安科瑞 鮑靜君

　　摘 要：摘要：針對現有岸電系統(tǒng)均為簡單的“電網一岸電電源一船舶”連接形式，缺乏統(tǒng)一的監(jiān)控管理軟件平 臺，分析船舶岸電系統(tǒng)對監(jiān)控 系統(tǒng) 的需求，提 出船舶岸電監(jiān)控 系統(tǒng)的設計思想及各功能 實現 ，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)

　　的運行管理 、設備監(jiān)控 、環(huán)境監(jiān)測 、視頻安 防和計量計費等功能統(tǒng)一起來 ，具有可靠性高、抗干擾能力強、實時性好及維護 簡單等特點。

　　關鍵詞：港 口；船舶岸電；綜合監(jiān)控 系統(tǒng) ；視頻安防；計量計費

　　0 引言

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

　　目前，我國的岸電系統(tǒng)大多為簡單的“電網-岸電電源-船舶”連接形式，缺乏相應的監(jiān)控管理軟件平臺，岸電運行、設備監(jiān)控、計量計費及安全防護等缺乏統(tǒng)一的管理，岸電處于粗放式運行狀態(tài)，這就給船舶岸電的運行管理帶來了很多不便，大大增加了船舶岸電的運行和維護難度。因此，有必要將各部分功能相互整合在同一個監(jiān)控平臺系統(tǒng)中，使船舶岸電工作人員對用電環(huán)節(jié)實施統(tǒng)一操作、集中監(jiān)控和統(tǒng)一調度,從而實現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

　　根據船舶岸電系統(tǒng)運行的經驗及業(yè)主和船方的要求，按照《碼頭船舶岸電設施建設技術規(guī)范》 (JTS155—2012)和IEC/ISO/IEEE 80005-1中對監(jiān)控系統(tǒng)的要求，船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)應具備以下功能:能夠顯示船舶岸電系統(tǒng)的運行數據,如高壓開關柜、變壓器及變頻電源的電壓、電流、功率 因數、頻率、有功功率及無功功率等;能夠顯示船舶岸電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如系統(tǒng)的開關狀態(tài)、接電箱的電纜連接狀態(tài)和綜合保護裝置狀態(tài)等；能夠及時顯示岸電系統(tǒng)運行過程中發(fā)生的故障信息； 具備岸電系統(tǒng)管理功能，便于隨時查看船舶岸電系統(tǒng)的運行狀況的歷史記錄;具備視頻安防功能, 對岸電系統(tǒng)完成無盲區(qū)覆蓋,可以提高安保水平, 降低工作強度;具備計量計費功能,便于供電方和船方快速結算電費以及實時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

　　船舶岸電監(jiān)控系統(tǒng)基于系統(tǒng)骨干網，通過接口裝置，在SCADA系統(tǒng)軟件平臺上實現多專業(yè)、多系統(tǒng)的數據采集、信息集成和信息共享，為船舶岸電科學、有效地運營組織和管理提供先進的技術手段。船舶岸電監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、光纖環(huán)網、岸基監(jiān)控子網、船基監(jiān)控子網、視頻安防系統(tǒng)及計量計費系統(tǒng)組成，系統(tǒng)整體拓撲架構 見圖1。

圖1船舶岸電綜合監(jiān)控系統(tǒng)整體拓撲架構

　　2.1監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過通信系統(tǒng)與各現場系統(tǒng)進行信息交互,完成運行監(jiān)測、命令下達、數據分析、狀態(tài)顯示和統(tǒng)計分析等功能。通信前置機負責接收各船岸設備及用戶的實時數據，進行相應的規(guī)約轉換和預處理，通過網絡傳輸給監(jiān)控中心，同時對各設備發(fā)送相應的控制命令。操作員工作站完成對岸電設備的實時監(jiān)控和操作功能，顯示各種圖形和數據,并進行人機交互，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、遙調等操作界面。視頻服務器對視頻圖像信息進行解碼和處理，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

　　光纖環(huán)網是監(jiān)控系統(tǒng)的骨干通信網，物理介質采用環(huán)型冗余結構光纖傳輸（工業(yè)以太網 100 Mh∕s∕l 000 Mh∕s）,通信協議為TCP/IP協議, 具有速度快、實時性好、可靠性高和抗干擾能力強的優(yōu)點，可配置為單環(huán)網或雙環(huán)網形式。監(jiān)控中心和各現場系統(tǒng)通過光纖交換機（工業(yè)以太網交換機）接入到光纖環(huán)網。

　　2.3岸基監(jiān)控子網

　　岸基部分設備主要包括碼頭主進線開關設備、變壓器、岸電電源、岸基電源輸出開關設備和插電箱等，這些設備的測控終端將采集到的數據和信息通過雙絞線傳送到現場總線,再通過通信單元的數據預處理和規(guī)約轉換傳送到光纖環(huán)網。現場總線采用LonWorks技術,可選用雙絞線、電力線和光纖等多種物理介質。網絡拓撲結構靈活多變.其采用的LonWorks協議遵循ISO/OSI參考模型，實現了0SI所定義的全部7層協議，可根據不同的應用環(huán)境而靈 活配置。岸基監(jiān)控子網拓撲結構見圖2。

圖2 岸基監(jiān)控子網拓撲結構

　　2.4船基監(jiān)控子網

　　船基部分設備包括電纜收放機構、同步屏裝置和主配電屏等。由于這部分設備主要在船上，只有當船舶靠港準備接入岸電系統(tǒng)時，才將這部分設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場總線可能會有所不同，需要通過通信單元進行相應的規(guī)約轉換，才能將數據信息傳輸到監(jiān)控中心，以實現對船上設備的監(jiān)控。拓撲結構見圖3。

圖3 船基監(jiān)控子網拓撲結構

　　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 岸設備運行情況及指揮處理設備故障的主要手 段。根據船舶岸電主要場所及要害部位現場情況 監(jiān)視的需要安裝攝像機，通過視頻編碼服務器對 模擬圖像進行編碼轉成IP數據流，同時選擇部分 運行信號編碼，通過光纖環(huán)網傳輸系統(tǒng)傳到后臺 監(jiān)控中心,在中心進行統(tǒng)一解碼和管理，從而獲得 實時岸電設備狀況和信息，并可根據實際情況實 現對相應設備、事件的處理。

　　2.6計量計費系統(tǒng)

　　船舶岸電的計量計費系統(tǒng)一般安放在變頻電 源的輸出側，智能計量裝置通過測量岸電電源的 輸出電壓、電流與頻率等參數得出用電數據，并將 該用電數據通過RS485接口發(fā)送給計費裝置進行計費，再將用電數據和計費數據通過通信單元接 入到光纖環(huán)網，然后傳輸到監(jiān)控中心進行處理。計 量計費系統(tǒng)拓撲結構見圖4。

圖4 計量計費系統(tǒng)拓撲結構

　　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)測電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數和開關合/分閘狀態(tài)等電力參數;具有過載、短路、斷相、漏電和絕緣監(jiān)視等綜合保護功能；具有計量計費功能，能夠顯示船舶實時用電量及電費、單次停泊用電量及電費和總用電量及電費等;岸電運行設備發(fā)生故障時,實時數據顯示報警事件記錄，具有不同的告警權限和告警方式，能自動記錄繼電保護、控制裝置和斷路器動作的時間和狀態(tài)，實現圖表、曲線、事故追憶的數據采樣和保存；豐富的圖形編輯及顯示功能，在畫面上可以根據設備的具體情況直接控制設備，對保護設備進行查詢、調整和復歸操作等;具有視頻實時監(jiān)控功能，能夠24 h視頻監(jiān)控岸電設備的運行情況;具有報表制作、顯示和打印功能，可統(tǒng)計和計算數據。

　　4監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵硬件

　　4.1測控終端

　　測控終端是監(jiān)控系統(tǒng)中基本的設備，負責 完成末端的數據采集與命令下達，并與通信單元 進行交互。根據測控對象、處理能力和通信介質的 不同，測控終端也分為不同的類型,以達到靈活部 署、降低成本的目的。測控終端的核心器件是微處 理器和智能收發(fā)器,根據應用環(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 承擔數據采集、預處理以及控制命令辨識等功能, 而智能收發(fā)器主要負責在現場總線上收發(fā)數據。 測控終端的基本結構見圖5。

圖5 測控終端的基本結構

　　4.2通信單元

　　通信單元負責完成數據預處理和規(guī)約轉換, 是信息上傳下達的關鍵設備，各現場系統(tǒng)的現場總線協議和其他通信協議將通過規(guī)約轉換和隧道技術在TCP/IP網絡上完成傳送。通信單元采用高性能嵌入式系統(tǒng)，支持LonTalk協議和IEC60870-5-101,IEC50870-5-103, IEC50870-5-104 和 CDT 等通信規(guī)約，具備多個Lon Works雙絞線、以太網、 RS232和RS485接口，可以同時與多臺不同通信介質的測控終端進行信息交互，并能正確接收、識別、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)的軟件構架由操作系統(tǒng)、支撐平臺和應用功能3個層次組成，層次結構見圖6。其中:操作系統(tǒng)選用Unix/Windows混合平臺架構;支撐平臺提供的通用服務功能包括實時數據處理、歷史數據處理、通用報表、圖形界面、系統(tǒng)管理、權限管理、告警及計算等;應用功能包括SCADA功能、計量計費功能、安保技防功能及岸電系統(tǒng)運行信息報表。支撐平臺位于操作系統(tǒng)與應用功能之間,實現對應用功能的通用服務和支撐，為應用功 能的一體式集成提供平臺。支撐平臺提供標準的服務訪問或編程接口，支持用戶應用軟件的開發(fā)。

圖6 監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構

　　5 安科瑞船舶岸電收費系統(tǒng)選型

　　安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費系統(tǒng)通過物聯網技術對接入系統(tǒng)的計量儀表ADW300，監(jiān)測充電設備站點和各個充電箱的運行和充電過程，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；用戶通過小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制儀表對應的操控機構，對充電樁完成充電過程。

　　充電設備通過加裝物聯網儀表，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數據交互協議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電運營的所有功能，包括財務管理、變壓器監(jiān)控和運營分析等功能。

　　5.1系統(tǒng)結構

　　5.2平臺主要功能

　　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，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測

　　2)用戶管理

　　用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

　　3)實時監(jiān)控

　　對平臺連接的所有充電站和充電箱狀態(tài)進行監(jiān)視，發(fā)生異常情況時可通過APP、短信及時向運營人員發(fā)出報警信號，及時解決火災隱患。

　　4)交易管理

　　平臺為運營方提供充電價格策略管理，訂單管理，賬戶交易記錄，營收和財務相關報表。

　　5)充電服務

　　可通過軟件搜索附近充電設施，查看充電樁設施，并導航至可用充電樁。可通過在線自助支付實現充電，充電結算等

　　6)小程序

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

　　7)運營分析

　　對訂單進行數據化分析，直觀展示數據

　　5.3 產品選型

　　注：儀表型號數量按實際的單相、三相和電流規(guī)格來選擇。

　　6結語

　　當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整個岸電系統(tǒng)進行集中監(jiān)控 ，從而迅速且準確地掌握各岸電設備運行的實時信息、實時狀態(tài)以及船舶的用電數據、用電費用等情況，及時發(fā)現設備運行中的故障，并做出相應的決策和處理 ，確保所有岸 電設備安全可靠運行。該綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強、實時 眭好及維護簡單等特點 ，在船舶岸電系統(tǒng)運行監(jiān)控、數據采集和計量計費等方面發(fā)揮重要作用。