(wù)，同時(shí)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(dòng)停止服務(wù)選項(xiàng)，本次服務(wù)信息會(huì)自動(dòng)上傳至服務(wù)器，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備并準(zhǔn)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(huì)自動(dòng)將服務(wù)信息上傳至航站樓遠(yuǎn)程服務(wù)器，其中服務(wù)信息包括電量信息和服務(wù)時(shí)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(wú)功、三相相電壓、三相相電流、有功功率、無(wú)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(shí)電表將數(shù)據(jù)按字節(jié)進(jìn)行加33H處理，并且低地址在先、高地址在后?？刂破髟诮邮諗?shù)據(jù)幀后，對(duì)數(shù)據(jù)幀按字節(jié)進(jìn)行減33H處理并調(diào)整高低位，以實(shí)現(xiàn)電量信息的數(shù)據(jù)處理。

4 數(shù)據(jù)檢測(cè)

根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，對(duì)用電信息進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)試驗(yàn)由國(guó)家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心配合完成。檢測(cè)時(shí)任意提取1分鐘內(nèi)部分用電數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，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(jiàn)表1。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章以ARM11作為處理核心，結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套機(jī)場(chǎng)地面電源與空調(diào)機(jī)組一體化計(jì)量系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的用電信息數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢測(cè)。本系統(tǒng)能夠在一定程度上反映機(jī)場(chǎng)對(duì)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(biāo)。系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)降低飛機(jī)APU故障、延長(zhǎng)APU使用壽命能夠起到一定的積極作用；系統(tǒng)的人機(jī)界面能夠規(guī)范航空公司機(jī)務(wù)人員的操作流程，也為機(jī)場(chǎng)提供了良好的管理手段，方便了對(duì)橋載設(shè)備的維護(hù)；同時(shí)，系統(tǒng)提高了機(jī)場(chǎng)設(shè)施的自動(dòng)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(cè)量功能，為機(jī)場(chǎng)和航空公司的節(jié)能減排評(píng)測(cè)提供了技術(shù)支持。

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作者簡(jiǎn)介：張金龍，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)場(chǎng)特種設(shè)備機(jī)電一體化技術(shù)。