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淺談船舶港口岸電信息監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)與應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù):1254 更新時(shí)間:2020-08-24

王蒙蒙

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘 要:基于現(xiàn)有岸電技術(shù)的發(fā)展,對(duì)船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻技術(shù),實(shí)現(xiàn)船舶靠港使用岸電全過程的一體化監(jiān)控。通過與港口三遙系統(tǒng)和抄表系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電力調(diào)度和電能管理功能。通過采用信息技術(shù),進(jìn)一步提升船岸連接的安全性和可靠性,并在實(shí)際項(xiàng)目中得到相關(guān)應(yīng)用。

 

關(guān)鍵詞:船舶岸基供電;信息監(jiān)控;Modbus on TCP

 

0 引言

      隨著船舶污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格,船舶靠港使用岸電已成為控制港口船舶污染物排放的重要措施。目前,歐美等地的發(fā)達(dá)已普遍推廣使用岸電,我也已開始開展船舶岸電系統(tǒng)技術(shù)研究及其應(yīng)用推廣工作。船舶靠港使用岸電既是航運(yùn)業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì),也是建設(shè)綠色港口的實(shí)際需求。內(nèi)在船舶中壓交流岸電系統(tǒng)研究方面已取得較大進(jìn)展,產(chǎn)的船端產(chǎn)品(如電纜卷筒、岸電配電屏)和岸端變頻電源等都已得到應(yīng)用。近年來,結(jié)合港口建設(shè)的需要和在岸電建設(shè)上給予的財(cái)政補(bǔ)助,岸電建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多,已形成一定的規(guī)模 。

船舶在靠港期間使用岸電時(shí),需對(duì)高壓電站、岸基變頻電站(含變壓器)、岸電接電箱、電纜卷車和船端高壓配電屏等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,確保岸電上船并網(wǎng)安全,并提供岸電供電期間的安全聯(lián)鎖功能,實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度和電能管理等功能。同時(shí),系統(tǒng)應(yīng)能利用不同的通信方式將這些信息推送出去,使操作人員能通過中控或本地的電腦終端、APP等方式實(shí)時(shí)了解岸電使用情況,確保系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行。

 

1 概述

      一般來說,船舶岸基供電系統(tǒng)主要包含岸端變頻電站、船岸連接部分和船端同步并車裝置等3部分(見圖1)。以高壓 - 高壓上船方式為例,船舶岸基供電系統(tǒng)主要由以下設(shè)備組成 。

1)岸端變頻電站:變電所高壓饋線柜,變頻電站內(nèi)高壓進(jìn)線柜、整流單元、移相變壓器、逆變單元、隔離變壓器、高壓饋線柜等。

2)船岸連接部分:岸邊接電箱、電纜卷筒等。

3 )船端設(shè)備:岸電接入屏、并車屏等。

 

圖 1船舶岸基供電系統(tǒng)示意

      船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)主要通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻技術(shù),實(shí)現(xiàn)船舶靠港使用岸電過程中融合設(shè)備監(jiān)控、視頻監(jiān)控和信息管理等功能的一體化監(jiān)控,通過與港口三遙系統(tǒng)和抄表系統(tǒng)進(jìn)行后臺(tái)對(duì)接,在管理層面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電力調(diào)度和電能管理功能,提升船舶靠港期間使用岸電的安全性和可靠性。

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和控制及系統(tǒng)各相關(guān)設(shè)備之間的安全聯(lián)鎖保護(hù)等功能;視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)人員現(xiàn)場(chǎng)操作過程實(shí)時(shí)監(jiān)控,視頻內(nèi)容存儲(chǔ)、查詢和匯總等;信息管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ),根據(jù)用戶需求將數(shù)據(jù)打印、匯總并分發(fā)給其他系統(tǒng)、客戶端及APP 。

船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)硬件主要由以下幾部分組成。

1)信息采集與設(shè)備控制系統(tǒng):雙CPU( Central  Processing  Unit)冗余PLC( PProgrammable  Logic  Controller)控制站、遠(yuǎn)程IO站、上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信接口模塊(與三遙系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)等對(duì)接)。

2)視頻監(jiān)控系統(tǒng):箱式變頻電源電站、變電所和碼頭接電箱等工作區(qū)域的攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、成對(duì)光收發(fā)器、液晶顯示器等。

3)信息管理系統(tǒng): WEB服務(wù)器、客戶端和APP等。

4)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:三層交換機(jī)( VLAN劃分)、視頻數(shù)據(jù)交換機(jī)、控制網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、船岸光纖通信接口模塊和無線數(shù)據(jù)傳輸裝置(船岸備用通信)。

 

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

      本文主要結(jié)合黃驊港岸基供電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用,對(duì)船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行說明。船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)主要通過設(shè)備監(jiān)控、視頻監(jiān)控和信息化等手段實(shí)現(xiàn)港口岸電系統(tǒng)的一體化管控。系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上分為管理層、就地層和現(xiàn)場(chǎng)層等3層,具體見圖2 。

 

圖 2 船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)圖

2.1 管理層

      管理層部署在港區(qū)控制中心,主要用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體監(jiān)控和信息管理。

1)岸電監(jiān)控及信息管理系統(tǒng),在控制中心部署岸電控制終端、三遙系統(tǒng)終端、消防主機(jī)、信息管理終端和終端等,通過控制以太網(wǎng)來與就地層的相關(guān)設(shè)備(如集裝箱內(nèi)的雙CPU冗余PLC信息采集及監(jiān)控系統(tǒng)、集裝箱及港區(qū)變電所相關(guān)高壓進(jìn)出線柜、變頻電源裝置和高壓保護(hù)裝置等)通信。

2)視頻監(jiān)控系統(tǒng),在控制中心配置視頻綜合管理平臺(tái)和LED顯示大屏等設(shè)備,所有現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)進(jìn)入視頻綜合管理平臺(tái),根據(jù)預(yù)設(shè)的投屏策略,將需顯示的信息以靜態(tài)或輪詢的方式顯示在LED顯示大屏上,畫面可根據(jù)需要作分屏和拼屏處理。

      在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面,在控制中心部署一套核心交換機(jī),在核心交換機(jī)上對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 VLAN劃分,并對(duì)視頻虛擬網(wǎng)絡(luò)和控制虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)分。同時(shí),核心交換機(jī)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備之后接通Internet網(wǎng)絡(luò),為信息監(jiān)控系統(tǒng)提供外網(wǎng)服務(wù)。

2.2就地層

      就地層部署在集裝箱式變頻電站內(nèi),主要實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)信息采集、控制中心命令接收及設(shè)備控制、視頻信號(hào)采集及存儲(chǔ)和本地視頻顯示等功能。

1)岸電監(jiān)控系統(tǒng),在箱式變電站內(nèi)配置雙CPU冗余PLC控制系統(tǒng)、IO設(shè)備、監(jiān)控上位機(jī)和控制層交換機(jī)等,實(shí)現(xiàn)與控制中心的控制終端和信息管理終端的通信,上傳本地岸電設(shè)備信息及系統(tǒng)狀態(tài),接收控制中心指令。

2)視頻監(jiān)控系統(tǒng),在箱式變電站內(nèi)配置監(jiān)控?cái)z像機(jī)、視頻信號(hào)光收發(fā)器、視頻交換機(jī)、硬盤錄像機(jī)和液晶顯示器等設(shè)備,所有現(xiàn)場(chǎng)的攝像機(jī)和集裝箱內(nèi)的攝像機(jī)通過光電轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換成光路信號(hào),通過光纖進(jìn)入集裝箱,轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)入硬盤錄像機(jī)。液晶顯示器通過VGA線或HDMI線接入硬盤錄像機(jī),既可查看各攝像頭記錄的實(shí)時(shí)影像,也可查詢歷史視頻信息。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上,視頻網(wǎng)絡(luò)的匯聚層交換機(jī)與控制網(wǎng)絡(luò)的匯聚層交換機(jī)嚴(yán)格分開,分別通過光纖與控制中心核心交換機(jī)不同VLAN的端口連接。

      雙CPU冗余PLC控制系統(tǒng)通過光纖網(wǎng)絡(luò)連接船載岸電管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)岸電上船及并車的系統(tǒng)狀態(tài)和安全信息交互,同時(shí)部署一套無線數(shù)傳設(shè)備,作為雙方通信的備用設(shè)備,確保船岸通信穩(wěn)定、可靠。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)層

      現(xiàn)場(chǎng)層的設(shè)備主要包括攝像機(jī)、岸邊接電箱內(nèi)設(shè)備、港區(qū)變電所內(nèi)高壓饋線柜、箱式變電站內(nèi)變頻電源、高壓進(jìn)出線柜和消防系統(tǒng)等,這些設(shè)備分別通過視頻網(wǎng)和控制網(wǎng)接入岸電監(jiān)控信息管理系統(tǒng)的視頻系統(tǒng)、三遙系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等。

 

3 系統(tǒng)功能

      船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)通過與PLC控制系統(tǒng)、三遙系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,采集船舶靠港使用岸電期間各系統(tǒng)或設(shè)備(包括變頻電源、高壓進(jìn)出線柜、綜合保護(hù)裝置、岸邊接電箱和電能質(zhì)量裝置等)的狀態(tài)和電力參數(shù),管理岸電的上船和離船,控制岸電與船電并網(wǎng)自動(dòng)轉(zhuǎn)移負(fù)載,實(shí)現(xiàn)岸電連船全過程作業(yè)管理,并提供岸電系統(tǒng)的設(shè)備管理、電能管理、報(bào)警管理、安全保護(hù)和WEB發(fā)布等功能。船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)功能見圖3.

 

3.1 控制系統(tǒng)功能

      船舶岸電信息監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)所有變頻電站設(shè)備(包括變壓器、變頻電源、線路和補(bǔ)償裝置等)的保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制和調(diào)節(jié)等功能,保證港區(qū)變電所和碼頭箱式變電站安全運(yùn)行;同時(shí),能在控制中心的岸電監(jiān)控終端和信息管理終端、箱式變電站監(jiān)控上位機(jī)上瀏覽岸電系統(tǒng)及各設(shè)備的狀態(tài)、變電站工況參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖等,并能實(shí)現(xiàn)報(bào)警及故障管理、報(bào)表查詢及打印等功能。

3.1.1 數(shù)據(jù)采集顯示及控制

      控制系統(tǒng)通過 I/O接口或通信的方式獲取相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),如:高壓開關(guān)柜的狀態(tài);變頻電源的運(yùn)行狀態(tài);變壓器運(yùn)行狀態(tài);消防、通風(fēng)和照明等系統(tǒng)的狀態(tài)。用戶可通過上位機(jī)觀測(cè)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。操作人員可通過上位機(jī)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控,達(dá)到改變系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的目的。

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要包含進(jìn)線開關(guān)柜監(jiān)控、出線開關(guān)柜監(jiān)控、移相變壓器監(jiān)控、隔離變壓器監(jiān)控、變頻電源監(jiān)控和岸邊接電箱監(jiān)控。

3.1.2 船岸通信

      岸電系統(tǒng)可通過光纖與船電控制設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互,用戶可通過上位機(jī)界面實(shí)時(shí)了解船岸并網(wǎng)和船端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù),以確保船岸設(shè)備穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

根據(jù) IEC/ISO/IEEE80005-1的要求,船載岸電與港口岸基系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信光纜采用多模光纜,以無線通信方式作為冗余。光纖通信及無線通信協(xié)議均采用TCP/IP ,通信內(nèi)容包括以下2部分。

1)岸基系統(tǒng)向船載系統(tǒng)輸出信號(hào):斷路器位置、高壓準(zhǔn)備就緒、相電壓、線電流、報(bào)警信號(hào)和電量計(jì)數(shù)。

2)船載系統(tǒng)向岸基系統(tǒng)輸出信號(hào):母線電壓 X3 、進(jìn)線開關(guān)電流 X3 、電源頻率、電源相角、高壓啟動(dòng)請(qǐng)求、岸基高壓開關(guān)分/合指令、進(jìn)線開關(guān)位置、接地開關(guān)位置、緊急停止信號(hào)、船名及身份識(shí)別。

3.1.3 岸電上船/離船控制

      船舶靠港之后,船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)通過光纖或無線通信的方式與船端岸電控制屏通信,將岸端供電系統(tǒng)的狀態(tài)等信息發(fā)送給船端,同時(shí)接收船端設(shè)備發(fā)送的信息。岸端信息監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)通信數(shù)據(jù)識(shí)別所在泊位的船型、容量和電壓制式,自動(dòng)選擇輸出相應(yīng)的電源電制和容量,滿足船舶用電需求。

岸電上船/離船的指令既可由岸端管理系統(tǒng)發(fā)出,也可由船端系統(tǒng)發(fā)出,下面以岸端發(fā)出為例,對(duì)連船流程進(jìn)行介紹。

3.1.3.1 岸電上船(靠泊送電)

      岸端操作人員通過船舶岸電新監(jiān)控系統(tǒng)檢查岸端供電系統(tǒng)的狀態(tài),通知船端操作電纜卷車并下放高壓電纜和插頭,同時(shí)與岸邊接電箱進(jìn)行可靠連接。岸端供電系統(tǒng)高壓供電回路電源開關(guān)按從輸入側(cè)至輸出側(cè)受控的順序依次閉合,啟動(dòng)變頻電源。同時(shí),岸端信息監(jiān)控系統(tǒng)向船端發(fā)出通信請(qǐng)求,待船端確認(rèn)之后建立船岸通信。岸端供電系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通信識(shí)別靠泊船舶的船型和電源電制,經(jīng)人工確認(rèn),控制變頻電源輸出符合船端用電要求的電源,并保持穩(wěn)定、可靠、持續(xù)運(yùn)行。

岸端供電系統(tǒng)跟蹤船側(cè)電網(wǎng)的電壓、頻率和相位角,調(diào)整變頻電源的電壓、頻率和相位角,使其與船端電網(wǎng)的電壓、頻率和相位角同時(shí)*相等,隨后向船端系統(tǒng)發(fā)出并車指令,進(jìn)行岸電上船并網(wǎng),負(fù)載從船電轉(zhuǎn)移到岸電,船上控制設(shè)備同時(shí)斷開船側(cè)發(fā)電機(jī)相關(guān)開關(guān),控制發(fā)電機(jī)停止運(yùn)作。具體岸電上船流程見圖4 。

 

圖 4  岸電上船流程

3.1.3.2  岸電離船(斷電離泊)

      岸端供電系統(tǒng)向船上控制設(shè)備發(fā)出發(fā)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)作指令,跟蹤船側(cè)電網(wǎng)的電壓、頻率和相位角,調(diào)整變頻電源的電壓、頻率和相位角,使其與船側(cè)電網(wǎng)的電壓、頻率、相位角同時(shí)*相等,隨后向船上控制設(shè)備發(fā)出控制閉合船側(cè)發(fā)電機(jī)相關(guān)開關(guān)及打開船電、岸電隔離開關(guān)的指令,進(jìn)行岸電離船,負(fù)載電流受控從岸電轉(zhuǎn)移到船電操作。

當(dāng)船電、岸電隔離開關(guān)和岸基主回路電源開關(guān)可靠斷開之后,控制變頻電源停止輸出。岸端供電系統(tǒng)主回路電源開關(guān)按從輸出側(cè)至輸入側(cè)的順序依次斷開。將船舶岸電電纜從岸電接線箱拆除,完成岸電離船操作。具體岸電離船流程見圖5 。

 

圖 5  岸電離船流程

3.1.4 聯(lián)鎖保護(hù)與報(bào)警

      在PLC上根據(jù)預(yù)設(shè)聯(lián)鎖預(yù)案編輯保護(hù)功能,控制器與通風(fēng)、照明、消防等設(shè)備均互聯(lián)互通,一旦有特殊情況發(fā)生,系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出提示警報(bào),并自動(dòng)執(zhí)行預(yù)案指令。

3.1.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及查詢

信息監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)及其他系統(tǒng)信息,主要包括用戶操作歷史記錄、設(shè)備狀態(tài)、流程故障、電參數(shù)數(shù)據(jù)和抄表數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和存儲(chǔ),并將其發(fā)送給變電所相關(guān)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。用戶可根據(jù)自身需求,通過不同檢索方式查詢所需信息,并按一定格式打印成報(bào)表、電子表格等紙質(zhì)文檔。

3.1.6 用戶及權(quán)限管理

用戶可按操作權(quán)限等級(jí)分為管理員級(jí)、工程師級(jí)和操作員級(jí)。系統(tǒng)可為不同級(jí)別的人員分配不同的權(quán)限。用戶可根據(jù)自身需求增減每個(gè)級(jí)別登錄帳號(hào)的數(shù)量,并給每個(gè)帳號(hào)設(shè)置獨(dú)立的密碼。每個(gè)帳號(hào)的登錄、退出及其他操作的歷史數(shù)據(jù)會(huì)被系統(tǒng)記錄,以備查閱。

3.2 視頻監(jiān)控功能

l 在港區(qū)變電所、集裝箱式變頻電站、岸邊接電箱和作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等地布設(shè)高清攝像機(jī),通過光收發(fā)器將視頻

l 信號(hào)傳給箱式變頻電站內(nèi)的視頻交換機(jī),分別進(jìn)入箱式變頻電站內(nèi)的硬盤錄像機(jī)和控制中心綜合管理平臺(tái)。

l 視頻信號(hào)既可在箱式變頻電站內(nèi)通過硬盤錄像機(jī)的 VGA / HDMI口輸出到本地液晶顯示器上顯示,也可在控制中心通過視頻綜合服務(wù)平臺(tái)送到 LED 大屏上顯示。

l 這 2 種方式都可對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行拼屏、分屏和視頻源切換等操作。同時(shí),可在視頻畫面上疊加攝像機(jī)名稱和位置等信息。具體視頻監(jiān)控功能如下:

1)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視功能。系統(tǒng)為用戶提供高清晰度的實(shí)時(shí)圖像,具有單畫面模式與多畫面模式切換的功能,能實(shí)現(xiàn)輪巡、快捷鍵調(diào)取和圖像抓拍。

2)遠(yuǎn)程控制功能。用戶可在監(jiān)控終端上通過鍵盤和鼠標(biāo)對(duì)攝像機(jī)的焦距、俯仰和水平旋轉(zhuǎn)等進(jìn)行控制,可自動(dòng)或手動(dòng)切換觀察區(qū)域的畫面。

3)圖像存儲(chǔ)和回放功能。系統(tǒng)具有對(duì)實(shí)時(shí)視頻信息進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)存儲(chǔ)的功能,能根據(jù)時(shí)間、地點(diǎn)、事件等條件觸發(fā)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)策略。用戶可根據(jù)時(shí)間、地點(diǎn)和事件等條件進(jìn)行檢索和回放。

4)管理功能。視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用靈活、方便,具有用戶鑒權(quán)和分級(jí)管理的功能。

3.3 安全保護(hù)功能

船舶岸基供電系統(tǒng)供電涉及到的設(shè)備既包括岸端的變頻電源和變壓器,又有船載變壓器、岸電屏、并車屏及船舶電站系統(tǒng)。為保證設(shè)備安全運(yùn)行,還需采取相關(guān)的安全保護(hù)措施,如船岸等電位保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、相序保護(hù)、欠/過壓保護(hù)、欠/過頻保護(hù)、接地故障保護(hù)和變壓器超溫保護(hù)等。同時(shí),還應(yīng)在操作上提供硬件聯(lián)鎖功能,防止誤操作,如:開關(guān)與地刀聯(lián)鎖;開關(guān)與電纜插頭聯(lián)鎖;岸邊接電箱箱門與開關(guān)聯(lián)鎖;地刀與電纜插頭互鎖等。

3.4 信息管理功能

3.4.1 連船作業(yè)管理

3.4.1.1 計(jì)劃管理

      計(jì)劃員將近期的船舶計(jì)劃(泊位計(jì)劃和岸電上船計(jì)劃)錄入管理系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)船名、船東、流向等信息和船舶代理公司提供的船名、航次等信息,結(jié)合泊位信息和設(shè)備利用情況等自動(dòng)生成作業(yè)計(jì)劃。計(jì)劃主管根據(jù)泊位及設(shè)備、天氣等情況對(duì)作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行審核和調(diào)整,排定作業(yè)計(jì)劃。

作業(yè)計(jì)劃確認(rèn)之后下發(fā)給港口生產(chǎn)管理系統(tǒng)。生產(chǎn)管理人員按照作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè),岸電系統(tǒng)管理人員按照作業(yè)計(jì)劃做好船舶岸基供電準(zhǔn)備及操作等工作。

作業(yè)計(jì)劃、計(jì)劃變更和計(jì)劃執(zhí)行情況都會(huì)自動(dòng)記錄在系統(tǒng)中,以備管理人員事后查詢。

3.4.1.2 作業(yè)實(shí)績管理

      船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)將統(tǒng)計(jì)好的作業(yè)實(shí)績數(shù)據(jù)(包括船舶信息、電能信息和作業(yè)過程數(shù)據(jù)等)保存到數(shù)據(jù)庫中,管理人員得到相關(guān)作業(yè)數(shù)據(jù)之后進(jìn)行匯總、確認(rèn)和編輯,形成作業(yè)實(shí)績進(jìn)行記錄并錄入系統(tǒng)。

系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢和生產(chǎn)報(bào)表分析的功能。

3.4.1.3 作業(yè)交接管理

      船舶岸電作業(yè)完畢之后,生產(chǎn)部門組織相關(guān)方(船方、港口)進(jìn)行交接。在交接時(shí),按操作流程填寫作業(yè)

交接單,確認(rèn)作業(yè)數(shù)據(jù)。交接完畢之后,作業(yè)交接單一份交給港口銷售部門保存,一份傳給船公司留作比對(duì)。

交接記錄結(jié)合作業(yè)實(shí)績記錄,作為供電方(港口)與使用方(船方)的電量結(jié)算依據(jù)。

3.4.2 設(shè)備管理

      設(shè)備管理模塊為船舶岸基供電系統(tǒng)提供設(shè)備和資產(chǎn)的維修保養(yǎng)、采購管理、使用人員管理、設(shè)備證書管

理、使用管理和物料管理等功能,實(shí)現(xiàn)港區(qū)變頻供電系統(tǒng)所有設(shè)備(含備件物料)的資產(chǎn)日常管理和運(yùn)維管理。

1)資產(chǎn)日常管理包含船舶岸電系統(tǒng)的資產(chǎn)臺(tái)賬、資產(chǎn)轉(zhuǎn)移、資產(chǎn)維修、資產(chǎn)盤點(diǎn)、資產(chǎn)報(bào)廢、資產(chǎn)處置和備件管理。用戶可將設(shè)備信息錄入系統(tǒng),生成資產(chǎn)卡片,系統(tǒng)實(shí)時(shí)更新和記錄跟蹤設(shè)備管理的各個(gè)屬性及關(guān)聯(lián)信息,支持設(shè)備統(tǒng)一編碼、打印條碼或二維碼,并可根據(jù)使用部門及負(fù)責(zé)人等信息進(jìn)行查詢、訂閱和推送通知。

2)設(shè)備運(yùn)維管理包含船舶岸電系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)預(yù)警、檢修計(jì)劃管理、遠(yuǎn)程維護(hù)、維護(hù)過程記錄和維護(hù)預(yù)警,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備和部件使用年限的自動(dòng)報(bào)警功能;遠(yuǎn)程維護(hù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)維人員在異地遠(yuǎn)程登錄的申請(qǐng)和登錄。

3.4.3 電能管理

      岸電信息監(jiān)控系統(tǒng)與三遙系統(tǒng)通信,通信協(xié)議選用IEC61850-104 或 Modbus TCP ,采集電壓、電流和功率因素等參數(shù),進(jìn)行遙測(cè)人工置數(shù)、零飄處理、遙測(cè)越限報(bào)警、各種統(tǒng)計(jì)(日月Max、Min和平均值)和事故追憶等,能實(shí)時(shí)查看并處理開關(guān)和刀閘狀態(tài)、保護(hù)硬接點(diǎn)和變壓器分接頭位置,同時(shí)具有保護(hù)動(dòng)作、保護(hù)告警、事故總遙信、預(yù)告總遙信等功能;能進(jìn)行遙控和允許、開關(guān)及保護(hù)動(dòng)作次數(shù)統(tǒng)計(jì);能接收電度表數(shù)據(jù),積分計(jì)算電量,并按照電度量的日、月、年進(jìn)行峰、谷、平統(tǒng)計(jì)和分析;系統(tǒng)還提供有功無功功率總加、安全天數(shù)自動(dòng)計(jì)算、變壓器負(fù)荷率和損耗統(tǒng)計(jì)、母線不平衡率和母線電壓運(yùn)行參數(shù)不合格時(shí)間及合格率統(tǒng)計(jì)、電容器電抗器的投入時(shí)間和利用率及投切次數(shù)統(tǒng)計(jì)、遙控遙調(diào)次數(shù)和成功率統(tǒng)計(jì)等復(fù)合功能的統(tǒng)計(jì)分析功能。

3.4.4 報(bào)警管理

      系統(tǒng)可保存設(shè)備運(yùn)行過程中的所有故障信息,包括故障名稱、故障發(fā)生時(shí)間、故障復(fù)位時(shí)間和故障內(nèi)容等。故障管理可提供故障查詢、故障分析和重復(fù)故障率統(tǒng)計(jì)等功能,并提供故障幫助文檔,為使用者提供故障的分析維修建議。

當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或故障復(fù)位時(shí),相關(guān)信息先被存儲(chǔ)在PLC的寄存器中。同時(shí),控制系統(tǒng)會(huì)從PLC中將當(dāng)前發(fā)生或復(fù)位的故障信息上傳到上位計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中,并在控制系統(tǒng)組態(tài)軟件的畫面上顯示。存儲(chǔ)的故障信息包括故障編號(hào)、故障名稱、故障發(fā)生時(shí)間和故障復(fù)位時(shí)間。

系統(tǒng)可根據(jù)條件對(duì)故障進(jìn)行分類查詢,查詢具體故障發(fā)生的概率和頻次等。

3.4.5 移動(dòng)端APP

      在控制中心部署一套船舶岸基供電信息管理系統(tǒng),建立標(biāo)準(zhǔn)的WEB SERVICE通信服務(wù)接口,一方面與PLC控制系統(tǒng)通信,獲取環(huán)境參數(shù)、設(shè)備參數(shù)和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù),另一方面與三遙系統(tǒng)通信,獲取系統(tǒng)電力調(diào)度數(shù)據(jù)和電力保護(hù)數(shù)據(jù)信息;在此基礎(chǔ)上,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)和分析,組織好的數(shù)據(jù)信息通過WEB服務(wù)器發(fā)布,并實(shí)時(shí)推送到APP端,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的移動(dòng)查詢。

3.5 與同類系統(tǒng)的對(duì)比

1)船舶在靠港期間會(huì)關(guān)閉船上的主副引擎,使用岸基供電電源,因此岸基供電必須保證安全、可靠,否則會(huì)直接影響船舶靠港的正常作業(yè)和生活,甚至引發(fā)安全事故。目前岸基供電系統(tǒng)一般從電源、接地檢測(cè)和配電屏等硬件部分考慮,較少從整個(gè)船/岸供電系統(tǒng)考慮。本文提及的監(jiān)控系統(tǒng)將船、岸供電系統(tǒng)視為一體,充分保障船岸通信的實(shí)時(shí)性、有效性和可靠性,從軟件和硬件等多方面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖,保證船舶使用岸電的可靠性和安全性。

2)當(dāng)前的岸基供電系統(tǒng)大多聚焦在岸基供電的功能實(shí)現(xiàn)上,較少考慮岸電系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的對(duì)接,缺乏后續(xù)管理上的延伸功能開發(fā)。本文闡述的監(jiān)控系統(tǒng)不僅考慮岸基供電系統(tǒng)的工況監(jiān)控,還實(shí)現(xiàn)岸基供電系統(tǒng)與三遙系統(tǒng)和抄表系統(tǒng)的交互,一方面實(shí)現(xiàn)船舶靠港使用岸電的正常作業(yè)管理,另一方面從管理層面實(shí)現(xiàn)港口的電力調(diào)度、電量統(tǒng)計(jì)和結(jié)算等,并做好與計(jì)費(fèi)清算系統(tǒng)的接口;同時(shí),實(shí)現(xiàn)岸電系統(tǒng)的設(shè)備管理和故障管理等,提供多樣化、多維度的統(tǒng)計(jì)分析功能。在此基礎(chǔ)上,監(jiān)控系統(tǒng)能通過多種渠道將系統(tǒng)關(guān)鍵信息推送給至 APP 、公眾號(hào)和網(wǎng)頁上。這些功能是目前內(nèi)大多數(shù)在建岸電系統(tǒng)所不具備的。

 

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

1)安全性:控制系統(tǒng)在軟硬件設(shè)計(jì)上將安全性放在有供電系統(tǒng)的“五防機(jī)械聯(lián)鎖”,又在產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身和軟件上考慮軟聯(lián)鎖,包括等電位保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、相序保護(hù)、欠/過壓保護(hù)、欠/過頻保護(hù)、接地故障保護(hù)和變壓器超溫保護(hù)等,確保系統(tǒng)供電安全。

2)可靠性:控制系統(tǒng)充分體現(xiàn)可靠性設(shè)計(jì)原則,PLC控制系統(tǒng)采用雙CPU、雙電源和雙通信模塊的冗余設(shè)計(jì),控制器任一器件損壞不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。在船岸通信上,既設(shè)計(jì)船岸的光纖通信,又保留無線通信作為備用通信方式,確保船岸信息交互的可靠性。

3)易操作和維護(hù):提供友好清晰的操作界面、快捷方便的報(bào)表查詢、WeB瀏覽和移動(dòng)端查詢服務(wù)。

4)高集成性:系統(tǒng)集實(shí)時(shí)監(jiān)視、故障分析、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)等功能于一體。

 

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;用戶通過或支付寶小程序掃描二維碼,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)消除火災(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。可通過在線自助支付實(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

 

1.

ADW300

 

三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、相位角、頻率測(cè)量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度;電壓、電流總諧波及2-31分次諧波;當(dāng)月和上三月的電壓、電流、功率極值記錄;需量及實(shí)時(shí)需量、歷史需量記錄、事件記錄;支持過欠壓、過欠流、過欠功率、DI聯(lián)動(dòng)等報(bào)警輸出;4時(shí)區(qū)14時(shí)段的費(fèi)率設(shè)置;四象限電能,歷史電能記錄;支持Lora、NB、2G、4G通訊模式,有功電能精度0.5S、1級(jí),無功電能精度2級(jí)。

2.

AF-GSM400-2G/4G(如需多個(gè)設(shè)備集中上傳時(shí)選配)

 

4G遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備,采用嵌入式設(shè)計(jì),內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧,同時(shí)采用了功能強(qiáng)大的微處理芯片,配合內(nèi)置看門狗,性能可靠穩(wěn)定。提供標(biāo)準(zhǔn)RS485數(shù)據(jù)接口,可以方便的連接RTU、PLC、工控機(jī)等設(shè)備,僅需一次性完成初始化配置,就可以完成對(duì)MODBUS設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,并且與安科瑞服務(wù)器進(jìn)行通訊。

 

 

 

 

 

 

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

      船舶岸基供電系統(tǒng)是目前內(nèi)外港航領(lǐng)域非常關(guān)注的一種污染物排放解決方案。全面推廣岸電,既符合節(jié)能環(huán)保、綠色環(huán)保總體建設(shè)要求,又滿足港口自身營運(yùn)需求,具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。建設(shè)一套行之有效的船舶岸電信息監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的,不僅能從電力電子和信息技術(shù)層面有力支撐岸電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供電上船的連續(xù)、安全、穩(wěn)定,同時(shí)有利于港口船舶岸電系統(tǒng)的后續(xù)營運(yùn)和維護(hù)。

 

參考文獻(xiàn)

[1] 章廣春,王立新,王方,等.港口船舶岸基供電系統(tǒng)信息管理的應(yīng)用[J].港口科技,2014(B04):6-12.

[2]郭勝軍,鄭曉鳴,*宇.船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版

 

作者簡介:王蒙蒙,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電。

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