云平臺技術(shù)在民航機(jī)場中的應(yīng)用

張雷 王坤 葛鵬 孟祥宇 白明皓

摘要：隨著“四型”機(jī)場概念的引入，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)也逐步在機(jī)場建設(shè)中遍地開花。本文利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，結(jié)合新型通訊設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和云計(jì)算設(shè)備，構(gòu)建支線機(jī)場能源環(huán)境大數(shù)據(jù)云管控平臺，實(shí)現(xiàn)對機(jī)場設(shè)備的主要性能指標(biāo)和能耗大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)能源精細(xì)化的按需供給和生產(chǎn)，打造節(jié)能環(huán)保低碳的綠色、智慧機(jī)場。

關(guān)鍵詞：智慧機(jī)場;綠色機(jī)場;云平臺;四型機(jī)場

引言

能源已成為人類社會(huì)不可或缺的基本要素。隨著能源日益緊張和環(huán)境惡化，獲得經(jīng)濟(jì)環(huán)保的能源策略成了關(guān)系人類生存與可持續(xù)發(fā)展的急迫問題，尋找提高能源利用效率的解決之道成為小到社會(huì)家庭，大到企業(yè)與政府等全社會(huì)的共同責(zé)任。各類水、電、氣設(shè)備與分類能耗是工業(yè)設(shè)施、社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施與各類建筑建設(shè)投資和日常運(yùn)營成本的主要構(gòu)成部分之一，如何合理配置和管控能源設(shè)施，提高能源利用效率并降低成本，成了一個(gè)重要課題。

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的技術(shù)逐步成熟，基于此的能耗管控系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)能夠?yàn)槠髽I(yè)生產(chǎn)管理、計(jì)量管理、節(jié)能管理提供方向指引，為企業(yè)節(jié)能減排、節(jié)能降耗的實(shí)現(xiàn)提供解決方案，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本系統(tǒng)是基于長白山機(jī)場二期擴(kuò)建為背景，針對中小機(jī)場設(shè)計(jì)的一套機(jī)電管控云平臺系統(tǒng)。

1.機(jī)場建筑規(guī)模

長白山機(jī)場二期擴(kuò)建所涉及的建筑物按照能源消耗、供給有如下分類：

消耗端建筑包括，T1航站樓，T2航站樓，航管辦公綜合樓，貨運(yùn)庫，公務(wù)機(jī)樓，公安、安檢、物業(yè)及旅客服務(wù)車庫，值班用房，職工食堂，值班用房等20余個(gè)單體建筑。

供給端建筑包括，鍋爐房，制冷站，中水站，供水站，中心變。

2.機(jī)電管控云平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 云平臺組成

云平臺系統(tǒng)由遠(yuǎn)程集約化節(jié)能運(yùn)行管控平臺、大數(shù)據(jù)中心云服務(wù)平臺、移動(dòng)終端管控平臺、機(jī)電設(shè)備節(jié)能運(yùn)行管控平臺四部分組成。

①智慧機(jī)場管控平臺：可通過現(xiàn)場和遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組，燃?xì)忮仩t，制冷機(jī)組，中水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)，樓控系統(tǒng)，電力監(jiān)控系統(tǒng)的智能通訊，互聯(lián)互通，遠(yuǎn)程和現(xiàn)場自動(dòng)調(diào)度節(jié)能運(yùn)行。

②大數(shù)據(jù)中心云服務(wù)平臺：結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備主要性能指標(biāo)和系統(tǒng)能耗分析，指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)行。

③移動(dòng)終端管控平臺：通過云計(jì)算，在遠(yuǎn)程管控中心、機(jī)場設(shè)備運(yùn)行管理人員移動(dòng)終端監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)顯示設(shè)備運(yùn)行狀況，具有受限的控制功能。

④機(jī)電設(shè)備節(jié)能運(yùn)行平臺：能夠?qū)Υ笮蜋C(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，對大型機(jī)電設(shè)備可實(shí)時(shí)節(jié)能調(diào)節(jié)。

2.2 云平臺技術(shù)架構(gòu)

智慧機(jī)場管控平臺方案的技術(shù)架構(gòu)有五層，分別為現(xiàn)場檢測層、現(xiàn)場控制層、互通互聯(lián)智能通訊層、大數(shù)據(jù)處理層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層。

2.2.1 現(xiàn)場檢測層

主要由各種現(xiàn)場智能傳感器組成，包括溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、流量計(jì)等。

2.2.2現(xiàn)場控制層：

主要由人機(jī)交互界面設(shè)備和現(xiàn)場控制器組成。

（1）人機(jī)交互界面設(shè)備：連接現(xiàn)場控制器、變頻器、智能傳感器等現(xiàn)場設(shè)備，通過輸入單元輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互。通過多樣化的通訊端口，可以與各種設(shè)備進(jìn)行通訊。

（2）現(xiàn)場控制器：檢測各種環(huán)境信息和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并提供給控制器做出控制決策?？刂破骷瓤梢越邮者h(yuǎn)程操作命令，也負(fù)責(zé)將傳感器的檢測數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)管理層。

2.2.3互通互聯(lián)智能通訊層

該層既要負(fù)責(zé)感知控制層與上層的數(shù)據(jù)傳輸，還要實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與其他通信網(wǎng)絡(luò)之間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多種通信方式的融合。

2.2.4大數(shù)據(jù)處理層

通過運(yùn)行數(shù)據(jù)的積累，結(jié)合人工智能算法，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行機(jī)理模型的參數(shù)校正、故障預(yù)測、設(shè)備主要性能指標(biāo)和系統(tǒng)能耗分析。

2.2.5遠(yuǎn)程監(jiān)控層

由PC和移動(dòng)終端組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與狀態(tài)的讀取、顯示及存儲(chǔ)，設(shè)置各種參數(shù)及發(fā)送相關(guān)控制命令等。

2.3 云平臺系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)

機(jī)電云平臺系統(tǒng)前端設(shè)備主要由溫度傳感器、壓力傳感器、調(diào)節(jié)閥、流量傳感器、云數(shù)據(jù)管控現(xiàn)場控制器等設(shè)備組成。

2.3.1 供給端前端設(shè)備

（1）鍋爐房供暖站：生活熱水鍋爐供回水管道，生活熱水鍋爐一次、二次側(cè)，供暖系統(tǒng)總供回水管，回水管道上循環(huán)泵，煙氣回收系統(tǒng)一次二次側(cè)等處安裝配套溫度、濕度、壓力等傳感器。

（2）制冷站：機(jī)組冷凍供回水，冷凍水管道上循環(huán)泵，補(bǔ)水系統(tǒng)，冷凍水供回水管，冷卻水供回水管，冷卻塔冷卻水管道等處安裝配套傳感器設(shè)施。

（3）供水站：供水管道上安裝壓力傳感器，水箱中安裝液位傳感器。

（4）中水站：中水管道上安裝壓力傳感器。

（5）變電站：變電站出線母線上安裝智能電表，傳感器接至變電站內(nèi)電力監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)接口回傳至云平臺系統(tǒng)集中監(jiān)控。

2.3.2 消耗端前端設(shè)備

（1）機(jī)場園區(qū)各建筑：在T1、T2航站樓，值班用房，職工食堂等單體建筑在入戶井中安裝溫度，壓力傳感器，調(diào)節(jié)閥，熱量表，實(shí)現(xiàn)分時(shí)分溫控制。

（2）機(jī)場園區(qū)各末端不利點(diǎn)：在制冷站，新航站樓內(nèi)不利點(diǎn)，新航站樓制冷末端，航管辦公樓，公務(wù)機(jī)樓等處，安裝流量計(jì)，溫度，壓力傳感器。

前端傳感器連接至單體內(nèi)的云數(shù)據(jù)管控現(xiàn)場控制器，并通過各單體內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。

2.4 云平臺系統(tǒng)后臺

監(jiān)控大廳配置監(jiān)控拼接大屏、操作臺、維修及操作PC設(shè)施等。

2.5 云平臺系統(tǒng)接口

本系統(tǒng)能夠通過通信網(wǎng)關(guān)與制冷系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、航站樓樓控系統(tǒng)、中心變電力監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，對各系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、處理及分析。

考慮到機(jī)場的特殊性和云數(shù)據(jù)的安全性，本項(xiàng)目對系統(tǒng)間的控制權(quán)限進(jìn)行了設(shè)定，分為只監(jiān)不控，既監(jiān)又控兩類。只監(jiān)不控類：航站樓樓控系統(tǒng)、變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)。既監(jiān)又控類：制冷系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、供水系統(tǒng);

2.6云平臺系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.6.1 各樓宇末端及分時(shí)分溫管控

能夠結(jié)合機(jī)場各區(qū)域不同的使用屬性和使用面積，對T1、T2航站樓等人員密集區(qū)域末端實(shí)現(xiàn)最不利末端監(jiān)測控制，提高供熱品質(zhì)，保證人體舒適度。對車庫樓等人員稀少區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分時(shí)分溫控制，實(shí)行每天不同時(shí)間段按照不同溫度要求控制運(yùn)行，避免無謂的能源浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)冷暖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管控。

2.6.2 供暖系統(tǒng)管控

實(shí)現(xiàn)多能源聯(lián)合主從協(xié)同控制，采用供熱系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組余熱優(yōu)先控制策略，切換時(shí)以發(fā)電機(jī)組余熱供暖運(yùn)行優(yōu)先，鍋爐供暖進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹鲝目刂啤?/p>

2.6.3 制冷系統(tǒng)管控

結(jié)合室外天氣變化和用戶需求及全系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行。能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組最佳效率主參數(shù)控制、系統(tǒng)多流量模態(tài)協(xié)調(diào)控制、補(bǔ)水泵變頻定壓控制、機(jī)組供給系統(tǒng)氣候補(bǔ)償控制和分時(shí)分溫控制等。

2.6.4 生活熱水系統(tǒng)管控

結(jié)合機(jī)場各區(qū)域的需要生活熱水的早中晚用水高峰的時(shí)間特性，通過現(xiàn)場智能傳感器采集上來的數(shù)據(jù)，計(jì)算給出最優(yōu)控制。

2.6.5 生活供水系統(tǒng)管控

實(shí)現(xiàn)生活供水機(jī)電設(shè)備現(xiàn)場/遠(yuǎn)現(xiàn)場/遠(yuǎn)程，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生活供水液位恒定控制和生活供水恒壓控制。

2.6.6 中水系統(tǒng)管控

通過對采集到的中水管網(wǎng)壓力參數(shù)對比分析，為現(xiàn)場中水系統(tǒng)調(diào)節(jié)水池中的中水一體化處理設(shè)備運(yùn)行、玻璃鋼調(diào)節(jié)池中的提升泵運(yùn)行、玻璃鋼中水處理設(shè)備中電動(dòng)閥調(diào)節(jié)器控制、中水變頻泵組運(yùn)行提供決策依據(jù)。

2.6.7 電力監(jiān)控系統(tǒng)管控

采用發(fā)電機(jī)時(shí)序切換控制方法，控制發(fā)電機(jī)組按需發(fā)電。實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組余熱供暖系統(tǒng)監(jiān)測控制，啟?？刂?。

2.6.8 樓宇監(jiān)測系統(tǒng)管控功能

實(shí)現(xiàn)樓宇系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備現(xiàn)場/遠(yuǎn)程高速以太網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)故障檢測與監(jiān)控。

3.結(jié)論及建議

本文采用機(jī)電云平臺技術(shù)，能夠?yàn)樾⌒蜋C(jī)場提供一套較為完整的能源監(jiān)控解決方案，真正做到了既能“監(jiān)”又能“控”，通過數(shù)據(jù)積累及優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)對機(jī)場設(shè)備的主要性能指標(biāo)和能耗大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對機(jī)電設(shè)備運(yùn)營故障預(yù)測與診斷;最終實(shí)現(xiàn)能源精細(xì)化的按需供給和生產(chǎn)，打造節(jié)能環(huán)保低碳的綠色、智慧機(jī)場。

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