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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

更新時(shí)間：2020-10-19

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霍麗麗

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(guò)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(guò)程的一體化監(jiān)控。通過(guò)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(guò)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之一。目前，歐美等地的發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍推廣使用岸電，我國(guó)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。國(guó)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，國(guó)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(lái)，結(jié)合港口建設(shè)的需要和國(guó)家在岸電建設(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(guò)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(shuō)明。船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)主要通過(guò)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(guò)控制以太網(wǎng)來(lái)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(guò)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(guò)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換成光路信號(hào)，通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò) 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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)線通信方式作為冗余。光纖通信及無(wú)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?jiǎn)?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(guò)光纖或無(wú)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(guò)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(guò)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(kù)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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)測(cè)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(guò)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(guò)載保護(hù)、相序保護(hù)、欠／過(guò)壓保護(hù)、欠／過(guò)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(jī)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(jī)數(shù)據(jù)（包括船舶信息、電能信息和作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)等）保存到數(shù)據(jù)庫(kù)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(jī)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(jī)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(gòu)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)備全面管理的各個(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(guò)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)行遙控關(guān)閉和允許、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(wú)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(guò)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)信息首先被存儲(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(kù)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(guò)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(guò)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?gòu)恼麄€(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(guò)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(yè)上。這些功能是目前國(guó)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(guò)載保護(hù)、相序保護(hù)、欠／過(guò)壓保護(hù)、欠／過(guò)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(wú)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)測(cè)、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(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的計(jì)量?jī)x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(guò)程，同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、充電輸入輸出過(guò)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(guò)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(guò)程。

充電設(shè)備通過(guò)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(yíng)的所有功能，包括財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控和運(yùn)營(yíng)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)測(cè)，發(fā)生異常情況時(shí)可通過(guò)APP、短信及時(shí)向運(yùn)營(yíng)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(yíng)方提供充電價(jià)格策略管理，訂單管理，賬戶交易記錄，營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表。

5) 充電服務(wù)

可通過(guò)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�？赏ㄟ^(guò)在線自助支付實(shí)現(xiàn)充電，充電結(jié)算等

6) 小程序

支持支付寶掃碼充電，充電賬單支付。運(yùn)營(yíng)商和物業(yè)管理人員均可通過(guò)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(yíng)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(wú)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(guò)欠壓、過(guò)欠流、過(guò)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(wú)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(wú)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(lái)選擇。

6結(jié)語(yǔ)

船舶岸基供電系統(tǒng)是目前國(guó)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，既符合國(guó)家節(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(yíng)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(yíng)運(yùn)和維護(hù)。

參考文獻(xiàn)

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[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(jiǎn)介：霍麗麗，女，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