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智慧港口里的智慧照明——港口智能照明自動化控制系統(tǒng) | 港口科技

來源: 港口科技 發(fā)布時間:2020-12-27 7:00:00 分享至:

為提高港口照明亮化設(shè)施智能化管理水平,開發(fā)港口智能照明自動化控制系統(tǒng)。在照明回路中安裝PLC等終端設(shè)備,在值班室專用PC機上安裝后臺軟件,并搭設(shè)通信光纖鏈路,以此構(gòu)成自動化控制系統(tǒng)。值班員通過后臺軟件對PLC下達指令,觀察由PLC上傳的照明回路狀態(tài)信息??刂葡到y(tǒng)能批量設(shè)置開關(guān)燈時間,并根據(jù)季節(jié)的變化自動調(diào)整開關(guān)燈時間??刂葡到y(tǒng)根據(jù)照明回路的實際電流與額定電流的比值計算出亮燈率,具備照明回路故障、亮燈率低等報警功能。在PLC上配置觸摸式顯示屏,可以進行就地控制,實現(xiàn)控制系統(tǒng)的遠程和就地等2種控制模式。在董家口港區(qū)應(yīng)用的結(jié)果表明,控制系統(tǒng)可以應(yīng)用在任何照明亮化自控環(huán)境中,與人工現(xiàn)場管理相比具有較大優(yōu)勢。

0 引 言

在青島港董家口港區(qū)方圓10 km的場地內(nèi)分布著眾多照明亮化設(shè)施,主要包括134座高桿燈、2 400余盞路燈。原先照明亮化設(shè)施的開關(guān)燈時間由就地時控器控制,值班員每月2次根據(jù)季節(jié)變化現(xiàn)場調(diào)整開關(guān)燈時間,夜間定期巡檢亮燈情況。時控器調(diào)整周期較長,造成開關(guān)燈時間與日照時間不能精準銜接,導(dǎo)致值班員不能實時掌握亮燈情況,不能及時排除照明故障。每次時控調(diào)整需要2人工作2 d時間,每次夜間巡檢需要2人工作1.5 h左右,耗費大量的人力、物力。通過開發(fā)照明自動化控制系統(tǒng),將就地時控器控制模式改為“后臺+PLC”控制模式,在值班室設(shè)置后臺軟件,實現(xiàn)照明亮化設(shè)施開關(guān)燈時間軟件一鍵設(shè)置、根據(jù)季節(jié)的變化自動調(diào)整開關(guān)時間、亮燈率在線檢測和故障報警等功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計

自動化控制系統(tǒng)架構(gòu)按照分層、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計,按功能分為3層網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),主要包括現(xiàn)場采集控制層、網(wǎng)絡(luò)通信層和后臺軟件管控層等。系統(tǒng)采用高可靠性的工業(yè)級標準設(shè)備,可連續(xù)采集和處理設(shè)備狀態(tài)信號,及時向值班員提供有關(guān)運行信息,并準備執(zhí)行值班員下發(fā)的操作指令。系統(tǒng)的響應(yīng)時間短,實時數(shù)據(jù)刷新時間不超過5 s,從控制命令下達到執(zhí)行的時間不超過2 s,重要報警響應(yīng)時間不超過1 s。系統(tǒng)易于擴展,可以通過增加照明回路或升級設(shè)備性能,滿足今后港口增加照明亮化設(shè)施的需求。3層網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

1.1 現(xiàn)場采集控制層

現(xiàn)場采集控制層主要包括安裝在變電所和箱式變壓器內(nèi)的電氣設(shè)備,例如監(jiān)控儀表、電流互感器和中間繼電器等。各電氣設(shè)備具有精密、可靠等特點,適用于多種工作環(huán)境。所有電氣設(shè)備之間完全獨立,按照明回路數(shù)量一對一配置?,F(xiàn)場采集控制層負責(zé)采集各照明回路的電氣數(shù)據(jù),主要包括照明回路電壓、電流和開關(guān)狀態(tài)等,并能根據(jù)PLC指令可靠動作。

1.2 網(wǎng)絡(luò)通信層

網(wǎng)絡(luò)通信層主要包括PLC可編程控制器(配置觸摸式顯示屏)、交換機、通信隔離柵和光纖收發(fā)器等設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)通信層作為系統(tǒng)樞紐層,由若干區(qū)域子網(wǎng)通過星型或環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)匯聚到遠程網(wǎng)管型光電交換機,再連接到服務(wù)器或工作站。各通信設(shè)備之間通過光纖介質(zhì)連接,采用以太網(wǎng)TCP/IP通信協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)通信層的主要任務(wù)包括定時控制照明亮化設(shè)施的開啟和關(guān)閉、完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集、通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換、接收和傳送指令等,實現(xiàn)現(xiàn)場采集控制層與后臺軟件管控層之間的信息傳輸?,F(xiàn)場采集控制層先通過通信總線將各個監(jiān)控儀表采集的信息傳遞給網(wǎng)絡(luò)通信層,然后再通過網(wǎng)絡(luò)上傳至后臺軟件管控層。同時,現(xiàn)場采集控制層會接收后臺軟件管控層下發(fā)的遠程控制指令,實現(xiàn)對照明亮化設(shè)施的遠程控制。

1.3 后臺軟件管控層

后臺軟件管控層主要包括安裝在值班室專用PC上的監(jiān)控軟件。此監(jiān)控軟件是根據(jù)港口照明亮化設(shè)施的特點有針對性開發(fā)的,其功能模塊主要包括系統(tǒng)功能總貌、照明控制、港區(qū)照明位置圖查看、照明回路狀態(tài)檢測、報警信息一覽和數(shù)據(jù)一覽(包括照明亮化設(shè)施累計運行時間)等。上述功能模塊的歷史數(shù)據(jù)被存儲在服務(wù)器,可被值班員直接檢索和打印。專用PC的網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)分開,實現(xiàn)獨立運行。后臺軟件和現(xiàn)場設(shè)備組成“集中-分散式”管理系統(tǒng)。當(dāng)后臺軟件發(fā)生故障時,安裝在現(xiàn)場的PLC不受影響,仍能按預(yù)先下發(fā)的指令獨立工作。

2 系統(tǒng)功能

2.1 系統(tǒng)具備后臺遠程和就地控制等2種管控方式

值班員可選擇后臺遠程或就地控制任一方式實現(xiàn)照明亮化設(shè)施的自動化控制。值班員可以在后臺軟件中通過下發(fā)指令的方式控制照明亮化設(shè)施,也可以根據(jù)實際情況通過變電所或箱式變壓器內(nèi)的PLC就地控制。通過后臺軟件,值班員可以實現(xiàn)照明亮化設(shè)施的自動開關(guān)和遠程手動開關(guān),并可以一鍵設(shè)置開關(guān)燈時間,實現(xiàn)定時控制功能。值班員在遠程控制設(shè)置界面上選擇需要更改的照明回路(可以進行多回路批量操作,例如一鍵全選和反選功能等),設(shè)置照明亮化設(shè)施開啟和關(guān)閉時間,點擊“確定”按鈕后即可完成現(xiàn)場開關(guān)燈時間的更改。值班員也可以根據(jù)現(xiàn)場需求,選擇強制開關(guān)燈功能,即時進行開關(guān)燈操作。遠程控制設(shè)置界面截圖見圖2。在就地控制模式下需要值班員在現(xiàn)場通過觸摸式顯示屏對PLC進行設(shè)置。值班員也可根據(jù)工作需要就地通過顯示屏觀察照明回路實時信息。PLC觸摸屏控制界面截圖見圖3。

2.2 直觀的圖形結(jié)構(gòu)顯示功能

后臺軟件界面采用直觀圖的設(shè)置方式,可避免描述不準確和理解困難等問題,能滿足不同層次值班員的操作要求。直觀圖主要包括港區(qū)平面位置圖、照明回路控制圖、照明回路信息檢測圖和報警信息一覽圖等。在系統(tǒng)操作主界面上顯示港區(qū)平面位置圖,港區(qū)平面位置圖能直觀顯示照明亮化設(shè)施所在的變電所或箱式變壓器位置,并在變電所和箱式變壓器名稱旁邊設(shè)置圓形指示燈,不同的指示燈顏色代表照明亮化設(shè)施不同的狀態(tài),其中:綠色代表照明回路啟動;灰色代表照明回路具備啟動條件;紅色表示通信中斷。港區(qū)平面位置圖見圖4。值班員在平面圖上點擊照明亮化設(shè)施圖標,就可以了解該照明回路的詳細電氣數(shù)據(jù)或?qū)ζ溥M行遙控控制。報警信息一覽圖使值班員能在后臺快速查詢到各照明回路的動態(tài)信息和故障報警等情況,報警信息一覽圖的表現(xiàn)形式可以是圖像、報表、曲線或直方圖等。此外,后臺軟件操作簡單易上手,值班員可以根據(jù)工作需要進行界面優(yōu)化。同時,后臺軟件具備操作提示和幫助功能,幫助值班員熟悉操作流程。

2.3 條狀圖實時顯示亮燈率

后臺軟件實時采集各照明回路電流大小。由于照明設(shè)備額定工作電流基本穩(wěn)定,后臺軟件通過計算實時電流與額定電流的比值,計算出亮燈率,以條狀圖直觀顯示。在軟件內(nèi)可以任意設(shè)置亮燈率報警值(目前董家口港區(qū)亮燈率報警值設(shè)置在95%),當(dāng)實際亮燈率低于報警值時,后臺軟件便會報警,有利于值班員第一時間掌握現(xiàn)場亮燈情況。與之前值班員現(xiàn)場巡視檢查亮燈率相比,后臺軟件檢測更加可靠、迅速,并能實時顯示亮燈率,從而降低勞動強度,提高作業(yè)效率。亮燈率條狀圖界面截圖見圖5。

 

2.4 根據(jù)季節(jié)變化自動控制照明亮化設(shè)施

后臺軟件可根據(jù)董家口港區(qū)四季節(jié)氣變化、節(jié)假日等情況自動設(shè)置開關(guān)燈時間。在后臺軟件內(nèi)可以預(yù)設(shè)定制100條以上的策略,每條策略可以控制多臺或單臺照明亮化設(shè)施,實現(xiàn)分群、分組、單基的靈活智能化管控。執(zhí)行策略時精確到分秒,實現(xiàn)精準的自動控制,例如系統(tǒng)自動記憶上一年的開關(guān)燈時間,在后臺軟件中設(shè)置為“年度自動設(shè)置”模式后,全年后臺軟件將按照上一年設(shè)置的頻次、時間進行自動修改。

2.5 完善的報警信息窗口

后臺軟件可以根據(jù)實際需求靈活設(shè)置各類報警信息,對各照明回路的異常故障進行監(jiān)測和報警。報警信息主要包括亮燈率低于95%、回路啟動后無電流、下達操作指令后開關(guān)未執(zhí)行等。后臺軟件可以提供豐富的報警信息瀏覽功能,值班員可通過界面查看具體的信息,并能在報警界面上設(shè)置各種條件以便篩選出想要的信息。篩選出的信息可以被直接打印出來或保存到文件。

2.6 追溯歷史數(shù)據(jù)

各照明回路的動態(tài)數(shù)據(jù)被保存在后臺軟件的實時數(shù)據(jù)庫中,確保重要數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度。實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)會被儲存在短期歷史數(shù)據(jù)庫中,儲存時效為1周。對于比較重要的信息,例如照明回路的報警信息、故障信息和值班員下發(fā)的指令等,可被儲存在長期歷史數(shù)據(jù)庫中,儲存時間為2 a。

2.7 系統(tǒng)可擴展性強

由于自動化控制系統(tǒng)通信協(xié)議的開放性、通用性較強,在港區(qū)將來增加照明亮化設(shè)施時,可以保持后臺軟件原有的界面不動,只要增加相應(yīng)的PLC、電流表等現(xiàn)場設(shè)備,并在后臺軟件中添加新的監(jiān)控點,即可實現(xiàn)系統(tǒng)擴展。

2.8 權(quán)限設(shè)置功能

后臺軟件可按照人員職責(zé)分工進行權(quán)限設(shè)置。根據(jù)不同值班員的實際工作需要,對于不同的功能和控制范圍,在后臺分配不同權(quán)限等級。值班員憑各自的賬號、密碼登錄后使用。

2.9 PLC具有強大的可編程能力和可擴展性

PLC功能易于擴展,用于采集多種信息和進行多回路控制。對于同一PLC管轄內(nèi)的不同照明回路,可設(shè)置不同的控制策略(例如全夜燈和半夜燈、自動控制和手動控制等)。同時,PLC具備完整的“三遙”功能。每臺PLC可同時控制16條回路,配置16對I/O點數(shù),具備故障巡檢功能。一方面,PLC實時檢測現(xiàn)場照明亮化設(shè)施的實際開關(guān)狀態(tài),實現(xiàn)遙測信息上傳;另一方面,PLC時刻準備接受后臺軟件指令,實現(xiàn)對照明回路的遙控。每臺PLC最多可檢測16條回路電壓、電流量,實現(xiàn)各照明回路遙測信息的上傳。為了便于安裝和維護,PLC采用標準方式進行安裝。PLC現(xiàn)場安裝圖見圖6。

3 應(yīng)用效果

改造前,2人配合完成1次港區(qū)照明亮化設(shè)施時控調(diào)整需要耗費2 d時間,駕車行駛近40 km的路程,平均每月調(diào)整2次。為掌握亮燈情況,晚上亮燈后值班員需定期駕車進行夜巡,耗費大量人力、物力。在采用自動化控制系統(tǒng)后,值班員幾秒鐘內(nèi)即可完成時控調(diào)整,并可實時在線查看亮燈率。自動化控制系統(tǒng)幫助值班員全面實時掌握照明亮化設(shè)施的運行狀態(tài)。在采用自動化控制系統(tǒng)后,每年可減少人工、機械費用約10萬元,節(jié)省電費約7萬元。

 
本文關(guān)鍵詞:科技創(chuàng)新 標簽:港口智能照明
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