一种民用机场桥载设备和apu碳排放监测系统的制作方法
【专利摘要】一种民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统。其包括电力监测系统、嵌入式控制器、网关设备、内网安全隔离设备、设备管理和互联网接入服务器、客桥车数据采集设备、客桥车数据接收设备及廊桥监测系统；电力监测系统与桥载设备相连；客桥车数据采集设备与客桥车相连；客桥车数据接收设备与客桥车数据采集设备连接；廊桥监测系统与廊桥连接；嵌入式控制器与电力监测系统、客桥车数据接收设备和廊桥监测系统相连，同时通过网关设备与内网安全隔离设备及设备管理和互联网接入服务器相接。本发明的系统可实时计算和显示民用机场近机位和远机位上桥载设备和飞机APU的碳和其他污染物排放量，有助于提高机场低碳运营管理，促进机场节能减排工作开展。
【专利说明】—种民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统
【技术领域】
[0001]本发明属于民用机场设施监测【技术领域】，特别是涉及一种民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统。
【背景技术】
[0002]飞机在进行地面作业时通常是使用APU为其提供电能和新风。APU是辅助动力装置(Auxiliary Power Unit)的缩写,其为一种小型的润轮发动机,主要用于帮助启动飞机的主发动机和在主发动机关闭时提供电力和空气调节功能。由于APU运转时需要燃油，因此经济成本非常高，同时会排放大量的二氧化碳和其他污染物。随着我国民航业节能减排工作的推进，为了减少燃油的使用量，减少碳和其他污染物排放，同时降低航空公司的运营成本，国内越来越多的机场正在实施桥载设备替代APU的建设工作。桥载设备是400Hz静变电源和桥载空调的统称，在飞机地面作业时可以与其相连，替代APU为飞机提供电能和新风。桥载设备在不同机位的安装形式有所差别:在近机位，飞机停靠后与廊桥对接，桥载设备通常挂载在廊桥下或安装在廊桥下的地面上；在远机位，飞机停靠后与客桥车对接，桥载设备只能安装在地上或地下。桥载设备替代APU本质上是使用电能来代替化石燃料，具有相当大的节能减排前景。由于在我国桥载设备替代APU工作刚刚起步，因此对于桥载设备和APU在实际运行中碳和其他污染物排放还缺乏科学和精细化的监测、计量和管理，从而无法获得准确的排放量数据。我国为控制碳排放量，正在推进碳排放交易制度，目前北京、上海、天津和广东省的碳交易市场已经启动，未来将有越来越多的省市开启碳交易。为了使机场在将来的碳权交易中能够争取更大的优势，对APU和桥载设备在实际工作中的碳和其他污染物排放进行实时、准确地监测和计量是十分必要的。
[0003]中国发明专利申请第201210085843.7中公开了一种民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统，该系统具备对桥载设备使用过程中的电力监控、用户权限识别、电量实时采集和服务计时、费用计算和设备故障监控等功能，并可将上述所生成的费用信息发布给各客户终端，同时具备监控下行各嵌入式控制器、电力监控系统工作状态功能。
[0004]但上述系统中不具备对廊桥工作状态的监测功能，不能够计算APU工作时间，同时也不能够计算桥载设备和APU在使用过程中的碳和其他污染物排放量。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供的民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统包括:电力监测系统、嵌入式控制器、网关设备、内网安全隔离设备、设备管理和互联网接入服务器、客桥车数据采集设备、客桥车数据接收设备及廊桥监测系统；其中:电力监测系统直接与由400Hz静变电源和桥载空调构成的桥载设备通过隔离的方式相连接，用于采集桥载设备的工作电压、电流、用电量和工作状态数据；客桥车数据采集设备与客桥车通过隔离的方式相连接，用于采集客桥车的工作状态，并将以上数据通过无线方式发送；客桥车数据接收设备与客桥车数据采集设备通过无线方式连接，用于接收客桥车的工作状态数据；廊桥监测系统与廊桥通过标准总线连接，用于采集廊桥的运行数据和工作状态；嵌入式控制器以隔离的方式分别与电力监测系统、客桥车数据接收设备和廊桥监测系统相连接；嵌入式控制器同时通过网关设备与内网安全隔离设备及设备管理和互联网接入服务器相连接；内网安全隔离设备桥接机场生产内网，用于接收机场生产内网中的实时航班、机型和时钟数据，用于排放量计算和时钟校正。
[0007]所述的APU碳排放监测系统还包括显示设备、时钟系统和存储系统；嵌入式控制器分别与显示设备、时钟系统和存储系统相连接。
[0008]所述的显示设备为IXD显示屏。
[0009]所述的电力监测系统、客桥车数据采集设备、客桥车数据接收设备、廊桥监测系统和嵌入式控制器均采用微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器。
[0010]本发明提供的民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统的有益效果是:本系统中的电能折算模型和APU排放模型参考了国内外权威机构和政府部门的数据，计算结果准确。另外，数学模型通过编程实现，可实时得出排放量数据。此外，本发明提供了完整的硬件架构，保证了系统各类数据的实时性、准确性、稳定性和易访问性。特别是本系统符合国家大力倡导的“节能减排，发展低碳经济”的战略方针，有助于提高机场低碳运营管理，为机场碳权交易提供依据，促进机场节能减排工作开展。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明提供的民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统的组成框图。【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统进行详细说明。
[0013]如图1所示，本发明提供的民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统包括:电力监测系统1、嵌入式控制器2、网关设备6、内网安全隔离设备7、设备管理和互联网接入服务器
8、客桥车数据接收设备9、客桥车数据采集设备10及廊桥监测系统12 ;其中:电力监测系统I直接与由400Hz静变电源15和桥载空调14构成的桥载设备通过隔离的方式相连接，用于采集桥载设备的工作电压、电流、用电量和工作状态等数据；客桥车数据采集设备10与客桥车11通过隔离的方式相连接，用于采集客桥车11的工作状态(如:接机平台高度、客梯角度、对接状态等)，并将以上数据通过无线方式发送；客桥车数据接收设备9与客桥车数据采集设备10通过无线方式连接，用于接收客桥车11的工作状态数据；廊桥监测系统12与廊桥13内部控制器通过标准总线连接，用于采集廊桥13的运行数据(如:电源电压、电流、接机平台高度、角度等)和工作状态(如:释放、收回、遮蓬状态等)；嵌入式控制器2为本系统的控制核心，其以隔离的方式分别与电力监测系统1、客桥车数据接收设备9和廊桥监测系统12相连接，同时通过网关设备6与内网安全隔离设备7及设备管理和互联网接入服务器8相连接；内网安全隔离设备7桥接机场生产内网16，用于接收机场生产内网16中的实时航班、机型和时钟数据，用于排放量计算和时钟校正。[0014]本系统还包括显示设备3、时钟系统4和存储系统5 ;嵌入式控制器2分别与显示设备3、时钟系统4和存储系统5相连接；所述的嵌入式控制器2利用电力监测系统1、客桥车数据接收设备9、廊桥监测系统12和时钟系统4产生的数据、存储系统5内置资源以及网络接收的实时航班、机型和时钟信息，实现了对桥载设备和APU提供服务时所排放的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的计算，并在存储系统5的数据库内对数据进行存储和管理。
[0015]所述的嵌入式控制器2同时通过网关设备6与设备管理和互联网接入服务器8连接，通过该服务器，机场、客户和管理部门可以对桥载设备和APU在使用过程中的排放量进行查询；同时，拥有权限的工作人员也可通过设备管理和互联网接入服务器8对电力监测系统1、嵌入式控制器2、存储系统5、客桥车数据接收设备9、客桥车11、廊桥监测系统12、廊桥13、桥载空调14和400Hz静变电源15各设备进行监控，并根据需要修正存储系统5中的计算模型、机型配置APU型号等信息。
[0016]所述的电力监测系统1、客桥车数据接收设备9、客桥车数据采集设备10、廊桥监测系统12和嵌入式控制器2均属控制系统，存在强弱电隔离关系和上下位逻辑关系，采用微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器。
[0017]所述的电力监控系统I通过电量表和互感器计量桥载设备的用电量；通过电力电子器件与桥载设备隔离相连，获取开关量；通过标准总线获取桥载设备的工作状态；通过标准总线向嵌入式控制器2上传桥载设备的用电量和工作状态数据。
[0018]所述的廊桥监控系统12通过标准总线获取廊桥13的运行数据和工作状态；通过标准总线向嵌入式控制器2上传廊桥13的运行数据和工作状态；所述的廊桥监控系统12只在近机位配置。
[0019]所述的客桥车数据采集设备10通过标准总线获取客桥车11的工作状态数据；通过Zigbee无线协议向客桥车数据接收设备9上传客桥车11的工作状态数据；每辆客桥车11安装一套客桥车数据采集设备10，且该设备具有唯一的标识码；
[0020]所述的客桥车数据接收设备9通过Zigbee无线协议接收客桥车11的工作状态数据；通过标准总线向嵌入式控制器2上传客桥车的工作状态数据；所述的客桥车数据接收设备9只在远机位配置，每个远机位配置一套，具有唯一的标识码；
[0021]所述的客桥车数据采集设备10与客桥车数据接收设备9的通讯过程为:当客桥车11进入某远机位后，车上的客桥车数据采集设备10立即向该远机位的客桥车数据接收设备9发送请求帧，请求帧包括客桥车数据采集设备10的标识码、当前服务机位、航班、机型等信息；客桥车数据接收设备9接收到请求帧后，与所在机位、计划服务航班、机型信息对t匕，对比无误后向客桥车数据采集设备10发送确认帧，否则发送错误信息；客桥车数据采集设备10接收到确认帧后以一定的时间间隔不断向客桥车数据接收设备9发送数据帧，数据帧包括客桥车数据采集设备10的标识码、日期、时间、客桥车工作状态数据等；待客桥车11服务结束时，客桥车数据采集设备10向接收设备9发送结束信息。
[0022]所述的嵌入式控制器2的网络接口通过安全隔离设备7从机场生产内网16单向实时接收机场时钟、航班和机型数据，上行向设备管理和互联网接入服务器8发送桥载设备、客桥车和廊桥运行数据、桥载设备和APU排放量数据等，下行从设备管理和互联网接入服务器8接收设备管理指令。[0023]所述的存储系统5支持硬盘、FLASH等非易失存储介质；存储系统5内置电能折算模型和APU排放模型，可用于计算桥载设备排放量、APU排放量和桥载设备相对APU排放减少量，模型参数参考国家和地方发改委、权威环境保护机构、国际民航组织和国家民航局等权威部门和组织公布的数据；所述的存储系统5内置小型数据库，用于存放桥载设备、客桥车11和廊桥13运行数据、排放量数据等，以定时或实时方式通过网络上传至设备管理和互联网接入服务器8 ;存储系统5同时还存储有各种机型配置APU型号数据。
[0024]所述的显示设备3可以是IXD显示屏，用于实时显示客桥车11、廊桥13、桥载设备和APU的工作时间、工作状态，桥载设备和APU在工作过程中的排放量，以及桥载设备相对APU的排放减少量。
[0025]所述的嵌入式控制器2计算APU和桥载设备工作时间的方法分为两种情况，对于近机位:由于飞机在地面作业中APU和桥载设备必开启其中之一以保证供电，因此当嵌入式控制器2从廊桥监测系统12上传的廊桥工作状态获知飞机已靠桥后，若未从电力监测系统I获得桥载设备开始服务的信息，则认为APU正在工作，此时计算APU工作时间；一旦从电力监测系统I获得桥载设备开始服务的信息，暂停计算APU工作时间，开始计算桥载设备工作时间；若中途从电力监测系统I获得桥载设备停止服务的信息，则暂停计算桥载设备工作时间，继续计算APU工作时间；依此类推，直到从廊桥监测系统12获得廊桥撤回信息，APU和桥载设备工作时间计时停止；
[0026]对于远机位:当嵌入式控制器2从客桥车数据接收设备9上传的客桥车工作状态获知对接飞机完毕后，若未从电力监测系统I获得桥载设备开始服务的信息，则认为APU正在工作，此时计算APU工作时间；一旦从电力监测系统I获得桥载设备开始服务的信息，暂停计算APU工作时间，开始计算桥载设备工作时间；若中途从电力监测系统I获得桥载设备停止服务的信息，则暂停计算桥载设备工作时间，继续计算APU工作时间；依此类推，直到从客桥车数据接收设备9获得客桥车撤回信息，APU和桥载设备工作时间计时停止；
[0027]所述的嵌入式控制器2通过内网安全隔离设备7从机场生产内网16接收实时航班、机型信息和时钟同步信息，其中时钟同步信息用于时钟系统校正，实时航班和机型信息用于查询当前航班机型配置的APU型号；
[0028]所述的嵌入式控制器2根据存储系统5中存储的电能折算模型和上述耗电量数据计算使用桥载设备产生的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的排放量；所述的电能折算模型的折算系数可采用国家和地方发改委以及权威环境保护机构所公布的数据；
[0029]所述的嵌入式控制器2根据存储系统5中存储的APU排放模型和当前服务航班及机型信息，通过存储系统5内部的数据库查找该架飞机配置APU的型号，接着根据APU工作时间计算出使用该型号APU所消耗的燃油量以及二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的排放量;APU排放模型的相关系数可采用国际民用航空组织(ICAO)和国家民航局等权威机构所公布的数据；
[0030]所述的嵌入式控制器2根据桥载设备工作时间和当前服务机型的APU型号，使用APU排放模型计算出该型号APU提供相同时长服务情况下所消耗的燃油量以及二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的排放量，进而结合电能折算模型计算出桥载设备与APU的排放量差值；[0031]所述的存储系统2内数据库的数据包括运行数据和排放数据，均通过以太网的形式上传至设备管理和互联网接入服务器8，设备管理和互联网接入服务器8可以向嵌入式控制器2下传各种控制命令。
[0032]所述的设备管理和互联网接入服务器8内置有网络应用层程序，该程序分为三个功能层次:底层为数据库，存储管理从各台嵌入式控制器2接收到的客桥车、廊桥和桥载设备工作状态数据以及桥载设备和APU排放量数据；中层为客户端访问接入点，提供排放量查询服务，机场和管理部门可通过网络浏览器软件连接设备管理和互联网接入服务器8，打开访问页面后采用账户+密码的权限方式进入查询系统；上层为设备组态应用程序，程序采用GUI界面，将底层数据库中设备工作状态、排放量等以图形的形式显示出来，虚拟现实的系统工作现场，同时通过点击设备图标和采用菜单、对话框等人机对话形式向各设备下达控制指令，程序可以解析所点击设备的物理地址，而后将指令通过网络下发到相应嵌入式控制器2中，完成上位机管理功能。
【权利要求】
1.一种民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统，其特征在于:其包括电力监测系统(I)、嵌入式控制器(2)、网关设备(6)、内网安全隔离设备(7)、设备管理和互联网接入服务器(8)、客桥车数据接收设备(9)、客桥车数据采集设备(10)及廊桥监测系统(12);其中:电力监测系统(I)直接与由400Hz静变电源(12)和桥载空调(11)构成的桥载设备通过隔离的方式相连接，用于采集桥载设备的工作电压、电流、用电量和工作状态数据；客桥车数据采集设备(10)与客桥车(11)通过隔离的方式相连接，用于采集客桥车的工作状态，并将以上数据通过无线方式发送；客桥车数据接收设备(9)与客桥车数据采集设备(10)通过无线方式连接，用于接收客桥车的工作状态数据；廊桥监测系统(12)与廊桥(13)内部控制器通过标准总线连接，用于采集廊桥(13)的运行数据和工作状态；嵌入式控制器(2)以隔离的方式分别与电力监测系统(I)、客桥车数据接收设备(9)和廊桥监测系统(12)相连接；嵌入式控制器(2)同时通过网关设备(6)与内网安全隔离设备(7)及设备管理和互联网接入服务器(8)相连接；内网安全隔离设备(7)桥接机场生产内网(16)，用于接收机场生产内网(16)中的实时航班、机型和时钟数据，用于排放量计算和时钟校正。
2.根据权利要求1所述的民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统，其特征在于:所述的APU碳排放监测系统还包括显示设备(3)、时钟系统(4)和存储系统(5);嵌入式控制器(2)分别与显示设备(3)、时钟系统(4)和存储系统(5)相连接。
3.根据权利要求2所述的民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统，其特征在于:所述的显示设备(3)为IXD显示屏。
4.根据权利要求1所述的民用机场桥载设备和APU碳排放监测系统，其特征在于:所述的电力监测系统(I)、客桥车数据接收设备(9)、客桥车数据采集设备(10)、廊桥监测系统(9)和嵌入式控制器(2)均采用微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器。
【文档编号】G01R31/00GK103969528SQ201410186770
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】张积洪, 王阳, 黄哲理, 李龙海, 费春国, 陈维兴, 李龙顺, 孙毅刚, 李宗帅, 侯启真 申请人:中国民航大学