民用机场停机坪泛光照明监控系统研究

李凯

摘 要：机坪泛光照明系统是助航灯光系统的重要组成部分，主要用于对所有机坪工作地区提供足够的照明，确保夜间和低能见度情况下人员、车辆和飞机的正常工作。目前，天津滨海国际机场T1、T2航站楼共有高杆灯60基，每基高杆灯共有9套灯具，其中有7个1000W光源作为机坪泛光照明，2个400W光源为巡场道提供照明。如果按照每基高杆灯每天平均运行14小时计算，则全年消耗电能达到2452800度。2011年华北监管局下发《关于加快推进节能减排工作的指导意见》，首都机场集团公司以及民航华北监管局对天津机场下发了节能减排要求，要求天津机场改造现有助航灯光相关设备以提高能源利用效率。由于泛光照明灯具数量多、功率大，是机场飞行区内的电能消耗大户，机坪泛光照明设备节能成为节能减排工作的重中之重。为此，本文研究一套机坪泛光照明监控系统以达到节能减排的要求。

考虑到机坪灯光数量多，分布范围大的特点，本系统采用分散检测、集中处理的思想，基于MODBUS总线构建控制系统，整个机坪灯光节能控制系统主要包括三个组成部分：检测部分、信号传输部分和控制部分。检测部分基于STM32处理器设计了具有MODBUS接口的远程控制单元，实现了每基高杆灯的远程控制、测量等功能。控制部分采用工控机基于国产通用组态软件KINGVIEW实现，设计了高杆灯监控软件，设计了监控画面，实现了高杆灯的手动控制、自动控制和定时控制。控制部分与检测部分通过RS485总线交换数据。自动控制模式可根据航班动态显示系统在飞机到达机位前自动开启高杆灯照明设备;自动识别飞机离港状态，在飞机离港后可自行关断相应机位高杆灯照明设备。实现了高杆灯的自动开关操作，该系统能够保证在不影响航班正常运行的情况下，最大限度地节约电能，达到了节能减排的目标。高杆灯运行参数的采集还为高杆灯的故障诊断和预测打下了基础。

关键词：机场、机坪泛光照明、监控系统、节能减排、高杆灯

一、机坪泛光照明系统组成

机坪泛光照明系统主要有：高杆灯、配电柜、现场总线、通讯模块、光纤、光纤收发器、远程监控系统、航班动态显示系统等组成。目前，我过大多数机场机坪泛光照明系统由助航灯光部门负责，助航灯光部门主要负责保障跑道、滑行道以及站内设备等目视助航灯光系统的运行维护工作，因此机坪泛光照明系统控制会给助航灯光部门带来沉重负担。因此，在既要满足节能减排的需要又要满足节约人力成本问题，迫切需要开发一套智能监控系统，对其进行自动控制。

二、机坪泛光照明监控系统现状

目前，我国大多数机场采用的机坪泛光照明控制方式有三种：经纬度开关控制方式、光控开关控制方式、远程监控控制方式。

我国绝大多数机场的机坪泛光照明监控系统采用的是ibus总线控制方式，既由上位机通过ibus总线向下位机发送控制命令，通讯模块得到指令后再对相应开关进行操作，从而达到机坪泛光照明的控制作用。这些步骤全部需要助航灯光值班人员进行人工操作，在繁忙的大型枢纽机场，一般通过监控系統全开/全关全部机坪泛光照明设备，这也失去了监控系统的作用。即使由人工对照航班动态显示系统进行开关操作，也会造成误操作以及人工成本增加的窘迫现状。

国外机坪泛光照明监控系统的上位机通过移动GPRS网络及数字传输装置（DTU）与现场PLC进行通讯，完成对机场照明设施的远程实时监控。GPRS安全、高速、全天候的数据无线传输特点为系统的可靠、安全运行提供了有力保障。在国外实际应用结果表明，系统运行状态良好，满足了现场要求。其系统构成为：GPRS是在现有GSM网络上开通的一种新型分组数据传输技术，具有“永远在线、快速响应、按量计费、切换自如、高速传输和安全可靠”等特点。系统中本地PLC的数据通过GPRS模块进行远程数据传输，并在GPRS业务平台上构建远程数据采集系统，将数据实时传送到中控室，从而实现对远程的、分散的现场信息进行集中监控。下位机通过RS-485串口与GPRS无线数据终端DTU连接，采集到的数据通过Modbus协议封装发送到GPRS无线网络，通过网络传送至监控室的服务器中。上位机收到远程数据后，根据实际情况作出相应的响应。

三、机坪泛光照明监控系统总体设计

1、系统网络结构设计

控系统使用RS-485的总线方式进行传送数据。上位机采用研华工业控制计算机，下位机采用电量采集单元，上位机通过RS485总线与电量采集单元相连接。监控软件采用国产通用工业组态软件KINGVIEW，组态软件通过MODBUS协议控制电量采集单元的IO输出，也可返回灯光的运行状态和参数。

2、系统控制电路设计

主要元件有：电量采集单元、断路器、接触器、电流互感器、开关电源、本地/远程选择开关、开灯按钮、关灯按钮、断路器状态指示灯。电量采集模块的提供的接口有：三相电压、三相电流、6路开关量输入、3路开关量输出（继电器）、RS232口、RS485口。通讯口支持MODBUS协议（使用功能吗01、02、03、04、05）。

有三个光电传感器，此传感器分别以嵌入式方式分别安装在机位三个不同位置。飞机进港时，三个光电传感器同时检测到信号并将数据通过预埋485总线传递给上位机软件，表明本机位有进港航班。当飞机退出机位时，三个光电传感器检测到信号并将数据传送上位机软件，表明本机位飞机已离港。上位机软件收到离港信号后延时10分钟向高杆灯照明设备发送关闭信号，高杆灯在飞机离港10分钟后自动关闭。传感器分别位于飞机头部与机翼两侧，采用嵌入式方式安装，通讯总线切缝安装于机坪地下。

四、远程控制单元的设计

远程控制单元置于每个高杆灯本地配电箱内，通过RS485总线与控制室的上位机组成分布式控制系统，实现每座高杆灯的远程集中控制。控制单元应具有RS485接口和继电器输出，为便于高杆灯的故障诊断和运行状态显示，控制单元还需具有电压、电流等电量采集和分析功能。

五、机坪泛光照明监控软件的设计

机坪泛光照明监控系统最核心的是上位机软件编程，控制室的计算机监控界面，将远程控制模块采集的数据进行集中监控;另外，用户可以通过监控界面向远程控制模块发送指令，实现人工远程操控机场高杆灯的功能;监控软件也能够结合传感器和数据库信息，通过代码实现对机场高杆灯的自动控制。

六、总结

本文首先对我国主要机场的机坪泛光照明监控系统的现状进行了简要分析，接着通过实验和论证设计开发出一套新式智能监控系统，使其能满足在无人监管条件下对机坪泛光照明设备实现自动开关控制，最终实现人工劳动强度、节能减排之目的。

1、本次研究成果：

1）航班动态显示系统将航班进港时间等数据以现场总线为载体传送至机坪泛光照明监控系统，监控系统通过分析计算后将“开灯”指令通过总线发送至相应机位的通讯模块，最终实现进港航班机位的泛光照明设备自动开启操作。

2）停机位上安装有三处嵌入式光电传感器，传感器检测到的信号通过总线将飞机离港状态数据传送至机坪泛光照明监控系统，监控系统通过分析计算向该机为发送“关闭”指令，以此实现离港航班机位的自动关闭操作。

3）监控系统设计有人工操作模式，可由人工通过监控系统对任意机位的机坪泛光照明设备进行“开、关”控制，以此实现设备的现场维修需要。

2、本次研究特点：

目前我国机场停机坪泛光照明设备的开关无法实现自动开关控制，全部开启照明设备则增加能源消耗，人工控制则增加人工劳动成本。本次研究通过改变控制方式、增加现场检测装置等技术手段，通过监控系统实现对机坪泛光照明设备的自动开关控制，既降低人工劳动成本又能实现节能减排之目的。