CN107769381A - 船舶岸基供电信息监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶岸基供电信息监控系统及方法，其中系统包括：一基站控制中心、至少一港区变电站控制中心、一船载终端和至少一客户端；每一所述港区变电站控制中心包括一设备监控系统和一视频监控系统；所述船载终端与所述设备监控系统通信连接，所述设备监控系统和所述视频监控系统与所述基站控制中心通信连接；所述客户端与所述基站控制中心通信连接；所述设备监控系统连接当前所述港区变电站控制中心所对应的一港区变电站的一第一电源系统和/或一变电所的一第二电源系统；所述船载终端连接所述船载终端所在船舶的一第三电源系统。本发明的一种船舶岸基供电信息监控系统及方法，具有可靠性强、安全性高、可扩展性好和用户体验好的优点。

Description

船舶岸基供电信息监控系统及方法

技术领域

本发明涉及港口岸电技术领域，尤其涉及一种船舶岸基供电信息监控系统及方法。

背景技术

随着国际社会对船舶污染物排放控制标准日趋严格，船舶靠港使用岸电已成为控制港口船舶污染排放的重要措施之一。目前，欧美等发达国家已普遍推广船舶靠港使用岸电，我国也已经开始开展船舶岸电系统技术研究和港口试点工作，试点港口包括连云港、天津港、青岛港和蛇口港等。船舶靠港使用岸电是航运业的一个重要发展趋势，也是建设绿色港口的实际需求，产业化前景非常广阔。国内在船舶中压交流岸电系统研究方面已经有了一定进展，船端产品及岸端变频电源都形成了落地应用。近几年来，结合港口建设的自身需要以及国家在岸电建设上给予的财政补助政策，岸电建设项目也比较多，形成了一定规模效应。

船舶在靠港使用岸电时，需要对高压电站、岸基变频电站含变压器、岸电接电箱、电缆卷车、船端高压配电屏等设备进行实时监控，确保岸电上船并网安全，并提供岸电供电期间的安全联锁功能，实现电力调度及电能管理等功能。同时，系统应可以利用不同的通讯方式将这些信息推送出去，使得操作人员可通过中控或本地的电脑终端、手机App等多种方式实时了解岸电使用状态，确保系统正常、安全、可靠运行。

因此，设计一种实用、可靠、稳定的船舶岸基供电信息监控系统是十分必要的。

现有的岸基供电系统一般从电源、接地检测、配电屏等硬件部分考虑，较少从整个船/岸供电系统来考虑。同时，现有的岸基供电系统还大多聚焦在岸基供电的功能实现上，对于将来岸电系统与外部系统的对接考虑的较少，缺乏后续管理上的延伸功能开发。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种船舶岸基供电信息监控系统及方法，将船、岸供电系统视为一体，充分保障船岸通讯的实时性、有效性和可靠性，具有可靠性强、安全性高、可扩展性好和用户体验好的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种船舶岸基供电信息监控系统，包括：一基站控制中心、至少一港区变电站控制中心、一船载终端和至少一客户端；每一所述港区变电站控制中心包括一设备监控系统和一视频监控系统；所述船载终端与所述设备监控系统通信连接，所述设备监控系统和所述视频监控系统与所述基站控制中心通信连接；所述客户端与所述基站控制中心通信连接；所述设备监控系统连接当前所述港区变电站控制中心所对应的一港区变电站的一第一电源系统和/或一变电所的一第二电源系统；所述船载终端连接所述船载终端所在船舶的一第三电源系统。

优选地，所述设备监控系统包括依次通信连接的一上位机、一PLC冗余系统和一远程IO站组；所述船载终端通过一光纤组件连接所述远程IO站组，所述船载终端和所述远程IO站组分别连接有一无线通信模块，所述船载终端通过所述光纤组件或所述无线通信模块与所述远程IO站组通信连接；所述PLC冗余系统通过一第一交换机连接所述第一电源系统和所述第二电源系统；所述上位机和所述PLC冗余系统通过所述第一交换机与所述基站控制中心通信连接。

优选地，所述视频监控系统包括多个摄像机、一硬盘录像机和一第一显示器；所述摄像机设置于多个目标工作区域，所述摄像机分别与所述硬盘录像机通信连接，所述硬盘录像机连接所述第一显示器；所述硬盘录像机通过一第二交换机连接所述基站控制中心。

优选地，所述基站控制中心包括一服务器、一控制终端、一信息管理终端、一视频管理终端、一第二显示器和一第三交换机；所述服务器通过所述第三交换机连接和所述第一交换机与所述上位机和所述PLC冗余系统通信连接；所述视频管理终端通过所述第三交换机和所述第二交换机与所述硬盘录像机通信连接；所述客户端通过网络和所述第三交换机与服务器通信连接。

优选地，所述客户端包括PC端和移动端。

优选地，所述基站控制中心还包括一三遥系统终端，所述三遥系统终端通过所述第三交换机和所述第一交换机与所述PLC冗余系统通信连接。

优选地，所述基站控制中心还包括一消防终端，所述消防终端通过所述第三交换机和所述第一交换机与所述上位机通信连接；所述上位机还连接有所述港区变电站的一消防系统和一报警模块。

优选地，所述第一电源系统包括至少一高压进线柜、至少一变频电源和/或至少一第一高压馈线柜；所述第二电源系统包括至少一第二高压馈线柜。

基于本发明所述船舶岸基供电信息监控系统的船舶岸基供电信息监控方法，包括步骤：

通过所述设备监控系统和所述基站控制中心实时监控至少一所述港区变电站控制中心所对应的所述第一电源系统、所述第二电源系统和所述第三电源系统的运行数据；同时通过所述视频监控系统和所述基站控制中心实时监控至少一所述港区变电站控制中心所对应的多个目标工作区域；

通过所述基站控制中心和所述客户端对所述船舶岸基供电信息监控系统进行信息管理。

优选地，所述信息管理包括：用户权限管理、岸电连船作业管理、设备管理、电能管理、报警管理和/或移动APP管理。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

设备监控系统用于实现对系统相关设备运行数据实时采集和控制及系统各相关设备之间的安全联锁保护等功能。视频监控系统用于包括现场设备运行状态及相关人员现场操作过程实时监控，视频内容存储、查询、汇总等。基站控制中心与客户端配合实现对监控采集数据的分析、处理和存储，并可根据用户需求将数据打印、汇总并分发到其他系统、客户端及手机APP等功能。设备监控系统、视频监控系统、基站控制中心和客户端的配合实现了港口岸电系统的一体化管控。PLC冗余系统的采用使得即使一部件损坏也不会影响系统的正常运行，大幅度提升了系统的可靠性。船载终端通过光纤组件或无线通信模块与远程IO站组通信连接，其中无线通信作为船岸间的备用通讯，提高通讯的可靠性。本发明提供一种船舶岸基供电信息监控系统及方法，具有安全性好、可靠性高、易操作及维护和高集成性的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的船舶岸基供电信息监控系统的结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图1，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图1，本发明实施的一种船舶岸基供电信息监控系统，包括：一基站控制中心1、至少一港区变电站控制中心、一船载终端3和至少一客户端4；每一港区变电站控制中心包括一设备监控系统和一视频监控系统；船载终端3与设备监控系统通信连接，设备监控系统和视频监控系统与基站控制中心1通信连接；客户端4与基站控制中心1通信连接；设备监控系统连接当前港区变电站控制中心所对应的一港区变电站2的一第一电源系统23和/或一变电所5的一第二电源系统51；船载终端3连接船载终端3所在船舶的一第三电源系统。客户端4包括PC端和移动端。

本实施例中，设备监控系统用于实现对系统相关设备运行数据实时采集和控制及系统各相关设备之间的安全联锁保护等功能。视频监控系统用于包括现场设备运行状态及相关人员现场操作过程实时监控，视频内容存储、查询、汇总等。基站控制中心1与客户端4配合实现对监控采集数据的分析、处理和存储，并可根据用户需求将数据打印、汇总并分发到其他系统、客户端4及手机APP等功能。设备监控系统、视频监控系统、基站控制中心1和客户端的配合实现了港口岸电系统的一体化管控。

设备监控系统包括依次通信连接的一上位机211、一PLC冗余系统212和一远程IO站组213；船载终端3通过一光纤组件连接远程IO站组213，船载终端3和远程IO站组213分别连接有一无线通信模块，船载终端3通过光纤组件或无线通信模块与远程IO站组213通信连接；PLC冗余系统212通过一第一交换机214连接第一电源系统23和第二电源系统51；上位机211和PLC冗余系统212通过第一交换机214与基站控制中心1通信连接。

其中，PLC冗余系统212采用双CPU、双电源和双通讯模块，即使一部件损坏也不会影响系统的正常运行，大幅度提升了系统的可靠性。船载终端3通过光纤组件或无线通信模块与远程IO站组213通信连接，其中无线通信作为船岸间的备用通讯，提高通讯的可靠性。

第一电源系统23包括至少一高压进线柜231、至少一变频电源232和/或至少一第一高压馈线柜233；第二电源系统51包括至少一第二高压馈线柜511。

本实施例中，设备监控系统包括如下功能：

1、数据采集显示及控制

控制系统通过I/O接口或者通讯的方式，采集系统相关设备的运行状态，如高压开关柜的状态，变频电源232运行状态，变压器运行状态，消防、通风、照明等系统的状态等。用户可通过上位机211观测系统各设备的运行状态。操作人员可通过上位机211对系统相关设备进行远程操控，达到改变系统设备状态的目的。

设备监控系统的信息主要包含：①进线开关柜的监控；②出线开关柜的监控；③移相变压器的监控；④隔离变压器的监控；⑤变频电源232的监控；⑥岸边接电箱的监控。

2、通讯

设备监控系统可通过光纤与船载终端3进行实时数据交互，用户可通过上位机211界面实时了解船岸并网，船端设备运行状态等关键数据，以确保船岸设备稳定可靠运行。

根据IEC/ISO/IEEE80005-1要求，船载终端3与设备监控系统数据通讯光缆采用多模光缆，无线通讯方式作为冗余。光纤通讯及无线通讯协议均采用TCP/IP，通讯内容包括：

①岸基系统向船载系统输出信号：断路器位置、高压准备就绪、相电压、线电流、报警信号、电量计数；

②船载系统向岸基系统输出信号：母线电压X3、进线开关电流X3、高压起动请求、岸基高压开关分/合指令、进线开关位置、接地开关位置、紧急停止信号、船名及身份识别。

3、联锁保护与报警

根据预设联锁预案，在PLC冗余系统212编辑保护功能，上位机211与通风、照明、消防等设备均互联互通，一旦有特殊情况发生系统将自动发出提示报警，并自动执行预案指令。

视频监控系统包括多个摄像机221、一硬盘录像机222和一第一显示器223；摄像机221设置于多个目标工作区域6，摄像机221分别与硬盘录像机222通信连接，硬盘录像机222连接第一显示器223；硬盘录像机222通过一第二交换机224连接基站控制中心1。

本实施例中，视频监控系统提供如下功能：

1、实时视频监视功能：

视频监控系统为用户提供高清晰度的实时图像，具有单画面和多画面模式的切换浏览功能，能轮巡、快捷键调取和图像抓拍。

2、远程控制功能

在监控终端上，用户可通过键盘和鼠标对摄像机的焦距、俯仰、水平旋转等控制，可自动或手动切换观察区域的画面。

3、图像存储和回放功能

视频监控系统具有对实时视频信息的自动连续存储；能根据时间、地点、事件等条件触发存储的存储策略。用户可根据时间、地点、事件等多种条件进行检索和回放。

4、管理功能

视频监控系统使用灵活方便，具有用户鉴权、分级管理的功能。

本实施例中，基站控制中心1包括一服务器11、一控制终端12、一信息管理终端13、一视频管理终端14、一第二显示器15和一第三交换机16；服务器11通过第三交换机16连接和第一交换机214与上位机211和PLC冗余系统212通信连接；视频管理终端14通过第三交换机16和第二交换机224与硬盘录像机222通信连接；客户端4通过网络和第三交换机16与服务器11通信连接。

基站控制中心1还包括一三遥系统终端17，三遥系统终端17通过第三交换机16和第一交换机214与PLC冗余系统212通信连接。

基站控制中心1还包括一消防终端，消防终端通过第三交换机16和第一交换机214与上位机211通信连接；上位机211还连接有港区变电站2的一消防系统和一报警模块。

基站控制中心1和客户端4配合实现对船舶岸基供电信息监控系统进行信息管理的功能，包括：

1、数据存储及查询

采用数据库来存储采样数据及其它系统信息。主要内容有：用户操作历史记录、设备状态、流程故障、电参数数据、抄表数据等。将采样数据记录并存储，同时发送给变电所5相关监控计算机。用户可根据自身需求，通过不同检索方式，来查询所需的信息，并可按一定格式打印成报表、电子表格等纸质文档。

2、用户及权限管理

用户按操作权限等级可分为：管理员级、工程师级和操作员级。可为不同级别的人员分配不同的权限。用户可根据自身需求增减每个级别登录帐号的数量，并给每个帐号设置独立密码。每个帐号的登入、登出及其他操作相关的历史数据会被系统记录，以备查阅。

本发明实施的一种船舶岸基供电信息监控系统，其具有以下优点：

1、安全性好

既有供电系统的“五防机械联锁，又同时设置“软联锁”，包括等电位保护、短路保护、过载保护、相序保护、欠/过压保护、欠/过频保护、接地故障保护、变压器超温保护等，确保系统供电安全。

2、可靠性高

PLC冗余系统212采用双CPU、双电源、双通讯模块的冗余设计，PLC冗余系统212任一器件损坏不影响系统的正常运行。在船岸通讯考虑上，既设计了船岸的光纤通讯，也保留了无线通讯作为备用通讯方式，确保船岸信息交互的可靠性。

3、易操作及维护

友好清晰的操作界面，快捷方便的报表查询,WEB浏览，提供移动端查询。

4、高集成性

系统集实时监视、故障分析、业务统计、运行维护等功能于一体。

基于本发明船舶岸基供电信息监控系统的船舶岸基供电信息监控方法，包括步骤：

通过设备监控系统和基站控制中心1实时监控至少一港区变电站控制中心所对应的第一电源系统23、第二电源系统51和第三电源系统的运行数据；同时通过视频监控系统和基站控制中心1实时监控至少一港区变电站控制中心所对应的多个目标工作区域6；

通过基站控制中心1和客户端4对船舶岸基供电信息监控系统进行信息管理。

信息管理包括：用户权限管理、岸电连船作业管理、设备管理、电能管理、报警管理和/或移动APP管理。

可通过船舶岸基供电信息监控系统实现所有变频电站设备(变压器、变频电源、线路、补偿装置等)的保护、监测、控制和调节，保证港区变电所5和港区变电站2的安全运行；并能在基站控制中心1的控制终端12、信息管理终端13，以及港区变电站控制中心的上位机211上浏览船舶岸基供电信息监控系统及各设备的状态、港区变电站2工况参数以及历史数据趋势图等，还能实现报警及故障管理、报表查询及打印等。

在目标工作区域6布设摄像机221，目标工作区域6包括变电所5、港区变电站2、岸边接电箱、作业现场等，摄像机221采用高清摄像机，通过光收发器将视频信号传到港区变电站2内的第二交换机224，一路直接进硬盘录像机222，一路进入基站控制中心1。

视频信号既可以在港区变电站2内通过硬盘录像机222的VGA/HDMI口输出到本地第一显示器223上显示，也可以在基站控制中心1通过视频管理终端14送到第二显示器15上进行显示，第二显示器15可采用LED大屏。这两种方式都可以对视频信号进行拼屏、分屏、视频源切换等操作。同时，可以在视频画面上叠加摄像机221名称、位置等信息。

为保障船舶岸基供电系统设备的安全运行，还需对港区变电站2的变频电源232和变压器，以及船载的变压器、岸电屏、并车屏及船舶电站系统等配置相关的安全保护措施：如船岸等电位保护、短路保护、过载保护、相序保护、欠/过压保护、欠/过频保护、接地故障保护、变压器超温保护等。

同时，在操作上还应提供硬件联锁功能，防止误操作，如：开关与地刀联锁、开关与电缆插头联锁；岸边接电箱箱门与开关联锁；地刀与电缆插头互锁等。

岸电连船作业管理包括：

1、作业计划管理

将近期船舶计划录入服务器11，服务器11根据船名、船东、流向等信息和船舶代理公司提供的船名、航次等信息，结合泊位信息、设备利用情况等自动生成作业计划。

计划主管根据泊位及设备、天气等情况对作业计划进行审核和调整，排定作业计划。

作业计划确认后，下发到客户端4。生产管理人员按照作业计划实施生产作业，岸电管理人员按照作业计划做好岸基供电准备及操作等工作。

作业计划、计划变更及其执行情况都会自动记录在系统中，以备管理人员事后查询。

2、作业实绩管理

将统计好的作业实绩数据(包括船舶信息、电能信息、作业过程数据等)保存到服务器11的数据库中，管理人员获取到相关作业数据后进行汇总、确认及编辑，形成作业实绩记录并录入服务器11。服务器11提供对数据进行实时查询及生产分析报表的功能。

3、作业交接管理

船舶作业完毕后，生产部门组织相关方(船方、港方)进行交接，交接时，按操作流程填写作业交接单，确认作业数据。

作业交接完毕，作业交接单一份给销售部保存，同时传一份给船舶船运公司留作比对。

设备管理包括：设备设施评估、租赁、转移、报废、封存、转让、增减值、盘盈亏、折旧管理等。

设备的维修和检测管理，包括设备技术参数、管理台账、维修计划、维修记录、状态普查、泊位检测。可生成作业指导书，可录入工艺、工具、备件等相关选项，逐步形成作业的标准化。

设备运行管理，包括点检标准设定、工艺标准设定、作业指令下达、设备运行日志、设备点检、设备封点、设备封点故障后续处理、设备故障、设备普查等管理，对各子系统或设备的运行完好率、作业率进行统计，同时包括汇总、统计、查询等功能。

设备履历查询，对所属设备从其进港注册到报废整个生命周期的全程监控。包括运行记录、普查记录、维修记录、故障和事故记录、保养记录、点检记录和调动记录等等。并通过对设备树形结构的建立，可以直观的查阅设备的机械结构、附属设备、备品配件和技术参数等信息。

电能管理：

基站控制中心1与三遥系统终端17进行通讯，通讯协议选用IEC61850-104或Modbus TCP，采集电压、电流、功率因素等参数，并进行遥测人工置数、零飘处理、遥测越限报警、各种日月最大最小平均统计等、事故追忆等功能；能够实时查看并处理开关和刀闸状态、保护硬接点、变压器分接头位置及保护动作、保护告警、事故总遥信、预告总遥信等状功能，还能进行遥控封锁和允许、开关以及保护动作次数的统计；能够接收电度表数据，积分计算电量，并按照电度量的日、月、年等进行峰、谷、平统计和分析；系统还提供复合功能的统计分析功能：有功无功功率总加、安全天数自动计算功能、变压器负荷率及损耗统计、母线不平衡率、母线电压运行参数不合格时间及合格率统计、电容器电抗器的投入时间和利用率及投切次数、遥控遥调次数和成功率统计等。

报警管理：

系统可保存设备运行过程中的所有的故障信息：包括故障名称、故障发生和复位的时间、故障内容等信息。故障管理可提供故障查询、故障分析、重复故障率统计等功能，并提供故障帮助文档，为使用者提供故障的分析维修建议。

当设备发生故障或故障复位时，相关信息首先被存贮在PLC冗余系统212的寄存器中。同时将PLC冗余系统212中的当前发生或复位的故障信息上传到上位机211中的数据库，并显示在上位机211的控制系统组态软件的画面中。存贮的故障信息包括：故障编号、故障名称、故障发生的时间、故障复位的时间。

系统可根据条件对故障进行分类查询，查询具体故障发生的概率、频次等。

移动APP管理：

在基站控制中心1建立标准的WEB SERVICE通信服务接口，一方面与PLC冗余系统212通讯，获取环境参数、设备参数及生产过程数据，一方面与三遥系统终端17通讯，获取系统电力调度数据及电力保护数据信息，在此基础上对数据进行整理、统计及分析，组织好的数据信息通过WEB服务器进行发布，并能实时推送到客户端4的手机APP端，进行数据的移动查询。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船舶岸基供电信息监控系统，其特征在于，包括：一基站控制中心、至少一港区变电站控制中心、一船载终端和至少一客户端；每一所述港区变电站控制中心包括一设备监控系统和一视频监控系统；所述船载终端与所述设备监控系统通信连接，所述设备监控系统和所述视频监控系统与所述基站控制中心通信连接；所述客户端与所述基站控制中心通信连接；所述设备监控系统连接当前所述港区变电站控制中心所对应的一港区变电站的一第一电源系统和/或一变电所的一第二电源系统；所述船载终端连接所述船载终端所在船舶的一第三电源系统。

2.根据权利要求1所述的船舶岸基供电信息监控系统，其特征在于，所述设备监控系统包括依次通信连接的一上位机、一PLC冗余系统和一远程IO站组；所述船载终端通过一光纤组件连接所述远程IO站组，所述船载终端和所述远程IO站组分别连接有一无线通信模块，所述船载终端通过所述光纤组件或所述无线通信模块与所述远程IO站组通信连接；所述PLC冗余系统通过一第一交换机连接所述第一电源系统和所述第二电源系统；所述上位机和所述PLC冗余系统通过所述第一交换机与所述基站控制中心通信连接。

3.根据权利要求2所述的船舶岸基供电信息监控系统，其特征在于，所述视频监控系统包括多个摄像机、一硬盘录像机和一第一显示器；所述摄像机设置于多个目标工作区域，所述摄像机分别与所述硬盘录像机通信连接，所述硬盘录像机连接所述第一显示器；所述硬盘录像机通过一第二交换机连接所述基站控制中心。

4.根据权利要求3所述的船舶岸基供电信息监控系统，其特征在于，所述基站控制中心包括一服务器、一控制终端、一信息管理终端、一视频管理终端、一第二显示器和一第三交换机；所述服务器通过所述第三交换机连接和所述第一交换机与所述上位机和所述PLC冗余系统通信连接；所述视频管理终端通过所述第三交换机和所述第二交换机与所述硬盘录像机通信连接；所述客户端通过网络和所述第三交换机与服务器通信连接。

5.根据权利要求4所述的船舶岸基供电信息监控系统，其特征在于，所述客户端包括PC端和移动端。

6.根据权利要求5所述的船舶岸基供电信息监控系统，其特征在于，所述基站控制中心还包括一三遥系统终端，所述三遥系统终端通过所述第三交换机和所述第一交换机与所述PLC冗余系统通信连接。

7.根据权利要求6所述的船舶岸基供电信息监控系统，其特征在于，所述基站控制中心还包括一消防终端，所述消防终端通过所述第三交换机和所述第一交换机与所述上位机通信连接；所述上位机还连接有所述港区变电站的一消防系统和一报警模块。

8.根据权利要求5所述的船舶岸基供电信息监控系统，其特征在于，所述第一电源系统包括至少一高压进线柜、至少一变频电源和/或至少一第一高压馈线柜；所述第二电源系统包括至少一第二高压馈线柜。

9.一种基于权利要求1～8任一项所述船舶岸基供电信息监控系统的船舶岸基供电信息监控方法，包括步骤：

通过所述设备监控系统和所述基站控制中心实时监控至少一所述港区变电站控制中心所对应的所述第一电源系统、所述第二电源系统和所述第三电源系统的运行数据；同时通过所述视频监控系统和所述基站控制中心实时监控至少一所述港区变电站控制中心所对应的多个目标工作区域；

通过所述基站控制中心和所述客户端对所述船舶岸基供电信息监控系统进行信息管理。

10.根据权利要求9所述的船舶岸基供电信息监控方法，其特征在于，所述信息管理包括：用户权限管理、岸电连船作业管理、设备管理、电能管理、报警管理和/或移动APP管理。