安科瑞 鮑靜君

　　摘 要：摘要：針對(duì)現(xiàn)有岸電系統(tǒng)均為簡(jiǎn)單的“電網(wǎng)一岸電電源一船舶”連接形式，缺乏統(tǒng)一的監(jiān)控管理軟件平 臺(tái)，分析船舶岸電系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控 系統(tǒng) 的需求，提 出船舶岸電監(jiān)控 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及各功能 實(shí)現(xiàn) ，介紹監(jiān)控 系統(tǒng)的軟硬件。該綜合監(jiān)控 系統(tǒng)將船舶岸電系統(tǒng)

　　的運(yùn)行管理 、設(shè)備監(jiān)控 、環(huán)境監(jiān)測(cè) 、視頻安 防和計(jì)量計(jì)費(fèi)等功能統(tǒng)一起來 ，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好及維護(hù) 簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：港 口；船舶岸電；綜合監(jiān)控 系統(tǒng) ；視頻安防；計(jì)量計(jì)費(fèi)

　　0 引言

　　船舶靠港期間，主要利用船上的副機(jī)來滿足船舶自用電需求。副機(jī)發(fā)電的主要燃料一般為重油或渣油，在發(fā)電的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化合物、硫氧化合物、揮發(fā)性有機(jī)化合物和顆粒污染物，對(duì)港口的空氣造成很大的污染。同時(shí),副機(jī)發(fā)電也會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，嚴(yán)重影響附近居民及船員的生活和工作。船用岸電技術(shù)是指船舶靠港期間停止使用副機(jī)而改用岸上電源供電。因此，使用船舶岸電技術(shù),將基本上去除船舶靠港時(shí)污染物的排放，有利于港口的綠色建設(shè)和節(jié)能減排，同時(shí)對(duì)于船方來說，也可降低燃油消耗成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　目前，我國的岸電系統(tǒng)大多為簡(jiǎn)單的“電網(wǎng)-岸電電源-船舶”連接形式，缺乏相應(yīng)的監(jiān)控管理軟件平臺(tái)，岸電運(yùn)行、設(shè)備監(jiān)控、計(jì)量計(jì)費(fèi)及安全防護(hù)等缺乏統(tǒng)一的管理，岸電處于粗放式運(yùn)行狀態(tài)，這就給船舶岸電的運(yùn)行管理帶來了很多不便，大大增加了船舶岸電的運(yùn)行和維護(hù)難度。因此，有必要將各部分功能相互整合在同一個(gè)監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)中，使船舶岸電工作人員對(duì)用電環(huán)節(jié)實(shí)施統(tǒng)一操作、集中監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度,從而實(shí)現(xiàn)船舶岸電的信息化管理。

　　1船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)需求分析

　　根據(jù)船舶岸電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)及業(yè)主和船方的要求，按照《碼頭船舶岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》 (JTS155—2012)和IEC/ISO/IEEE 80005-1中對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能:能夠顯示船舶岸電系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù),如高壓開關(guān)柜、變壓器及變頻電源的電壓、電流、功率 因數(shù)、頻率、有功功率及無功功率等;能夠顯示船舶岸電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)、接電箱的電纜連接狀態(tài)和綜合保護(hù)裝置狀態(tài)等；能夠及時(shí)顯示岸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)生的故障信息； 具備岸電系統(tǒng)管理功能，便于隨時(shí)查看船舶岸電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的歷史記錄;具備視頻安防功能, 對(duì)岸電系統(tǒng)完成無盲區(qū)覆蓋,可以提高安保水平, 降低工作強(qiáng)度;具備計(jì)量計(jì)費(fèi)功能,便于供電方和船方快速結(jié)算電費(fèi)以及實(shí)時(shí)了解船舶靠港期間的用電量等情況。

　　2船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

　　船舶岸電監(jiān)控系統(tǒng)基于系統(tǒng)骨干網(wǎng)，通過接口裝置，在SCADA系統(tǒng)軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、信息集成和信息共享，為船舶岸電科學(xué)、有效地運(yùn)營組織和管理提供先進(jìn)的技術(shù)手段。船舶岸電監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、光纖環(huán)網(wǎng)、岸基監(jiān)控子網(wǎng)、船基監(jiān)控子網(wǎng)、視頻安防系統(tǒng)及計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)整體拓?fù)浼軜?gòu) 見圖1。

圖1船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)整體拓?fù)浼軜?gòu)

　　2.1監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過通信系統(tǒng)與各現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行信息交互,完成運(yùn)行監(jiān)測(cè)、命令下達(dá)、數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)顯示和統(tǒng)計(jì)分析等功能。通信前置機(jī)負(fù)責(zé)接收各船岸設(shè)備及用戶的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)換和預(yù)處理，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控中心，同時(shí)對(duì)各設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的控制命令。操作員工作站完成對(duì)岸電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作功能，顯示各種圖形和數(shù)據(jù),并進(jìn)行人機(jī)交互，為操作員提供所有功能的入口：顯示各種畫面、表格、告警信息和管理信息，提供遙控、遙調(diào)等操作界面。視頻服務(wù)器對(duì)視頻圖像信息進(jìn)行解碼和處理，通過顯示屏將所有監(jiān)控的圖像顯示出來。

　　2.2光纖環(huán)網(wǎng)

　　光纖環(huán)網(wǎng)是監(jiān)控系統(tǒng)的骨干通信網(wǎng)，物理介質(zhì)采用環(huán)型冗余結(jié)構(gòu)光纖傳輸（工業(yè)以太網(wǎng) 100 Mh∕s∕l 000 Mh∕s）,通信協(xié)議為TCP/IP協(xié)議, 具有速度快、實(shí)時(shí)性好、可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可配置為單環(huán)網(wǎng)或雙環(huán)網(wǎng)形式。監(jiān)控中心和各現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)通過光纖交換機(jī)（工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)）接入到光纖環(huán)網(wǎng)。

　　2.3岸基監(jiān)控子網(wǎng)

　　岸基部分設(shè)備主要包括碼頭主進(jìn)線開關(guān)設(shè)備、變壓器、岸電電源、岸基電源輸出開關(guān)設(shè)備和插電箱等，這些設(shè)備的測(cè)控終端將采集到的數(shù)據(jù)和信息通過雙絞線傳送到現(xiàn)場(chǎng)總線,再通過通信單元的數(shù)據(jù)預(yù)處理和規(guī)約轉(zhuǎn)換傳送到光纖環(huán)網(wǎng)。現(xiàn)場(chǎng)總線采用LonWorks技術(shù),可選用雙絞線、電力線和光纖等多種物理介質(zhì)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活多變.其采用的LonWorks協(xié)議遵循ISO/OSI參考模型，實(shí)現(xiàn)了0SI所定義的全部7層協(xié)議，可根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境而靈 活配置。岸基監(jiān)控子網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 岸基監(jiān)控子網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　2.4船基監(jiān)控子網(wǎng)

　　船基部分設(shè)備包括電纜收放機(jī)構(gòu)、同步屏裝置和主配電屏等。由于這部分設(shè)備主要在船上，只有當(dāng)船舶靠港準(zhǔn)備接入岸電系統(tǒng)時(shí)，才將這部分設(shè)備通過雙絞線直接連接到通信單元上。由于每條船上所用的現(xiàn)場(chǎng)總線可能會(huì)有所不同，需要通過通信單元進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)換，才能將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，以實(shí)現(xiàn)對(duì)船上設(shè)備的監(jiān)控。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 船基監(jiān)控子網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　2.5視頻安防系統(tǒng)

　　船舶岸電的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)是24 h掌握船 岸設(shè)備運(yùn)行情況及指揮處理設(shè)備故障的主要手 段。根據(jù)船舶岸電主要場(chǎng)所及要害部位現(xiàn)場(chǎng)情況 監(jiān)視的需要安裝攝像機(jī)，通過視頻編碼服務(wù)器對(duì) 模擬圖像進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)成IP數(shù)據(jù)流，同時(shí)選擇部分 運(yùn)行信號(hào)編碼，通過光纖環(huán)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)傳到后臺(tái) 監(jiān)控中心,在中心進(jìn)行統(tǒng)一解碼和管理，從而獲得 實(shí)時(shí)岸電設(shè)備狀況和信息，并可根據(jù)實(shí)際情況實(shí) 現(xiàn)對(duì)相應(yīng)設(shè)備、事件的處理。

　　2.6計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)

　　船舶岸電的計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)一般安放在變頻電 源的輸出側(cè)，智能計(jì)量裝置通過測(cè)量岸電電源的 輸出電壓、電流與頻率等參數(shù)得出用電數(shù)據(jù)，并將 該用電數(shù)據(jù)通過RS485接口發(fā)送給計(jì)費(fèi)裝置進(jìn)行計(jì)費(fèi)，再將用電數(shù)據(jù)和計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)通過通信單元接 入到光纖環(huán)網(wǎng)，然后傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行處理。計(jì) 量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　3監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

　　船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有:可監(jiān)測(cè)電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)和開關(guān)合/分閘狀態(tài)等電力參數(shù);具有過載、短路、斷相、漏電和絕緣監(jiān)視等綜合保護(hù)功能；具有計(jì)量計(jì)費(fèi)功能，能夠顯示船舶實(shí)時(shí)用電量及電費(fèi)、單次停泊用電量及電費(fèi)和總用電量及電費(fèi)等;岸電運(yùn)行設(shè)備發(fā)生故障時(shí),實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示報(bào)警事件記錄，具有不同的告警權(quán)限和告警方式，能自動(dòng)記錄繼電保護(hù)、控制裝置和斷路器動(dòng)作的時(shí)間和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)圖表、曲線、事故追憶的數(shù)據(jù)采樣和保存；豐富的圖形編輯及顯示功能，在畫面上可以根據(jù)設(shè)備的具體情況直接控制設(shè)備，對(duì)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行查詢、調(diào)整和復(fù)歸操作等;具有視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，能夠24 h視頻監(jiān)控岸電設(shè)備的運(yùn)行情況;具有報(bào)表制作、顯示和打印功能，可統(tǒng)計(jì)和計(jì)算數(shù)據(jù)。

　　4監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件

　　4.1測(cè)控終端

　　測(cè)控終端是監(jiān)控系統(tǒng)中基本的設(shè)備，負(fù)責(zé) 完成末端的數(shù)據(jù)采集與命令下達(dá)，并與通信單元 進(jìn)行交互。根據(jù)測(cè)控對(duì)象、處理能力和通信介質(zhì)的 不同，測(cè)控終端也分為不同的類型,以達(dá)到靈活部 署、降低成本的目的。測(cè)控終端的核心器件是微處 理器和智能收發(fā)器,根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，微處理 器可以采用ARM7, ARM9或PowerPC,智能收發(fā)器 可以選擇電力線或雙絞線物理層。微處理器主要 承擔(dān)數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及控制命令辨識(shí)等功能, 而智能收發(fā)器主要負(fù)責(zé)在現(xiàn)場(chǎng)總線上收發(fā)數(shù)據(jù)。 測(cè)控終端的基本結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 測(cè)控終端的基本結(jié)構(gòu)

　　4.2通信單元

　　通信單元負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)預(yù)處理和規(guī)約轉(zhuǎn)換, 是信息上傳下達(dá)的關(guān)鍵設(shè)備，各現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議和其他通信協(xié)議將通過規(guī)約轉(zhuǎn)換和隧道技術(shù)在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上完成傳送。通信單元采用高性能嵌入式系統(tǒng)，支持LonTalk協(xié)議和IEC60870-5-101,IEC50870-5-103, IEC50870-5-104 和 CDT 等通信規(guī)約，具備多個(gè)Lon Works雙絞線、以太網(wǎng)、 RS232和RS485接口，可以同時(shí)與多臺(tái)不同通信介質(zhì)的測(cè)控終端進(jìn)行信息交互，并能正確接收、識(shí)別、處理和執(zhí)行監(jiān)控中心的遙控命令。

　　5監(jiān)控系統(tǒng)軟件

　　船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)架由操作系統(tǒng)、支撐平臺(tái)和應(yīng)用功能3個(gè)層次組成，層次結(jié)構(gòu)見圖6。其中:操作系統(tǒng)選用Unix/Windows混合平臺(tái)架構(gòu);支撐平臺(tái)提供的通用服務(wù)功能包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)處理、通用報(bào)表、圖形界面、系統(tǒng)管理、權(quán)限管理、告警及計(jì)算等;應(yīng)用功能包括SCADA功能、計(jì)量計(jì)費(fèi)功能、安保技防功能及岸電系統(tǒng)運(yùn)行信息報(bào)表。支撐平臺(tái)位于操作系統(tǒng)與應(yīng)用功能之間,實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用功能的通用服務(wù)和支撐，為應(yīng)用功 能的一體式集成提供平臺(tái)。支撐平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)訪問或編程接口，支持用戶應(yīng)用軟件的開發(fā)。

圖6 監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　5 安科瑞船舶岸電收費(fèi)系統(tǒng)選型

　　安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費(fèi)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的計(jì)量儀表ADW300，監(jiān)測(cè)充電設(shè)備站點(diǎn)和各個(gè)充電箱的運(yùn)行和充電過程，同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請(qǐng)求，控制儀表對(duì)應(yīng)的操控機(jī)構(gòu)，對(duì)充電樁完成充電過程。

　　充電設(shè)備通過加裝物聯(lián)網(wǎng)儀表，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電運(yùn)營的所有功能，包括財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控和運(yùn)營分析等功能。

　　5.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　5.2平臺(tái)主要功能

　　1)資源管理

　　充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè)，充電樁異常交易監(jiān)測(cè)

　　2)用戶管理

　　用戶注冊(cè)，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

　　3)實(shí)時(shí)監(jiān)控

　　對(duì)平臺(tái)連接的所有充電站和充電箱狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)生異常情況時(shí)可通過APP、短信及時(shí)向運(yùn)營人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)解決火災(zāi)隱患。

　　4)交易管理

　　平臺(tái)為運(yùn)營方提供充電價(jià)格策略管理，訂單管理，賬戶交易記錄，營收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表。

　　5)充電服務(wù)

　　可通過軟件搜索附近充電設(shè)施，查看充電樁設(shè)施，并導(dǎo)航至可用充電樁?？赏ㄟ^在線自助支付實(shí)現(xiàn)充電，充電結(jié)算等

　　6)小程序

　　支持或者支付寶掃碼充電，充電賬單支付。運(yùn)營商和物業(yè)管理人員均可通過小程序管理，監(jiān)測(cè)充電設(shè)施狀態(tài)和充電交易情況。

　　7)運(yùn)營分析

　　對(duì)訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析，直觀展示數(shù)據(jù)

　　5.3 產(chǎn)品選型

　　注：儀表型號(hào)數(shù)量按實(shí)際的單相、三相和電流規(guī)格來選擇。

　　6結(jié)語

　　當(dāng)船舶靠港接上岸電電源后，船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助工作人員對(duì)整個(gè)岸電系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控 ，從而迅速且準(zhǔn)確地掌握各岸電設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息、實(shí)時(shí)狀態(tài)以及船舶的用電數(shù)據(jù)、用電費(fèi)用等情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的故障，并做出相應(yīng)的決策和處理 ，確保所有岸 電設(shè)備安全可靠運(yùn)行。該綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí) 眭好及維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn) ，在船舶岸電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和計(jì)量計(jì)費(fèi)等方面發(fā)揮重要作用。