无线智能照明系统解决方案第一章绪论道路照明是城市公共设施的重要组成部分，目前国内的道路照明系统大部分没有采用网络化监控管理，只能以区域为单位对照明设备进行简单的开关灯控制，这样的控制方法不能实时的获得每盏路灯的状况，也无法根据具体情况调整路灯亮度，不能有效的节省电能。国内多数城市路灯的开、关控制仍由每台变压器(配电箱)分散控制，很少有对路灯进行单灯控制和监控，这样的控制方式缺乏灵活多变的操作系统。因此存在着以下4个的问题：(1)系统复杂，难以统一管理。(2)路灯覆盖面广，维护困难，维护力量严重不足，疲于应付。路灯损坏情况不能及时掌握以及反馈，给快速维护带来困维，同时给道路上行驶的人们带来不便。(3)开关控制效率低，用电浪费现象严重。目前大部分城市灯光采用的是人工管理模式：一是使用人工开关灯控制，由工作人员在需要的地段和需要的时间，人工开关灯；二是使用机械钟控开关灯控制方式，如果需要调整开关灯时间，则必须人工到各现场调整每一个机械时钟控制器，工作难度大，造成开关灯时间不能及时变更，难以做到合理开关灯，用电浪费严重。(4)存在安全隐患，无法快速掌握路灯运行状态，无安全保障，统计困难。4.道路照明路灯系统庞大复杂，对各种漏电、触电、短路、跳闸，电缆和灯具被盗、破坏等现象不能及时发现，存在较大安全隐患。也无法对整个系统每盏灯的电压、电流、功率等数据进行每天统计，不能及时快速地掌握灯光系统的运行状态。针对上述的缺点及道路照明监控系统研究现状中提到的不足，结合公司多年研发路灯监控系统的经验，采用电力载波和zigbee无线通讯两种技术，为城市道路照明开发出了一套智能化的路灯监控系统。5.ZigBee技术的网络容量十分巨大，理论上一个协调器能容纳最大节点个数可以达至65535个，每个路由器也能容纳255个节点。这在照明监控系统应用上是其它技术无法比拟的优势。(1)在路灯控制系统中，需要传输的数据量很少，只需几分钟甚至几十分钟发送一次数据,每次发送的数据量也很小，所以ZigBee技术的低速率的特点恰好适合应用在这个控制领域中。利用ZigBee技术低功耗的特点，实现节能的目的。ZigBeeI作在2.4G的免费频段上，不会像使用GPRS一样浪费许多无线电的资源。(2)ZigBee技术是一种自组织网络，网络拓扑结构可以随意变动，而且ZigBeeN络具有自愈功能，网络不会因为一个或几个节点坏掉而瘫痪；也不会因为增加一个或几个节点而影响整个网络的工作。ZigBee技术可以多跳路由，与普通的多跳不同，自组织网络的多跳路由是一块普通的节点来完成的。这些优点应用在道路照明监控系统中是十分有利的，因为道路的环境比较复杂。假如两盏路灯之间遇到大的障碍物时，我们可以通过增加冗余节点的方式来改变网络的拓扑结构，从而绕过障碍物使整个网络畅通。(3)利用ZigBee技术可以节省监控系统的成本，因为zigBee技术比GPRS等技术成本要低很多，而且可以在监控中心控制路灯的开关，更加灵活的操作。第二章无线路灯智能管理系统概述与构成本系统针对目前LED路灯、高压钠灯、金卤灯、太阳能路灯以及景观亮化实现智能化控制和单灯监控。使用智能照明控制系统可及时了解每盏灯的系统运行状态，对发现的异常情况做出处理，降低人工劳动强度，提高设备可靠性、稳定性，缓解设备运行和管理上的压力。系统还可以按实际的需求对灯进行策略控制、任意组合控制、奇偶控制等方式，把节能减排落到实处。研究对道路照明智能管理和通过管理的模式进行节电，并形成数据存储在控制中心软件，为环境和节能减排管理者分析当地的能源利用情况提供了科学依据。1.1系统拓扑本系统整体的网络拓扑图如下所示：图3.2，系统拓扑图本系统拓扑图按照功能区分为两个部分。其中在终端控制部分说明如下：1，路灯终端控制器和集中器之间采用电力载波的方式通讯。2，集中器和监控中心的系统平台之间采用GPRS进行通讯。在监控中心，按照系统功能的划分以及集成部署的可操作性，分为以下几个部分。1，通讯网关：完成和集中器的通讯功能。2，照明业务监控：完成智能照明业务管理功能。3，GIS地图服务：完成对GIS的调用支持（baidu或者google则无需）4，WEB服务：完成对WEB访问的支持。2照明智能控制系统设计系统平台从最终用户和使用者的角度，以及考虑到部署的兼容性、适应不同网络环境和硬件要求，按照系统的表现模式，可划分为三个部分。如下图所示；图4.1，照明系统组成1，数据通讯网关，采用C/S模式本部分的采用C/S，可最小化至右下角托盘，主要完成通讯功能，当显示后可实时监控和记录接受和发送的数据情况。2，照明监控，采用C/S模式本部分采用C/S模式，可实时监控路灯的运行情况，经授权用户可实时管理和控制路灯的开启，调光等功能，可实时监测路灯的故障情况并产生报警信号。本功能主要是完成监控中心对路灯运行情况进行实时监控情况的功能。3，业务管理和查询统计等功能，采用B/S模式本部分的功能主要是完成用户的管理、权限的管理；路灯业务的统计报表。通过web实现对路灯运行情况的查询等功能。和C/S相比，其缺乏系统主动报警和实时监控的功能，故其主要是完成照明业务管理。2.1功能描述按照系统的设计要求，本系统功能分为以下几个方面：2.1.1数据通讯网关通讯网关主要完成对每个集中器的数据接收和发送的功能，同时可对接收和发送的原始数据进行解析；对接收和发送过程进行实时监控。图4.1.1，数据通讯网关1，数据接收a)实时接收和监控每个集中器发送的数据。且在显示界面进行实时显示原始数据。b)解析原始数据，按照一定的规格和规则保存至相应的数据库中。c)向照明业务控制系统发送通知消息，以触发其完成相应的业务处理。d)如在规定时间内，数据接收网关未接收到相应集中器的信息，则产生报警信息，提醒进行人工干预和排查。2，数据发送：a)实时监控和显示发送给相应集中器的控制信息，且在显示界面真实的显示其相应的原始控制信息。b)解析原始数据，按照一定的规格和规则将控制信息保存在相应的数据库中，以供后续程序的处理和使用。3，数据监控：a)实时监控发送的数据和接受的数据的准确性和及时性，实时记录和显示其相应的变化，如发现异常（异常的定义包括数据丢失，传输超时，设备无响应等），则进行报警，提醒人工处理。2.2照明智能控制业务系统本功能是智能照明的核心功能，其按照表现形式分为下列三个部分，每个部分的功能按照使用者和表现形式可分为C/S和B/S两种。其中系统设置和业务管理采用B/S的模式体现。功能结构如下图所示。图4.2照明业务管理系统2.2.1照明监控终端（C/S部分）2.2.1.1开关控制：即智能开关灯功能，TPO（Time／Place／Occasion）原则是整个系统遥控方案编制的核心。在T（时间）方面，要考虑规律性控制与非规律性控制；在P（地点）方面要考虑不同地点、区域灯光效果的控制；在O（事件）方面要考虑突发性操作的快捷。系统同时兼顾用户操作中的便捷性，因此路灯照明的遥控功能设计上能够提供不同的控制操作，操作既可以通过列表方式实现，也可以通过地图完成；既可以由系统自动完成，也可以随时由人工进行干预。智能监控系统基于智能控制理念，以当地365天日出日落的时间作为基本条件，设定一个有效的开/关灯时间，a)自动开关：系统平台根据事先设定的开关规则，在相应的时间点进行自动开关灯。年时间表是整个路灯照明控制系统日常开关灯运行的基础，按照设定的年时间表，系统可以实现日常的自动开关灯。系统中能够准确接收来自卫星下传的城市所在经纬度和格林威治时钟，输入到主控机处理，计算出城市所在经纬度的全年日出日落时间表，在此时间表的基础上，结合城市路灯照明开关灯的实际时间需求，并由人工进行微调，从而形成全年开关灯时间表。系统对所有远程终端进行定期校时，保证系统开关灯的合理性和准确性。系统支持手动设置控制终端的经纬度、手动校时。b)预案定时控制：在年时间表的基础上，可以对特殊时间段的开关灯进行临时定制，根据不同的需要，设定不同预案。值班员可以设定在某些特定的日期，指定一定范围的路灯照明按照一定的时间进行开关。通过这个临时开关灯的时间表，系统能够自动实现半夜灯开关以及“两会”、节假日、周末等特殊时期路灯照明的定时开关，使开关灯更加符合实际情况，既能保证照明效果，又能够合理节能。预案定时控制还可以设定一个时间范围，在此时间范围内，将执行预案定时控制，此时间段结束后，系统将自动恢复到全年时间表控制的开关灯状态；通过本功能，值班用户可对各终端控制器进行远程控制，发送控制信号数据，按照规则，对相应区域或者全部区域的灯光进行远程开关控制。2.2.1.2调光控制c)通过本功能，用户可以选择一组、数组或者全部集中器，发送控制信息，按照相应的规则，对相应区域或者全部区域的灯光进行远程的调光控制。d)自动调光e)通过本功能，系统平台按照事先设定的调光规则，在相应的时间点和时间段自动向需调光的集中器发送调光控制信号，无需人工干预，自动完成灯具的调光工作。2.2.1.3状态检测检测终端状态，获取其相应的数据。系统可以随机的选择全市、某组、某管理区、某监控终端的工作状态显示方式可以列表或城市地理信息（GIS）直观显示。f)监控终端可主动向灯控器查询器开关状态、电流、电压、电量等参数。g)通过本功能，系统平台完成远程电量抄表的功能，系统按照规则，实时或者定时采集各灯具的电流和电压值，汇总计算其用电情况，统计其相关的能耗数据。h)检测状态的数据包括：1)总回路电流、电压、功率、功率因数2)各回路电流、功率、功率因数；3)继电器状态；4)接触器状态；5)空气开关状态或熔断器状态；6)亮灯率；7)配电箱温度；状态检测方式分为自动检测、手动检测、单灯检测。a)自动检测：由系统自动定时对全部或某一区域RTU测量并记录终端各项参数。系统具有按照操作人员设置的时间间隔对所有运行状态下的终端进行监测数据，并保存检测的路灯运行数据。其设定的时间间隔可在线修改。b)手动检测：在任何时候，操作人员可以给终端下达测量参数的指令，立即对指定范围内的终端进行参数测量，并且将测量结果直观地显示出来。c)单灯检测：系统可以对单灯工作状态实现遥测2.2.1.4故障检测i)根据集中器对数据接收和发送的反馈，实现对集中器的故障检测。j)根据终端控制器对控制信号的反应情况，分析和检测终端控制器的故障。k)根据电流过大或者过小的检测，电压过大或者过小检测、温度的高低的检测，对灯具的故障做出判断。2.2.1.5故障报警当出现故障时，终端能够立即自动抢占信道，将报警数据及时发送到控制中心，供值班人员判断故障，及时处理。通过在控制中心安装短信通知设备，调度端因特殊原因无人值守时，系统可以预置若干个手机号码，以GSM短消息方式，按照预先设定的模式，把故障类型、发生时间、故障部位等相关信息发送相关人员的手机上。根据大量应用案例中总结的经验，我们的系统中，对故障报警进行了分级设置。系统对故障发生地点，故障类型分别设置了不同的参数，从而计算出报警的级别，然后根据不同的报警级别，以短信的方式通知不同的管理人员，包括不同级别的领导、值班人员、巡查人员以及维修人员等。l)根据上述故障检测的结果，进行分类存储，通过系统界面进行弹窗报警和声音报警。m)提供接口，可实现通过语音、传真进行报警。提供接口，可实现通过短信进行报警n)报警内容如下故障类型包括：1.供电源停电，缺相；2.错误亮灯、灭灯；3.空气开关跳闸或熔断器熔断；4.过/欠电压、电流；5.接触器失效；6.过/欠电容补偿；7.配电箱门开；8.电缆被盗9.调压装置损坏等。2.2.1.6地图显示o)提供百度（baidu）地图的开发接口。p)提供谷歌（google）地图的开发接口。q)提供对地图数据的标注。r)提供对地图上对应数据的操作。s)提供标注在地图上设备的查询和展示。2.2.1.7存储功能t)存储调光记录u)存储开关记录v)存储查询到的灯具的状态记录w)存储故障检测的记录x)存储故障报警的记录。2.2.2照明业务管理（B/S部分）2.2.2.1用户管理a)实现对用户机构的管理，按照树状结构图实现对对用户的管理，包括其基本信息、用户名、密码等。2.2.2.2权限管理b)实现对用户的权限管理，系统中分出不同的角色。相应的角色对应相应的权限，对用户按照角色实现用户的操作权限。2.2.2.3自由编组根据不同类型的路灯控制要求，可对照明设施按照管理区域、照明类型（全夜灯、半夜灯、景观灯、其他等）任意控制终端的任意控制回路进行分组，设置、控制、查询、显示；分别对各组编制不同的时控方案或时控和光控相结合的控制方案。同时，可按TPO（Time／Place／Occasion）动态照明管理原则，对不同分组的路灯照明设备，按时间、地点、应用场合的不同，控制其开关，达到“按需照明”的目的，避免不必要的照明浪费，节约照明费用。当改变某一配电箱某一回路分组时应只在控制软件界面上设置，不须变动配电箱电缆接线。控制系统对整个城市、某一区、某条路、某一RTU、某一支路，直至单盏灯都可以方便地进行时控、光控、强制开关灯、巡检、实测、遥视及参数设置等操作。也可对RTU或某支路进行自定义灵活分组、混合编组，实现系统控制的多样化，如整体控制（城控）、分区控制（面控）、线控、点控等控制方式。在编组的操作上，可以在电子地图上选取，也可以通过列表的方式进行。c)对各终端控制器进行自由编组，亦可对集中器进行自由编组，以形成不同的组别和区域，如按照灯光照明的类型分为。景观灯、路灯、隧道灯等。d)亦可按照灯光的区域的分，如可分为深南中路、深南东路、滨海大道等。e)可对分组进行开关灯、遥测、定时控制、节能设置、基本参数设置等操作。2.2.2.4电能分析f)各集中器向系统发送电流、三相电压、有无功、功率、总电能等电量数据，系统平台获得每个集中器发送的数据，进行统一的统计分析、报表展示。g)采用饼状图、柱状图、折线图、面积图等表现形式。结合文字报表实现对电能的分析。2.2.2.5地图显示h)实现对地图上对应设备的操作。i)提供标注在地图上设备的查询和展示。j)在GIS中，显示所查询到的集中器所管理灯具的电流、电压、电量以及其地理信息。2.2.2.6报表输出k)实现对各类报表的输出。包括能耗统计，灯光数量统计和分析，集中器数量统计和分析。l)故障的统计和处理报表。m)调光规则的统计和分析。n)数据网关接受到数据和发送数据的统计和分析。o)用户操作日志的统计和分析。p)其他需要的统计报表。2.2.2.7系统设置q)设置数据通讯网关的数据通讯时间间隔。r)设置通讯网关进行通讯的IP、端口。s)设置开关灯时间，以当地365天日出日落的时间作为基本条件，设定一个有效的开/关灯时间，在此时段内根据光照度的具体情况自动执行相应的开/关灯命令;若该时段结束时光控仍未起作用，则在该时段结束时，监控终端自动按时控方式开/关灯。t)设置报警开关（电流阀值、电压阀值、温度阀值等）u)设置GIS参数。v)设置机构属性。w)设置用户属性。x)调光参数和集中器的设备参数。第六章方案适用范围一．道路照明：可以结合LED路灯,高压钠灯，金卤灯等配套使用二．太阳能路灯：可结合太阳能路灯或风光互补路灯三．景观灯：可实现对景观灯的开关等多路控制方式四．厂房照明：可对厂房内的照明进行监控和控制通讯网关拓扑)