全光纤环网站坪照明系统在上海虹桥国际机场中的应用

2021-05-13张伟

现代建筑电气 2021年4期

张伟

[上海电器科学研究所(集团)有限公司, 上海 200063]

0 引言

上海虹桥国际机场传统站坪照明系统控制方式单一,采用本地时控器和手动相结合的定时回路开关控制,不能根据经纬度或节气变化智能调整运行时间、不能实现单个照明的实时监测和故障报警、不能定制各种控制模式,缺乏大数据共享与分析的能力,不能远程综合分析多个站坪区域的照明系统的运行状态[1]。

因此,对机场站坪照明进行网络化智能改造,采用高可靠性的工业级标准产品设计标准,全程网络采用全光纤以太网环网通信技术,实现远程B/S架构监控管理。整个系统采用远程集中管理、区域分布式环网控制模式,对高杆灯照明及机位牌和桥位牌等进行智能开关和运营状态监控,并可根据不同要求和使用时间对照明系统的开闭控制进行分杆、分组、分区域等多种选择,并可结合光照度、经纬度、节气和全夜灯/半夜灯模式以达到按需照明和节能效果。同时系统软件平台设计和硬件架构充分考虑了易于扩展、可多客户端监管的需求,并预留了OPC Server数据接口,可扩展接收航班等智能交互信息,自动开闭相关区域的站坪照明,从而实现机场站坪照明的自动化无人管理[2-3]。

1 站坪照明全网系统控制原理和架构

采用的智能照明控制系统融合了先进的智慧B/S软件管理平台、工业控制通信、能耗趋势监测、照度智能感知、航班信息联动等技术,整体系统基于TCP/IP以太网网络协议的星型主干网+区域环网的通信架构,并通过单模光纤作为连接链路物理介质,可实现站坪照明控制系统平台远程对每个终端智能照明控制器的直接监控和信息交互,更易于高效、高速、高抗干扰性的管理维护[4-5]。

智能照明系统软件管理平台的拓扑结构属于B/S浏览器/服务器模式控制系统,远程服务器主机通过二层网管型核心交换机星型扩展出多个站坪区域控制子光纤环网,实现分布式管理,各控制子光纤环网配备可编程智能照明控制器和工业级环网光电交换机。远程监控中心配备双中心服务器互为备用,并通过智能服务器镜像软件和相关设备实现自动灾备。另外站坪照明控制系统提供OPC Server数据接口,可与航班信息系统或机场传统BA系统进行对接,实现提前智能化开关相应站坪的高杆灯、机位牌和桥位牌[6-7]。

站坪照明全网系统网络拓扑图如图1所示。

图1 站坪照明全网系统网络拓扑图

上海虹桥国际机场的站坪照明全网系统的应用控制架构由终端控制层、网络通信层和系统管理层3部分架构而成[8-9]。

1.1 终端控制层

终端控制层由机场站坪配电间、变配电箱变、高杆灯配电亭等内安装的智能照明控制器、智能电表、工业级环网光电交换机等实现精细到单杆高杆灯、单个机位牌和桥位牌的监控。并配备一对室外型照度传感器作为互为备用、照度比对,智能照明控制器通过RS-485通信方式采集照度传感器的照度值。

可根据站坪照明、机位牌、桥位牌控制要求进行分回路的控制,可进行半夜灯、全夜灯的节能控制模式。各个回路均能进行手动操作,开闭相关区域的照明灯具。并安装智能电表,对电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素等进行分析,将能量和异常信息反馈进入智慧B/S软件管理平台。

1.2 网络通信层

网络通信层是基于TCP/IP以太网网络协议的星型主干网+区域环网的通信架构,并通过单模光纤作为连接链路物理介质。

虹桥T1和T2站坪共划分为10大区域通过星型光纤网络汇聚到远程工业级网管型中心交换机,实现与系统管理层的系统服务器的数据交互。各大区域内智能照明控制器和工业级环网光电交换机通过单模光纤环网实现网络级联和监控,各个智能照明控制器相互独立,单独控制器损坏不影响该区域照明的控制。

1.3 系统管理层

系统管理层由工业级网管型中心交换机、配备镜像软件的双系统服务器、监控电脑、智能照明系统软件管理平台、航班信息联动等组成。T2航站楼主系统服务器和T1航站楼备份系统服务器同步对网络通信层交互的数据进行分析处理和存储等,并通过航班信息系统预留的系统接口和开放的通信协议,来实时读取航班信息作为照明系统精准控制的组成部分。

根据站坪照明系统总体应用需求,工业级网管型中心交换机采用插拔式设计,可后期根据规模扩展添加配置,软件平台也充分考虑数据扩展和接口,系统整体容量大、可扩展性强、安全性能高,满足机场站坪照明后期工程的系统扩容。

站坪照明全网系统的应用系统架构如图2所示。

图2 站坪照明全网系统的应用系统架构

2 站坪照明全网系统设计方案

2.1 虹桥国际机场站坪照明现状

该项目的实施区域为上海虹桥国际机场T1飞行区东区站坪和T2飞行区西区站坪的高杆灯、机位牌和桥位牌,涵盖T1的A楼近机位机坪、T1的B楼近机位机坪、T2的近机位机坪、2#远机位机坪、维修机坪、货运机坪、旧机位机坪等7个站坪区域。其原有站坪配电间、变配电箱变、高杆灯配电亭等照明控制柜控制方式单一,采用本地时控器和手动相结合的定时回路开关控制;不能根据经纬度或节气变化智能调整运行时间,需定期人工调整时控器的开关灯时间实现基本的自动控制;不能实现单杆照明和单个机位牌、桥位牌的实时监测和故障报警,需每天定时人工目视巡检;不能智能采集和分析电量数据,只配备普通型三相电表,通过人工定期抄表记录进行统计;整体站坪照明控制处于手动或半自动控制状态,维护工作量大、运营成本高。

2.2 系统改造设计方案

2.2.1 站坪照明系统设备改造设计

在远程监控中心设置工业级网管型中心交换机、系统服务器、监控电脑,对虹桥国际机场T1和T2站坪管控的高杆灯、机位牌和桥位牌进行智能化改造,系统可实现照明状态、能耗的采集,在线监测和趋势分析,基于能耗模型控制等功能。系统采用多级别安全措施,软件管理平台和智能照明控制器并行控制照明开关。软件管理平台采用B/S架构,可通过Internet或者局域网随时进行Web访问,通过相应的安全机制授权,也可查看系统运行情况[10-11]。

对原有站坪配电间、变配电箱变、高杆灯配电亭等照明控制柜内的时控器和普通三相电表进行设备替换,安装智能照明控制器、三相智能电表、工业级环网光电交换机等,实现精细到单回路照明的智能监控和整柜能耗的自动计量,并依据接触器开闭触点信号反馈和电流值分析失电和灯具损坏等异常情况。

在货运机坪箱变外侧固定安装一对光照感知传感器,照度比对精确感知室外光照的变化,将照度信息上传到软件平台,作为站坪照明整体运营控制的重要模式之一。

2.2.2 智能照明监控平台设计

针对虹桥国际机场站坪照明运营需求,开发设计了智慧B/S软件管理平台[12-13]。机场监控中心软件管理平台交互界面如图3所示。

图3 机场监控中心软件管理平台交互界面

(1) 实时监控。远程二维图形化实时监测高杆灯、机位牌、桥位牌的开关和异常等状态,可切换成“手动控制”,对单个照明控制柜、区域站坪、整个站坪进行开关操作;或切换成“策略控制”,根据定制策略,自动控制站坪照明;或切换成“照度控制”,根据照度阈值自动控制站坪照明;或切换成“航班信息联动控制”,根据航班信息自动控制站坪照明。

(2) 能耗分析。可实现对高杆灯、机坪区域、整个站坪的能耗计量和统计、分析、存储,并可对能耗数据进行年、月、日的比对分析和追溯查询、导出打印等。

(3) 故障检测。对高杆灯、机位牌、桥位牌的开关错误和灯具破损等故障进行检测和报警,系统可自动存储故障,并提供历史数据和修复数据的分类追溯查询。

(4) 用户管理。可添加、编辑、删除管理用户,设定用户名和密码。并对登录状态进行自动记录,可管理、记录和查询历史登录人员情况。

(5) 策略控制。可对整体、分区、分组、分杆等进行照明开闭策略设置,按照经纬度和四季变化预设控制策略,策略控制按照需求最多可预设定制200条策略。

(6) 照度控制。实时采集一对照度传感器的照度值和更新显示,并计算平均值显示。根据需求设定自动控制照度比较阈值,当平均值低于该设定阈值时开启站坪照明。

3 虹桥国际机场站坪照明全网系统实施效果

3.1 安全灵活控制

基于B/S架构的站坪照明全网系统采用多级别安全措施,软件管理平台和终端智能照明控制器同步策略并行控制照明开关,软件管理平台瘫痪不影响终端照明的正常运行,且终端智能照明控制器相互独立,任一台损坏不影响区域其他控制器运行。整体系统具备响应速度快、安全等级高、抗干扰能力强等优点,确保机场站坪照明的亮灯率[14]。

站坪照明全网系统采用多层系统架构,由终端控制层、网络通信层和系统管理层三部分构成,对虹桥机场站坪高杆灯、机位牌、桥位牌进行远程可视化监控[15-16]。可根据运营需求切换成手动控制、节气控制、光感控制、航班信息联动控制等模式。

(1) 手动控制。对站坪各区域高杆灯、机位牌、桥位牌进行远程人工开关或控制模式的切换,可整体、分区、分组、分杆、分回路手动开关,应用于灯具维修检测、消防演习、节假日活动和特殊控制等情况。

(2) 节气控制。根据虹桥机场经纬度和节气变化情况对照明的控制需求定制一年自动开关运营策略,随节气的变化不断自动调整开关运营时间。由软件管理平台自动监控虹桥机场站坪高杆灯、机位牌、桥位牌的开关、模式变化等。

(3) 光感控制。现场变配电箱变安装一对室外光照度传感器,可对机场光照变化进行探测,区分识别四季变化下的白昼和黑夜、恶劣天气,并将照度值采集上传到软件管理平台进行显示和分析,作为站坪照明开关控制的判断依据之一,进一步提升站坪照明全网系统的智能化和节能化。

(4) 航班信息联动控制。系统可通过航班信息系统预留的系统接口和开放的通信协议,来实时读取航班信息用于站坪照明系统实现控制功能。

对于进港航班,在进港前0.5 h提前开启保障机位高杆灯;航班到达后,再预留0.5 h作为保障计划和人员撤离的时间,高杆灯的启停数量和照度需满足标准。

对于离港航班,提前0.5 h开启保障机位高杆灯,为保障车队和人员提供充足的照度,航班离开保障机位0.5 h后,高杆灯的启停数量和照度满足局方标准即可。

对于实际航班信息采集方式、高杆灯管控模式、灯具开启时间和数量,系统调试时应和机场人员配合,根据航班信息、照度测试数据等确定最终航班信息联动管控方案。

3.2 照明数据监测

(1) 电量数据监测。可对虹桥机场站坪配电间、变配电箱变、高杆灯配电亭等照明控制柜的电量进行自动计量和数据采集上传,包含电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素等参数。并通过智慧B/S软件管理平台对电量数据进行自动分析、处理和存储,并提供图形化的历史数据、趋势数据和对比数据,为完善站坪照明系统设计和运行策略提供依据。

(2) 照明状态监测。智能照明控制器通过接触器触点信号反馈输入获取真实开关状态,与上级控制命令进行对比判断故障;通过采集电流值分析失电、灯具损坏等异常情况;通过通信数据交互分析网络中断等异常情况。智慧B/S软件管理平台定期采集机场站坪内高杆灯、机位牌、桥位牌的运营状态和异常故障,并进行可视化显示和及时预警,通过精准定位有效缩短了站坪照明的维修响应时间,提高了检修效率,节省了人力和运营成本。