数字城市照明监控管理系统方案改完Word文件下载.docx
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4.2遥测功能12
4.3调光功能13
4.4显示功能14
4.5设备分组功能15
4.6远程设置功能16
4.7报警功能17
4.8数据查询统计和打印功能18
4.9网络校时功能19
4.10系统权限功能19
4.11设备管理功能20
4.12视频监控扩展功能21
4.13电缆防盗功能21
五、系统质量保证22
5.1系统的可用性22
5.2系统的可维护性22
5.3系统的可靠性23
5.4系统的容错能力23
5.5系统的安全性23
5.6系统的抗电磁干扰能力23
5.7系统负载率23
一、综述
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，该系统设计符合国家及电力部和国际有关标准，为完全自主设计。
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。
在硬件方面采用了龙创科技自有电力载波技术，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，如午夜之后70%；
在凌晨之前时段，路灯开启比例可以降到40%等。
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。
1.1数字城市照明监控管理系统的优势
（1）系统采用电力载波通信，免布线对路灯进行单灯控制。
（2）可在现有系统上直接升级为单灯控制系统，避免重复投资。
（3）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。
（4）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。
（5）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。
（6）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。
1.2设计原则
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。
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。
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。
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。
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。
1.3系统主要技术指标
（1）系统容量
1个集中控制器，可以管理1024个单灯控制器。
（2）通信方式
本系统主要采用先进、稳定、可靠的电力载波通信方式，同时可根据实际需要结合有线和GPRS无线等多种通信方式。
（3）工作环境温度
集中控制器的工作环境温度范围满足-30℃～+70℃。
单灯控制器的工作环境温度范围满足－30℃～+70℃。
（4）控制准确度
控制命令99.9%执行，99.9%不误动，遥信99.9%不误报。
二、系统整体架构设计
数字城市照明监控管理系统由上位机监控管理软件、集中控制器、单灯控制器、双灯控制器及电缆防盗终端组成，集中控制器安装在配电柜内，单灯控制器及双灯控制器安装在照明终端，电缆防盗终端安装在路灯回路的末端。
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、双灯控制器及电缆防盗终端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/双灯控制器进行控制，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/双灯控制器的信息，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，反馈到上位机监控管理软件，实现对现场的实时监控。
数字城市照明监控管理系统组网方案如下图所示：
三、系统主要设备介绍
3.1单灯控制器
单灯控制器是一款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。
单灯控制器的载波模块符合，内部集成了七层协议、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。
3.2集中控制器
集中控制器本体具有4路继电器输出（可扩展），4路开关量和2路模拟量的反馈信息采集（可扩展），可以控制4个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。
集中控制器主控板选用工业级芯片，允许在－40℃～+85℃的环境温度下的连续运行，关键芯片采用美国最新表面贴装芯片，通过数字信号处理（DSP）技术，印制板焊接采用SMT和波峰焊技术消除了人工焊接的漏焊和虚焊，现场开箱率达到100%，平均无故障时间达到10万小时。
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，其中包括迭代动态规划（RDP）算法，用于发起组网、优化网络结构和监控网络运行状况，另提供相关辅助设备，方便用户进行各种操作。
2、对终端的控制方式
♦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。
♦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
♦支持管理中心利用通讯通道对集中器软件实现远程升级；
♦远程升级时保证终端内的信息安全；
♦支持全部软件升级；
♦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
♦支持本地串口信息调试；
♦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：
♦硬件初始化（重启）：
集中控制器硬件复位一次；
♦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。
四、系统软件功能
数字城市照明监控管理系统软件是我公司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。
软件系统按模块化设计，共包含六大功能模块：
照明监控模块、地理信息模块、视频监控模块、数据存储模块、节能分析模块、维护管理模块。
系统主界面如下图所示：
数字城市照明监控管理系统软件各部分界面及功能介绍如下：
4.1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。
4.2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。
4.3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。
4.4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。
4.5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）。
4.6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
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。
4.7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。
4.8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。
4.9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。
4.10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，特别在白天需要开灯时要发双重指令，以避免意外用电伤人事故发生。
4.11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；
4.12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，反应各监控终端及路灯的运实际行效果及无法用参数直观显示的监控内容。
4.13电缆防盗功能
电缆防盗系统由防盗扩展模块（前端设备）和多个防盗终端（末端设备）组成，防盗扩展模块通过RS485与集中控制器相连接，并承担信号发送、检测以及报警处理等功能，防盗终端接收扩展模块的信号并回复确认信号。
模块和终端之间采用经过特殊处理的电力线载波通信检测方式，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，并以状态量方式向防盗扩展模块提供报警信号，模块收到报警信号后，通过RS485通讯传送至集中控制器，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。
五、系统质量保证
5.1系统的可用性
系统的设计充分考虑了在整个工程环境中的不同因素，以保证在现场安装调试后立即适用并进入稳定可靠运行，系统年可用率大于99.9%。
5.2系统的可维护性
系统的硬件设备、软件便于维护，各部件都具有自检和联机诊断校验的能力。
软件有备份，便于工程师安装启动，应用程序易于扩充，数据库存取为用户程序留有接口并提供二次开发的数据库资料，支持其它大型数据库，可以向以太网数据库服务器传送实时数据，便于用户自行编制的程序加入系统中运行。
5.3系统的可靠性
系统在工程现场运行具有很高的可靠性，其平均无故障时间MTBF≥50000小时。
装置平均修复时间≤0.5小时，有效使用寿命≥20年，年可用率≥99.9%。
5.4系统的容错能力
软、硬件设备具有良好的容错能力，当软件功能异常或与系统硬件设备的通讯出错，以及当运行人员或工程师在操作过程中发生一般性错误时，均不影响系统的正常运行。
对意外情况引起的故障，系统具备恢复能力。
5.5系统的安全性
正常情况下，软、硬件设备的运行均不会危及系统的安全稳定运行和工作人员的安全。
5.6系统的抗电磁干扰能力
系统具有足够的抗电磁干扰能力，符合IEC标准，确保在现场环境中的稳定运行。
5.7系统负载率
服务器CPU负荷率：
正常状态下<
25%，故障情况下<
50%。
现场通讯网络负载率：
20%，故障情况下<
40%。
GPRS无线网络负载率：
正常状态下，任意30min内，<
20%，故障情况下10s内<
升级会员 