安科瑞 鮑靜君

　　摘 要：摘要：針對現有岸電系統均為簡單的“電網一岸電電源一船舶”連接形式，缺乏統一的監控管理軟件平 臺，分析船舶岸電系統對監控 系統 的需求，提 出船舶岸電監控 系統的設計思想及各功能 實現 ，介紹監控 系統的軟硬件。該綜合監控 系統將船舶岸電系統

　　的運行管理 、設備監控 、環境監測 、視頻安 防和計量計費等功能統一起來 ，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；綜合監控 系統 ；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。副機發電的主要燃料一般為重油或渣油，在發電的過程中會產生大量的氮氧化合物、硫氧化合物、揮發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，我國的岸電系統大多為簡單的“電網-岸電電源-船舶”連接形式，缺乏相應的監控管理軟件平臺，岸電運行、設備監控、計量計費及安全防護等缺乏統一的管理，岸電處于粗放式運行狀態，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控平臺系統中，使船舶岸電工作人員對用電環節實施統一操作、集中監控和統一調度,從而實現船舶岸電的信息化管理。

　　1船舶岸電綜合監控系統需求分析

　　根據船舶岸電系統運行的經驗及業主和船方的要求，按照《碼頭船舶岸電設施建設技術規范》 (JTS155—2012)和IEC/ISO/IEEE 80005-1中對監控系統的要求，船舶岸電綜合監控系統應具備以下功能:能夠顯示船舶岸電系統的運行數據,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的運行狀態，如系統的開關狀態、接電箱的電纜連接狀態和綜合保護裝置狀態等；能夠及時顯示岸電系統運行過程中發生的故障信息； 具備岸電系統管理功能，便于隨時查看船舶岸電系統的運行狀況的歷史記錄;具備視頻安防功能, 對岸電系統完成無盲區覆蓋,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船舶岸電綜合監控系統總體架構

　　船舶岸電監控系統基于系統骨干網，通過接口裝置，在SCADA系統軟件平臺上實現多專業、多系統的數據采集、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。船舶岸電監控系統主要由監控中心、光纖環網、岸基監控子網、船基監控子網、視頻安防系統及計量計費系統組成，系統整體拓撲架構 見圖1。

圖1船舶岸電綜合監控系統整體拓撲架構

　　2.1監控中心

　　監控中心是整個監控系統的核心，通過通信系統與各現場系統進行信息交互,完成運行監測、命令下達、數據分析、狀態顯示和統計分析等功能。通信前置機負責接收各船岸設備及用戶的實時數據，進行相應的規約轉換和預處理，通過網絡傳輸給監控中心，同時對各設備發送相應的控制命令。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控的圖像顯示出來。

　　2.2光纖環網

　　光纖環網是監控系統的骨干通信網，物理介質采用環型冗余結構光纖傳輸（工業以太網 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點，可配置為單環網或雙環網形式。監控中心和各現場系統通過光纖交換機（工業以太網交換機）接入到光纖環網。

　　2.3岸基監控子網

　　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約轉換傳送到光纖環網。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境而靈 活配置。岸基監控子網拓撲結構見圖2。

圖2 岸基監控子網拓撲結構

　　2.4船基監控子網

　　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約轉換，才能將數據信息傳輸到監控中心，以實現對船上設備的監控。拓撲結構見圖3。

圖3 船基監控子網拓撲結構

　　2.5視頻安防系統

　　船舶岸電的視頻安防監控系統是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，通過光纖環網傳輸系統傳到后臺 監控中心,在中心進行統一解碼和管理，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

　　船舶岸電的計量計費系統一般安放在變頻電 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 入到光纖環網，然后傳輸到監控中心進行處理。計 量計費系統拓撲結構見圖4。

圖4 計量計費系統拓撲結構

　　3監控系統的主要功能

　　船舶岸電綜合監控系統的主要功能有:可監測電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數和開關合/分閘狀態等電力參數;具有過載、短路、斷相、漏電和絕緣監視等綜合保護功能；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，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;具有視頻實時監控功能，能夠24 h視頻監控岸電設備的運行情況;具有報表制作、顯示和打印功能，可統計和計算數據。

　　4監控系統的關鍵硬件

　　4.1測控終端

　　測控終端是監控系統中基本的設備，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 理器和智能收發器,根據應用環境的不同，微處理 器可以采用ARM7, ARM9或PowerPC,智能收發器 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, 而智能收發器主要負責在現場總線上收發數據。 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約轉換, 是信息上傳下達的關鍵設備，各現場系統的現場總線協議和其他通信協議將通過規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，支持LonTalk協議和IEC60870-5-101,IEC50870-5-103, IEC50870-5-104 和 CDT 等通信規約，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、處理和執行監控中心的遙控命令。

　　5監控系統軟件

　　船舶岸電綜合監控系統的軟件構架由操作系統、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運行信息報表。支撐平臺位于操作系統與應用功能之間,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。

圖6 監控系統軟件架構

　　5 安科瑞船舶岸電收費系統選型

　　安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費系統通過物聯網技術對接入系統的計量儀表ADW300，監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，系統發起充電請求，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、變壓器監控和運營分析等功能。

　　5.1系統結構

　　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，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測

　　2)用戶管理

　　用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

　　3)實時監控

　　對平臺連接的所有充電站和充電箱狀態進行監視，發生異常情況時可通過APP、短信及時向運營人員發出報警信號，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。運營商和物業管理人員均可通過小程序管理，監測充電設施狀態和充電交易情況。

　　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，船舶岸電綜合監控系統可以幫助工作人員對整個岸電系統進行集中監控 ，從而迅速且準確地掌握各岸電設備運行的實時信息、實時狀態以及船舶的用電數據、用電費用等情況，及時發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。該綜合監控系統具有可靠性高、抗干擾能力強、實時 眭好及維護簡單等特點 ，在船舶岸電系統運行監控、數據采集和計量計費等方面發揮重要作用。