城区照明自动远程控制管理系统项目建设方案.docx
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城区照明自动远程控制管理系统项目建设方案
城区照明自动远程控制管理系统项
目建设方案
一、概述
1.1项目背景
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。
北京某电气工程有限公司无线远程智能照明控制系统以GPRS/Internet通讯为核心，利用GPRS/Internet网络实现对远端灯光的控制，系统可以实现对路灯、需要长时间照明的场合的灯具控制，远程控制灯具的开关、检测灯具的工作状态，从而实现高效率、低成本的管理。
以GPRS/Internet通讯为核心的智能路灯控制系统，具有易实施、免布线等特点，可以节省大量的电费成本和管理成本，系统整体效益非常显著。
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“城市照明智能监控管理系统”等软硬件来构建xx市城区照明智能监控系统。
方案力求通过本系统的建设，在实现城市照明节能控制的同时，使城市的路灯和景观灯智能化监控管理水平及综合性能达到国内先进水平。
图1.1为一个典型的路灯监控中心管理平台，图1.2为一个路灯模式切换效果图，图1.3为一个景观灯模式切换效果图。
图1.1城市照明监控中心管理平台
（a）路灯全夜灯模式（b）路灯半夜灯模式
图1.2路灯模式切换效果图（全夜灯—>半夜灯）
（a）景观灯节假日模式（b）景观灯平日模式
图1.3景观灯模式切换效果图（节假日模式—>平日模式）
1.2项目意义
建设城市照明智能化管理与控制系统对加快城市建设，加强城市管理，提升城市形象有着积极的推动和促进作用；对推进城市管理创新，促进城市管理体制改革，建立和完善城市管理协调联动机制具有重大的现实意义和深远的历史意义，具体如下：
●提高城市形象
系统具有自动报警和巡测、选测功能，当设备发生故障时，调度人员可以在数秒钟内及时了解故障的地点和状态，并及时进行修复，这样可以极大地减少对照明管理部门的投诉，从而进一步提高城市的形象。
●实现科学管理
系统能将采集到的照明系统运行数据自动进行存储、统计，并能随时进行查询和打印，为管理现代化提供了基本数据依据。
●增强应急能力
系统具有定时控制和人工控制等多种控制方式，能随时调整灯光的开/关灯时间，实现辖区范围内的全夜灯、半夜灯开/关灯自动控制。
在政府重要活动日或特殊的天气情况时能通过人工控制进行应急调度。
●降低维修成本
系统能将“巡灯查找故障”改为“值班等待报警”，可减少“巡灯”人员和车辆损耗，降低维修成本。
在已经知道了故障的地点和状况的情况下，可以缩短到达维修地点的时间、提高检修效率，降低维护成本。
●降低运营成本
系统建设成后，能通过减少开灯时间，有效延长灯具的使用寿命，可有效降低运行成本，进一步提高经济效益。
●有效节约电能
能够提高开/关灯的可靠性和可检查性，可有效避免白天亮灯、晚上熄灯情况的出现。
系统可预置合理的开关灯时间方案，在满足对城市照明的需求时，有效地减少开灯时间，从而节约电能。
2、系统总体方案设计
2.1系统设计依据和原则
2.1.1设计依据
系统整体方案依据以下技术规范和标准设计：
GB8566计算机软件开发规范
GB/T12504计算机软件质量保证计划规范
GBJ93-86工业电气自动化仪表工程施工及验收规范
GBJ232-82电气装置安装工程施工及验收规范
GB11920-89电站电器部分集中控制装置通用技术条件
GB4720-84低压电器电控设备
JECC144低压开关和控制设备的外壳防护等级
ANS1488可编程仪器的数字接口
2.1.2设计原则
Ø系统性和可靠性原则
城市景观照明智能管控系统是城市综合管理的有机组成部分，因此在规划建设阶段应当纳入城市管理的大系统统筹考虑，系统建成后，应当能够友好地与数字化城管、网络化城管等系统对接融合，达到1加1大于2的城市建设与管理效果。
因此，全面地、系统地统筹规划至关重要。
由于系统的服务对象是广大市民、外来游客、各级领导，每一点差错都会产生不良的社会影响；同时系统相关设备长期在野外运行，工作环境极为恶劣；因此必须充分考虑系统的稳定性和可靠性，确保系统能够长期稳定地运行；同时要求管控系统在个别设备出现故障的情况下仍能稳定运行，不影响或者少影响景观照明系统按时开启和关闭。
Ø先进性和实用性原则
设备须符合相关国内、国际标准，整个系统应是目前国内最先进的，并长期处于国内较为先进的水平。
同时，应以实用为原则，不可脱离实用性而盲目追求先进性，从而造成华而不实、浪费资金，降低可靠性。
Ø通用性和经济性原则
系统核心硬件设备应具有通用性，可通过不同的软件参数设置，实现不同的功能，且便于系统设备的更换维修。
系统应尽采用成熟的先进技术，选择性价比高的方案和设备，既要考虑初期建设费用，也要降低日后运行成本。
Ø可维护性和可扩展性原则
系统核心设备应采用模块化设计，并且各单元部件具有故障定位指示，便于系统设备的维护与维修。
系统硬件应采用模块化设计，系统软件采用组态化设计，以保证系统升级、扩容均不必改变现有设备的状态。
2.2系统设方案概述
2.2.1系统结构
本照明控制系统项目建设，整体采用北京某科技自主研发并拥有完全自主知识产权的无线远程照明智能管理控制系统，系统主要由系统主控中心、公用移动通信网络和现场智能控制终端三大部分组成。
图2.1为集中结构的照明控制器系统，图2.2为集中+单灯结构的照明控制系统，用户可以根据照明项目的预算规模、照明项目的复杂程度来选择其中一种照明控制结构。
图2.1为集中结构的照明控制系统，即现场智能控制终端仅仅由集中器组成，集中器装配在每个配电柜中，以回路控制的方式控制全部的路灯和景观灯。
此种结构的照明系统能够满足大多数的照明场合需求，成本和施工复杂度相对较低。
图2.1无线远程照明智能管理控制系统结构图（集中结构）
图2.2为集中+单灯结构的照明控制系统，即现场智能控制终端由集中器和单灯控制器组成，集中器装配在每个配电柜中，单灯控制器装配在路灯灯杆中，以回路控制的方式控制景观灯，以单点、分组、广播控制的方式控制路灯。
此种结构的照明系统能够具体开关、调光每一盏灯，具有明显的节能效益，但是有一定的成本和一定的施工复杂度。
单灯控制器
图2.2无线远程照明智能管理控制系统结构图（集中+单灯结构）
●主控中心
GF系统主控中心，由照明智能管理控制系统软件、系统数据服务器、GPS校时器、GIS地理信息系统、大屏幕显示系统、主控计算机等软硬件设备组成。
GF系统主控制中心用于监控、记录和管理所有现场设备信息，是管理人员对整个城市亮化照明系统实施智能化管理与控制的操作平台。
●通信网络
该系统基于公用移动通信网络，具体通信网络可根据实际情况和需要，选用移动运营商提供的GPRS/GSM或CDMA网络，它是整个系统控制指令和数据信息的传输通道，系统主控中心通过该网络实现与现场智能控制终端的通信。
●智能控制终端—集中控制器
系统采用最新一代一体化GF-LCS8008远程智能控制终端，对各个现场控制点实现数据信息采集上传、接收并执行主控中心控制指令，并承担接受下行控制命令、传送上行设备运行状态信息、存储记忆设备相关参数和开关灯时间控制方案信息等具体任务。
所有现场智能控制终端均通过GPRS移动通信网络与系统主控中心实现无线通信。
●智能控制终端—单灯控制器（可选）
单灯控制器通常安装于路灯灯柱里面，采用电力线载波通信技术，与集中控制器保持数据通信，由集中控制器智能管理和控制节点控制器的状态。
单灯控制器具备0~10V调光接口和PWM调光接口，可以对具有调光接口的智能灯具进行调光。
2.2.2系统管理概述
不管是集中结构的照明控制系统，还是集中+单灯结构的照明控制系统，均融合了一流的计算机科学技术、无线通信技术、电力线载波技术、ARM嵌入式技术，从而城市照明管理者拥有了面向整个城市路灯和景观灯的先进管理控制方式。
景观灯、城市路灯控制点分布比较离散，传统的维护手段是值班人员驾车到相应控制节点进行开关灯控制或者维修保养。
采用无线智能照明控制系统，便可采用便捷的无人值守的时间表控制，当有临时开关灯需求时，只需值班人员在电脑前修改对应控制点时间方案就可以完成管理操作。
本项目是对景观灯和路灯进行集中管理控制，系统根据景观灯、路灯照明特点采用不同的时间方案。
并且在软件上将路灯与景观灯分权管理，对不同的部门分配不同的权限，使得责任分工更加明确，同时减少无关人员对照明控制的误操作。
当遇到紧急情况而值班人员未在电脑前时，我们的系统还配备有值班手机，值班人员可以通过手机中的智能照明控制软件对路灯或景观灯进行开关控制。
免去了值班人员往返值班中心的烦恼，真正实现了随时随地控制。
系统可以随时将白天亮灯、夜间异常开关灯，辅助节点不一致，电压电流越限，配电箱门非法打开，供电线路停电等报警信息上报到值班手机，方便值班人员及时了解配电设备故障，能够在第一时间赶到现场解决问题。
路灯照明要求照明设施能长期有效的运行对于开关灯的时间几乎没有变动,所以对于路灯照明常采用天文钟方案进行控制，即按照当地的日出日落情况适时开关灯。
景观照明要求照明设施能充分的满足照明的临时性需求，一般来说景观照明只需要上半夜开启，下半夜行人和城市旅游者比较稀少是就无需开启景观照明。
系统能根据不同的节假日或大型政府活动等采用不同开关灯方案，鉴于景观照明的突发性我们通常采用日期定时时间方案或者周循环方时间案来满足开关灯的需求。
2.2.3系统功能概述
Ø“三遥”功能。
系统主控中心基于GF智能照明控制平台，通过移动无线网络，对现场智能控制终端实施远程管理与控制。
只要有Internet接入，用户就可以通过电脑和手机实现遥测、遥控、遥信等“三遥”基本功能。
Ø“单灯”控制功能（可选）。
单灯控制器带一路16A常闭节点，可以满足大负载的通断要求，如1KW高压钠灯的开关；带有一路PWM调光接口和0~10V调光接口，可以对具有智能调光接口的灯具调光；带有报警功能，能够对开灯欠载、关灯过载等异常信息进行报警。
Ø自动巡测功能。
可自动巡测、手动巡测和选测（8路继电器状态、三相电压、6路电流、有功功率、无功功率、功率因数及各种数字状态量等数据量的采集）；
Ø多模式控制功能。
内置经纬时钟控制方式，可现场或远程设置多达8套时间方案，实现灵活多样的预约控制和分时控制，控制模式包括普通模式、节假日模式、重大节假日模式、周循环模式、二次开灯模式、按经纬度日出日落开关灯模式、和超级经纬度开关灯模式（需定制）；
ØNTP网络时间同步功能。
系统实现了NTP网络时间同步协议，只要系统设备和Internet网络是联网的，系统设备就可以获得基准时间源，无需GPS等昂贵的授时器。
Ø设备分组功能。
可按路段或按区域对设备进行分组，从而实现分组控制。
Ø处理机制健全的报警功能。
报警内容包括：
白天亮灯、晚上熄灯、配电箱门开关不正常打开、电压、电流越限、回路缺相、回路断路和线路停电等故障；当报警发生时，系统可及时地向指定手机用户发送报警信息；
Ø电路故障报警功能。
系统设有双重报警机制，无论白天还是夜间，都可对各支路电缆回路进行监控，一旦发生回路短线、断路等故障，智能控制终端将及时发送报警信息
Ø手机操控监测功能。
系统支持手机用户通过短信对路灯进行开关灯操作，支持智能手机（选配）随时随地通过无线互联网接入系统，从而实现手机远程开关灯操作和设备状态查询等功能；
Ø设备档案管理功能。
能够进行终端设备的添加、删除、编辑和参数设置等，同时可以根据需要对设备进行分区管理，用户界面上需要显示相应的设备信息结构树形图；
Ø电子地理信息（GIS）管理功能。
通过电子地图界面可对终端设备进行添加、删除、编辑、参数设置和开关灯操作；
Ø设备组态查询功能。
管理人员可通过系统所提供的图形化界面，直观地获得所有现场智能终端设备当前的运行状态和参数；
Ø历史记录查询打印功能。
系统具有用户操作、报警信息等历史纪录查询统计功能，并可根据年、月、日对统计数据进行查询，且显示的数据均可打印；
Ø安全管理功能。
系统采用激活码授权、授权级别限制等安全保障措施，对系统登录和操作权限进行严格的控制与管理，确保系统运行管理安全、可靠、稳定。
2.2.4系统优点概述
Ø施工简单。
智能控制终端带有GPRS模块，利用无线通信技术和中心服务器通信，无需铺设专线，节省施工材料成本；智能控制终端印有二维码，利用智能手机可以直接将设备扫入系统，避免繁琐的序列号人工录入，节省大量施工时间。
Ø全自动控制。
每天可进行自动通、断电操作；可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电；可对用电设备进行分区、分线路管理。
Ø节能减排。
合理控制灯具的开关，从而可以显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境。
可以远程设置节点控制参数，实现节点的灵活控制。
在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度的照明。
这样做主要优点大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长灯源寿命。
Ø自适应控制。
根据天气情况和实际光的照度，自动控制灯具的开关，如在不好的天气时及时打开路灯，对于安装在桥下或隧道的路灯，路据实测光强，来自动以最佳的模式（即全夜灯、半夜灯模式相互切换）打开路灯，提高公众满意度，在灾害天气使路灯更人性化。
Ø安全的执行机制。
通过微机、集中器设置，防止非授权人操作，确保断路器安全可靠。
依据用电情况，可判断无人值守的用电设备运行情况。
所有运行参数（自动通断电时间，区域划分）可在管理终端随时设置，随时启用，管理方便。
3、系统具体方案设计
无线远程照明智能管理控制系统，主要由系统主控中心、现场智能控制终端和公用移动通信网络三大部分组成，由于移动通信网络使用的是公共网络，下面主要介绍系统主控中心、智能控制终端两个部分的具体设计。
3.1系统主控中心
3.1.1主控中心硬件组成
主控中心作为城市路灯及亮化集中监控系统的控制心脏，担负着全城的灯光系统自动控制和管理任务。
总控中心由系统服务器、监控计算机、操控台、网络交换机、打印机、UPS、通信设备、以及大屏幕等组成。
系统具有局域和广域网络接口，执法局下级单位或在外人员可以远程接入监控中心实现分级控制和移动控制。
3.1.2主控中心配置说明
●监控计算机
采用主流品牌商用计算机（DELL、HP、联想等），平均无故障工作时间为4000～6000小时。
其推荐配置为Intel（R）Core（TM）i5-650（3.2GHz,4MB）、4GDDR、500GB双高速硬盘，23吋液晶显示器，双100M网卡，DVD光驱。
●服务器
选用著名品牌联想服务器，运行平均无故障工作时间5万小时，其配置为IntelXeonE5处理器,3.2G主频，4GDDRECCRAM，2*500G硬盘，双千兆网卡，DVD光驱。
●网络交换机
千兆以太网交换机|三层|10/100/1000Mbps|24个10/100Base-TX以太网端口2个1000Base-XSFP千兆以太网端口2个10/100/1000Base-T以太网端口
●打印机
选用A4的激光打印机。
●大屏显示系统（选配）
大屏幕显示系统可采用投影机、液晶电视拼接墙。
根据监控中心具体情况，也可采用大屏幕高清晰等离子显示器或LED电子显示屏。
●不间断电源UPS
选用3KVA、8小时长延时UPS，停电时维持系统正常工作，保证数据的完整性和系统的实时性，减少因系统供电中断导致的异常情况。
●操控台
采用全钢结构，整板折弯成型，结构紧固，木边装饰，外形美观坚固，创新的设计，完美的功能，用户在使用时更加方便。
台面上可安装显示器、键盘、鼠标、电话等设备，台面下部放置主机和其它设备。
3.1.3主控中心软件
北京某电气工程有限公司开发的智能路灯监控和管理系统，是本公司为城市路灯的管理和维护工作量身定制的一套智能监控和管理软件，它集通讯、信息管理、电气设备控制为一体。
此软件系统主要包括PC机客户端软件、手机客户端软件，下面重点说明PC机客户端软件的基本功能和特点。
此软件系统的使用说明见第四章。
监控软件采用模块化结构，用户可根据实际需求和财力、物力逐步投入，灵活配置。
报警分析和显示模块、开关灯时间管理模块是路灯监控和管理软件的核心，监控软件采用超强直观的图形结构，实时准确分析、判断、定位和标注故障。
适应于不同层次、不同学历的工作人员操作。
监控的目的就是监测现场设备、输入输出线路和中间电器的运行状态，达到预兆故障，保障亮灯的目的。
路灯智能监控软件是基于C/S架构的分布式管理系统，分为应用程序、数据处理服务和协议处理服务三个部分，各部分可在不同的机器上运行、由不同的操作系统支持、被不同的通信网络连接在一起，从而提高了监控软件系统的可扩展性、易维护性及可靠性。
Ø开放性
系统采用标准协议和接口，和其它的软件模块或硬件设备进行互连互通，降低对设备厂家和软件厂家的依赖，延长系统的有效寿命。
Ø可扩展性和可升级性：
系统能方便地增加或减少测控点，可以自由的升级和扩展，在大多数网络环境中，单个数据库服务器最终会不满足使用。
如果服务器软件支持透明的水平扩展，那么就可以增加多个服务器来进一步分布数据和分担处理任务。
系统可根据实际路灯终端数量进行扩展，可扩展至10万以上个智能路灯终端。
Ø易维护性
系统提供方便的调试工具和检查工具，便于工程师进行维护。
Ø可靠性
系统关键地方进行冗余，在服务器或前置计算机出故障时可以进行切换，关键数据进行自动备份，有恢复机制。
Ø安全性
系统根据不同的操作级别，进行安全管理，不同的级别进行相应的操作权限，并输入相关密码才能登录系统。
配备完整的操作记录和历史数据。
Ø易用性
全部程序均图形化设计，中文界面，所有命令均由鼠标操作，美观易用，操作简单、运行舒畅。
3.2智能控制终端—集中控制器（必选）
智能控制终端是现代城市照明系统实现智能化控制的核心硬件设备。
本项目系统全部采用北京某科技研发生产并拥有完全自主知识产权的全新一代GF-LCS8008CLC智能灯光控制器作为现场智能控制终端，其设备外形如图3.2所示。
图3.2无线远程智能控制终端
3.2.1终端主要功能
Ø数字开关量输出
（1）输出特性：
8路输出，常开，额定负载220V/10A。
（2）支持本地回路开关操作，支持远程回路开关操作。
（3）支持8套时间方案，每套方案分为日期模式、周模式、节假日模式和经纬度模式4种定时回路开关操作模式，可根据需要随时进行远程设置。
Ø数字开关量输入
（1）输入特性：
8路输入，无源干节点，常开。
（2）支持接触器吸合状态检测，输入输出状态不一致报警，白天开灯晚上熄灯报警。
（3）输入干节点信号闭合报警，可用作门开报警，电子围栏报警等。
（4）支持开关量输入与开关量输出联动操作。
Ø模拟量采集
（1）3相交流电压采集
（2）12路交流电流采集
（3）支持电压电流异常报警。
（4）支持回路功率检测，根据功率估算线路亮灯率。
Ø本地人机操作界面
（1）液晶显示屏参数：
TFT材质，4.3寸，480*272分辨率。
（2）支持触摸操作。
（3）本地开关灯操作、设备工作状态显示、设备运行参数查询与配置等。
（4）人性化的人机界面设计，降低了现场设备的安装调试工作的复杂度。
Ø网络通讯接口
（1）内置集成GPRS无线通讯模块。
（2）支持TCP/IPv4协议。
（3）支持SNTP网络授时，自动定时校准设备时间。
（4）支持GPRSAPN无线专用网络，提供高安全性网络连接。
ØRS232接口功能
（1）支持透传模式，外接其他通讯模块实现以太网、光纤等网络连接。
ØRS485接口功能
（1）支持DLT-645规约电表抄表。
（2）支持订制的扩展灯效控制器，实现远程灯光效果定时控制。
Ø电力载波通讯接口（可选）
单灯控制通讯方式：
单相和三相电力线载波通讯，符合EIA-709.2标准规范；电力线载波调制方式：
BPSK；电力线载波频率：
132KHz。
3.2.2终端技术参数
额定电源
AC100V～240V50/60Hz
开关量输出8路，常开节点，每个回路额定最大负载AC220V/10A
开关量输入
8路，无源干节点
交流电压采集输入
0～300V交流输入（3路）
交流电流采集输入
0～5A交流电流输入（12路），测量误差≤0.5%。
工作温度
-20～+70℃
相对湿度
<85%
压力范围
80～108Kpa
尺寸（长*宽*高）
350mm*210mm*100mm
重量
4KG
3.3智能控制终端—单灯控制器（可选）
单（双）灯控制器是以8位微控制器为核心的智能型路灯控制器，微控制器处理整个单（双）灯控制器的数据，并接收电力线载波部分发出的工作指令。
其具有功能强大，易实施，免布线，工作可靠，易于维护等优点。
（A）单灯控制器（B）双灯控制器
图3.3单（双）灯控制器
3.3.1终端主要功能
单（双）灯控制器内部功能框图如图3.4所示：
图3.4单（双）灯控制器内部功能图
Ø提供一（两）路继电器输出，常闭触点，容量为16A/250V。
Ø提供一（两）路电压和一（两）路电流采集，支持实时查询电压、电流、有功功率、无功功率以及功率因素。
Ø强大的异常处理机制，支持过载报警、开灯欠载报警，异常关灯报警。
Ø提供一（两）路PWM信号输出，可做LED调光信号使用；
Ø提供一（两）路0~10V电压信号，可做LED调光信号使用；
3.3.2终端技术参数
额定电源
AC85V～240V50/60Hz
开关量输出1
（2）路，常闭节点，额定最大负载AC220V/16A
PWM调光输出（可选）
1
（2）路，频率为400Hz，TTL电平，占空比0～100%可调
0～10V调光输出（可选）
1
（2）路，0～10V可调
电力线载波
调制方式BPSK,132KHz
存储温度
-20～+70℃
工作温度
-20～+70℃
相对湿度
<85%
压力范围
80～108Kpa
尺寸（长*宽*高）
131.6mm*68.5mm*50.0mm（单灯）158.0mm*90.5mm*46.0mm（双灯）
重量
0.40KG（单灯）0.6KG（双灯）
4、系统智能终端使用说明
4.1集中控制器接线详细说明
4.1.1设备首次运行
设备接通电源后，即上电自动运行，如果是第一次运行，设备将按照默认参数初始化。
正常运行后，可以通过控制面板重新配置部分常用的参数。
首次运行远程控制，需要配置通讯参数（服务器地址，通讯类型等），默认采用GPRS模块通讯，此时需要在断电情况下插入SIM卡，连接好设备天线，保证设备GPRS网络连接正常，然后上电启动。
连上服务器后，可以通过远程服务器批量设置设备运行参数，配置定时开关等。
正常配置运行后，设备即可工作于无人值守状态，时刻保持与服务器的网络连接，可以通过
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