路灯监控方案-简版.doc

数字城市照明监控管理系统解决性方案目 录一、概述2二、系统整体设计32.1设计原则32.2系统架构52.3集中控制器52.4单灯控制器8三、系统软件功能103.1遥控功能103.2遥测功能113.3调光功能113.4显示功能113.5设备分组功能123.6远程设置功能123.7报警功能133.8数据查询统计和打印功能133.9 网络校时功能133.10系统权限功能133.11设备管理功能143.13电缆防盗功能143.14视频监控扩展功能14四、系统优势14一、概述为推进“十二五”时期我国城市绿色照明工作，提高城市照明节能管理水平，二一一年十一月四日中华人民共和国住房和城乡建设部研究制定了“十二五”城市绿色照明规划纲要。纲要主要阐明城市绿色照明的指导思想、基本原则、发展目标和重点工作以及保障措施，是各地“十二五”期间实施城市绿色照明的依据。纲要着重提出：以2010年底为基数，到“十二五”期末，城市照明节电率达到15%；积极推进城市照明信息化平台建设，建立城市照明信息监管系统，统计城市照明设施的基本信息和能耗情况，进一步提高城市照明管理工作信息化水平。建立数字城市照明信息监管系统，运用多种节能降耗措施对城市照明进行节能、数字化管理不仅是一种社会责任，更是“利国利民”的双赢之举，既节约资源，又降本增效，符合城市长远的发展方向。项目改造完成后，贵县路灯照明系统自动化管理水平将大幅提高，可根据季节自动调整开关灯时间；也可根据照明需求（天气突变、重大事件、节日等）随时远程调整开、关灯时间，调整景观灯的开、关灯时间并进行应急调度、及时发现故障并立即进行修复，大大提高工作中的应急能力，增加了有效的故障预警机制，减少管理人员工作量；实时对县城路灯状况进行监测，掌握路灯的运行状态及运行参数进行能耗分析，有效的进行电量统计和分配，减少能源的浪费和财政负担。为实现城市路灯照明的远程监控及自动化，基于智能控制技术、数字电子技术、电力线载波与GPRS技术开发了最新一代数字城市照明监控管理系统。该系统采用电力线载波通信方式，它将所有的路灯连接到计算机上，并通过计算机监视所控区域内的路灯工作状态。在硬件方面采用了电力载波技术，实现在现有的电力线上传递数字信号进行通讯。灯具使用的电力线是已经铺设好的现成通讯资源，现在它既是灯具的供电线路，又是设备使用的通讯线路。相对其他传输方式，它的施工最为简单，而且对原有环境不构成破坏。它的实现代价是最小的，基本不受外部环境因素影响。数字城市照明监控管理系统建立在电力线载波远程通讯技术基础之上，对难于管理的用电设备，例如路灯、公共照明设备等，可以根据工作和生活的实际需要，季节和天气变化情况，事先设置区域、路段的控制策略，根据策略在计算机上事先设定时间，系统就可自动按时间段分区，分路进行定时开关控制，可实现间隔灯杆亮、单边亮，可独立到每盏灯，当然也可实时进行人工开关控制。当夜晚（或光线较暗）来临且处在交通高峰时，路灯全部开启，交通高峰期后，进入按比例开启，如在18点至20点开启100%，20点至22点开启70%，22点至24点开启50%，在0点至5点，路灯开启40%等组合方式。还可对防范重点部位（区域）亮、安全地段（区域）不亮或少亮，有活动有需要的地方亮，无活动无需要的地方不亮或少亮，仅此一项就节电40%，一切只需操作员在计算机上轻松完成。不但节省了人力，更排除了人为因素产生的矛盾和失误，有效节约了电能。该系统对电线（路）路灯故障有监测的功能，操作员极易发现线路故障的地点和位置，只要通知维修人员，就能及时排除故障。如：路灯维修，以前是大白天开着所有路灯，才能一个一个查找故障，显然是浪费。现在只要在计算机上查看后，记下故障灯杆号，就可直奔该灯杆去检修，目标明确，工作效率大大提高。安装本系统，不破坏设施现状和周围环境，不影响正常的工作和生活秩序，施工简捷、工期短，是当今提倡的节约型社会一个很好的改造升级优选的系统。二、系统整体设计2.1设计原则本方案遵照先进性、实用性、安全可靠性、可扩展性、开放性、经济性等原则进行实施。(1) 先进性和实用性：设备符合相关国内、国际标准，整个系统是目前国内最先进的，并将长期处于国内较为领先的水平。所采用的技术为成熟的物联网通信技术，并根据实际情况，组成最佳组合。(2) 稳定性：本系统是按照户外工业产品的标准进行设计，所以对各个配件的选择要求极高。在防雷、防静电、防干扰、防高低温、防水、防尘、漏电保护、供电故障等方面做严格的技术处理，保证系统适应复杂的恶劣环境，尽最大限度减少维护工作量，保证系统的长期稳定运行。(3) 可维修性：系统的设备模块化、结构化、人性化设计，并且各单元部件具有故障定位指示，便于设备维修。集中控制器具有标准网络、485、232等多个通讯接口，便于现场信号的调试和控制。(4) 可扩展性：硬件采用标准化的总线式结构，软件采用组态化设计，使得系统可以根据实际需要进行扩展和升级而不必改变现有设备的状态。(5) 开放性：本系统软件和通信协议采用标准化的协议，兼容EIA-709.1、EIA-709.2、EN50065-1国际标准，并且提供与其它工控标准(如ModBus等)通信的接口。很多类似的系统就因为某些厂家采用非标协议，最后造成系统瘫痪。本系统为开放式，有效的解决了类似的问题，避免对个别厂家形成产品依赖，保证系统的稳定。(6) 经济性：系统采用已成熟商用的先进技术，选择性价比高的方案和设备，既考虑系统额先进性，又兼顾了经济性。2.2系统架构数字城市照明监控管理系统由监控中心、集中控制器、监控终端（单灯控制器）组成，集中控制器安装在配电柜内，单灯控制器安装在照明终端。集中控制器通过GPRS无线网路与监控中心进行通信，单灯控制器通过电力载波通信方式与集中控制器进行通信。集中控制器通过接收、执行、转发上位机监控管理软件的命令，对每个单灯控制器进行控制，达到控制每盏路灯的亮灭及调光，节约电能。同时集中控制器通过内置的DO输出端口在配电箱内可实现对路灯整条回路的控制，查询每个单灯控制器的信息，通过模拟量、数字量的AI、DI输入端口，采集现场的光照等其他信息，反馈至监控中心服务器的监控管理软件，实现对城市路灯照明系统的实时监控和科学管理。数字城市照明监控管理系统组网方案如下图所示：2.3集中控制器2.3.1产品概述集中控制器可以控制照明支路的送电停电，并能够监测每一个支路的电流大小，来诊断照明设备的运行情况。其自身有电量采集功能，可采集计算并记录供电总路的用电参数，同时具有数据接口，可以将第三的设备接入本系统，并进行信息的整理分析与发布。集中控制器应用GPRS通讯技术接收发送信息，应用电力载波通讯技术与下层单控制进行信息沟通，接收单灯控制器的信息，并向其下发工作指令。集中控制器还有自动报警功能，通过GPRS向上位机（监控中心）和工作人员的手机发送报警信息。集中控制器通过多种接口和协议（如TCP/IP）与上位机连接，以适应不同应用需求。同时，通过电力线对所属控制节点进行管理和控制。集中控制器内部嵌有相关软件及驱动程序，用以在电力线上形成智能控制网，进行数据通信及系统管理和维护等。硬件系统采用模块化结构化设计，主要有以下特点：1、高性能微控制器为满足灯控终端的多任务和实时性以及抗干扰性要求，尤其是外围扩展功能的要求，集中控制器采用功能强大的ARM处理器作为主CPU。2、内置高精度时计精度调整电路3、10/100M自适应以太网接口芯片n 完全符合IEEE 802.3u标准10Base-T/100Base-TX/FXn 支持自动协商功能，与IEEE 802.3u标准兼容n 完全集成的物理层与磁场的直接接口的单芯片n 集成的10 Base-T和100Base-TX的收发器4、高稳定性的电力载波通信模块以自主研发的高性能电力载波通信模块和自主自主研发的通讯协议配合，实现了灵活的自适应智能组网算法，使通讯更稳定、可靠。5、稳定可靠的多种远程通讯模块远程通讯模块支持多种型号的GPRS模块，可供用户灵活选择。6、抗干扰防雷击在电源输入端和RS485接口、信号量输入/输出接口均设置了抗干扰防雷击器件，能有效抑制干扰、防护雷击。7、本地接口RS-485接口：1个标准的RS-485抄表接口，通讯速率可设置，可同时接入各种不同通讯协议的多功能电表；通过数据转发（中继）方式接入各种现场智能装置。8、低压电力载波集中控制器内嵌载波通讯模块，直接和单灯控制器终端进行通讯和控制。2.3.2产品基本功能（1）数据采集功能电压规格为三相四线3220/380V；电流规格为5A配置，输入范围06A，门槛值5mA采集、计算以下数据：w 三相电流w 三相电压w 总、三相有功功率w 总、三相无功功率w 总、三相视在功率w 总、三相功率因数w 相位w 频率等（2）终端数据收发功能1、利用多功能电表规约数据收发支持MODBUS多功能电表规约2、对终端的控制方式w 定时开/关/调光/查询：按照管理中心设定的开/关/调光/查询时间控制本集中控制器下面的单灯控制器。w 中继功能：通过数据转发（中继）方式，每个单灯和集中控制器都有转发（中继）功能，有效延长通信距离并保证可靠性。（3）程序远程升级功能w 支持管理中心利用通讯通道对集中器软件实现远程升级；w 远程升级时保证终端内的信息安全；w 支持全部软件升级；w 支持程序按模块升级，从而实现更快速、更节约的远程升级功能。（4）本地升级调试功能w 支持本地串口信息调试；w 支持本地程序升级功能。（5）初始化功能集中控制器接收管理中心下发的重置和重启命令，初始化命令分为以下两种方式：w 硬件初始化（重启）：集中控制器硬件复位一次；w 数据区初始化（重置）：集中控制器对数据存储区进行初始化。（6）GPRS集中控制器告警功能当集中控制器检测到单灯存在异常时立即向管理中心上报相应的告警。（7）扩展功能1、门磁检测支持门磁开关量检测，当控制柜被异常开启时产生报警。2、超负荷检测可以设定线路最大允许负荷，当负载超限时提供报警。2.4单灯控制器单灯控制器是用于单个照明灯具控制的核心模块。它能利用低压电力线作为通信媒介，实现数据传输及网络控制等功能。单灯控制器具有充足的硬件资源，能够应对复杂的电力线通讯环境。其实现的主要功能有：PWM或0-10V调光、控制开关、电流、电压、功率数据采集，故障检测等功能。单灯控制器载波模块符合EIA-709.1，EIA-709.2和EN50065-1等国际标准，内部集成了ANSI 709.1七层协议、自动路由自适应算法。通过此模块，可以将一个通信节点动态配置为一个路由或普通节点，其出色的物理层性能和自动路由的特点为用户提供了可靠的网络通信性能。2.4.1功能特点（1）特点单灯控制器为智能路灯节能产品，可以为LED调光恒流源驱动或可调光电子镇流器提供远程开关、调光和通讯接口，具有PWM调光（默认）或者模拟0-10V调光功能。w 具备远程开关功能（过零开关灯），内部最大16A继电器输出；w 具备调光接口PWM或者0-10V；w 具备电流、电压、功率远程读取功能；w 具备钠灯灯泡、LED灯（定制）故障检测功能；w 具备钠灯补偿电容损坏检测功能；w 具备故障信息主动上报功能；（2）应用范围w 各种大功率路灯单灯远程开关节能及故障诊断；w 大功率LED远程单灯开关、调光及故障诊断；w 可调光电子镇流器远程开关、调光及故障诊断；（3）应用价值w 节能效果最高可达到40%以上；w 延长灯具寿命；w 远程集中控制，节省管理及维护成本；w 结合地利信息系统（GIS）使用，轻松实现单灯、线路故障定位；w 电力载波通信式，省去额外布线成本；w 完善的故障预警功能，保障亮灯率；三、系统软件功能数字城市照明监控管理系统软件为提高城市照明的管理和维护水平而开发的一款专业应用软件，属于数字城市建设的一部分。系统软件使用成熟的JAVA编程语言开发，采用B/S结合C/S的架构模式，采用浏览器进行访问，使用FLASH作为客户端，此架构可有效继承了B/S架构和C/S架构的优点，解决了独立使用B/S架构或C/S架构存在的不足和缺陷。软件采用Windows操作系统，视窗化语言设计，完善的界面查询及设备管理，用户界面友好，操作简单方便。本软件将路灯、景观灯等各种不同对象的监控和数据采集及处理融于一体，通过不同的控制方式实现对不同灯型的监控，同时支持GPRS网、公网等通信平台。软件一方面监视和管理集中器反馈上来的信息，如路灯状态（电压、电流、电量、照度、功率和功率因数等）；一方面向集中器发出控制命令，完成开关路灯和调节路灯的亮度，实现时序调度事件、报警应答等操作。数字城市照明监控管理系统软件功能介绍如下：3.1遥控功能 (1) 自动开/关灯自动开关灯是依据天文时钟控制程序执行的，不同地方的经纬度不同，开关灯时间不同，本软件按经纬度自动计算每天的开关时间，也可以根据时控或光控相结合的控制原则进行整体、分区、分组自动开/关全夜灯、半夜灯、隔盏灯和景观灯。(2) 手动巡测、手动选测和手动遥控操作人员可以随时检测终端的运行情况，可以对任意集中控制器进行手动巡测、手动选测，也可以对任意集中控制器进行的全夜灯、半夜灯、景观灯进行遥控开/关操作。(3) 特殊情况下的开/关灯的处理在特殊情况下，用户可以通过远程遥控方式手动临时开关路灯，手动方式可实现白天亮灯。3.2遥测功能(1) 自动测量（巡测）系统按照操作人员设置的时间周期对所有运行状态下的监控终端进行监测，并记录检测的路灯运行数据。其设定的时间周期间隔可在线修改。(2) 手动测量（巡测、选测）在任何时候，操作人员都可以给终端下达测量参数的指令，立即对指定范围内的监控终端立即进行参数测量，并且将测量结果直观地显示出来。(3) 自动计算亮灯率系统能根据电压、电流、有功功率和功率因数的变化自动进行亮灯率估算和统计。为了保证亮灯率的统计，数据采集精度应优于1%。所以，终端采用16位以上的采集模块，使数据采集精度至少为0.5% ，以保证计算的亮灯率准确。3.3调光功能系统不仅能够对路灯进行开/关灯操作，对于安装有可调光功能驱动电源的路灯，还可以进行整体、分区、分组或单灯调光操作，调光分为自动调光和手动调光两种方式：(1) 自动调光根据终端任务中设置好的自动调光程序，自动调整路灯的亮度。自动调光程序配置灵活，可以根据不同时间段对于路灯亮度的不同需求自由配置。 (2) 手动调光可通过手动的方式对集中器下的全部单灯、某一组单灯或某一盏灯进行立即调光操作。手动调光不受自动程序限制，可随时进行调整。3.4显示功能(1) 将路灯照明区域制作成矢量化电子地图或直接使用google等网络地图，利用监控站和大屏幕对市区各路段的监控终端和路灯的工作状态及运行数据进行动态的直观显示。(2) 显示全市或全区街道图，各监控终端的位置及控制的各街区及路灯，利用动态显示将控制终端与所控制区域及路灯的对应关系表示出来。3.5设备分组功能(1) 分组方式整体定义：可以是城市照明监控管理系统下的全部，也可以是集中控制器和线路开关下的全部。分区定义：可以是城市的某区、某个特定的功能区域、某几条街道。分组定义：可以是多少个集中控制器（供配电柜），也可以是全部或部分区域的集中控制器下某一个或几个支路；可以是多个路灯控制器，也可以是全部或部分区域的路灯控制器下的某一个或几个支路（灯杆上的某灯头）。(2) 开关灯方式全夜灯定义：天黑开灯，天亮关灯，全夜灯可以设置为整体、分区或分组，可以是隔杆灯、单边灯或每根灯杆上的某盏灯。半夜灯定义：天黑开灯，在夜里十点或是十二点或是凌晨一点等夜间任意设置关灯时间，半夜灯可以设置为整体、分区或分组，可以是隔杆灯、单边灯或每根灯杆上的某盏灯。隔盏灯定义：是按灯杆来定义的，可以是一根灯杆（也就是一台单/双灯控制器），也可以是灯杆上的某一盏灯（也就是双灯控制器下的某一个支路），按灯杆编号的奇偶来区分。单边灯定义：是按照主辅路来区分，可以是整条主路或辅路的全部灯杆（也就是一台单/双灯控制器），也以是整条主路或辅路的全部灯头（也就是双灯控制器下的某一个支路）。3.6远程设置功能(1) 集中控制器设置设置内容：集中器参数、输入通道、开关参数、电表参数、线路防盗参数、报警参数、分组任务、经纬度时间表、光控参数等。(2) 单灯控制器设置设置内容：额定电压、额定电流、额定功率、功率因数、报警参数、分组信息、终端任务、开关灯时间等。3.7报警功能(1) 声光报警当集中控制器、单灯控制器发生报警或操作人员在浏览遥测时发现有报警时，系统自动发出声光报警，并在系统主界面弹出报警信息窗口，在电子地图以及大屏幕上显示相应的报警位置。报警内容包括电表故障报警、意外亮灯报警、意外关灯报警、过流报警、过压报警、欠压报警、缺相报警、断电报警、电缆被盗报警、短路报警、线路开关异常、终端异常、继电器故障、灯具故障、灯具漏电、功率因数越线、终端通信终断等。(2) 短信报警系统可以通过预置若干个手机号码，以GSM短消息方式，按照预先设定的告警模式，把故障报警的时间、地点、内容等相关信息发送至各相关人员的手机上。3.8数据查询统计和打印功能可以对各集中控制器、单灯控制器的任意数据（包括电压、电流、功率、电能、亮灯率、各种状态、控制程序、设置参数、报警事件等）按年、月、日、时间段统计数据进行查询。可以对历史报警信息、用户登录信息、系统操作信息、硬件日志信息进行查询；数据查询具有多种显示方式（数据列表、曲线图、柱状图等，并可选择），图形显示时将每一个点按照起始查询时间和终止查询时间按窗口宽度平均分配，并显示出该点相对应的数据；所有查询的数据均可打印。3.9 网络校时功能系统具有网络自动校时功能。能够通过Internet网络时间对服务器进行时钟修正，再通过服务器对集中控制器定时发送校时指令，来统一监控网络的时钟，保证监控管理系统内的集中控制器时钟的准确性与一致性。3.10系统权限功能系统可将用户划分等级和权限（至少三级，管理员、操作员、记录员等），分别设定各自的密码及权限，操作人员只能完成权限范围内的操作，并将每项操作的具体内容及时间存入数据库中，非超级用户不能修改。为保证操作安全，系统采用严格的安全管理措施，实施多级操作口令和自动密码保护。3.11设备管理功能设备管理包含下列但不限于以下设备：(1) 配电箱：资产编号、配电箱名称、所属城市、所属区域、所属街道、型号、规格、材质、购买日期、安装日期；(2) 监控终端：资产编号、终端名称、所属城市、所属区域、所属街道、终端类型、额定电压、额定电流、额定功率、功率因数、使用寿命、购买日期、安装日期；(3) 灯杆：资产编号、灯杆名称、所属城市、所属区域、所属街道、型号、高度、安装方式、厂家信息、购买日期、安装日期；(4) 光源：资产编号、光源名称、所属城市、所属区域、所属街道、型号、厂家信息、购买日期、安装日期；3.13电缆防盗功能实时检测电缆是否被盗，一旦发生线缆断线的情况，通信将被中断，并以状态量方式向集中控制器提供报警信号，集中控制器再通过GPRS无线通讯的方式将信息反馈至监控中心，进行电缆失窃报警。3.14视频监控扩展功能系统可以扩展视频监控功能，通过安装在城区合理位置的高倍摄像头，反应路灯的运行实际行效果及无法用参数直观显示的监控内容。四、系统优势 (1) 节约电费，系统能提高开关灯的可靠性，避免白天亮灯情况的出现。还可以通过调光降低功率或隔盏亮灯的方式，节约电能，降低碳排放，从而实现节能减排。（2）维护方便，系统可实时监测每盏路灯、每条路段的运行状态，能及时对故障报警进行 处理，减少巡灯的维护成本和减轻巡检人员的工作强度，大大提高了工作效率。 （3）提高亮灯率，系统投入使用后可及时发现路灯运行中出现的问题，快速处理，提高亮灯 率。（4）延长灯具寿命，系统实现了按需照明，亮灯时间科学合理，延长了灯具使用寿命，从而进 一步降低了运行成本，提高了经济效益。(5) 系统采用电力载波通信，免布线对路灯进行单灯控制，降低投资。(6) 系统可适应路灯照明未来节能改造升级，如加装LED路灯等，可直接实现远程控制调光功能，避免二次改造。(7) 集中控制器带有独立操作系统，可脱离监控中心独立执行命令以及数据保存。在监控中心发生停电或者发生其他系统故障时以及通讯网络临时故障时，集中控制器可独立执行预设各种定时任务以及管理功能。(8) 系统设备设计兼容EIA-709.1、EIA-709.2、EN50065-1国际标准，并且提供与其它工控标准(如ModBus等)通信的接口，可为二次开发、产品升级开放接口。(9) 系统采用总线式结构，网络内任一节点发生故障不会影响系统运行。