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)。