民用機場停機坪泛光照明監控系統研究

李凱

摘 要：機坪泛光照明系統是助航燈光系統的重要組成部分，主要用于對所有機坪工作地區提供足夠的照明，確保夜間和低能見度情況下人員、車輛和飛機的正常工作。目前，天津濱海國際機場T1、T2航站樓共有高桿燈60基，每基高桿燈共有9套燈具，其中有7個1000W光源作為機坪泛光照明，2個400W光源為巡場道提供照明。如果按照每基高桿燈每天平均運行14小時計算，則全年消耗電能達到2452800度。2011年華北監管局下發《關于加快推進節能減排工作的指導意見》，首都機場集團公司以及民航華北監管局對天津機場下發了節能減排要求，要求天津機場改造現有助航燈光相關設備以提高能源利用效率。由于泛光照明燈具數量多、功率大，是機場飛行區內的電能消耗大戶，機坪泛光照明設備節能成為節能減排工作的重中之重。為此，本文研究一套機坪泛光照明監控系統以達到節能減排的要求。

考慮到機坪燈光數量多，分布范圍大的特點，本系統采用分散檢測、集中處理的思想，基于MODBUS總線構建控制系統，整個機坪燈光節能控制系統主要包括三個組成部分：檢測部分、信號傳輸部分和控制部分。檢測部分基于STM32處理器設計了具有MODBUS接口的遠程控制單元，實現了每基高桿燈的遠程控制、測量等功能。控制部分采用工控機基于國產通用組態軟件KINGVIEW實現，設計了高桿燈監控軟件，設計了監控畫面，實現了高桿燈的手動控制、自動控制和定時控制。控制部分與檢測部分通過RS485總線交換數據。自動控制模式可根據航班動態顯示系統在飛機到達機位前自動開啟高桿燈照明設備;自動識別飛機離港狀態，在飛機離港后可自行關斷相應機位高桿燈照明設備。實現了高桿燈的自動開關操作，該系統能夠保證在不影響航班正常運行的情況下，最大限度地節約電能，達到了節能減排的目標。高桿燈運行參數的采集還為高桿燈的故障診斷和預測打下了基礎。

關鍵詞：機場、機坪泛光照明、監控系統、節能減排、高桿燈

一、機坪泛光照明系統組成

機坪泛光照明系統主要有：高桿燈、配電柜、現場總線、通訊模塊、光纖、光纖收發器、遠程監控系統、航班動態顯示系統等組成。目前，我過大多數機場機坪泛光照明系統由助航燈光部門負責，助航燈光部門主要負責保障跑道、滑行道以及站內設備等目視助航燈光系統的運行維護工作，因此機坪泛光照明系統控制會給助航燈光部門帶來沉重負擔。因此，在既要滿足節能減排的需要又要滿足節約人力成本問題，迫切需要開發一套智能監控系統，對其進行自動控制。

二、機坪泛光照明監控系統現狀

目前，我國大多數機場采用的機坪泛光照明控制方式有三種：經緯度開關控制方式、光控開關控制方式、遠程監控控制方式。

我國絕大多數機場的機坪泛光照明監控系統采用的是ibus總線控制方式，既由上位機通過ibus總線向下位機發送控制命令，通訊模塊得到指令后再對相應開關進行操作，從而達到機坪泛光照明的控制作用。這些步驟全部需要助航燈光值班人員進行人工操作，在繁忙的大型樞紐機場，一般通過監控系統全開/全關全部機坪泛光照明設備，這也失去了監控系統的作用。即使由人工對照航班動態顯示系統進行開關操作，也會造成誤操作以及人工成本增加的窘迫現狀。

國外機坪泛光照明監控系統的上位機通過移動GPRS網絡及數字傳輸裝置（DTU）與現場PLC進行通訊，完成對機場照明設施的遠程實時監控。GPRS安全、高速、全天候的數據無線傳輸特點為系統的可靠、安全運行提供了有力保障。在國外實際應用結果表明，系統運行狀態良好，滿足了現場要求。其系統構成為：GPRS是在現有GSM網絡上開通的一種新型分組數據傳輸技術，具有“永遠在線、快速響應、按量計費、切換自如、高速傳輸和安全可靠”等特點。系統中本地PLC的數據通過GPRS模塊進行遠程數據傳輸，并在GPRS業務平臺上構建遠程數據采集系統，將數據實時傳送到中控室，從而實現對遠程的、分散的現場信息進行集中監控。下位機通過RS-485串口與GPRS無線數據終端DTU連接，采集到的數據通過Modbus協議封裝發送到GPRS無線網絡，通過網絡傳送至監控室的服務器中。上位機收到遠程數據后，根據實際情況作出相應的響應。

三、機坪泛光照明監控系統總體設計

1、系統網絡結構設計

控系統使用RS-485的總線方式進行傳送數據。上位機采用研華工業控制計算機，下位機采用電量采集單元，上位機通過RS485總線與電量采集單元相連接。監控軟件采用國產通用工業組態軟件KINGVIEW，組態軟件通過MODBUS協議控制電量采集單元的IO輸出，也可返回燈光的運行狀態和參數。

2、系統控制電路設計

主要元件有：電量采集單元、斷路器、接觸器、電流互感器、開關電源、本地/遠程選擇開關、開燈按鈕、關燈按鈕、斷路器狀態指示燈。電量采集模塊的提供的接口有：三相電壓、三相電流、6路開關量輸入、3路開關量輸出（繼電器）、RS232口、RS485口。通訊口支持MODBUS協議（使用功能嗎01、02、03、04、05）。

有三個光電傳感器，此傳感器分別以嵌入式方式分別安裝在機位三個不同位置。飛機進港時，三個光電傳感器同時檢測到信號并將數據通過預埋485總線傳遞給上位機軟件，表明本機位有進港航班。當飛機退出機位時，三個光電傳感器檢測到信號并將數據傳送上位機軟件，表明本機位飛機已離港。上位機軟件收到離港信號后延時10分鐘向高桿燈照明設備發送關閉信號，高桿燈在飛機離港10分鐘后自動關閉。傳感器分別位于飛機頭部與機翼兩側，采用嵌入式方式安裝，通訊總線切縫安裝于機坪地下。

四、遠程控制單元的設計

遠程控制單元置于每個高桿燈本地配電箱內，通過RS485總線與控制室的上位機組成分布式控制系統，實現每座高桿燈的遠程集中控制。控制單元應具有RS485接口和繼電器輸出，為便于高桿燈的故障診斷和運行狀態顯示，控制單元還需具有電壓、電流等電量采集和分析功能。

五、機坪泛光照明監控軟件的設計

機坪泛光照明監控系統最核心的是上位機軟件編程，控制室的計算機監控界面，將遠程控制模塊采集的數據進行集中監控;另外，用戶可以通過監控界面向遠程控制模塊發送指令，實現人工遠程操控機場高桿燈的功能;監控軟件也能夠結合傳感器和數據庫信息，通過代碼實現對機場高桿燈的自動控制。

六、總結

本文首先對我國主要機場的機坪泛光照明監控系統的現狀進行了簡要分析，接著通過實驗和論證設計開發出一套新式智能監控系統，使其能滿足在無人監管條件下對機坪泛光照明設備實現自動開關控制，最終實現人工勞動強度、節能減排之目的。

1、本次研究成果：

1）航班動態顯示系統將航班進港時間等數據以現場總線為載體傳送至機坪泛光照明監控系統，監控系統通過分析計算后將“開燈”指令通過總線發送至相應機位的通訊模塊，最終實現進港航班機位的泛光照明設備自動開啟操作。

2）停機位上安裝有三處嵌入式光電傳感器，傳感器檢測到的信號通過總線將飛機離港狀態數據傳送至機坪泛光照明監控系統，監控系統通過分析計算向該機為發送“關閉”指令，以此實現離港航班機位的自動關閉操作。

3）監控系統設計有人工操作模式，可由人工通過監控系統對任意機位的機坪泛光照明設備進行“開、關”控制，以此實現設備的現場維修需要。

2、本次研究特點：

目前我國機場停機坪泛光照明設備的開關無法實現自動開關控制，全部開啟照明設備則增加能源消耗，人工控制則增加人工勞動成本。本次研究通過改變控制方式、增加現場檢測裝置等技術手段，通過監控系統實現對機坪泛光照明設備的自動開關控制，既降低人工勞動成本又能實現節能減排之目的。