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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)有岸電技術的發(fā)展，對船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)進行研究。通過運用計算機及控制技術、網(wǎng)絡技術和視頻技術，實現(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)進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)遠程電力調度和電能管理功能。通過采用信息技術，進一步提升船岸連接的安全性和可靠性，并在實際項目中得到相關應用。
關鍵詞：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準日趨嚴格，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)技術研究及其應用推廣工作。船舶靠港使用岸電既是航運業(yè)的一個重要發(fā)展趨勢，也是建設綠色港口的實際需求。內在船舶中壓交流岸電系統(tǒng)研究方面已取得較大進展，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用。近年來，結合港口建設的需要和在岸電建設上給予的財政補助，岸電建設項目逐漸增多，已形成一定的規(guī)模 。
船舶在靠港期間使用岸電時，需對高壓電站、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備進行實時監(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，實現(xiàn)電力調度和電能管理等功能。同時，系統(tǒng)應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等方式實時了解岸電使用情況，確保系統(tǒng)安全、可靠運行。
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)主要由以下設備組成 。
1）岸端變頻電站：變電所高壓饋線柜，變頻電站內高壓進線柜、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)主要通過應用計算機及控制技術、網(wǎng)絡技術和視頻技術，實現(xiàn)船舶靠港使用岸電過程中融合設備監(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)進行后臺對接，在管理層面實現(xiàn)遠程電力調度和電能管理功能，提升船舶靠港期間使用岸電的安全性和可靠性。
設備監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對系統(tǒng)相關設備的運行數(shù)據(jù)進行實時采集和控制及系統(tǒng)各相關設備之間的安全聯(lián)鎖保護等功能；視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括現(xiàn)場設備運行狀態(tài)及相關人員現(xiàn)場操作過程實時監(jiān)控，視頻內容存儲、查詢和匯總等；信息管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)對監(jiān)控采集數(shù)據(jù)進行分析、處理和存儲，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）信息采集與設備控制系統(tǒng)：雙CPU（ Central Processing Unit）冗余PLC（ ＰProgrammable Logic Controller）控制站、遠程IO站、上位監(jiān)控計算機、數(shù)據(jù)服務器、通信接口模塊（與三遙系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)等對接）。
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、硬盤錄像機、成對光收發(fā)器、液晶顯示器等。
3）信息管理系統(tǒng)： WEB服務器、客戶端和APP等。
4）網(wǎng)絡設備：三層交換機（ VLAN劃分）、視頻數(shù)據(jù)交換機、控制網(wǎng)絡交換機、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)架構設計
本文主要結合黃驊港岸基供電系統(tǒng)的實際應用，對船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)進行說明。船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)主要通過設備監(jiān)控、視頻監(jiān)控和信息化等手段實現(xiàn)港口岸電系統(tǒng)的一體化管控。系統(tǒng)在網(wǎng)絡架構上分為管理層、就地層和現(xiàn)場層等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)絡圖
2.1 管理層
管理層部署在港區(qū)控制中心，主要用于對系統(tǒng)進行整體監(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、信息管理終端和終端等，通過控制以太網(wǎng)來與就地層的相關設備（如集裝箱內的雙CPU冗余PLC信息采集及監(jiān)控系統(tǒng)、集裝箱及港區(qū)變電所相關高壓進出線柜、變頻電源裝置和高壓保護裝置等）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和LED顯示大屏等設備，所有現(xiàn)場視頻信號進入視頻綜合管理平臺，根據(jù)預設的投屏策略，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)絡規(guī)劃方面，在控制中心部署一套核心交換機，在核心交換機上對系統(tǒng)網(wǎng)絡進行 VLAN劃分，并對視頻虛擬網(wǎng)絡和控制虛擬網(wǎng)絡進行嚴格區(qū)分。同時，核心交換機經(jīng)過網(wǎng)絡安全設備之后接通Internet網(wǎng)絡，為信息監(jiān)控系統(tǒng)提供外網(wǎng)服務。
2.2就地層
就地層部署在集裝箱式變頻電站內，主要實現(xiàn)控制系統(tǒng)信息采集、控制中心命令接收及設備控制、視頻信號采集及存儲和本地視頻顯示等功能。
1）岸電監(jiān)控系統(tǒng)，在箱式變電站內配置雙CPU冗余PLC控制系統(tǒng)、IO設備、監(jiān)控上位機和控制層交換機等，實現(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)，在箱式變電站內配置監(jiān)控攝像機、視頻信號光收發(fā)器、視頻交換機、硬盤錄像機和液晶顯示器等設備，所有現(xiàn)場的攝像機和集裝箱內的攝像機通過光電轉換設備轉換成光路信號，通過光纖進入集裝箱，轉換成電信號進入硬盤錄像機。液晶顯示器通過VGA線或HDMI線接入硬盤錄像機，既可查看各攝像頭記錄的實時影像，也可查詢歷史視頻信息。在網(wǎng)絡設計上，視頻網(wǎng)絡的匯聚層交換機與控制網(wǎng)絡的匯聚層交換機嚴格分開，分別通過光纖與控制中心核心交換機不同VLAN的端口連接。
雙CPU冗余PLC控制系統(tǒng)通過光纖網(wǎng)絡連接船載岸電管理系統(tǒng)，實現(xiàn)岸電上船及并車的系統(tǒng)狀態(tài)和安全信息交互，同時部署一套無線數(shù)傳設備，作為雙方通信的備用設備，確保船岸通信穩(wěn)定、可靠。
2.3 現(xiàn)場層
現(xiàn)場層的設備主要包括攝像機、岸邊接電箱內設備、港區(qū)變電所內高壓饋線柜、箱式變電站內變頻電源、高壓進出線柜和消防系統(tǒng)等，這些設備分別通過視頻網(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)或設備（包括變頻電源、高壓進出線柜、綜合保護裝置、岸邊接電箱和電能質量裝置等）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)自動轉移負載，實現(xiàn)岸電連船全過程作業(yè)管理，并提供岸電系統(tǒng)的設備管理、電能管理、報警管理、安全保護和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)可實現(xiàn)所有變頻電站設備（包括變壓器、變頻電源、線路和補償裝置等）的保護、監(jiān)測、控制和調節(jié)等功能，保證港區(qū)變電所和碼頭箱式變電站安全運行；同時，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)控上位機上瀏覽岸電系統(tǒng)及各設備的狀態(tài)、變電站工況參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)趨勢圖等，并能實現(xiàn)報警及故障管理、報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設備的運行狀態(tài)，如：高壓開關柜的狀態(tài)；變頻電源的運行狀態(tài)；變壓器運行狀態(tài)；消防、通風和照明等系統(tǒng)的狀態(tài)。用戶可通過上位機觀測各設備的運行狀態(tài)。操作人員可通過上位機對相關設備進行遠程操控，達到改變系統(tǒng)設備狀態(tài)的目的。
設備監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要包含進線開關柜監(jiān)控、出線開關柜監(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備進行實時數(shù)據(jù)交互，用戶可通過上位機界面實時了解船岸并網(wǎng)和船端設備的運行狀態(tài)等關鍵數(shù)據(jù)，以確保船岸設備穩(wěn)定、可靠運行。
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 ，通信內容包括以下2部分。
1）岸基系統(tǒng)向船載系統(tǒng)輸出信號：斷路器位置、高壓準備就緒、相電壓、線電流、報警信號和電量計數(shù)。
2）船載系統(tǒng)向岸基系統(tǒng)輸出信號：母線電壓 Ｘ３ 、進線開關電流 Ｘ３ 、電源頻率、電源相角、高壓啟動請求、岸基高壓開關分／合指令、進線開關位置、接地開關位置、緊急停止信號、船名及身份識別。
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，同時接收船端設備發(fā)送的信息。岸端信息監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)通信數(shù)據(jù)識別所在泊位的船型、容量和電壓制式，自動選擇輸出相應的電源電制和容量，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，對連船流程進行介紹。
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，同時與岸邊接電箱進行可靠連接。岸端供電系統(tǒng)高壓供電回路電源開關按從輸入側至輸出側受控的順序依次閉合，啟動變頻電源。同時，岸端信息監(jiān)控系統(tǒng)向船端發(fā)出通信請求，待船端確認之后建立船岸通信。岸端供電系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通信識別靠泊船舶的船型和電源電制，經(jīng)人工確認，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)運行。
岸端供電系統(tǒng)跟蹤船側電網(wǎng)的電壓、頻率和相位角，調整變頻電源的電壓、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*相等，隨后向船端系統(tǒng)發(fā)出并車指令，進行岸電上船并網(wǎng)，負載從船電轉移到岸電，船上控制設備同時斷開船側發(fā)電機相關開關，控制發(fā)電機停止運作。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)向船上控制設備發(fā)出發(fā)電機啟動運作指令，跟蹤船側電網(wǎng)的電壓、頻率和相位角，調整變頻電源的電壓、頻率和相位角，使其與船側電網(wǎng)的電壓、頻率、相位角同時*相等，隨后向船上控制設備發(fā)出控制閉合船側發(fā)電機相關開關及打開船電、岸電隔離開關的指令，進行岸電離船，負載電流受控從岸電轉移到船電操作。
當船電、岸電隔離開關和岸基主回路電源開關可靠斷開之后，控制變頻電源停止輸出。岸端供電系統(tǒng)主回路電源開關按從輸出側至輸入側的順序依次斷開。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)鎖保護與報警
在PLC上根據(jù)預設聯(lián)鎖預案編輯保護功能，控制器與通風、照明、消防等設備均互聯(lián)互通，一旦有特殊情況發(fā)生，系統(tǒng)將自動發(fā)出提示警報，并自動執(zhí)行預案指令。
3.1.5 數(shù)據(jù)存儲及查詢
信息監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫存儲采樣數(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)對采樣數(shù)據(jù)進行記錄和存儲，并將其發(fā)送給變電所相關監(jiān)控計算機。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表、電子表格等紙質文檔。
3.1.6 用戶及權限管理
用戶可按操作權限等級分為管理員級、工程師級和操作員級。系統(tǒng)可為不同級別的人員分配不同的權限。用戶可根據(jù)自身需求增減每個級別登錄帳號的數(shù)量，并給每個帳號設置獨立的密碼。每個帳號的登錄、退出及其他操作的歷史數(shù)據(jù)會被系統(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)場等地布設高清攝像機，通過光收發(fā)器將視頻
l 信號傳給箱式變頻電站內的視頻交換機，分別進入箱式變頻電站內的硬盤錄像機和控制中心綜合管理平臺。
l 視頻信號既可在箱式變頻電站內通過硬盤錄像機的 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平臺送到 ＬＥＤ 大屏上顯示。
l 這 ２ 種方式都可對視頻信號進行拼屏、分屏和視頻源切換等操作。同時，可在視頻畫面上疊加攝像機名稱和位置等信息。具體視頻監(jiān)控功能如下：
1）實時視頻監(jiān)視功能。系統(tǒng)為用戶提供高清晰度的實時圖像，具有單畫面模式與多畫面模式切換的功能，能實現(xiàn)輪巡、快捷鍵調取和圖像抓拍。
2）遠程控制功能。用戶可在監(jiān)控終端上通過鍵盤和鼠標對攝像機的焦距、俯仰和水平旋轉等進行控制，可自動或手動切換觀察區(qū)域的畫面。
3）圖像存儲和回放功能。系統(tǒng)具有對實時視頻信息進行自動連續(xù)存儲的功能，能根據(jù)時間、地點、事件等條件觸發(fā)存儲的存儲策略。用戶可根據(jù)時間、地點和事件等條件進行檢索和回放。
4）管理功能。視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用靈活、方便，具有用戶鑒權和分級管理的功能。
3.3 安全保護功能
船舶岸基供電系統(tǒng)供電涉及到的設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)。為保證設備安全運行，還需采取相關的安全保護措施，如船岸等電位保護、短路保護、過載保護、相序保護、欠／過壓保護、欠／過頻保護、接地故障保護和變壓器超溫保護等。同時，還應在操作上提供硬件聯(lián)鎖功能，防止誤操作，如：開關與地刀聯(lián)鎖；開關與電纜插頭聯(lián)鎖；岸邊接電箱箱門與開關聯(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 計劃管理
計劃員將近期的船舶計劃（泊位計劃和岸電上船計劃）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，結合泊位信息和設備利用情況等自動生成作業(yè)計劃。計劃主管根據(jù)泊位及設備、天氣等情況對作業(yè)計劃進行審核和調整，排定作業(yè)計劃。
作業(yè)計劃確認之后下發(fā)給港口生產(chǎn)管理系統(tǒng)。生產(chǎn)管理人員按照作業(yè)計劃進行生產(chǎn)作業(yè)，岸電系統(tǒng)管理人員按照作業(yè)計劃做好船舶岸基供電準備及操作等工作。
作業(yè)計劃、計劃變更和計劃執(zhí)行情況都會自動記錄在系統(tǒng)中，以備管理人員事后查詢。
3.4.1.2 作業(yè)實績管理
船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)將統(tǒng)計好的作業(yè)實績數(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，管理人員得到相關作業(yè)數(shù)據(jù)之后進行匯總、確認和編輯，形成作業(yè)實績進行記錄并錄入系統(tǒng)。
系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)實時查詢和生產(chǎn)報表分析的功能。
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)部門組織相關方（船方、港口）進行交接。在交接時，按操作流程填寫作業(yè)
交接單，確認作業(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。
交接記錄結合作業(yè)實績記錄，作為供電方（港口）與使用方（船方）的電量結算依據(jù)。
3.4.2 設備管理
設備管理模塊為船舶岸基供電系統(tǒng)提供設備和資產(chǎn)的維修保養(yǎng)、采購管理、使用人員管理、設備證書管
理、使用管理和物料管理等功能，實現(xiàn)港區(qū)變頻供電系統(tǒng)所有設備（含備件物料）的資產(chǎn)日常管理和運維管理。
1）資產(chǎn)日常管理包含船舶岸電系統(tǒng)的資產(chǎn)臺賬、資產(chǎn)轉移、資產(chǎn)維修、資產(chǎn)盤點、資產(chǎn)報廢、資產(chǎn)處置和備件管理。用戶可將設備信息錄入系統(tǒng)，生成資產(chǎn)卡片，系統(tǒng)實時更新和記錄跟蹤設備管理的各個屬性及關聯(lián)信息，支持設備統(tǒng)一編碼、打印條碼或二維碼，并可根據(jù)使用部門及負責人等信息進行查詢、訂閱和推送通知。
2）設備運維管理包含船舶岸電系統(tǒng)的設備維護預警、檢修計劃管理、遠程維護、維護過程記錄和維護預警，實現(xiàn)對設備和部件使用年限的自動報警功能；遠程維護實現(xiàn)運維人員在異地遠程登錄的申請和登錄。
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)，進行遙測人工置數(shù)、零飄處理、遙測越限報警、各種統(tǒng)計（日月Max、Min和平均值）和事故追憶等，能實時查看并處理開關和刀閘狀態(tài)、保護硬接點和變壓器分接頭位置，同時具有保護動作、保護告警、事故總遙信、預告總遙信等功能；能進行遙控和允許、開關及保護動作次數(shù)統(tǒng)計；能接收電度表數(shù)據(jù)，積分計算電量，并按照電度量的日、月、年進行峰、谷、平統(tǒng)計和分析；系統(tǒng)還提供有功無功功率總加、安全天數(shù)自動計算、變壓器負荷率和損耗統(tǒng)計、母線不平衡率和母線電壓運行參數(shù)不合格時間及合格率統(tǒng)計、電容器電抗器的投入時間和利用率及投切次數(shù)統(tǒng)計、遙控遙調次數(shù)和成功率統(tǒng)計等復合功能的統(tǒng)計分析功能。
3.4.4 報警管理
系統(tǒng)可保存設備運行過程中的所有故障信息，包括故障名稱、故障發(fā)生時間、故障復位時間和故障內容等。故障管理可提供故障查詢、故障分析和重復故障率統(tǒng)計等功能，并提供故障幫助文檔，為使用者提供故障的分析維修建議。
當設備發(fā)生故障或故障復位時，相關信息先被存儲在PLC的寄存器中。同時，控制系統(tǒng)會從PLC中將當前發(fā)生或復位的故障信息上傳到上位計算機的數(shù)據(jù)庫中，并在控制系統(tǒng)組態(tài)軟件的畫面上顯示。存儲的故障信息包括故障編號、故障名稱、故障發(fā)生時間和故障復位時間。
系統(tǒng)可根據(jù)條件對故障進行分類查詢，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)，建立標準的WEB SERVICE通信服務接口，一方面與PLC控制系統(tǒng)通信，獲取環(huán)境參數(shù)、設備參數(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)電力調度數(shù)據(jù)和電力保護數(shù)據(jù)信息；在此基礎上，對數(shù)據(jù)進行整理、統(tǒng)計和分析，組織好的數(shù)據(jù)信息通過WEB服務器發(fā)布，并實時推送到APP端，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的移動查詢。
3.5 與同類系統(tǒng)的對比
1）船舶在靠港期間會關閉船上的主副引擎，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、接地檢測和配電屏等硬件部分考慮，較少從整個船／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時性、有效性和可靠性，從軟件和硬件等多方面實現(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）當前的岸基供電系統(tǒng)大多聚焦在岸基供電的功能實現(xiàn)上，較少考慮岸電系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的對接，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現(xiàn)港口的電力調度、電量統(tǒng)計和結算等，并做好與計費清算系統(tǒng)的接口；同時，實現(xiàn)岸電系統(tǒng)的設備管理和故障管理等，提供多樣化、多維度的統(tǒng)計分析功能。在此基礎上，監(jiān)控系統(tǒng)能通過多種渠道將系統(tǒng)關鍵信息推送給至 ＡＰＰ 、公眾號和網(wǎng)頁上。這些功能是目前內大多數(shù)在建岸電系統(tǒng)所不具備的。
4 系統(tǒng)特點
1）安全性：控制系統(tǒng)在軟硬件設計上將安全性放在有供電系統(tǒng)的“五防機械聯(lián)鎖”，又在產(chǎn)品設計本身和軟件上考慮軟聯(lián)鎖，包括等電位保護、短路保護、過載保護、相序保護、欠／過壓保護、欠／過頻保護、接地故障保護和變壓器超溫保護等，確保系統(tǒng)供電安全。
2）可靠性：控制系統(tǒng)充分體現(xiàn)可靠性設計原則，PLC控制系統(tǒng)采用雙CPU、雙電源和雙通信模塊的冗余設計，控制器任一器件損壞不影響系統(tǒng)正常運行。在船岸通信上，既設計船岸的光纖通信，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：提供友好清晰的操作界面、快捷方便的報表查詢、WeB瀏覽和移動端查詢服務。
4）高集成性：系統(tǒng)集實時監(jiān)視、故障分析、業(yè)務統(tǒng)計和運行維護等功能于一體。
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(lián)網(wǎng)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；用戶通過或支付寶小程序掃描二維碼，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(lián)網(wǎng)儀表，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)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，及時消除火災隱患。
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?？赏ㄟ^在線自助支付實現(xiàn)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(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；當月和上三月的電壓、電流、功率極值記錄;需量及實時需量、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)動等報警輸出；4時區(qū)14時段的費率設置;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，無功電能精度2級。 |
2. | AF-GSM400-2G/4G（如需多個設備集中上傳時選配） |
| 4G遠程無線數(shù)據(jù)采集設備，采用嵌入式設計，內嵌TCP/IP協(xié)議棧，同時采用了功能強大的微處理芯片，配合內置看門狗，性能可靠穩(wěn)定。提供標準RS485數(shù)據(jù)接口，可以方便的連接RTU、PLC、工控機等設備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對MODBUS設備的數(shù)據(jù)采集，并且與安科瑞服務器進行通訊。 |
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注：儀表型號數(shù)量按實際的單相、三相和電流規(guī)格來選擇。
6結語
船舶岸基供電系統(tǒng)是目前內外港航領域非常關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)?？傮w建設要求，又滿足港口自身營運需求，具有重大的社會效益和經(jīng)濟效益。建設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層面有力支撐岸電系統(tǒng)實現(xiàn)供電上船的連續(xù)、安全、穩(wěn)定，同時有利于港口船舶岸電系統(tǒng)的后續(xù)營運和維護。
參考文獻
[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)的設計
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版
作者簡介：王蒙蒙，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電。
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