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摘要：目前各个行业的无人值守自动化操作已经成为一种发展趋势，本文设计了一种新型的、智能的无人值守助航灯光监控系统，它融合了灯光回路监控系统、电力监控系统、视频监控系统、环境监测系统、消防系统等多项技术，实现了由监控中心统一操作，无需人员值班的智能化无人值守。经过实践验证，该系统在助航灯光变电站的安全运行上起到了重要作用，极大减轻了值班人员的工作强度，具有很强的可操作性，同时具备广阔的市场应用前景，该系统的成功应用，将为无人值守自动化操作的发展提供借鉴和参考。

关键词：民航机场；无人值守；助航灯光；监控；设计

助航灯光变电站是现代民航运输的重要组成部分，随着计算机、电子技术的不断发展，越来越多的技术应用到了助航灯光领域，为助航灯光的安全运行提供了重要保障。在这一趋势下，助航灯光监控系统的管理也变得越来越多功能化，从最初的灯光回路监控到现在的电力监控、视频监控、环境监测、消防等多项技术的融合，实现了由监控中心统一操作，无需人员值班的智能化无人值守。智能化无人值守的助航灯光监控系统已经成为未来的发展方向，它不仅可以减轻值班人员的工作强度，提高助航灯光变电站的工作效率，还可以通过预警和干预等手段降低事故的发生率，减少事故对生命财产造成的危害和损失。

1民航机场无人值守助航灯光变电站监控系统的设计方案

1.1系统结构

某机场智能化无人值守助航灯光监控系统的系统结构，由塔台、监控中心、南灯光站和北灯光站等4个站点的监控设备组成。通过单模光缆连接，构成冗余热备单模光纤主干网，并在各站点内搭建冗余热备局域网。在各站点内，配置了不同数量的操作工作站、冗余热备的控制工作站、操作台、视频监控服务器、LCC现场控制柜等设备。同时，该系统在灯光站内采用CAN总线方式搭建现场网络，为每台恒流调光器配置具有独立的监控单元与监控系统连接，实现对助航灯光设备的自动化控制和故障诊断。该系统还配备不少于30分钟后备时间的UPS，保证系统运行的稳定性和可靠性，在灯光站内，助航灯光监控系统现场网络为CAN总线方式，为每台恒流调光器配置具有独立的监控单元与监控系统连接。监控单元具有独立的采样功能，可以采集回路电流、电压等信息，用于与助航灯光计算机监控系统接口。智能化无人值守助航灯光监控系统能够监控以下对象：1）机场所有的助航灯光回路；2）灯光变电站内的所有的恒流调光器、高压切换柜、顺序闪光灯；3）柴油发电机、低压市电；4）灯光变电站调光器室温湿度环境；5）灯光变电站电缆沟浸水探测器；6）灯光变电站主要设备间烟感探测器；7）灯光变电站主要设备间视频探头。如上所述系统框图如图1。

1.2子系统的组成

该系统采用分布式、模块化设计，由多个功能独立的子系统组成，这种设计思路使得系统具有高可靠性、高可维护性，并且方便后期维护升级，而且各功能子系统彼此之间独立运行，不形成依存关系，避免产生单个子系统故障影响其它子系统或整个系统运行的状况发生，从而保证了系统的稳定性和安全性。其中，灯光回路（调光器及切换柜）监控子系统是该系统的核心功能子系统，通过独立的调光器监控接口单元实现对调光器的监视和控制，从而实现对灯光回路的监视和控制。电力监控子系统能够对助航灯光0.4kV低压柜系统设备的测控功能、运行参数、状态进行监视，包括低压柜开关等位置信号，遥测数据等参数采集和处理；柴油机组的运行状态监视。环境温湿度监视子系统对南、北灯光站调光器室的温湿度进行监视，当温湿度超过预设值时，系统发出声光报警给工作人员，以便即时开启空调和换气通道动作从而进行温湿度的干预控制，浸水探测子系统则对南、北灯光站电缆沟进行液位探测，当发现电缆沟液位超标时，进行报警。

1.3系统网络

1.3.1光纤主干网

首先，该系统采用冗余热备单模光纤主干网，由塔台、监控中心、南灯光站和北灯光站等4个站点组成。站点之间采用单模光缆连接，构成冗余热备单模光纤主干网，备用设备保持在热备状态，可以自动启用备用设备，保证整个系统的监视和控制功能不受任何影响。这种冗余热备配置可以有效地避免网络故障导致系统运行中断，提高系统的可靠性和稳定性。

其次，智能化无人值守助航灯光监控系统采用了高级的Turbo Ring环网协议，用于解决环形网络带来的网络阻塞、广播风暴等问题。相比于目前大多数系统所采用的RSTP环网协议，Turbo Ring环网协议具有更快的自愈时间，可以显著的减少网络故障恢复时间及冗余网络的切换时间，确保在网络发生故障及故障自愈时不会影响到系统的正常运行。

最后，助航灯光监控系统具有完整的通讯监控功能，可以监视网络的实时运行情况。根据网络设备提供的简单网络管理协议（SNMP）以及故障数字量输出接口，助航灯光监控系统可以监控网络交换机、光纤收发器、计算机网卡等设备是否运行故障，还可以监视网络的每一条光缆、每一条网线的通断。这种通讯监控功能可以帮助运维人员及时发现网络故障，并进行及时处理，保证整个系统的正常运行。因此，智能化无人值守助航灯光监控系统采用冗余热备单模光纤主干网、Turbo Ring环网协议和完整的通讯监控功能，可以有效地提高系统的可靠性和稳定性，保证在网络发生故障及故障自愈时不会影响到系统的正常运行。

1.3.2  CAN现场总线网络

该网络能够实现各节点之间实时、可靠的数据通信，并且具有容易构成冗余结构的优点，从而可以保证系统的可靠性和灵活性。在系统当中中以调光器监控现场网络为例，每台恒流调光器都有独立的监控单元与监控系统连接，并且现场控制计算机可以通过RS-485总线向网络CAN通信适配器发送查询或控制命令。适配器可以进行协议转换，将收到的命令解析为CAN总线协议，并将命令下发给调光器监控单元及绝缘电阻监测模块等CAN总线节点，从而完成一次控制或查询命令的执行，并将执行状态逆向上传给现场控制计算机。因此，CAN现场总线网络是一种为分布式控制系统提供强有力技术支持的串行通信网络，能够实现各节点之间实时、可靠的数据通信，并被誉为自动化领域的计算机局域网。

1.3.3  RS-485总线网络

RS-485总线是一种通讯电气规范，它具有多点、差分数据传输的特性，同时还有长传输距离、宽共模范围、信号冲突保护和良好的抑制高噪声等特点。因此，在系统设计中RS-485总线被广泛应用，例如，在某个系统设计方案中，柴油发电机、低压市电、开关量监控单元等监控对象都采用了RS-485总线通信，每个RS-485总线监控对象都有一个独立的RS-485串行通信适配接口，现场控制计算机可以通过该接口下发控制或查询命令给监控对象。当监控对象接收到命令后，执行完毕后将执行状态逆向上传给现场控制计算机，从而完成一次完整的控制或查询命令，这种设计方案使得系统的通信链路非常坚固可靠，因为RS-485总线的特性可以有效地抑制噪声和信号冲突，同时它的长传输距离和宽共模范围也能够满足系统的通信需求，因此RS-485总线在该系统设计中起到了非常重要的作用，它的特点使得整个系统的通信链路更加稳定、可靠。

2民航机场无人值守助航灯光变电站监控系统功能实现和应用

2.1权限管理

权限管理系统中具备用户权限机制，根据用户不同，提供不同的操作权限，系统提供三种基本权限，分别是无限制的监视和控制、只能监视、访问和查询数据但不能执行控制、局部监视、访问和查询数据但不能执行控制。系统控制权限默认分为由高至低的四个级别，但可以根据机场实际运行状况进行调整。在系统中只能有一台操作计算机具有系统控制权，操作计算机必须获得系统控制权限后才能对系统进行控制。权限高的操作站可以根据实际需要主动把权限授予下级操作站或收回权限，而下级操作站如果要获得控制权，则必须通过电话申请或系统内申请，请求上级操作站把权限授予它。在系统初始化设置时也可以设置是否允许权限自动转移。这种权限管理及其机制可以保证系统操作的安全性，同时也灵活适应了实际操作需求。

2.2防止误操作方法

首先，系统中的命令操作需要通过“确认”按键进行确认，这一设计可以有效地避免误操作，同时保证了系统的操作效率和精确性。其次，系统采用了5/8英寸宽1/2英寸高的触摸按钮或触摸敏感区域，并在各触摸按钮或触摸敏感区域之间设置1/8英尺的边距，这一措施可以使空管人员方便地进行操作，并避免由于误触触摸屏而产生的误操作。此外，系统还提供了锁屏功能，可以避免人员因为误触触摸屏产生的误操作，解锁需要输入锁屏代码，这一设计可以进一步提高操作的安全性和减少误操作。系统还具有挂牌操作功能，可以锁定某种设备以防止误操作，这一功能的存在可以有效地减少人员在设备维修时产生的误操作。最后，系统还设置了真人语音提示及操作二次确认功能，以确保关灯、切换降落引导方向等重要操作时不会产生误操作，这一设计可以进一步提高操作的安全性和减少误操作。综上所述，该塔台控制系统的多种功能操作旨在提高操作的安全性和减少误操作，这一设计可以为空管人员提供更加安全、方便和高效的工作环境，也可以保障了机场的安全和运行效率。

2.3系统运行模式提示与报警

系统在显著位置提示用户当前助航灯光系统的可能运行模式，系统权限所在工作站、已登入系统用户等信息。当系统监测到设备故障或系统故障时，监控系统会产生声光报警，提示用户，同时将报警信息存入系统数据库，方便用户日后查看统计，并可根据需要生成报表。报警信息包含报警级别、报警类型、报警位置、报警描述、开始时间、恢复时间、报警状态。报警类型可按设备类型分类，查看报警可按报警类型分类查看或选择全部查看。报警分级别，级别1：最高级别，必须马上排查的报警，塔台需显示此报警。报警以明显方式提醒，除声光报警外，采用弹出式或界面闪烁等方式；级别2：报警级别，此报警会影响监控系统部分功能，塔台可选择性接受报警。报警采用声光提醒方式，报警信息显示在报警界面下；级别3：警告级别，此报警不会影响监控系统正常使用，塔台不需接受报警。报警采用颜色提示，报警信息显示在报警界面下；级别4：事件级别，塔台与灯光站可选择行接受。事件采用事件列表方式显示，提供打印及电子报表功能。

2.4系统日志归档存储和统计查询

系统、具有强大的日志功能，它能将系统中的所有用户登录、权限转移、设备运行状态和故障等所有可记录的信息存储基于SQL（结构化查询语言）数据库中，信息存储时间精确的秒级，系统所提供的数据库容量可以存放至少36个月的这些告警、故障和状态信息。系统可以对存储的历史信息记录根据用户设定的特定条件进行查询统计，例如：任意时间段，任意光级用灯时间、不同运行类别用灯时间、各类故障灯的统计。并且，所有数据可以打印输出。统计得到的可以以数据表格、图形曲线等方式准确、直观呈现给用户。

2.5监视与控制

2.5.1实时监视

系统可全面监视机场助航灯光回路、恒流调光柜、调光器切换柜以及顺序闪光灯的运行状态和数据，包含但不仅限于如下各项：1）机场飞行区助航灯光模拟构型；2）每条串联灯光回路名称及各回路光级；3）每条串联灯光回路的电压、电流、功率；4）每条串联灯光回路的1-5级光各个光级的工作累计时间；5）每条串联灯光回路的绝缘电阻阻值及趋势曲线；6）被控对象设备的通讯状态及本地/遥控状态；7）被控对象设备的低压供电状态；8）每一台切换柜的切换状态；9）每一台调光器监控单元的通信及运行状态；10）每一台绝缘电阻检测单元的通信及运行状态；11）CAN现场总线的运行状态；12）系统内每一台工作站的状态；13）系统内每一台网络交换机及光纤收发器的状态；14）系统内每一块计算机网卡及每一条网线的状态；15）系统控制权位置；16）已登录系统用户；

2.5.2远程控制

系统设置以下5种针对用户不同使用场景及习惯的远程控制助航灯光的方式，具体如下：1）单条回路控制方式。针对选定的单条回路进行控制，本控制模式可以一次选定1条或任意多条回路，通过光级控制按钮进行0-5级光的控制，经常被灯光维护人员用来进行灯光回路、调光器、切换柜等设备的检修、日常维护或调试，是一种必不可少的控制模式。2）回路组控制方式。针对“跑道”、“滑行道”、“主降进近”等等功能相似的回路组，系统提供了“回路组”模式进行统一控制和运行状态监视。此功能对于用户的灯光回路、调光器、切换柜等设备的检修、日常维护或调试同样具有实用意义，而相同回路组内的回路运行光级不一致报警功能的设置更为用户提供运行安全的有力保障。3）方向控制方式。通过“方向”控制，用户通过鼠标点击“方向按钮”-“光级按钮”-二次“确认”按钮仅三次鼠标就可以实现开启跑道起降方向的所有灯光。并且，同“回路组”控制模式一样，“方向”控制也有同方向灯光运行光级不一致校验、报警功能。

3结语：

综上，随着经济社会的发展与进步，对自动化的需求已经成为未来各行业发展趋势。其高效快捷、准确无误的优点深受人们的欢迎。智能化无人值守助航灯光监控系统，采用集控站（监控中心）的方式来控制该站的管辖范围，随着无人值守变电站的数量逐渐增加，智能化无人值守助航灯光监控系统应用范围也逐渐扩展。

参考文献

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[3]房涵博.机场助航灯光系统故障分析与应对[J].运输经理世界，2021，611（01）：149-150.

作者简介：谢斌（1970年7月），男，汉族，本科，湖南常德人，主要从事民航基本建设。