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未來20年內(nèi)，在全球范圍內(nèi)規(guī)劃建設(shè)的最大機場中，有阿聯(lián)酋的迪拜世界中心國際機場，土耳其的伊斯坦布爾第三國際機場和中國的北京新機場。北京新機場，需要告訴世界，如何用“中國智慧”，實現(xiàn)“引領(lǐng)世界機場建設(shè)，打造全球空港標(biāo)桿”的目標(biāo)。從國內(nèi)視角看，北京新機場，是一座集眾多特殊性于一身的機場。

圖1 北京新機場效果圖

1 項目簡介

為給旅客提供潔凈、明亮與舒適的乘機環(huán)境，機場長時間營運所消耗的能源是相當(dāng)驚人的。據(jù)歐盟調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，一座民用機場的耗能可與一座小型城鎮(zhèn)相較，其中更有部分能源因管控不當(dāng)而白白浪費。因此，近年來全球各地不少響應(yīng)節(jié)能環(huán)保的機場已開始導(dǎo)入自動化系統(tǒng)以取代傳統(tǒng)由人員巡檢的管理模式，更有甚者則引進(jìn)了智能化系統(tǒng)，通過系統(tǒng)自動控制避免不必要的浪費、提升監(jiān)控效率，更降低整體能源使用量以達(dá)到節(jié)約能源的目標(biāo)。

一套具聯(lián)動控制功能的智能化機場能源與設(shè)備綜合運維平臺包含許多互相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)與大量、多樣的設(shè)備、儀表。從設(shè)備端取得的運轉(zhuǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)必須通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)先做通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換后才可整合至中央管理系統(tǒng)，進(jìn)而利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測與控制。因此，作為數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的計算機的性能與穩(wěn)定性決定著整個系統(tǒng)的順暢度與可靠度。研華ECU-4553電力能源通訊管理機足以肩負(fù)此承上啟下的關(guān)鍵任務(wù)，這款符合IEC 61850-3標(biāo)準(zhǔn)、專為電力自動化應(yīng)用而設(shè)計的網(wǎng)關(guān)不僅有卓越的性能讓系統(tǒng)軟件得以充分發(fā)揮其功能，也提供豐富的端口用以一次連接多種底層裝置，其卓越的抗干擾能力還有助于確保在嚴(yán)苛使用環(huán)境中系統(tǒng)穩(wěn)定運作。

2 系統(tǒng)需求

以滿足一億人次年旅客吞吐量為目標(biāo)的北京新機場即將于2019年下半年竣工營運。該機場既被定位為大型國際航空樞紐，更致力于成為中國綠色機場的典范。因此設(shè)計之初就把節(jié)能環(huán)保理念納入規(guī)劃，整個機場分為3個大區(qū)：航站區(qū)、配套區(qū)、飛行區(qū)。以26個變電室、60臺變壓器、9個備用電源發(fā)電機房及258個配電室建置一套無人值守、集中管理的能源與設(shè)備綜合運維平臺，藉此全面監(jiān)控航廈內(nèi)的空調(diào)、照明、供水、供暖、電梯等能耗設(shè)施及相關(guān)儀表。

而為了能將機場內(nèi)的能耗做通盤審計以分析出可節(jié)省能源的潛在環(huán)節(jié)，再通過聯(lián)動機制降低能耗，系統(tǒng)整合廠商需要在每間電氣室內(nèi)配置計算機作為數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)收集大量數(shù)據(jù)，并且將不同通訊協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合IEC 61850-9的格式后，才可上傳至能源與設(shè)備綜合運維平臺。而該系統(tǒng)整合廠商想要采購的計算機必須滿足以下條件：

·高性能、高穩(wěn)定性的工業(yè)級計算機以提供足夠的運算能力處理大量資料；

·符合IEC 61850-3標(biāo)準(zhǔn)的訊號隔離與抗干擾硬件設(shè)計；

·采用RT-Linux實時操作系統(tǒng)以達(dá)到實時控制；

·較寬的工作溫度范圍與較佳的抗干擾能力以便在嚴(yán)苛環(huán)境中穩(wěn)定運作；

·具備多個RS-485/232串口與網(wǎng)口以連接眾多底層設(shè)備與傳送數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)概述

在配置有258間電氣室的北京新機場，每一間都裝設(shè)一臺研華ECU-4553作為數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，用于采集數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行邊緣計算，作為輔助監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵通訊管理設(shè)備，即可滿足此項目串連大量、多樣底層設(shè)備與上層管理系統(tǒng)的需求。通過這臺電力能源通訊管理機提供的串口連接微機保護(hù)裝置、高壓/低壓電力儀表、現(xiàn)場I/O裝置、現(xiàn)場控制單元等裝置，并在其高速運算處理下完成采集數(shù)據(jù)的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換，大量數(shù)據(jù)就能通過以太網(wǎng)絡(luò)端口連接的交換機傳送至位于監(jiān)控中心的管理系統(tǒng)，并簡化物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計，多串口的優(yōu)勢可減少小型網(wǎng)關(guān)的搭建，降低布線成本和設(shè)備成本節(jié)省調(diào)試配置時間，全面降低系統(tǒng)集成商采購、調(diào)試、維護(hù)成本和項目實施周期，同時1U上架設(shè)計，寬溫等性能均滿足配電室要求。

同時，系統(tǒng)也可經(jīng)由ECU-4553對底層設(shè)備下達(dá)控制指令，譬如根據(jù)航班信息來事前了解某些區(qū)域旅客流量的多寡，于人流較少時關(guān)閉該區(qū)的空調(diào)；又或者是當(dāng)接收到變壓器的異常訊號而出現(xiàn)臨時停電狀況時，亦能由監(jiān)控中心遠(yuǎn)程啟動備用電源發(fā)電機。

內(nèi)建TI Cortex A8處理器的ECU-4553是一款符合IEC61850電力規(guī)范的高性能工業(yè)等級通訊管理專用機，搭配具有實時特色的RT-Linux操作系統(tǒng)，可讓智能化能耗監(jiān)控系統(tǒng)的整體執(zhí)行效率更精準(zhǔn)。支持寬溫（-40~70°C）則可排除因極度低溫或高溫導(dǎo)致計算機無法啟動或死機的問題。而在電磁兼容性（EMC）方面，ECU-4553符合IEC 61850-3硬件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，既具備足夠抵抗外界電磁干擾的能力，同時也不會對其它設(shè)備或裝置的運作造成影響，因此就算被安裝在有眾多電氣與電子設(shè)備的環(huán)境內(nèi)，它依然能夠穩(wěn)定運行。

至于承上啟下的部分，ECU-4553提供4個網(wǎng)口、16個串口，可輕松連接使用不同協(xié)議（例如IEC-60870-5-104、IEC-60870-5-101、Modbus/RTU、Modbus/TCP）的各種設(shè)備，既滿足項目目前的聯(lián)網(wǎng)需求，又為系統(tǒng)預(yù)留了日后擴(kuò)充的空間。

ECU-4553具有以下特色：

·采用CortexA8處理器

·DDR3L 1GB RAM

·1 GBMicro-SD系統(tǒng)內(nèi)存卡

·1個Micro-SD存儲插槽

·16個RS-232/485隔離串口

·4個10/100以太網(wǎng)端口

·支持-40℃-70℃寬工作溫度

·支持SD卡

4 系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

5 結(jié)論

想要擺脫高能耗的束縛，物聯(lián)網(wǎng)時代的新機場必須導(dǎo)入節(jié)能環(huán)保與智能管理。而數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)身為智能化能耗監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，能否不負(fù)所托、完成使命，要看其長效性能與穩(wěn)定耐用等方面能否經(jīng)受得起考驗。研華ECU-4553通訊管理機不僅是專為電力能源應(yīng)用而設(shè)計的高性能計算機，其還通過了長達(dá)兩年的電磁兼容性、硬件可靠性、軟硬兼容性等嚴(yán)格測試，因而受到系統(tǒng)整合商與業(yè)主北京新機場的一致好評。而該專精于智能化能源管理系統(tǒng)開發(fā)的系統(tǒng)整合商亦表示，未來除了在中國新機場建置、既有機場升級等項目中持續(xù)選用ECU-4553之外，亦打算在其他大型公共建筑、商用辦公大樓、智慧城市等高能耗場域中采用ECU-4553為客戶搭建節(jié)省營運成本與優(yōu)化管理效率的智能化能耗監(jiān)控系統(tǒng)。

圖3 北京新機場能耗圖

摘自《自動化博覽》2019年9月刊