CN102622829A - 民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统

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(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了对电力控制系统(4)的操作权限识别和控制；电力控制系统(4)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(6)、电量表(1)、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(1)、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(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(1)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(6)，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(1)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_o和人工成本H_p，物料成本P_o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H_p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_o和人工成本H_A，物料成本A_o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H_A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T_A或T_P形式出现，T_A表示操作空调机组(20)的人工服务计费时间，T_P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E_A或E_P形式出现，E_A表示空调机组(20)消耗电能的计费电量值，E_P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；

W_P-综合P_o并考虑β和r因素的物料环节总费用；

W_A-综合A_o并考虑β和r因素的物料环节总费用；

T_exp-该设备的有效工作时间；

H_o-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；

H_r-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；

H_m-表示当地机场人均月工资；

T_hu-表示当地机场员工每月有效工作时间；

n-设备维护与设备操作的工作量比，n在不同机场取值不同；

有下列函数关系：

M(元)＝(P×T_P+A×T_A)×(1+α)+c×(E_P+E_A)

P＝P_o+H_p    A＝A_o+H_A

H_A＝H_p

$\left\{\begin{array}{c}T=0,t=0\\ T=15,t\≤15\\ T=t,t>15\end{array}\right.;$

所述存储系统(15)内的费率计算模型考虑电量表(1)的误差和地面电源设备(19、20)的电能损耗，令地面电源设备(19、20)的计费耗电量E_A或E_P为：该设备电量表(1)读数值E_i和400Hz电源(19)铭牌功率P_E或空调机组(20)铭牌功率A_E的函数值，可用以下函数关系表示。下式中，l_A表示将空调机组(20)的铭牌功率转换为该设备理论耗电量的转换系数，l_P表示将400Hz电源(20)的铭牌功率转换为该设备理论耗电量的转换系数，m_a和m_b表示空调机组理论耗电量和电表实际耗电量读数在该设备计费电量中各自占的比例权值，n_a和n_b表示400Hz电源理论耗电量和电表实际耗电量读数在该设备计费电量中各自占的比例权值。

E_A(千瓦时)＝m_a·l_A·A_E+m_b·E_i

E_P(千瓦时)＝n_a·l_P·P_E+n_b·E_i)；

所述嵌入式控制器(16)费率模型计算出的费用数据，存储在存储系统(15)的数据库内；

所述嵌入式控制器(16)采集的地面电源设备(19、20)、电力监控系统(4)和嵌入式控制器自身的故障信息，均存储在存储系统(15)的数据库内；

所述嵌入式控制器(16)通过内网安全隔离设备(17)从机场内网接收实时航班信息和时钟同步信息，其中时钟同步信息用于时钟系统产生人工服务时间，实时航班信息用于人机接口(11、10、14)进行ID识别；

所述存储系统(15)内数据库的数据，包括费用数据和故障数据，均通过以太网的形式上传至上位机结算网络系统的服务器(18)，服务器(18)可以向嵌入式控制器(16)下传各种控制命令。

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。

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。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。

本发明所述的一体化结算系统的安装及使用方法如下：

模式一，

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。

模式二

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(1)、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。

本发明的优点和积极效果：

通常在航空器进行地面作业时，航空器使用APU保证飞机相关系统的电力，但是需要使用燃油，造成不必要的资源浪费和污染，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，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。现阶段，对于此项机场对航空公司的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。

一体化结算系统提出了一种被航空公司和机场双方认可的服务收费方法，包括电量计费方法和人工服务计费方法。该方法在计费方式和收费方式上完全区别于普通的能源售卖系统，具备其明显的优点，体现在：首先，计费模型覆盖了设备各项成本、维修维护费用、折旧和价格因素、不同地域的人力成本、电力资源的时价、测量误差和设备系统误差等诸多方面，兼顾了供求双方的利益，区别于普通的“单价与用量乘积”的简单计算公式。其次，该方法被数学建模并编程实现，可实时得出费用信息。再次，针对该模型，本发明提供了完整的硬件平台，保证了模型内各类数据的实时性、准确性、稳定性和易访问性。最后，本发明采用的收费方式区别于现有能源售卖系统的“预付费-刷卡”机制，采用的ID卡仅作为客户权限识别，没有结算功能，所有的费用结算均通过“向客户发送网络账单，按账单统一地点结算”的方式，避免了供求双方在费用结算环节可能出现的各类人为不理因素。

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，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。

附图说明

图1是系统结构原理框图。

图2是嵌入式控制器自身故障监控模块硬件结构和信息流示意图。

图3是电力监控系统自身故障监控模块硬件结构和信息流示意图。

图4是上位机结算网络系统示意图。

图5是嵌入式控制器的数据流示意图。

图6是电气控制柜的安装模式示意图，其中：

6-A表示模式二柜体在近机位的安装示意图；

6-B表示模式一柜体在近机位的安装示意图；

6-C表示二种模式柜体在远机位的安装示意图；

说明：图6中数字标注19表示400Hz地面电源设备(19)；标注20表示地面空调机组(20)；标注21表示模式二柜体的分体A；标注22表示模式二柜体的分体B；标注23表示模式一柜体；在图6-C中，标注23(21)表示由于是远机位，所以停机位附近放置模式一柜体或者模式二柜体分体A，分体B放置在远离停机位的其它位置。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统，含地面400Hz电源机组(19)和空调机组(20)两种地面设备，以下简称为“地面电源设备(19、20)”，系统还包括电力监控系统(4)、嵌入式控制器(16)及其外围接口模块和上位机统一结算网络；所述电力监控系统为强电控制器，其直接与地面电源设备作隔离连接，可控制电力电子设备(12、13)的开关动作以及采集电源设备(19、20)输出数据；所述嵌入式控制器(16)是电力监控系统(4)的上位控制器，两者隔离连接；所述嵌入式控制器(16)具备网络接口和总线接口，通过网络接口外接网关设备(5)以桥接机场生产内网，通过内网安全隔离设备(7)接收的机场内网实时航班、时钟数据用于客户ID识别和各种费率计算等，内网安全隔离设备(7)同时可将从内网接收到的数据下发到各个嵌入式控制器中，通过总线接口外接变送器(8)远程采集传感器组(9)的数据；所述嵌入式控制器利用人机接口(10、11、14)输入信息结合网络实时航班信息实现了对电力控制系统(4)的操作权限识别和电力传输控制，利用集线接口(2)采集的电量表(1)之数据、时钟系统(17)产生之数据、存储系统(15)内置资源和网络接收的实时航班、时钟信息实现了对地面电源设备(19，20)提供供电服务时所消耗电量和人工服务费用的计算，并以“账单”的形式存储和管理数据。

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，如图4所示。

所述嵌入式控制器通过网关设备(5)桥接上位机结算网络系统，通过该系统，可连接享受供电和服务并产生相应费用的各航空公司客户端，实现“账单”的客户实时查询和服务器的定时发布功能，同时上位机结算网络系统的服务器(18)可实现对设备(4、16、19、20)的监控功能，如图4所示。

所述电力监控系统和嵌入式控制器均属控制系统，存在强弱电隔离关系和上下位逻辑关系，核心模块采用8-16位单片机、FPGA和ARM内核处理器，可移植实时操作系统。

所述电力监控系统(4)与地面电源设备(19、20)利用电力电子器件A(13)隔离连接，A可以是继电器一类的器件或设备，电力监控系统向地面电源设备下发开关控制信号，地面电源设备(19，20)向电力监控系统(4)实时反馈地面电源设备到航空器的电力接通信号和自身故障数据，反馈的电力接通信号将触发嵌入式控制器采集电量表(1)读数，地面电源设备数据输出接口与电力监控系统自带的大功率隔离接口电气连接，消除来自地面电源设备的干扰，采用数字量输入和标准总线数据通信方式；

所述电力监控系统(4)具备自身故障监测设计，包括电源欠压和过压、电流负载能力下降或过流、继电器故障、光电隔离装置故障、通信失常等，具体电路如图2所示；

所述电力监控系统(4)自带光电隔离接口，与嵌入式控制器(16)的光电隔离接口电气连接，消除电力监控系统对嵌入式控制器(16)的强电干扰，两者之间采用标准总线数据通信方式；

所述电力监控系统是一个执行器，对地面电源设备的所有控制指令全部由嵌入式控制器(16)发布，采集到的所有地面电源设备数据和自身故障监测数据全部上传至嵌入式控制器处理，两者在原理上为上下位机逻辑关系。

所述嵌入式控制器(16)具备环境自适应设计，环境传感器组(9)可实时多点采集“民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统”工作现场的温湿度、粉尘浓度、光照度、风速风向和漏浸水情况等参数，所有传感器输出数据经智能变送器(8)转变为数字信号并做数据处理后通过变送器通信接口发送至嵌入式控制器，变送器(8)与嵌入式控制器(16)之间采用标准总线协议或无线通信协议；

所述嵌入式控制器(16)实时将环境参数经网关设备(5)上报服务器(18)，并且根据环境参数和预置阈值评估工作现场环境，在认定为极端恶劣条件下，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)，确保系统的安全性；

所述嵌入式控制器(16)还具备自身故障监测设计，包括电源欠压和过压、存储器溢出、人机接口失常、时钟报警、通信失常等，具体电路如图3所示。

所述嵌入式控制器(16)具备网络功能及接口设计，支持工业现场总线模式和以太网模式；每套“民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统”包含至少二台以上嵌入式控制器(16)，它们可作为设备节点自组局域网或桥接任何标准的网络进行通信，如图4所示；

所述嵌入式控制器(16)的网络接口通过网关设备(5)实现和其他网络的桥接与安全隔离，同时通过网关设备实现了不同嵌入式控制器的互联组网，采用以网关设备为中心节点的星形拓扑结构；所述嵌入式控制器(16)的网络接口从内网设备(7)单向实时接收机场时钟和航班数据，上行向上位机(18)发送“账单”数据、工作环境参数、控制系统故障监测参数等，下行从上位机(18)接收设备管理指令。

所述嵌入式控制器(16)具备人机接口，支持各种标准现场总线接口设备互换并预留触摸屏接口和指纹传感器接口，人机接口常态外接三种设备键盘(11)、ID卡(10)设备、显示器(14)，支持多设备连接在同一总线上按地址同步管理，同时支持多设备连接不同总线分时管理；所述嵌入式控制器(16)的ID卡接口(10)支持磁卡、IC卡或者RF卡的读卡器或阅读头，通过该接口可阅读卡内信息，ID卡仅提供身份识别和确认功能，并不包括财务结算功能，本系统的费用计量和财务结算功能均在上位管理机(18)执行，采取对航空公司定时统一提示缴费的方式；所述嵌入式控制器(16)使用的ID卡，其内部存储了航空器各自的ID和班次信息，嵌入式控制器利用ID卡设备(10)读入泊位航空器的ID和班次信息，并将此信息与从机场内网实时接收到的航班信息比对，若信息匹配且键盘(11)输入的密码正确，嵌入式控制器向电力监控系统(4)下发接通地面电源设备(19、20)的指令；所述嵌入式控制器的显示器(14)，显示嵌入式控制器从机场内网实时接收的所处廊桥下的泊位航班信息、时钟信息、当前设备工作状态、环境参数和值班服务人员信息等。

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)，电力监控系统(4)和嵌入式控制器(16)均具备自身故障监测设计，在故障发生的时候会生成故障码并向上位管理机(18)上报故障码，与此同时会将故障码从测试升级接口(3)输出，该接口支持同步或异步串行通信接口和并行通信接口；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)，支持核心处理器芯片的在线仿真调试以及操作系统或功能代码的升级。

所述嵌入式控制器(16)具备存储模块(15)设计，存储模块硬件使用EMIF接口设计，支持BBSRAM、F-RAM、FLASH等非易失存储介质，同时支持可插拔SD海量存储卡；所述嵌入式控制器(16)存储模块(15)内置费率计算模型，该模型不仅计算用电量费用，同时包括服务工时费用计算、设备折旧费率折算、设备维修成本折算、设备备件率折算、用电时段费率折算等等，实质上是一个已得到民用航空公司和机场认同的可行执行标准和计算函数的集合；所述嵌入式控制器(16)存储模块(15)内置数据库，用于存放“账单”数据，所谓“账单”指的是：对用电量和服务工时费用、设备操作时间与服务人员信息、设备信息、享受服务并产生费用的客户资料等数据的管理方式或存储格式，本质上是一种数据结构，数据库内数据会按上位管理机(18)的设置，以定时或实时方式通过网络上传至上位管理机，同时，数据库以定期导出数据并以文件形式存储在SD卡内的形式加以维护，SD卡可插拔。

所述嵌入式控制器(16)的数据流程和存储模块内的费率计算模型表述为：

所述一体化结算系统由两台或两台以上电量表(1)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_o和人工成本H_p，物料成本P_o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H_p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_o和人工成本H_A，物料成本A_o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H_A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T_A或T_P形式出现，T_A表示操作空调机组(20)的人工服务计费时间，T_P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E_A或E_P形式出现，E_A表示空调机组(20)消耗电能的计费电量值，E_P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；

W_P-综合P_o并考虑β和r因素的物料环节总费用；

W_A-综合A_o并考虑β和r因素的物料环节总费用；

T_exp-该设备的有效工作时间；

H_o-设备操作人员工时费，该类人员每小时所得到的报酬；

H_r-设备维护人员工时费，该类人员每小时所得到的报酬；

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；

H_m-表示当地机场人均月工资；

T_hu-表示当地机场员工每月有效工作时间；

n-设备维护与设备操作的工作量比，n在不同机场取值不同；

有下列函数关系：

M(元)＝(P×T_P+A×T_A)×(1+α)+c×(E_P+E_A)

P＝P_o+H_p    A＝A_o+H_A

H_A＝H_p

$\left\{\begin{array}{c}T=0,t=0\\ T=15,t\≤15\\ T=t,t>15\end{array}\right.;$

所述存储系统(15)内的费率计算模型考虑电量表(1)的误差和地面电源设备(19、20)的电能损耗，令地面电源设备(19、20)的计费耗电量E_A或E_P为：该设备电量表(1)读数值E_i和400Hz电源(19)铭牌功率P_E或空调机组(20)铭牌功率A_E的函数值，可用以下函数关系表示。下式中，l_A表示将空调机组(20)的铭牌功率转换为该设备理论耗电量的转换系数，l_P表示将400Hz电源(20)的铭牌功率转换为该设备理论耗电量的转换系数，m_a和m_b表示空调机组理论耗电量和电表实际耗电量读数在该设备计费电量中各自占的比例权值，n_a和n_b表示400Hz电源理论耗电量和电表实际耗电量读数在该设备计费电量中各自占的比例权值。

E_A(千瓦时)＝m_a·l_A·A_E+m_b·E_i

E_P(千瓦时)＝n_a·l_P·P_E+n_b·E_i)；

所述嵌入式控制器(16)费率模型计算出的费用数据，存储在存储系统(15)的数据库内；

所述嵌入式控制器(16)采集的地面电源设备(19、20)、电力监控系统(4)和嵌入式控制器自身的故障信息，均存储在存储系统(15)的数据库内；

所述嵌入式控制器(16)通过内网安全隔离设备(17)从机场内网接收实时航班信息和时钟同步信息，其中时钟同步信息用于时钟系统产生人工服务时间，实时航班信息用于人机接口(11、10、14)进行ID识别；

所述存储系统(15)内数据库的数据，包括费用数据和故障数据，均通过以太网的形式上传至上位机结算网络系统的服务器(18)，服务器(18)可以向嵌入式控制器(16)下传各种控制命令，如图5所示。

所述嵌入式控制器(16)具备时钟系统(17)设计，时钟系统硬件上分为RTC模块和电源监控模块，RTC模块核心为实时时钟芯片和同步串行接口，电源监控模块核心为电压电流采集电路、切换电路和备份电源；所述嵌入式控制器(16)时钟系统(17)的时钟芯片利用同步串行接口接收同步信号并产生实时时间数据，同步信号由嵌入式控制器(16)通过网络从机场内网接收，产生的实时时间数据用于存储模块(15)内置的费率模型计算服务工时费用以及记录发生服务的时间点信息；所述嵌入式控制器(16)时钟系统(17)实时采集并积累时钟芯片的供电电压和电流值，对积累值进行滚动处理和阈值判断，若认定电流电压已异常而不是偶然现象，则切换电路启动时钟芯片的备份供电电源，同时生成故障码并上报上位管理机(16)。

所述上位机结算网络系统采用网络架构，在物理层、数据链路层、网络层和传输层四个层面上全部或部分根据各航空公司客户端的接口可提供现场总线模式网络和互联网(Internet)模式网络，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是底层设备管理及互联网接入服务器(18)及内置的网络应用层软件，软件分为三个功能层次：软件底层为数据库，存储管理两类数据，第一类是从下位各台嵌入式控制器(16)接收到的“账单”数据，同时按照数据中的“航空公司名”项目进行分类管理，第二类是从下位各台嵌入式控制器(16)接收到的设备工作环境参数和设备自身监测故障码，同时按照“设备地址”项目进行分类管理，软件中层为客户端访问接入点及服务器，本质上是一个网站服务器，其提供客户费用查询以及定时自动群发邮件的功能，各航空公司客户端通过网络浏览器软件连接服务器(18)，打开访问页面后采用账户+密码的权限方式进入查询系统，各航空公司可以选择查询有效时间内的本公司所产生费用，而无法查看其他航空公司费用，或者该层服务器软件可以在每月、季度或根据各航空公司要求的时间段向其预留邮箱发送各自的费用“账单”邮件，同时，该层服务器软件采用将软件下层数据库中“账单”数据定期导出清空的维护方式，在数据导出前会自动向各航空公司预留邮箱发送截至导出前为该公司保留的所有费用“账单”邮件，数据导出后另存为其它格式文件，该文件长期保存备查，软件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环境参数、自身故障情况、工作状态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，软件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(16)中，完成上位机管理功能。

所述上位机结算网络系统可以在特定情况下强制管理ID卡的使用权限；所述上位机结算网络系统仅向客户端发布“账单”数据，没有收费功能，各航空公司需统一同提供服务机场的财务部门结算，系统可以根据机场提交的逾期没有结账的客户名单，通过操作上位管理机(18)的软件底层数据库，设定该客户公司所有的航空器ID卡锁定为“禁止服务”状态，并将此信息经网络发布至各嵌入式控制器(16)，至上位机(18)解锁前，一旦某台嵌入式控制器从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)的通电指令，并在显示器(14)上显示警告标识。

民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统的安装使用方法，如图6所示，具有两种工作模式：

模式一

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，柜体预留电力线过空和网线过孔，其中漏渗水传感器外置于柜体内，其余传感器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，包括远机位和近机位，接近地面电源设备(19、20)处即可，如图6-A或6-C所示；

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。

模式二

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(1)、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，包括远机位和近机位，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，如图6-B和6-C所示；

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。

设备功能实现：

所述电力监控系统和嵌入式控制器均属控制系统，存在强弱电隔离关系和上下位逻辑关系，核心模块采用8-16位单片机、FPGA和ARM内核处理器，可移植实时操作系统。

所述电力监控系统(4)与强电电源设备(19、20)利用电力电子器件A(13)隔离连接，电力监控系统向地面电源设备下发开关控制信号，地面电源设备(19，20)向电力监控系统(4)实时反馈电力接通信号和自身故障数据，反馈的电力接通信号将触发嵌入式控制器采集电量表(1)读数，地面电源设备数据输出接口与电力监控系统自带的大功率隔离接口电气连接，消除来自地面电源设备的干扰，采用数字量输入和标准总线数据通信方式；所述电力监控系统(4)具备自身故障监测设计，包括电源管理系统欠压和过压、电流负载能力下降或过流、继电器故障、光电隔离装置故障、通信失常等；所述电力监控系统(4)自带光电隔离接口，与嵌入式控制器(16)的光电隔离接口电气连接，消除电力监控系统对嵌入式控制器(16)的强电干扰，两者之间采用标准总线数据通信方式；所述电力监控系统是一个执行器，对地面电源设备的所有控制指令全部由嵌入式控制器(16)发布，采集到的所有地面电源设备数据和自身故障监测数据全部上传至嵌入式控制器处理，两者在原理上为上下位机逻辑关系。

所述嵌入式控制器(16)具备环境自适应设计，环境传感器组(9)可实时多点采集“民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统”工作现场的温湿度、粉尘浓度、光照度、风速风向和漏浸水情况等参数，所有传感器输出数据经智能变送器(8)转变为数字信号并做数据处理后通过变送器通信接口发送至嵌入式控制器，变送器(8)与嵌入式控制器(16)之间采用标准总线协议或无线通信协议；所述嵌入式控制器(16)实时将环境参数经网管设备(5)上报上位管理机(18)，并且根据环境参数和预置阈值评估工作现场环境，在认定为极端恶劣条件下，强制电力监控系统(4)断电并且上报上位管理机(18)，确保系统的安全性；所述嵌入式控制器(16)还具备自身故障监测设计，包括电源管理系统欠压和过压、存储器溢出、人机接口失常、时钟报警、通信失常等。

所述嵌入式控制器(16)具备网络功能及接口设计，支持工业现场总线模式和以太网模式；每套“民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统”包含至少二台以上嵌入式控制器(16)，它们可作为设备节点自组局域网或桥接任何标准的网络进行通信；所述嵌入式控制器(16)的网络接口通过网关设备(5)实现和其他网络的桥接与安全隔离，同时通过网关设备实现了不同嵌入式控制器的互联组网，采用以网关设备为中心节点的星形拓扑结构；所述嵌入式控制器(16)的网络接口从内网设备(7)单向实时接收机场时钟和航班数据，上行向上位机(18)发送“账单”数据、工作环境参数、控制系统故障监测参数等，下行从上位机(18)接收设备管理指令。

所述嵌入式控制器(16)具备人机接口，支持各种标准现场总线接口设备互换并预留触摸屏接口和指纹传感器接口，人机接口常态外接三种设备键盘(11)、ID卡(10)设备、显示器(14)，支持多设备连接在同一总线上按地址同步管理，同时支持多设备连接不同总线分时管理；所述嵌入式控制器(16)的ID卡接口(10)支持磁卡、IC卡或者RF卡的读卡器或阅读头，通过该接口可阅读卡内信息，ID卡仅提供身份识别和确认功能，并不包括财务结算功能，本系统的费用计量和财务结算功能均在上位管理机(18)执行，采取对航空公司定时统一提示缴费的方式；所述嵌入式控制器(16)使用的ID卡，其内部存储了航空器各自的ID和班次信息，嵌入式控制器利用ID卡设备(10)读入泊位航空器的ID和班次信息，并将此信息与从机场内网实时接收到的航班信息比对，若信息匹配且键盘(11)输入的密码正确，嵌入式控制器向电力监控系统(4)下发接通地面电源设备(19、20)的指令；所述嵌入式控制器的显示器(14)，显示嵌入式控制器从机场内网实时接收的所处廊桥下的泊位航班信息、时钟信息、当前设备工作状态、环境参数和值班服务人员信息等。

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)，电力监控系统(4)和嵌入式控制器(16)均具备自身故障监测设计，在故障发生的时候会生成故障码并向上位管理机(18)上报故障码，与此同时会将故障码从测试升级接口(3)输出，该接口支持同步或异步串行通信接口和并行通信接口；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)，支持核心处理器芯片的在线仿真调试以及操作系统或功能代码的升级。

所述嵌入式控制器(16)具备存储模块(15)设计，存储模块硬件使用EMIF接口设计，支持BBSRAM、F-RAM、FLASH等非易失存储介质，同时支持可插拔SD海量存储卡；所述嵌入式控制器(16)存储模块(15)内置费率计算模型，该模型不仅计算用电量费用，同时包括服务工时费用计算、设备折旧费率折算、设备维修成本折算、设备备件率折算、用电时段费率折算等等，实质上是一个已得到民用航空公司和机场认同的可行执行标准和计算函数的集合；所述嵌入式控制器(16)存储模块(15)内置数据库，用于存放“账单”数据，所谓“账单”指的是：对用电量和服务工时费用、设备操作时间与服务人员信息、设备信息、享受服务并产生费用的客户资料等数据的管理方式或存储格式，本质上是一种数据结构，数据库内数据会按上位管理机(18)的设置，以定时或实时方式通过网络上传至上位管理机，同时，数据库以定期导出数据并以文件形式存储在SD卡内的形式加以维护，SD卡可插拔。

所述嵌入式控制器(16)具备时钟系统(17)设计，时钟系统硬件上分为RTC模块和电源监控模块，RTC模块核心为实时时钟芯片和同步串行接口，电源监控模块核心为电压电流采集电路、切换电路和备份电源；所述嵌入式控制器(16)时钟系统(17)的时钟芯片利用同步串行接口接收同步信号并产生实时时间数据，同步信号由嵌入式控制器(16)通过网络从机场内网接收，产生的实时时间数据用于存储模块(15)内置的费率模型计算服务工时费用以及记录发生服务的时间点信息；所述嵌入式控制器(16)时钟系统(17)实时采集并积累时钟芯片的供电电压和电流值，对积累值进行滚动处理和阈值判断，若认定电流电压已异常而不是偶然现象，则切换电路启动时钟芯片的备份供电电源，同时生成故障码并上报上位管理机(16)。

所述上位机统一结算系统采用网络架构，在物理层、数据链路层、网络层和传输层四个层面上全部或部分根据各航空公司客户端的接口可提供现场总线模式网络和互联网(Internet)模式网络，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；所述上位机统一结算网络系统的核心是底层设备管理及互联网接入服务器(18)及内置的网络应用层软件，软件分为三个功能层次：软件底层为数据库，存储管理两类数据，第一类是从下位各台嵌入式控制器(16)接收到的“账单”数据，同时按照数据中的“航空公司名”项目进行分类管理，第二类是从下位各台嵌入式控制器(16)接收到的设备工作环境参数和设备自身监测故障码，同时按照“设备地址”项目进行分类管理，软件中层为客户端访问接入点及服务器，本质上是一个网站服务器，其提供客户费用查询以及定时自动群发邮件的功能，各航空公司客户端通过网络浏览器软件连接服务器(18)，打开访问页面后采用账户+密码的权限方式进入查询系统，各航空公司可以选择查询有效时间内的本公司所产生费用，而无法查看其他航空公司费用，或者该层服务器软件可以在每月、季度或根据各航空公司要求的时间段向其预留邮箱发送各自的费用“账单”邮件，同时，该层服务器软件采用将软件下层数据库中“账单”数据定期导出清空的维护方式，在数据导出前会自动向各航空公司预留邮箱发送截至导出前为该公司保留的所有费用“账单”邮件，数据导出后另存为其它格式文件，该文件长期保存备查，软件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环境参数、自身故障情况、工作状态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，软件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(16)中，完成上位机管理功能。

所述上位机统一结算网络系统可以在特定情况下强制管理ID卡的使用权限；所述上位机统一结算网络系统仅向客户端发布“账单”数据，没有收费功能，各航空公司需统一同提供服务机场的财务部门结算，系统可以根据机场提交的逾期没有结账的客户名单，通过操作上位管理机(18)的软件底层数据库，设定该客户公司所有的航空器ID卡锁定为“禁止服务”状态，并将此信息经网络发布至各嵌入式控制器(16)，至上位机(18)解锁前，一旦某台嵌入式控制器从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)的通电指令，并在显示器(14)上显示警告标识。

设备安装和使用：

民用机场地面电源和空调机组服务一体化结算系统的安装方法：

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，需集成于电气控制柜内，柜体预留电力线过空和网线过孔，电气控制柜体视现场情况分两种模式：一种是通用模式，除上述部件外的所有部件集成与同一柜体内，漏渗水传感器外置于柜体内，其余传感器加防护罩后分散外置柜体表面，柜体放置或悬挂于停机位接近地面电源设备(19、20)处即可，另一种是在强干扰或不易安装现场使用的双柜体模式，其中强电设备和电力电子部件集成于一个柜体A，有电量表(1)、互感器(6)、电力电子器件A(13)、电力电子器件B(12)，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，其余弱电和隔离部件集成于柜体B，漏渗水传感器外置于柜体B内，其余传感器加防护罩后分散外置柜体B表面，柜体B与柜体A之间通过电缆和达到可靠性要求的接头或转接模块连接，柜体B安置处根据现场干扰强度和施工难度确定；所述系统在机场每一停机位处视该停机位类型各安装一台至三台电气控制柜以及一套至三套地面电源设备(19、20)，一台电气控制柜对应一套地面电源设备(19、20)使用，整个系统仅使用一台网关设备(5)、一台内网安全隔离设备(7)和一台底层设备管理及互联网接入服务器(18)，此三类设备(5、7、18)置于机场室内空间，改空间需具备防水、防震、防爆、防电磁干扰等防护措施，网关设备采用星型拓扑结构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)和互联网接入服务器(18)实现设备网-机场内网-互联网(客户端网络)的三网桥接和数据融合。

Claims (9)

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(4)的操作权限识别和控制；电力控制系统(4)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(1)、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(1)、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1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(1)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1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1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(1)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_o和人工成本H_p，物料成本P_o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H_p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_o和人工成本H_A，物料成本A_o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H_A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T_A或T_P形式出现，T_A表示操作空调机组(20)的人工服务计费时间，T_P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E_A或E_P形式出现，E_A表示空调机组(20)消耗电能的计费电量值，E_P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；

W_P-综合P_o并考虑β和r因素的物料环节总费用；

W_A-综合A_o并考虑β和r因素的物料环节总费用；

T_exp-该设备的有效工作时间；

H_o-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；

H_r-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；

H_m-表示当地机场人均月工资；

T_hu-表示当地机场员工每月有效工作时间；

n-设备维护与设备操作的工作量比，n在不同机场取值不同；

有下列函数关系：

M(元)＝(P×T_P+A×T_A)×(1+α)+c×(E_P+E_A)

P＝P_o+H_p    A＝A_o+H_A

H_A＝H_p

$\left\{\begin{array}{c}T=0,t=0\\ T=15,t\≤15\\ T=t,t>15\end{array}\right.;$

所述存储系统(15)内的费率计算模型考虑电量表(1)的误差和地面电源设备(19、20)的电能损耗，令地面电源设备(19、20)的计费耗电量E_A或E_P为：该设备电量表(1)读数值E_i和400Hz电源(19)铭牌功率P_E或空调机组(20)铭牌功率A_E的函数值，可用以下函数关系表示。下式中，l_A表示将空调机组(20)的铭牌功率转换为该设备理论耗电量的转换系数，l_P表示将400Hz电源(20)的铭牌功率转换为该设备理论耗电量的转换系数，m_a和m_b表示空调机组理论耗电量和电表实际耗电量读数在该设备计费电量中各自占的比例权值，n_a和n_b表示400Hz电源理论耗电量和电表实际耗电量读数在该设备计费电量中各自占的比例权值。

E_A(千瓦时)＝m_a·l_A·A_E+m_b·E_i

E_P(千瓦时)＝n_a·l_P·P_E+n_b·E_i)；

所述嵌入式控制器(16)费率模型计算出的费用数据，存储在存储系统(15)的数据库内；

所述嵌入式控制器(16)采集的地面电源设备(19、20)、电力监控系统(4)和嵌入式控制器自身的故障信息，均存储在存储系统(15)的数据库内；

所述嵌入式控制器(16)通过内网安全隔离设备(17)从机场内网接收实时航班信息和时钟同步信息，其中时钟同步信息用于时钟系统产生人工服务时间，实时航班信息用于人机接口(11、10、14)进行ID识别；

所述存储系统(15)内数据库的数据，包括费用数据和故障数据，均通过以太网的形式上传至上位机结算网络系统的服务器(18)，服务器(18)可以向嵌入式控制器(16)下传各种控制命令。

5.按照权利要求1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1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1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1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(1)、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。

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