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未來20年內，在全球范圍內規劃建設的最大機場中，有阿聯酋的迪拜世界中心國際機場，土耳其的伊斯坦布爾第三國際機場和中國的北京新機場。北京新機場，需要告訴世界，如何用“中國智慧”，實現“引領世界機場建設，打造全球空港標桿”的目標。從國內視角看，北京新機場，是一座集眾多特殊性于一身的機場。

圖1 北京新機場效果圖

1 項目簡介

為給旅客提供潔凈、明亮與舒適的乘機環境，機場長時間營運所消耗的能源是相當驚人的。據歐盟調查研究發現，一座民用機場的耗能可與一座小型城鎮相較，其中更有部分能源因管控不當而白白浪費。因此，近年來全球各地不少響應節能環保的機場已開始導入自動化系統以取代傳統由人員巡檢的管理模式，更有甚者則引進了智能化系統，通過系統自動控制避免不必要的浪費、提升監控效率，更降低整體能源使用量以達到節約能源的目標。

一套具聯動控制功能的智能化機場能源與設備綜合運維平臺包含許多互相關聯的子系統與大量、多樣的設備、儀表。從設備端取得的運轉狀態數據必須通過數據網關先做通訊協議轉換后才可整合至中央管理系統，進而利用這些數據進行監測與控制。因此，作為數據網關的計算機的性能與穩定性決定著整個系統的順暢度與可靠度。研華ECU-4553電力能源通訊管理機足以肩負此承上啟下的關鍵任務，這款符合IEC 61850-3標準、專為電力自動化應用而設計的網關不僅有卓越的性能讓系統軟件得以充分發揮其功能，也提供豐富的端口用以一次連接多種底層裝置，其卓越的抗干擾能力還有助于確保在嚴苛使用環境中系統穩定運作。

2 系統需求

以滿足一億人次年旅客吞吐量為目標的北京新機場即將于2019年下半年竣工營運。該機場既被定位為大型國際航空樞紐，更致力于成為中國綠色機場的典范。因此設計之初就把節能環保理念納入規劃，整個機場分為3個大區：航站區、配套區、飛行區。以26個變電室、60臺變壓器、9個備用電源發電機房及258個配電室建置一套無人值守、集中管理的能源與設備綜合運維平臺，藉此全面監控航廈內的空調、照明、供水、供暖、電梯等能耗設施及相關儀表。

而為了能將機場內的能耗做通盤審計以分析出可節省能源的潛在環節，再通過聯動機制降低能耗，系統整合廠商需要在每間電氣室內配置計算機作為數據網關收集大量數據，并且將不同通訊協議數據轉換為符合IEC 61850-9的格式后，才可上傳至能源與設備綜合運維平臺。而該系統整合廠商想要采購的計算機必須滿足以下條件：

·高性能、高穩定性的工業級計算機以提供足夠的運算能力處理大量資料；

·符合IEC 61850-3標準的訊號隔離與抗干擾硬件設計；

·采用RT-Linux實時操作系統以達到實時控制；

·較寬的工作溫度范圍與較佳的抗干擾能力以便在嚴苛環境中穩定運作；

·具備多個RS-485/232串口與網口以連接眾多底層設備與傳送數據。

3 系統概述

在配置有258間電氣室的北京新機場，每一間都裝設一臺研華ECU-4553作為數據網關，用于采集數據信息并進行邊緣計算，作為輔助監測系統的關鍵通訊管理設備，即可滿足此項目串連大量、多樣底層設備與上層管理系統的需求。通過這臺電力能源通訊管理機提供的串口連接微機保護裝置、高壓/低壓電力儀表、現場I/O裝置、現場控制單元等裝置，并在其高速運算處理下完成采集數據的通訊協議轉換，大量數據就能通過以太網絡端口連接的交換機傳送至位于監控中心的管理系統，并簡化物聯網架構設計，多串口的優勢可減少小型網關的搭建，降低布線成本和設備成本節省調試配置時間，全面降低系統集成商采購、調試、維護成本和項目實施周期，同時1U上架設計，寬溫等性能均滿足配電室要求。

同時，系統也可經由ECU-4553對底層設備下達控制指令，譬如根據航班信息來事前了解某些區域旅客流量的多寡，于人流較少時關閉該區的空調；又或者是當接收到變壓器的異常訊號而出現臨時停電狀況時，亦能由監控中心遠程啟動備用電源發電機。

內建TI Cortex A8處理器的ECU-4553是一款符合IEC61850電力規范的高性能工業等級通訊管理專用機，搭配具有實時特色的RT-Linux操作系統，可讓智能化能耗監控系統的整體執行效率更精準。支持寬溫（-40~70°C）則可排除因極度低溫或高溫導致計算機無法啟動或死機的問題。而在電磁兼容性（EMC）方面，ECU-4553符合IEC 61850-3硬件標準規范，既具備足夠抵抗外界電磁干擾的能力，同時也不會對其它設備或裝置的運作造成影響，因此就算被安裝在有眾多電氣與電子設備的環境內，它依然能夠穩定運行。

至于承上啟下的部分，ECU-4553提供4個網口、16個串口，可輕松連接使用不同協議（例如IEC-60870-5-104、IEC-60870-5-101、Modbus/RTU、Modbus/TCP）的各種設備，既滿足項目目前的聯網需求，又為系統預留了日后擴充的空間。

ECU-4553具有以下特色：

·采用CortexA8處理器

·DDR3L 1GB RAM

·1 GBMicro-SD系統內存卡

·1個Micro-SD存儲插槽

·16個RS-232/485隔離串口

·4個10/100以太網端口

·支持-40℃-70℃寬工作溫度

·支持SD卡

4 系統架構圖

圖2 系統架構圖

5 結論

想要擺脫高能耗的束縛，物聯網時代的新機場必須導入節能環保與智能管理。而數據網關身為智能化能耗監控系統的核心設備，能否不負所托、完成使命，要看其長效性能與穩定耐用等方面能否經受得起考驗。研華ECU-4553通訊管理機不僅是專為電力能源應用而設計的高性能計算機，其還通過了長達兩年的電磁兼容性、硬件可靠性、軟硬兼容性等嚴格測試，因而受到系統整合商與業主北京新機場的一致好評。而該專精于智能化能源管理系統開發的系統整合商亦表示，未來除了在中國新機場建置、既有機場升級等項目中持續選用ECU-4553之外，亦打算在其他大型公共建筑、商用辦公大樓、智慧城市等高能耗場域中采用ECU-4553為客戶搭建節省營運成本與優化管理效率的智能化能耗監控系統。

圖3 北京新機場能耗圖

摘自《自動化博覽》2019年9月刊