摘要为节约电能、降低港口码头生产成本,介绍灯塔照明智能化管理的优势和系统设计原则,提出港口码头灯塔智能化照明管理系统设计方案,得到较好经济效益。
关键词港口码头;灯塔照明系统;智能化管理;照明控制信息
0引言
随着进出口贸易日趋繁荣,国内港口码头的作业生产均采用24 h全天候作业模式,规模庞大的灯塔群是保证港口码头夜间作业的必要设施,而灯塔照明消耗的电力能源是巨大的。目前,各港口码头对灯塔照明系统的管理模式较为简单、粗犷,具体表现为不论有无船舶、机械、人员作业,港口码头的灯塔都会通宵达旦地照明,浪费大量电力资源。因此,建立智能化、集约化的港口码头灯塔照明管理系统已刻不容缓。
1智能化照明管理系统
港口码头是按照既定的航运、陆运作业计划配置机械、人员进行装运作业的,智能化的照明管理系统可根据航运、陆运计划设定港口码头堆场作业区域内的灯塔照明时间,满足夜间作业照明要求;如果港口码头堆场的作业机械安装有GPS接收机,智能化管理系统可根据采集的机械作业轨迹,精确计算出作业区域,使堆场照明更精细化。智能化照明管理系统就是在满足夜间作业照明需求的前提下,最大限度地合理用电、节约用电,延长灯泡使用寿命,降低码头生产成本。
2照明系统智能化管理的优势
根据国家集约型发展的要求,智能化管理是港口码头灯塔照明管理的发展趋势,与目前使用的钟控、光控等普通管理方式相比,智能化管理具有以下优势:
(1)节省电能智能化管理可节省无作业堆场的照明电能,比普通管理方式省电。由于国家85%的电能为火力发电,照明智能化管理能间接促进节能减排和环境保护。
(2)管理数字化智能化管理可实现照明管理数字化。管理人员只需在管理终端操作软件即可实时控制灯塔照明;航运、陆运计划自动导入数据库,并自动生成灯塔照明任务,操作简单易行。
3智能化照明管理系统设计原则
(1)可靠性系统软、硬件应采用工业级别产品,技术指标达到行业标准和国际标准,满足港口码头24 h全天候作业条件。
(2)安全性系统设计应遵循相关信息标准,具有切实可行的安全保护和保密措施,建立用户权限制度,保证系统数据安全。
(3)智能性系统操作应依据航运、陆运计划,自动控制灯塔照明和设定优先等级,体现其智能性。
(4)可扩展性系统设计在满足现有需求的基础上,应保留充分的可扩展性,具备无线视频、中继站等功能。
(5)管理性系统平台应充分利用可获取的各种信息,为灯塔照明提供丰富、准确的管理信息。
(6)实用性系统设计应充分考虑计算机、有线网络、无线网络和电路控制系统的技术特性以及自然环境,提供便于操作、实用性强的灯塔照明管理系统。
(7)经济性充分考虑港口码头的自然环境、基础设施、网络敷设、灯塔控制等条件,建立性价比优良的灯塔照明管理系统。
4港口码头灯塔智能化照明管理系统设计方案
4.1系统构架
港口码头灯塔智能化照明管理系统由数据处理子系统、通信子系统、照明操作子系统、工作站子系统、GIS(地理信息)子系统等组成(见图1)。
图1系统构架
4.2系统信息流程
港口码头灯塔智能化照明管理系统包含地理信息数据、灯塔属性信息、航陆运计划信息、灯塔控制信息、手动点燃信息、手动熄灭信息、灯塔照明信息、灯塔维修日志信息、灯泡更换信息、灯泡使用年限信息、灯塔点燃率信息、灯塔报警信息等。系统信息流程如图2所示。
图2系统信息流程
4.3数据处理子系统
4.3.1硬件
数据处理子系统硬件主要有2台服务器,具备100%冗余。服务器处理能力根据数据量配置。
4.3.2软件
数据处理子系统具备以下功能:导入、修改港口码头地理信息;创建、保存、修改灯塔群和灯塔位置、照明范围及属性;存储日出日落时间表信息、灯塔控制信息、灯塔照明信息、GPS接收机发送的机车轨迹信息、灯塔维修日志数据、灯泡安装更换时间、灯泡使用年限信息、工作站回传的灯塔数据等;通过软件计算自定义或单位时间段的灯塔照明时间、灯塔点燃率、灯塔报警等信息。
4.4通信子系统
通信子系统可采用有线通信系统和无线通信系统2种模式。
4.4.1有线通信系统
有线通信系统将光纤敷设至灯塔控制柜,向灯塔发出的控制信息和回传自灯塔的数据信息可通过有线通信系统传输,如图3所示。
图3有线通信系统结构
4.4.2无线通信系统
无线通信系统包括无线通信基站和无线终端,系统利用公共网络以及,,,等无线频段,在数据处理中心与工作站之间架设无线数据传输网络[1],如图4所示。
图4无线通信系统结构
4.5照明操作子系统
4.5.1硬件
照明操作子系统的硬件主要是操作微机,处理能力根据需求和数据量配置。
4.5.2软件
照明操作子系统包含照明监控模块、照明控制模块和灯塔信息模块等。
4.5.2.1照明监控模块
照明监控模块将灯塔按监控区域在界面中以树结构模式显示,并具有GIS监控界面中的放大、缩小、平移等功能,实现对港口码头灯塔照明状态全面、准确的掌握。
4.5.2.2照明控制模块
照明控制模块分为计划控制、手动控制、GPS控制等。
(1)计划控制自动导入航运、陆运计划等电子信息,由数据处理子系统结合日出日落时间表生成灯塔控制信息;通信子系统向作业区域内的灯塔控制工作站发送点燃和熄灭灯塔的信号。
(2)手动控制操作员手动设定单个灯塔或灯塔群的点燃、熄灭时间,并可预约灯塔或灯塔群的点燃、熄灭时间。
(3)GPS控制数据处理中心利用机车上安装的GPS接收机,采集机车作业轨迹信息,在主界面中显示机车行驶轨迹,并将相应作业区域的灯塔点燃;如检测出某区域在设定时间内无机车行驶轨迹,则该区域灯塔自动熄灭。
3种控制方式具有控制优先等级,由低向高依次是GPS控制、计划控制、手动控制。照明控制模块的建立充分体现了港口码头灯塔照明控制的智能化。
4.5.2.3灯塔信息模块
灯塔信息模块分为报警信息、照明信息、维修信息等。
(1)报警信息实时显示当前灯塔照明故障信息、灯塔灯泡需更换信息,并可对自定义或单位时间段的灯塔报警信息进行查询。
(2)照明信息实时显示灯塔或灯塔群的控制模式及照明时间,并可对自定义或单位时间段的灯塔照明时间、灯塔点燃率、灯塔运行状态等进行查询。
(3)维修信息操作员可通过维修信息菜单录入灯塔维修信息,并可对自定义或单位时间段的灯塔维修信息进行查询。
4.6工作站子系统
工作站子系统包括通信终端、控制终端和控制电路等。通信终端负责传输灯塔控制、灯塔运行状态等信息;控制终端和控制电路按照接收的灯塔控制信息点燃或熄灭灯塔[2],同时采集灯塔运行状态信息。
4.7GIS子系统
GIS子系统将灯塔及其所处港口码头堆场的地理信息数字化,数据存储于数据处理子系统中。GIS子系统还可对港口码头、灯塔坐标、灯塔照明范围、灯塔属性等信息在数据处理子系统中进行创建和修改。
5智能化照明管理系统的经济效益
以某集装箱港口为范例,码头分A和B 2个堆场,共46块堆区、35个灯塔。依据码头堆场使用统计数据,2007年码头吞吐量为220万TEU,堆场利用率为21.06%~39.65%。通过长期夜间记录,码头平均每夜使用29块堆区作业,如使用智能化照明管理系统,平均每夜点燃23个灯塔即可满足堆场作业需求,有12个灯塔不用点燃,平均每夜节省照明用电/h,全年可节省电费26.28万元,为堆场作业原先照明成本的41.5%。
6结束语
港口码头灯塔智能化照明管理系统将数据库、网络、计算机、电气控制、港口码头生产工艺等领域的先进技术有机融合,从而避免能源浪费,降低港口码头生产成本。[2]港口码头灯塔照明系统的智能化管理将成为港口码头乃至社会节约能源、合理利用能源的有效举措。
参考文献:
[1] 禹中凡. 无线通信网络概论[M]. 北京:清华大学出版社,2002.
[2] 梅新润,方一鸣. 自动控制技术在港口照明系统中的应用[J]. 港口科技动态,2001(9):7-8.
(编辑:张婕收稿日期:2010-03-03)