专利名称：民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及民航机场地面电源控制、用电量和服务费结算系统，特别是一种操作简单、性能稳定、易于管理、低成本的民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统。
背景技术：
为了减少燃油的使用量以节能环保，同时降低航空公司经营成本，通常在航空器进行地面作业时，由民航机场将地面400Hz电源和地面空调机组设备与航空器连接，取代航空器APU系统工作，以确保航空器的正常运行。但现有技术中对于这项服务缺乏客观科学的管理，没有形成统一、合理的收费标准和相关系统，使得目前收费标准由各地机场自行规定，管理中存在一些不必要的电力资源浪费、机场设施使用效率低下的现象。一体化结算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，在降低航空公司运营成本的同时，提高了机场资金和设施的使用效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种民用机场地面电源和空调机组服
务一体化结算系统。本发明提供的民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统，包括由400Hz电源机组(19)和空调机组(20)构成的地面设备，以下简称为“地面电源设备(19、20)”，航空器与所述地面电源设备连接，地面电源设备与电力监控系统(4)隔离连接，电力监控系统(4)与嵌入式控制器(16)隔离连接，嵌入式控制器(16)外接网关设备(5)并通过内网安全隔离设备⑵桥接机场生产内网，以下简称“内网”，内网安全隔离设备(7)具备网络物理隔离功能和按地址管理、发送数据功能；所述嵌入式控制器(16)外接变送器(8)和传感器组(9)，并连接人机接口，所述嵌入式控制器利用人机接口并结合内网数据实现了对电力控制系统⑷的操作权限识别和控制；电力控制系统⑷依次经电力电子器件A (13)和电力电子器件B(12)连接地面电源设备，电力电子器件A(13)可以是继电器一类的器件或设备，电力电子器件B(12)可以是电气开关一类的器件或设备，电力电子器件B(12)同时依次经互感器￠)、电量表(I)、集线器(2)连接嵌入式控制器，嵌入式控制器再分别连接时钟系统
(17)和存储系统(15)，所述嵌入式控制器利用集线器(2)、电量表(I)、时钟系统(17)、存储系统(15)和内网数据实现了操作地面电源设备所产生的耗电量和服务工时费用数据的计算、存储和管理；所述嵌入式控制器同时通过网关设备(5)与底层设备管理及互联网接入服务器(18)连接，实现数据的远程服务和管理功能；所述底层设备管理及互联网接入服务器(18)，以下简称“服务器(18)”，连同使用该系统的所有客户的终端设备群，以及所有客户终端设备所共享的各类网络资源组成了上位机结算网络系统，该系统中以服务器(18)为核心部件。所述电力监控系统⑷由微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器件或模块，支持单线程工作模式，同时可移植操作系统，具备自身故障监测和上报功能；所述电力监控系统(4)实现了与地面电源设备和与嵌入式控制器(16)的电气隔离连接，数据接口采用数字量和标准总线方式；电力监控系统(4)向地面电源设备下发控制信号，地面电源设备向电力监控系统(4)实时反馈信号和自身故障数据，反馈信号将触发嵌入式控制器(16)采集电量表(I)读数，地面电源设备故障数据采用数字量和总线方式传送至电力监控系统(4)。所述嵌入式控制器(16)由微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器件或模块，支持单线程工作模式，同时可移植操作系统，具备自身故障监测和上报功能；
所述嵌入式控制器(16)具备人机接口，人机接口常态外接三种设备键盘(11)、ID卡识别设备(10)和显示器(14)，并预留触摸屏接口和指纹传感器接口 ；所述嵌入式控制器的人机接口，支持多设备连接于同一标准总线，同时支持多设备连接于不同标准总线；所述ID卡识别设备(10)支持磁卡、IC卡或者RF卡的阅读器；所述嵌入式控制器(16)利用ID卡识别设备(10)读入数据，结合内网接收数据和键盘(11)输入数据，向电力监控系统(4)下发针对地面电源设备的控制指令；所述嵌入式控制器的显示器(14)显示内网接收数据和系统状态信息；所述嵌入式控制器(16)具备存储系统(15)，支持BBSRAM、F-RAM和FLASH非易失存储介质，同时支持可插拔存储卡；所述存储系统(15)内置费率计算模型，内置数据库，用于存储、管理如下三类数据地面电源设备自身的所有相关数据、操作和使用该设备的实体的所有相关数据、根据模型计算出的所有数据；嵌入式控制器(16)可以将数据库数据上传至服务器(18)，同时导出数据并存储；所述嵌入式控制器(16)具备时钟系统(17)，时钟系统具备实时时钟计数和时钟电源监控功能；时钟系统(17)的计数部件的时钟同步触发信号可来自自身设置和内网数据，产生的时钟数据用于模型计算和显示、记时功能；所述时钟系统(17)实时采集并存储时钟部件的供电电压和电流值，对存储值处理后，当认定电流电压异常，则启动时钟部件的备份电源，同时生成故障码并上报服务器(18)；所述嵌入式控制器(16)具备环境检测功能，传感器组(9)可实时采集各种工作环境参数，数据经变送器(8)转换、处理并发送至嵌入式控制器￠)，采用标准总线协议或无线通信协议；所述嵌入式控制器(16)实时将环境参数上报上位管理机(18)以评估工作现场环境，在恶劣条件下强制电力监控系统(4)切断地面电源的供电，并且上报服务器(18)；所述嵌入式控制器(16)具备网络功能，同时支持标准总线接口和以太网接口，可自组局域网或桥接任何标准网络；所述嵌入式控制器(16)通过网关设备(5)实现组网功能和隔离、桥接其它网络的功能；所述嵌入式控制器(16)从内网设备(7)单向接收数据，与上位机(18)双向通信。所述一体化结算系统由两台或两台以上电量表⑴通过集线器⑵以总线通信方式采集地面电源设备(19、20)所消耗的电量数据，由嵌入式控制器(16)的时钟系统(17)产生并通过总线方式采集操作面电源设备(19、20)所产生的人工服务时间数据；所述嵌入式控制器(16)可以向电力监控系统(4)下传控制命令，电力监控系统(4)可通过电力电子器件(12、13)向地面电源设备(19、20)下传控制信号；所述嵌入式控制器(16)内存储系统(15)所包含的费率计算模型，可以利用采集到的电量数据和人工服务时间数据，可以计算出使用地面电源设备(19、20)的总体费用值，定义如下变量P-400Hz电源(19)的设备固定成本，出现在下标时特指该种设备的相关变量，设备固定成本P包含了 400Hz电源(19)的物料成本P。和人工成本Hp，物料成本P。的计算涵盖了主设备、附件、连接件及所有相关零部件的采购、安装、设计、调试、监理、维护费用，同时考虑备件、多台采购及所有相关费用，人工成本Hp包括设备操作人员工时费、设备维护人员工时费以及相关保险费用；A-空调机组(20)的设备固定成本，出现在下标时特指该种设备的相关变量，
设备固定成本A包含了空调机组(20)的物料成本A。和人工成本Ha，物料成本A。的计算分别涵盖了主设备、附件、连接件及所有相关零部件的采购、安装、设计、调试、监理、维护费用，同时考虑备件、多台采购及所有相关费用，人工成本Ha包括设备操作人员工时费、设备维护人员工时费以及相关保险费用；M-地面电源设备(19、20)提供单次供电服务时产生的全部费用；T-人工服务计费时间，在计算过程中以Ta或Tp形式出现，Ta表示操作空调机组(20)的人工服务计费时间，Tp表示操作400Hz电源(19)的人工服务计费时间；t-根据时钟系统(17)得到的操作空调机组(20)和400Hz电源(19)的人工服务实际时间；C-当地电费单价，每日按用电时间分为高峰单价和低谷单价，每年按不同季节调整单价c ；E-消耗电能的计费电量，在计算过程中以Ea或Ep形式出现，Ea表示空调机组(20)消耗电能的计费电量值，Ep表示400Hz电源(19)消耗电能的计费电量值；α-服务收益率，是一个百分比，服务商提供地面电源设备(19、20)供电服务时，按国家规定获取的服务项目利润空间；β_价格波动系数，由于地面电源设备(19、20)的产地因素造成的价格差别而引用的一个系数值；r-设备折旧和磨损因子，是一个百分比，按国家规定，根据设备已使用年限和使用寿命得出；Wp-综合P。并考虑β和r因素的物料环节总费用；Wa-综合A。并考虑β和r因素的物料环节总费用；Texp-该设备的有效工作时间；H0-设备操作人员工时费，该类人员提供操作服务每分钟所得到的报酬；Hr-设备维护人员工时费，该类人员提供维护服务每分钟所得到的报酬；W-保险成本，按国家规定，设备和人员所需缴纳的保险金额度，视不同机场的保险情况而定；Hm-表示当地机场人均月工资；Thu-表示当地机场员工每月有效工作时间；η-设备维护与设备操作的工作量比，η在不同机场取值不同；有下列函数关系M (元)=(PX Τρ+Α X ΤΑ) X (1+ a ) +c X (ΕΡ+ΕΑ)P = P0+Hp A = A0+Ha
权利要求
1.一种民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统，该系统包括由400Hz电源机组(19)和空调机组(20)构成的地面设备，以下简称为“地面电源设备(19、20)”，其特征在于航空器与所述地面电源设备连接，地面电源设备与电力监控系统(4)隔离连接，电力监控系统(4)与嵌入式控制器(16)隔离连接，嵌入式控制器(16)外接网关设备(5)并通过内网安全隔离设备(7)桥接机场生产内网，以下简称“内网”，内网安全隔离设备(7)具备网络物理隔离功能和按地址管理、发送数据功能；所述嵌入式控制器(16)外接变送器(8)和传感器组(9)，并连接人机接口，所述嵌入式控制器利用人机接口并结合内网数据实现对电力控制系统⑷的操作权限识别和控制；电力控制系统⑷依次经电力电子器件A(13)和电力电子器件B(12)连接地面电源设备，电力电子器件B(12)同时依次经互感器(6)、电量表⑴、集线器⑵连接嵌入式控制器，嵌入式控制器再分别连接时钟系统(17)和存储系统(15);所述嵌入式控制器利用集线器(2)、电量表(I)、时钟系统(17)、存储系统(15)和内网数据实现了操作地面电源设备所产生的耗电量和服务工时费用数据的计算、存储和管理；所述嵌入式控制器同时通过网关设备(5)与底层设备管理及互联网接入服务器(18)连接，实现数据的远程服务和管理功能；所述底层设备管理及互联网接入服务器(18)，以下简称“服务器(18) ”，连同使用该系统的所有客户的终端设备群，以及所有客户终端设备所共享的各类网络资源组成了上位机结算网络系统，该系统中以服务器(18)为核心部件。
2.按照权利要求I所述的一体化结算系统，其特征在于所述电力监控系统(4)由微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器件或模块，支持单线程工作模式，同时可移植操作系统，具备自身故障监测和上报功能；所述电力监控系统(4)实现了与地面电源设备和与嵌入式控制器(16)的电气隔离连接，数据接口采用数字量和标准总线方式； 电力监控系统(4)向地面电源设备下发控制信号，地面电源设备向电力监控系统(4)实时反馈信号和自身故障数据，反馈信号将触发嵌入式控制器(16)采集电量表(I)读数，地面电源设备故障数据采用数字量和总线方式传送至电力监控系统(4)。
3.按照权利要求I所述的一体化结算系统，其特征在于所述嵌入式控制器(16)由微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器件或模块，支持单线程工作模式，同时可移植操作系统，具备自身故障监测和上报功能； 所述嵌入式控制器(16)具备人机接口，人机接口常态外接三种设备键盘(11)、ID卡识别设备(10)和显示器(14)，并预留触摸屏接口和指纹传感器接口 ；所述嵌入式控制器的人机接口，支持多设备连接于同一标准总线，同时支持多设备连接于不同标准总线； 所述ID卡识别设备(10)支持磁卡、IC卡或者RF卡的阅读器；所述嵌入式控制器(16)利用ID卡识别设备(10)读入数据，结合内网接收数据和键盘(11)输入数据，向电力监控系统(4)下发针对地面电源设备的控制指令；所述嵌入式控制器的显示器(14)显示内网接收数据和系统状态信息； 所述嵌入式控制器(16)具备存储系统(15)，支持BBSRAM、F-RAM和FLASH非易失存储介质，同时支持可插拔存储卡；所述存储系统(15)内置费率计算模型，内置数据库，用于存储、管理如下三类数据地面电源设备自身的所有相关数据、操作和使用该设备的实体的所有相关数据、根据模型计算出的所有数据；嵌入式控制器(16)可以将数据库数据上传至服务器(18)，同时导出数据并存储； 所述嵌入式控制器(16)具备时钟系统(17)，时钟系统具备实时时钟计数和时钟电源监控功能；时钟系统(17)的计数部件的时钟同步触发信号可来自自身设置和内网数据，产生的时钟数据用于模型计算和显示、记时功能；所述时钟系统(17)实时采集并存储时钟部件的供电电压和电流值，对存储值处理后，当认定电流电压异常，则启动时钟部件的备份电源，同时生成故障码并上报服务器(18)。
4.按照权利要求I所述的一体化结算系统，其特征在于数据采集、处理和传输的流程为 所述一体化结算系统由两台或两台以上电量表(I)通过集线器(2)以总线通信方式采集地面电源设备(19、20)所消耗的电量数据，由嵌入式控制器(16)的时钟系统(17)产生并通过总线方式采集操作地面电源设备(19、20)所产生的人工服务时间数据； 所述嵌入式控制器(16)可以向电力监控系统(4)下传控制命令，电力监控系统(4)可通过电力电子器件(12、13)向地面电源设备(19、20)下传控制信号； 所述嵌入式控制器(16)内存储系统(15)所包含的费率计算模型，可以利用采集到的电量数据和人工服务时间数据，可以计算出使用地面电源设备(19、20)的总体费用值，定义如下变量 P-400HZ电源(19)的设备固定成本，出现在下标时特指该种设备的相关变量， 设备固定成本P包含了 400Hz电源(19)的物料成本P。和人工成本Hp，物料成本P。的计算涵盖了主设备、附件、连接件及所有相关零部件的采购、安装、设计、调试、监理、维护费用，同时考虑备件、多台采购及所有相关费用，人工成本Hp包括设备操作人员工时费、设备维护人员工时费以及相关保险费用； A-空调机组(20)的设备固定成本，出现在下标时特指该种设备的相关变量， 设备固定成本A包含了空调机组(20)的物料成本A。和人工成本Ha，物料成本A。的计算分别涵盖了主设备、附件、连接件及所有相关零部件的采购、安装、设计、调试、监理、维护费用，同时考虑备件、多台采购及所有相关费用，人工成本Ha包括设备操作人员工时费、设备维护人员工时费以及相关保险费用； M-地面电源设备(19、20)提供单次供电服务时产生的全部费用； T-人工服务计费时间，在计算过程中以TA*TP形式出现，Ta表示操作空调机组(20)的人工服务计费时间，Tp表示操作400Hz电源(19)的人工服务计费时间； t_根据时钟系统(17)得到的操作空调机组(20)和400Hz电源(19)的人工服务实际时间； C-当地电费单价，每日按用电时间分为高峰单价和低谷单价，每年按不同季节调整单价c ； E-消耗电能的计费电量，在计算过程中以EA*EP形式出现，Ea表示空调机组(20)消耗电能的计费电量值，Ep表示400Hz电源(19)消耗电能的计费电量值； α-服务收益率，是一个百分比，服务商提供地面电源设备(19、20)供电服务时，按国家规定获取的服务项目利润空间； β_价格波动系数，由于地面电源设备(19、20)的产地因素造成的价格差别而引用的一个系数值； r_设备折旧和磨损因子，是一个百分比，按国家规定，根据设备已使用年限和使用寿命得出；Wp-综合P。并考虑β和r因素的物料环节总费用； Wa-综合A。并考虑β和r因素的物料环节总费用； Traip-该设备的有效工作时间； H0-设备操作人员工时费，该类人员提供操作服务每分钟所得到的报酬； Hr-设备维护人员工时费，该类人员提供维护服务每分钟所得到的报酬； W-保险成本，按国家规定，设备和人员所需缴纳的保险金额度，视不同机场的保险情况而定； Hm-表示当地机场人均月工资； Thu-表示当地机场员工每月有效工作时间； η-设备维护与设备操作的工作量比，η在不同机场取值不同； 有下列函数关系
5.按照权利要求I所述的一体化结算系统，其特征在于所述嵌入式控制器(16)和电力监控系统(4)均具备测试升级接口(3)，支持同步、异步串行接口和并行通信接口，支持设备自身状态监测和测试数据的输出，支持设备在线仿真调试和升级。
6.按照权利要求I所述的一体化结算系统，其特征在于所述上位机结算网络系统采用网络架构，支持现场总线、互联网和两者混合模式，网络实体建设提供自行架设或利用机场已有的“综合布线系统”架设两种模式； 所述上位机结算网络系统的核心部件，服务器(18)，实体是任何形式的具备网络功能的计算机系统； 所述上位机结算网络系统的核心部件，服务器(18)，内置三个功能模块底层为数据库模块，存储管理所有来自嵌入式控制器(16)和服务器(18)的数据，中层为客户端服务接入模块，提供网络远程访问接入点和服务，提供各种网络管理、服务功能，上层为设备监控模块，亦即设备组态GUI界面模块，实现对底层设备的管理。
7.按照权利要求6所述的一体化结算系统，其特征在于所述上位机结算网络系统的服务器(18)可以生成、销毁ID卡；所述上位机结算网络系统可以强制管理ID卡的使用权限；所述上位机结算网络系统对逾期没有结算的使用地面电源设备(19、20)所发生费用的实体，通过服务器(18)设定该实体名下所有的ID卡为“禁止服务”状态，并将此信息发布至各台嵌入式控制器(16)，至服务器(18)解锁前，当任意一台嵌入式控制器(16)从其ID卡接口(10)阅读到此ID数据，便会认定键盘(11)输入密码不匹配从而不发布电力监控系统(4)的控制指令，并在显示器(14)上显示警告标识。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的一体化结算系统，其特征在于 所述系统部件除地面电源设备(19、20)、网关设备(5)、内网安全隔离设备(7)和底层设备管理及互联网接入服务器(18)外，其余组成部件均集成于一个电气控制柜内，电气控制柜柜体预留电力线过孔和网线过孔；其中传感器置于柜体内或加防护罩后分散外置于柜体表面，柜体放置或悬挂于停机位接近地面电源设备(19、20)处即可； 所述一体化结算系统的具体安装方法是在每一停机位处，包括近机位和远机位，各安装一台至三台电气控制柜以及配套安装一组至三组地面电源设备(19、20)，一台电气控制柜对应一组地面电源设备(19、20)使用，整个系统使用一台网关设备(5)、一台内网安全隔离设备(7)和一台服务器(18)，网关设备、内网安全隔离设备和服务器置于机场室内环境空间，该空间具备防水、防震、防爆、防电磁干扰等防护措施，网关设备将所有的电气柜组网连接为底层设备网，同时分别与内网隔离设备(7)和服务器(18)实现底层设备网-机场内网-互联网即客户端网络的三网桥接和数据融合。
9.根据权利要求I至7中任一项所述的一体化结算系统，其特征在于 所述系统部件除地面电源设备(19、20)、网关设备(5)、内网安全隔离设备(7)和底层设备管理及互联网接入服务器(18)外，其余组成部件分别放置于两个电气控制柜内，构成双柜体模式，其中电量表(I)、互感器(6)、电力电子器件A (13)和电力电子器件B (12)集成于柜体A中，柜体A必须放置或悬挂于停机位接近地面电源设备(19、20)处，其余组成部件集成于柜体B中,传感器置于柜体内或加防护罩后分散外置于柜体表面,柜体B与柜体A通过电缆和达到可靠性要求的接头或通过转接模块连接，柜体B安置处根据现场干扰强度和施工难度确定； 所述一体化结算系统的具体安装方法是在每一停机位处，包括近机位和远机位，各安装一台至三台电气控制柜包括柜体 B与柜体A，以及配套安装一组至三组地面电源设备(19、20)，一台电气控制柜包括柜体B与柜体A对应一组地面电源设备(19、20)使用，整个系统使用一台网关设备(5)、一台内网安全隔离设备(7)和一台服务器(18)，网关设备、内网安全隔离设备和服务器置于机场室内环境空间，该空间具备防水、防震、防爆、防电磁干扰等防护措施，网关设备将所有的电气柜组网连接为底层设备网，同时分别与内网隔离设备(7)和服务器(18)实现底层设备网-机场内网-互联网即客户端网络的三网桥接和数据融合。
全文摘要
一种机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统，包括地面400Hz电源及空调机组，电力监控系统，嵌入式控制器(含费率计算模型)、上位机结算网络。其中，电力监控系统和嵌入式控制器经电气控制柜安装在机场停机位处与地面电源和空调机组连接，具备电力监控、用户权限识别、电量实时采集和服务计时、费用计算、设备故障监控等功能。上位机结算网络系统为机场内服务器、客户终端和网络资源的综合体，可将上述所生成的费用信息发布给各客户终端，并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。本发明所提供之系统，减少了航空器APU在地面作业时的使用，准确计量机场地面400Hz电源和地面空调机组为航空器供电时所消耗的电量和人工服务时间。
文档编号G05B19/418GK102622829SQ20121008584
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者侯启真, 刘帆, 刘新明, 孙毅刚, 张积洪, 张红颖, 李龙海, 李龙顺, 江晓, 罗云林, 陈维兴, 黄哲理 申请人:中国民航大学