李凱

摘 要：機坪泛光照明系統(tǒng)是助航燈光系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于對所有機坪工作地區(qū)提供足夠的照明，確保夜間和低能見度情況下人員、車輛和飛機的正常工作。目前，天津濱海國際機場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1000W光源作為機坪泛光照明，2個400W光源為巡場道提供照明。如果按照每基高桿燈每天平均運行14小時計算，則全年消耗電能達到2452800度。2011年華北監(jiān)管局下發(fā)《關(guān)于加快推進節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》，首都機場集團公司以及民航華北監(jiān)管局對天津機場下發(fā)了節(jié)能減排要求，要求天津機場改造現(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，是機場飛行區(qū)內(nèi)的電能消耗大戶，機坪泛光照明設(shè)備節(jié)能成為節(jié)能減排工作的重中之重。為此，本文研究一套機坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)以達到節(jié)能減排的要求。

考慮到機坪燈光數(shù)量多，分布范圍大的特點，本系統(tǒng)采用分散檢測、集中處理的思想，基于MODBUS總線構(gòu)建控制系統(tǒng)，整個機坪燈光節(jié)能控制系統(tǒng)主要包括三個組成部分：檢測部分、信號傳輸部分和控制部分。檢測部分基于STM32處理器設(shè)計了具有MODBUS接口的遠程控制單元，實現(xiàn)了每基高桿燈的遠程控制、測量等功能。控制部分采用工控機基于國產(chǎn)通用組態(tài)軟件KINGVIEW實現(xiàn)，設(shè)計了高桿燈監(jiān)控軟件，設(shè)計了監(jiān)控畫面，實現(xiàn)了高桿燈的手動控制、自動控制和定時控制?？刂撇糠峙c檢測部分通過RS485總線交換數(shù)據(jù)。自動控制模式可根據(jù)航班動態(tài)顯示系統(tǒng)在飛機到達機位前自動開啟高桿燈照明設(shè)備;自動識別飛機離港狀態(tài)，在飛機離港后可自行關(guān)斷相應(yīng)機位高桿燈照明設(shè)備。實現(xiàn)了高桿燈的自動開關(guān)操作，該系統(tǒng)能夠保證在不影響航班正常運行的情況下，最大限度地節(jié)約電能，達到了節(jié)能減排的目標。高桿燈運行參數(shù)的采集還為高桿燈的故障診斷和預(yù)測打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：機場、機坪泛光照明、監(jiān)控系統(tǒng)、節(jié)能減排、高桿燈

一、機坪泛光照明系統(tǒng)組成

機坪泛光照明系統(tǒng)主要有：高桿燈、配電柜、現(xiàn)場總線、通訊模塊、光纖、光纖收發(fā)器、遠程監(jiān)控系統(tǒng)、航班動態(tài)顯示系統(tǒng)等組成。目前，我過大多數(shù)機場機坪泛光照明系統(tǒng)由助航燈光部門負責(zé)，助航燈光部門主要負責(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)的運行維護工作，因此機坪泛光照明系統(tǒng)控制會給助航燈光部門帶來沉重負擔(dān)。因此，在既要滿足節(jié)能減排的需要又要滿足節(jié)約人力成本問題，迫切需要開發(fā)一套智能監(jiān)控系統(tǒng)，對其進行自動控制。

二、機坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，我國大多數(shù)機場采用的機坪泛光照明控制方式有三種：經(jīng)緯度開關(guān)控制方式、光控開關(guān)控制方式、遠程監(jiān)控控制方式。

我國絕大多數(shù)機場的機坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)采用的是ibus總線控制方式，既由上位機通過ibus總線向下位機發(fā)送控制命令，通訊模塊得到指令后再對相應(yīng)開關(guān)進行操作，從而達到機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行人工操作，在繁忙的大型樞紐機場，一般通過監(jiān)控系統(tǒng)全開/全關(guān)全部機坪泛光照明設(shè)備，這也失去了監(jiān)控系統(tǒng)的作用。即使由人工對照航班動態(tài)顯示系統(tǒng)進行開關(guān)操作，也會造成誤操作以及人工成本增加的窘迫現(xiàn)狀。

國外機坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)的上位機通過移動GPRS網(wǎng)絡(luò)及數(shù)字傳輸裝置（DTU）與現(xiàn)場PLC進行通訊，完成對機場照明設(shè)施的遠程實時監(jiān)控。GPRS安全、高速、全天候的數(shù)據(jù)無線傳輸特點為系統(tǒng)的可靠、安全運行提供了有力保障。在國外實際應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，滿足了現(xiàn)場要求。其系統(tǒng)構(gòu)成為：GPRS是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，具有“永遠在線、快速響應(yīng)、按量計費、切換自如、高速傳輸和安全可靠”等特點。系統(tǒng)中本地PLC的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊進行遠程數(shù)據(jù)傳輸，并在GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)實時傳送到中控室，從而實現(xiàn)對遠程的、分散的現(xiàn)場信息進行集中監(jiān)控。下位機通過RS-485串口與GPRS無線數(shù)據(jù)終端DTU連接，采集到的數(shù)據(jù)通過Modbus協(xié)議封裝發(fā)送到GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控室的服務(wù)器中。上位機收到遠程數(shù)據(jù)后，根據(jù)實際情況作出相應(yīng)的響應(yīng)。

三、機坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

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

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

2、系統(tǒng)控制電路設(shè)計

主要元件有：電量采集單元、斷路器、接觸器、電流互感器、開關(guān)電源、本地/遠程選擇開關(guān)、開燈按鈕、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路開關(guān)量輸入、3路開關(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）。

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

四、遠程控制單元的設(shè)計

遠程控制單元置于每個高桿燈本地配電箱內(nèi)，通過RS485總線與控制室的上位機組成分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)每座高桿燈的遠程集中控制?？刂茊卧獞?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、機坪泛光照明監(jiān)控軟件的設(shè)計

機坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)最核心的是上位機軟件編程，控制室的計算機監(jiān)控界面，將遠程控制模塊采集的數(shù)據(jù)進行集中監(jiān)控;另外，用戶可以通過監(jiān)控界面向遠程控制模塊發(fā)送指令，實現(xiàn)人工遠程操控機場高桿燈的功能;監(jiān)控軟件也能夠結(jié)合傳感器和數(shù)據(jù)庫信息，通過代碼實現(xiàn)對機場高桿燈的自動控制。

六、總結(jié)

本文首先對我國主要機場的機坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行了簡要分析，接著通過實驗和論證設(shè)計開發(fā)出一套新式智能監(jiān)控系統(tǒng)，使其能滿足在無人監(jiān)管條件下對機坪泛光照明設(shè)備實現(xiàn)自動開關(guān)控制，最終實現(xiàn)人工勞動強度、節(jié)能減排之目的。

1、本次研究成果：

1）航班動態(tài)顯示系統(tǒng)將航班進港時間等數(shù)據(jù)以現(xiàn)場總線為載體傳送至機坪泛光照明監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)通過分析計算后將“開燈”指令通過總線發(fā)送至相應(yīng)機位的通訊模塊，最終實現(xiàn)進港航班機位的泛光照明設(shè)備自動開啟操作。

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

3）監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計有人工操作模式，可由人工通過監(jiān)控系統(tǒng)對任意機位的機坪泛光照明設(shè)備進行“開、關(guān)”控制，以此實現(xiàn)設(shè)備的現(xiàn)場維修需要。

2、本次研究特點：

目前我國機場停機坪泛光照明設(shè)備的開關(guān)無法實現(xiàn)自動開關(guān)控制，全部開啟照明設(shè)備則增加能源消耗，人工控制則增加人工勞動成本。本次研究通過改變控制方式、增加現(xiàn)場檢測裝置等技術(shù)手段，通過監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對機坪泛光照明設(shè)備的自動開關(guān)控制，既降低人工勞動成本又能實現(xiàn)節(jié)能減排之目的。