路灯节能监控系统工程项目技术方案.docx
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路灯节能监控系统工程项目技术方案
路灯节能监控系统工程项目
技术方案
随着城市建设的发展，城市照明建设越来越注重于城市的形象，道路照明和景观照明的要求和数量不断增加，因此各级政府和市民对城市的建设、道路照明和景观照明提出更高的要求。
希望实现城市照明管理的现代化，使城市管理水平达到国内领先水平。
启用先进路灯监控系统，可以对城市的路灯实施统一启闭，对夜间照明系统和路灯的实时监控和管理，确保高效稳定，全天候运行，控制不必要的“全夜灯照明”，有效节约电能消耗。
对于城市公共照明系统来说，采用智能化的管理系统是实现能源节约、减少资源浪费、满足人们生活要求、显示现代化城市靓丽风景的科学解决方案。
本设计方案将通过采用功能齐全、性能稳定可靠、人机交互能力强、操作简便、拥有自主知识产权的“灯联网节能监控系统”等软硬件来构建“XXX市城市路灯智能监控系统”。
此方案选用我厂开发生产的EH100城市路灯远程智能监控系统，既从管理角度可以节电10%左右，同时又可以完成城市路灯管理数字化，智能化建设，在路灯管理所建立计算机中心和路灯监控中心，结合信息宽带ADSL网络、中国移动GPRS、中国联通CDMA和铁通光纤,减少不必要工作流程，大大减少路灯所管理人员夜间巡视的工作量，极大的降低系统的运行成本，使得XXX县路灯节能管理工作从技术和管理层面上跃上一个新台阶，将贵单位的市政路灯节能管理一步到位处于国内及国际领先水平。
第一章概述
灯联网是通过物联网实现远程监控、节能管理每一盏灯，实现单灯“四遥”监控功能，达到单灯“管控营”一体化，从管理和节能两个角度对用户照明系统进行全方位、精细化管理，灯联网是物联网在市政路灯、景观（光彩）照明、楼宇以及工厂照明行业的具体应用，是物联网与节能行业的有机结合！
是下一代数字照明发展的必然趋势！
也是发展我国第四产业—智慧照明最基本的行业性核心技术平台--物联网数字化照明节能管控一体化平台！
灯联网平台---从第三代集中节能，集中监控到现在的第四代单灯联网，单灯节能，单灯监控，单灯调光，单灯防盗；从单一的设备集中节能到与管理节能相结合，再到节能镇流器的研发生产，涵盖国内外大功率照明领域的集中节能、集中监控、单灯节能、单灯监控、电缆防盗以及节能型电子镇流器的全系列节能产品和完整的灯联网平台。
第二章系统总体设计
系统设计依据
◆《灯的控制装置》（GB19510-2009）
◆《控制网络协议规范》（EIA-709.1）
◆《外壳防护等级》（GB4208-1993）
◆《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-1993）
◆《电力装置的测量仪表装置设计规范》（GBJ63-1990）
◆《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）
◆《电气装置安装工程低压电气施工及验收规范》（GB50254-2006）
◆《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）
◆《工程招标文件》
◆《系统技术要求》
◆《灯光控制柜电气原理图》
国标GB/T9043《通信设备过电压保护用气体放电管通用技术条件》
国际电讯联盟标准ITU-TK.12《电信装置保护用气体放电管的特性》
信息产业部标准YD/T694《总配线架》
公安部GA173《计算机信息系统防雷保安器》
GJJ45-91《城市道路路灯设计规范》
GB/T13729-92《远动终端通用技术条件》
DL5003-91《电力系统调度自动化设计技术规范》
GB5008-95《低压配电设计规范》
工业企业通信设计规范 GBJ79-85
通信协议规范 ISO11898
IEC1131-3国际标准通用可编程语言设计标准
《TCP/IP通讯协议簇》**大学出版社
标准:
IEEE802.11b无线LAN,IEEE802.3和IEEE802.3u
数字蜂窝移动通信网移动台设备技术规范
YDN055-1997900/1800MHzTDMA
2.2系统设计范围
根据甲方的要求，本次改造设计内容：
1路灯远程智能控制系统
2单灯控制系统
3单灯节能
2.3灯联网系统的经济效应
2.3.1路灯电费
电费开支的节省，一方面主要通过自动跟踪当地日出日落来合理设置开关灯时间，避免电能浪费。
另一方面，根据照度及各处电路供电情况自动调整照明电压，实现节电节能。
以试用提供的171盏灯为例（400W*3/250W*27/150W*103/75W*38）开灯时间17：
00分，关灯时间4：
30分,共11个半小时。
因采用单灯控制后开关灯模式可任意设置，现以几种模式为例计算年用电量：
✧全亮时总功率：
400×3+250*27+150*103+75*38=26250W=26.25KW.
节电计算
11—13点16—17点
10—15点18—21点
7—10点15—18点
21—23点
23-7点
电费单格
1.4639
1.3442
0.8545
0.3908
总功率（KW）
26.25
26.25
26.25
26.25
不同电费亮灯时间
1
3
2
5.5
单位：
小时
平均每度电费
每天不节电耗费
38.427375
105.85575
44.86125
66.68025
255.824625
0.84745217391
每天节电后耗费
15.37095
84.6846
17.9445
20.004075
138.004125
节电方式：
按需降功率
降功率50%
降功率80%
降功率60%
降功率50%
此时间段还可以隔盏亮
全线共26.25KW，根据开灯时间计算，平均每度电费0.847元，一天可节约110.64元，一年可节约110.64元*365天=40383.43元
若适当灵活调半夜关灯时间，节电效果果更趋明显。
由于采用单灯控制能灵活控制各杆灯灯头亮灭模式，因而能在不明显影响总体照度的前提下有效节电，或者在用电量大致相同的情况下，明显提高道路照明效果，因而在取得较好经济效益的同时取得良好社会效益。
2.3.2运行维护费用
采用智能单灯监控系统后，每夜巡灯由电脑实现，如无故障，则不必出动车辆，节省大量的人力物力。
监控系统自动控制开关灯操作，取消了每半月一次的人工修改时钟的工作，亦可节省大量的人力物力。
主要体现在以下几个方面：
巡灯费用
建立智能单灯监控系统后，减少了派车巡灯的费用。
以前路灯管理所的人分组去巡灯，现在一般情况下不需要人工巡灯。
灯具损耗费
由于采用经济运行方式，让路灯科学地轮换“休息”和稳压运行，还可大大延长灯泡使用寿命，一般可节约25%左右费用。
智能监控系统通过六种成熟、可靠、实用的节能控制算法，单灯节电器和单灯监控系统的投入使用，可以确保综合节电率达20%~50%。
从而彻底淘汰原有的电感式集中节电器，这种节能原理和节能效果才是一种本质上的节能。
2.3.3灯联网系统的社会效益
该系统是解决全球电力短缺的手段之一，可以通过采用先进的节电设备和完善的电力方案来节省有限的电力使用量，有效地缓解全球能源紧缺的现状，达到节约能源的目的。
智能监控系统是一个网络通信控制系统，建设好这个网络系统，可以为整个城市的路灯数字化实现提供有力的保障作用。
智能监控系统还可以提高社会的服务质量，增加对客户的透明度，并对整个社会，特别是路灯系统产生积极的推动作用，它能够及时反映现场和远程低压网络的整体信息，进行运转监测。
智能监控系统能够有效降低电力部门的运营成本及供电成本，促进电力信息一体化的建设，改善电力部门的服务质量，从而提高电力部门的竞争力，具体如下：
►监控中心可以通过电力线主动查询每盏路灯的开关状态、电流电压、电量等数据；
►可对灯具进行单灯以及分组控制﹐单个集中控制器器最多可以控制1023个单灯﹐以满足不同场所应用；
►可随季节变化设定灯具电源开启和关闭的时间﹐可在灯具开启的任意时间段设定不同的功率输出值﹐其范围可在0%~100%内任意调节；
►可对灯具亮度、温度、电压、电流、功率和功率因数进行检测并控制，实时掌握灯具工作状态；
►具有单灯记忆功能﹐能脱离控制系统独立进行工作﹐每盏灯在改变其工作参数前都会一直按上一次设置的参数进行反复的开灯﹑关灯和亮度调节等工作；
►自动控制功能：
现场按季节变化自动调节路灯开关时间，并按照开关路灯；
►通信中断、亮灯率过低、未按时开关等情况出现时，灯具可主动上报至监控中心。
►另外，一个好的路灯控制系统不仅可以提供现有的服务外，还可以提供和发展各种高附加值的增值服务，这个功能除成本低廉的优点之外，可以推动路灯行业多方面发展
►各类故障或异常情况报警
►多种报警方式供用户选择
►远程报警信息送至控制中心或值勤人员手机
►可与110等紧急呼救系统联网
第三章系统结构
3.1系统优点概述（单灯）
路灯远程单灯系统的三大版块：
1、监控中心（MonitorControlCenter）——控制中心软件，安装于监控中心电脑上。
通过网络进行远程操控集中控制器，可配GSM报警发送器，发送报警等信息给值班人员。
监控中心是照明管理人员对路灯运行状态进行监视和管理的办公区域，管理人员通过主控软件实现对全市/区照明变压器/配电柜以及路灯的访问和控制，包括开关灯命令发送、参数配置、状态查询、故障检测等。
通过监控中心可以方便直观的了解到全市/区照明设备运行状况。
2、控制主机——集中控制器，安装于配电柜里，通过无线GPRS接收监控中心的命令对线路进行管理和控制，利用电力载波技术对单灯终端发送命令（单灯控制）及其信息反馈。
实现对变压器/配电柜输出交流接触器控制，采集线路的各种状态信息，当监控中心通信故障时，能够按照预先设置的时间曲线自动进行配电柜级别的开关灯操作。
能够与单灯控制器进行对接。
3、单灯控制器终端——单灯节电控制器，安装于路灯灯杆处，与控制主机配套使用，采用电力载波技术，通过控制主机接收监控中心的指令，实现单灯级别的开关灯和调压，并主动收集单灯故障信息进行上报。
实现单灯联网，单灯控制、单灯节能、单灯数据采集、单灯电能计量等功能。
注：
控制系统可以不选择此终端，直接使用远程集中控制功能，预留此终端接口，方便今后改造成单灯控制做准备，降低了今后改造成单灯控制系统的成本。
直接上单灯终端就可实现单灯控制，不需更换单灯控制主机。
3.2系统结构图
系统结构拓扑图：
3.3系统基本功能组成
本工程前期照明控制方式采用：
时钟控制、手动控制、光控和RTU远程控制相结合，并预留接口；后期可接入城市路灯管理处的总控制系统中。
1、配电系统：
配电系统采用低压集中补偿（配电箱内补偿）和路灯灯具单灯补偿相结合的方式，补偿后低压系统的功率因素达到0.9以上。
2、现场智能控制器（内部集成GPRS通讯模块）；
3、监控中心：
采用图形化的工业组态软件：
实时模拟远程设备的运行状态；
电脑远程启停控制；
远程设备状况自动巡检;
设备故障自动呼叫功能（如控制系统自动检查到灯具损坏后，立即拨打值班员手机实时报警）
控制系统采用与欧洲技术同步，当今业界最流行的工业以太网现场总线技术，实时的对街道路灯、变配电、光照度、设备状态进行远程分布式监控。
监控中心为我公司根据市政路灯行业特点开发的专业电子地图软件，对城市街道、路桥、大型广场的路灯进行形象化的实时显示！
操作员可以通过电脑远程控制路灯开停，也可以通过电脑启动/禁止“路灯故障自动巡检”功能！
并将巡检结果存入历史报表，或者打印出来！
当现场设备出现异常情况如配电回路故障、负荷过重、负载短路、“路灯故障自动巡检”功能启动后，检查到路灯损坏等，本系统自动启动声光报警、并通过公用电话网自动拨打值班员的手机，从而真正实现路灯监控“智能化无人值守”！
路灯照明智能监控系统共有六种控制方式：
1、按时间计划表定时控制方式
2、按节假日自动控制方式
3、按地球经纬时钟自动控制方式
4、监控中心远程电脑手动控制方式
5、手机短信控制
6、现场就地手动控制方式
同时控制系统程序内部还具有周计划、月计划、年计划路灯控制时间表，操作员只要输入相应的路灯计划表，将按照操作员指定的时间计划表，以后无须用户干预，系统按上述控制方式全自动运行，但操作员可以强行中断、退出、转换自动运行模式！
3.4系统通讯网络及实现框图
根据地形地貌特点，主干通讯网络设计建议采用目前比较成熟的GPRS/CDMA无线通讯方式完成现场各个站点与监控中心的双向数据传输；主干网络和二级网络采用我公司开发的具有自主知识产权的路灯监控专业成套产品—“灯联网”路灯远程智能监控系统，使得整个XX县灯光、景观、桥梁灯饰多媒体控制共用一套相同的软、硬件平台、同一个监控中心,维护简单，备品备件品种单一。
3.5监控中心设计
1．管理中心
路灯控制中心系统集自动化控制技术、计算机技术、网络技术为一体，由有线监控、无线监控、计算机网络、高级关系型数据库等各模块组成，并提供了广泛的接口，可实现与定点报警监控、远程智能报警、防盗系统、GIS系统、监控中心设置大屏幕显示，主屏由DLP拼接屏组成，同时配置相应的矩阵系统，最终完成对各类模拟信号及数字信号的大屏显示。
具有控制准确、管理迅速的特点，其监控功能尤为完备。
该系统采用了NT、win9x网络操作平台，其各子系统都是网络操作平台的一个节点，并且系统的局域网可通过各种接入方式计算机系统联网，组成了一个统一的指挥控制系统。
系统的智能调度界面友好，使用方便，是一个现代化的先进的监控指挥中心。
监控中心设备清单如下：
2、通讯网络系统
本次设计采用GPRS/CDMA通讯模式，用户须申请一个固定IP或ADSL动态IP通过绑定软件即可实现在internet（因特网）上轻松监控全城路灯。
第四章管理系统软件介绍
方便快捷的实现路灯智能监控和管理，我公司开发出专业的路灯智能监控管理软件，通过人机对话的图形化的操作方式实现对路灯监控管理，及时、准确的将各类信息反馈到管理层，同时提供各类统计分析功能。
系统功能:
本系统以广场地图为背景，直观地标注已设立了控制点的路灯控制箱，使管理人员置身于模拟的环境中，进行管理监控工作。
4.1检测模块：
管理人员可在管理监控中心的计算机上检测各路灯控制箱的路灯开关状态、电压量、各支路的电流量等相关数据，并自动传回管理监控中心，保存在管理监控中心的数据库里，以备查询、检索、输出路灯运行记录用。
主要功能有：
立刻检测
设定检测时间
设定检测周期时间
如果使用数字电表，可传回用电度数
4.2控制模块：
管理人员可在管理监控中心的计算机上预先设定每天的路灯开关时间，半夜灯开关时间，装饰灯开关时间，各种类型的路灯在各自设定时间自动开关路灯，也可直接控制开关每一路灯控制箱控制的路灯。
在光照度低于规定限度时，不受设定的开关路灯时间限制，自动打开路灯。
主要功能有：
设定路灯开关时间；
设定半夜灯开关时间
设定装饰灯开关时间
直接控制路灯开关
检修开关控制（以防止检修工作没有完成时，路灯在设定时间自动打开）
4.3报警模块：
管理人员可在管理监控中心的计算机上预先设定报警条件。
各控制箱停电报警，220V火线与控制线搭线报警
白天亮灯报警，夜间熄灯报警
通过电流、电压值计算路灯熄灯率，超过规定数值，自动报警
以上各报警地点在城市电子地图上以不同颜色和不同的符号突出显示准确位置，并以声光方式提示。
4.4电子地图模块：
管理监控中心的计算机屏幕上显示的城市电子地图可随意放大、缩小、漫游到任一点，可关闭暂时不用的图层以使显示更为简捷。
地图上可显示各种路灯设施的情况。
路灯设施的管理维护可通过《城市路灯管理系统》处理。
用鼠标在地图上点击路灯控制箱位置时，计算机将以列表方式显示该控制箱的电压、电流、开关状态、防雷模块状态等信息。
4.5查询检索模块：
根据不同的需要，可进行如下查询：
某日数据：
能查询历史上任一天、任一小时的各项数据。
该数据可用表格显示，还能显示路灯控制箱任一天的电压、电流曲线图，并可打印。
月亮灯率：
能查询一月中每站每天的灯亮率，能用表格或直方图形式显示。
年亮灯率：
能查询一年中每月、每站的平均灯亮率，显示方式同上。
月启闭时间：
能查询一年中任一月的每一天实际开灯、关灯时间。
故障报表：
能查询一月中任一天所有发生故障的测控点名称及故障时间。
4.6报表打印功能模块：
即时数据报表：
能打印任意一站当前所采集的数据。
正点数据报表：
能打印所有测控点正点数据。
3、运行日报：
能打印任意一日开关灯时间、开关灯照度，各从站运行正常时间及故障时间等。
4.7手机远程操作模块：
该功能的设置可以设置远程值班人员通过手机操作权限：
只接收报警信息、可以远程控制路灯开关灯操作等功能。
4.8系统参数模块：
该功能的设置使整个系统的运行、资料统计、管理，更加方便、灵活。
校对：
能调整中心时钟，并校正各测控点时钟与其保持一致。
修改变化：
用于设置检测单元采集的电压、电流、点度等数值的满度对应值。
修改权限：
用于设置电流、电压等数值的正常运行范围。
灯控时间：
根据当地天文时间表设置每天正常开、关灯时间。
额定电流：
用于设置路灯控制箱每相负载详细情况，包括灯泡的种类、数量等；
照度下限：
用于设置每天的开灯及关灯照度下限。
4.9系统维护：
管理人员对本系统可进行：
使用权限限制
口令设置、密码设置
复制、存档运行记录数据
制作月、季、年度数据备份归档
第五章灯联网智能远程监控系统终端
5.1灯联网系统终端简介
市政路灯照明行业现状：
1）目前均存在高能耗、高电费，路灯设施设备陈旧、灯具用量大、损耗大；
2）路灯设备分散，管理人员少，管理困难；
3）路灯供电线路长，线损大，能耗大；
4）人工巡检工作量大，效率低，成本高；
5）普通简易时控器控制方案；
第四代路灯远程节能监控产品专门针对上述问题而开发的一款专利高效的节能监控产品，从管理和节能角度为用户提供全套解决方案和节能管理设备。
5.2灯联网系统终端原理
通过监控中心和远程分布式RTU，借助强大GPRS/CDMA移动通讯网络，完成对市政路灯的远程控制、远程监视、远程实时动态管理（遥测）三大方面的功能，简称“五遥”功能：
遥控：
远程控制路灯、景观灯的开关
遥测：
远程测量路灯配电柜的实际运行状态，配电柜的所有电气参数和单灯电气参数。
遥信：
设备故障信息和自诊断信息实时自动回传，便于管理部门及时处理。
遥调：
根据时间、经纬度、照度等自动调光，具备方便的远程调光能力，能对单灯进行开关及调光控制。
遥视：
根据用户需要，定制视频摄像功能，通过无线网络实时传回监控中心，可以摄取非法开门者的图像（夜间自动开灯）等，并直接传回监控中心供事故调查和事故处理。
既可联网工作，也可独立工作。
5.3灯联网系统终端结构
按功能可分为六部分：
GPRS通信模块：
通过GPRS/CDMA移动通讯网络，和监控中心之间进行通信；
处理器模块：
在业界首次采用32位嵌入式CPU，超大规模集成电路设计，SMT全自动贴片生产，超大容量存储器,确保各种复杂算法和应用轻松自如；
HMI人机接口：
LCD128*64图形液晶显示器,键盘控制，LED指示，用户可以通过现场LCD和键盘设置所有在上位机设置的参数,用以代替监控中心和现场时控器；
信号采集模块：
支持所有AI/DI数据采集（9路电流、3路电压、各种开关反馈量）以及内置RS485/RS232接口也可进行数据采集；
控制输出模块：
是整个系统的执行部分，进行开关灯控制，10路数字量输出，进口原装大容量输出继电器，可以确保10万次工作寿命；
电源模块：
可输入AC380V/220V，根据主机各部分电量需要进行供电，提供+24V，+5V，-5V，备用+5电源。
5.4灯联网系统终端功能
A、远程实时控制功能--“遥控”
实现路灯的集中控制：
通过监控中心集中控制，实现长距离的无线远程控制。
◆可以实现单灯控制
通过监控中心管理软件实现现场任意单灯的自动/手动控制功能
◆通过事先编制好的节能控制表通过监控中心可在任何时候远程下载或刷新原有的路灯控制模式程序
◆实现“半夜灯”“全夜灯”程序化控制
◆通过监控中心下载路灯节能自控参数，使终端RTU完成节能自动控制
◆集中监控的五种控制模式
1、外控模式：
设备由外部控制
2、本机手动:
本机LCD键盘手动控制
3、本机自动:
本机LCD键盘自动控制
4、远程手动：
远程（监控中心）手动控制
5、远程自动：
远程（监控中心）自动控制（全自动无人值守模式）；
控制模式选择开关及RTU控制模式
现场“自动/手动”
电脑“自动/手动”
执行结果
手动（SA1接通）
X
现场手动，控制模块程序自动关闭所有输出
---“外控”模式（系统由外部控制）
自动（SA1断开）
手动
远程/本机键盘手动；控制权在远程监控中心或LCD键盘手动控制
---“手动”模式
自动（SA1断开）
自动
远程/本机自动；控制权在远程监控中心或LCD键盘选择设置
---“自动”模式
◆集中监控的六张节能控制表（控制算法）
1、iTable=1—定时控制表
2、iTable=2—节假日控制表
3、iTable=3—经纬度控制表
4、iTable=4—节能控制表（“时控+光控”综合控制表）
5、iTable=5—节能控制表（“经纬度+光控”综合控制表）
6、iTable=6—单灯节能表（根据用户需求，可单灯变功率0%-100%）
◆单灯监控主机还增加以下遥控功能：
◎点控（指定控制任意一盏灯）,对于隧道灯还可实现追光控制（调光）
◎间控（间隔开灯控制：
分为奇数组开灯/偶数组开灯，系统上电复位默认奇数组开灯）
◎组控（控制连续或非连续灯杆号）
◎群控（整条线路统一控制）
B、远程实时监视功能--“遥测”
◆完成对配电柜三相主回路电压、电流参数的实时采集
◆完成对每一输出回路电压、电流等电气参数的实时采集
◆完成对各灯组回路开关状态等运行参数的实时监视
◆单灯监控主机还增加以下遥测功能：
◎灯具电压、电流
◎灯具温度
◎当日开关灯次数
C、远程实时故障诊断功能--“遥信”
◆灯回路参数异常（缺相、欠压、过压、白天开灯、晚上关灯等）报警
◆电缆无电防盗报警
◆电缆有电防盗报警
◆配电柜非法开门报警
◆RTU设备故障信息
◆RTU自诊断信息报警
◆单灯监控主机还增加以下遥信功能：
◎灯具开关状态
◎灯具调光状态（值）
◎灯具故障报警
◎电缆防盗报警（精确定位到一个灯杆间距）
◎智能灯具自诊断信息
D、远程动态管理功能---
◆系统设置：
完成对现场每一个站点、每一盏灯的配置参数及下达预置的控制任务；
◆远程控制：
中心可以对现场每一个站点按照回路方式进行控制（线控）；
◆独特的单灯监控功能（仅限于）；
◆电子地图：
实时显示现场每一个站点（每一条电缆回路，每一盏灯）的位置，运行状态，运行参数；
◆完善的各种报表和查询系统，方便用户管理查询和事故分析；
◆各灯组回路异常参数的自动保存，自动建立分类、统计数据库并自动添加时间标签和值班员姓名；
◆路灯故障率、每回路灯组负荷率自动计算、统计、保存；
◆故障灯的报警、精确定
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