路灯监控系统方案.docx

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路灯监控系统方案

XX某某市路灯集中控制系统

1设计原则

1.1可靠性

本系统因为很多设备工作于户外，所以对各个配件的选择要求极高！

在防雷、高温和低温、防静电、防干扰、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，即使出现个别故障，也不影响整个系统。

1.2先进性和实用性

设备须符合相关国内、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先进的水平。

所采用的技术为最先进的最成熟的技术，并根据实际情况，组成最佳组合，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。

RTU主板控板采用的交流采样技术，是电力行业运用最成熟的先进技术，在防雷抗干扰等方面运用最新的技术手段，提高了RTU性能。

1.3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。

RTU本身有两个通讯口，一个接入CDMA模块和上位机通讯，另一个和手持PDA连接通讯，便于现场信号的调试和控制。

1.4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，使得系统可以根据需要扩展、升级而不必改变现有设备的状态。

本系统的RTU主控板基本配置为15路交流电流遥测输入和3路电压交流遥测输入，6路遥控输出，8路遥信输入、2个独立通讯口，满足本次3路电流和3路电压遥测要求，并有余量。

该主控板最大可以扩展至24路电流，并且可以通过总线扩展主控板。

1.5开放性

本系统软件和RTU的通信协议采用标准开放式协议MODBUS。

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（部分厂家倒闭或部分配件停产或缺货），本系统因为开放性，有效的解决了类似的问题，避免对个别厂家形成依赖，保证系统的健壮。

支持MODBUS协议的软件和设备非常多，一旦供应商不能供货，管理部门可以很方便的找到替供产品。

1.6通用性

硬件设备具有通用性，通过不同的软件参数设置，可以实现不同的功能。

1.7经济性

尽可能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，也要降低今后的运行维修费用。

2系统主要技术指标

2.1系统容量：

1个主站，1万个监控点。

主控中心：

1个；

分控中心：

32个；

监控终端：

1个主站，1万个监控点。

2.2可以实现群控和组控

系统终端根据需要各种路灯分为不同功能组，实现群控和组控。

2.3通信方式

根据用户的具体情况、通信技术的发展，本系统采用CDMA1X进行通信，可无缝升级为EVDO通信。

2.4工作环境温度

照明监控端的工作环境温度范围满足－30℃～+70℃。

主台为－10℃～+55℃。

2.5数据采集精度

遥信正确率：

≥99.5%

遥测合格率：

≥99.5%

遥测综合误差：

≤0.5%

2.6控制准确度

遥控命令100%执行，100%不误动。

遥信100%不误报。

开关控制响应时间：

≤3S

2.7CDMA无线单元主要技术指标：

空中速率：

115.2Kbps；

工作温度：

-35℃～75℃；

频率范围：

800MHz，DCS1900MHz；

支持短信远程配置，可远程切换IP指向和连接端口。

使用高性能CDMA芯片组，10类网标准，与一般芯片组相比，通信速度快一倍。

2.8其他参数

备用主机切换时间：

≤2分钟

系统误码率：

≤0.01%

CDMA无线设备无故障时间：

≥5万小时

终端设备无故障时间：

≥5万小时

3照明控制方案

3.1自动和手动遥控

系统可以根据不同类型的路灯照明要求，把全市的景观灯、整夜灯、半夜灯分成若干个组，分别采用工作日、节假日、重大活动等不同的控制模式，自动遥控开/关各组亮化装饰灯；也可以手动对各种路灯进行遥控开/关操作。

自动方式为时控和光控相结合。

3.2自动巡测、手动巡测和选测

调度端能按设定的时间周期（可以根据开/关灯前后任意选取不同的周期）自动进行定时巡测。

操作者也可随时手动巡测和选测各监控终端的运行情况。

3.3报警处理

当监控终端主动报警或调度端在遥测时发现有警时，调度端微机自动用语音报出故障的有关参数。

告警分为文字告警，语音告警，短信告警三种方式。

文字告警：

主控上推出窗口，显示文字告警，重要告警需用户确认。

语音告警：

主控在文字告警的同时，进行语音告警，语音告警可以播报一次，数次以及循环播报。

短信告警：

主控配置短信告警发送的对象，告警通过主控的短信模块发送给指定对象。

报警内容包括：

：

运行设备异常。

异常开灯，异常关灯，电源缺项设备停电，电压偏低，电压偏高，高压设备故障，1号门被打开，2号门被打开，电缆防盗告警，电力绝缘告警，亮灯率下降，负载异常，停止供电，电力负载异常电流大幅上升，亮灯率告警。

长期通讯中断设备：

提醒用户有某些设备已经长期通讯中断。

系统设置到期：

提醒用户上次设置的各种开关灯策略即将过期

3.4自动计算亮灯率

能根据电压、电流、有功功率和功率因子的变化自动进行亮灯率估算。

为了保证亮灯率的统计，数据采集精度为0.5%。

3.5查询打印功能

a、可以对各监控终端任意定时数据和年、月、日统计数据进行查询，显示的表格、曲线图、直方图均可打印。

b、可以对任意一天的实际开关灯时间、当时的照度值和日出日落时间等记录进行查询，显示的表格、曲线图、直方图均可打印。

c、可以对历史故障进行查询和打印。

3.6图文显示系统

符合电力系统控制的强大的图形工具，所见即所得的操作。

3.7卫星自动校时系统GPS

运用全球卫星定位系统与计算机技术，实现对系统的准确校时，保证工控机和局域网内所有微机时钟的准确性与一致性。

3.8远程抄表功能

RTU备有脉冲抄表功能，能将每个控制箱的脉冲电度数据准确远程抄录到调度端功能。

3.9操作系统与应用平台

采用局域网方式，将各计算机联网。

采用客户机/服务器（C/S）相结合的组网方案，支持远程查询和访问。

服务器采用Windows2000Server中文版操作系统。

客户机应用软件操作系统均为中文WindowsXP，采用视窗化语言进行设计，支持浏览器/服务器查询模式。

3.10路灯照明集中控制自动化系统软件

本软件将景观灯、路灯、广告灯等不同灯型的监控和数据采集及处理融于一体，通过群控或组控实现对不同灯型的控制；运行时会将所有数据存储在服务器上。

随着今后的网络扩展，在网上新增的其它计算机上均可以根据要求进行浏览、查询和打印。

4．XX某某市路灯控制系统构成

第二部分：

各部分功能介绍

1.监控中心软件特点：

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。

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。

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。

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。

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。

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

2.监控中心软件功能：

2.1数据采集

系统实时采集各种现场信号，总结起来包括以下各种量：

2.1.1模拟量（测量量）

模拟量主要包括:

（1）路灯的供电电压、供电电流、功率、功率因数、脉冲电度等　　

2.1.2状态量

状态量包括

（1）交流断路器位置

（2）防盗报警

2.1.3天文时钟及时间处理

系统在后台接入标准天文时钟,向全网广播统一对时,并定时与各现场采集设备（RTU）远方对时,为系统后处理提供唯一的时标。

对于RTU未发时标的信息量,如需要则将后台系统时钟加入时标。

2.1.4RTU的接收

各RTU及参数选择均通过软件设置。

2.1.5主机直接接入以太网，便于数据浏览

2.2数据处理

系统采集数据后,立即进行数据处理。

2.2.1模拟量数据处理

（1）把标识符转换为技术地址

技术地址作为数据的关键字而访问数据库,并为后面的其它功能提供数值。

（2）将生数据转换为工程量

（3）条件复位到零

可设定每个值的归零范围,将近似为零的值置为0,（用以消除零漂如:

不带电线路电流）。

（4）越限检查

通过数据库为每个遥测值及计算值规定上限及下限,以检查数据合理性。

（5）最大值及最小值计算

将遥测在某一段时间内出现的最小值及最大值及出现的时刻一同存入数据

库。

（6）存贮入数据库

数据库中的遥测记录由时标、工程值和量纲单位组成。

数据库中数值为后续子系统提供数据，可分配历史和未来数据等任务。

2.2.2状态量处理（遥信）

状态量处理任务完成如下功能:

（1）描述遥信状态

（2）处理后的信息送

*图形显示

*文字显示

*语言信息系统

*实时及历史数据库

*变位打印及表格显示

*短信报警

*统计动作次数,类型

2.3计算功能

在系统中除大量的实测点外,还有大量的计算点,计算子系统是在线方式下需完成所有计算任务的综合,在系统启动时启动,按照数据变化及规定的周期、时段不断也处理计算点。

2.3.1对模拟量、数字量及状态量均可进行计算

2.3.2在计算中,包括了各种计算类型,通用计算均可完成

*总加计算:

用户自由设定总加公式进行总加计算

*限值计算:

计算越限的越限时间,合格率等

*统计计算:

统计一段时间内（时、日、年）的统计处理均可实现,如:

计算各模拟量的最大、最小、平均及最大、最小值出现时间。

.客户自定义公式进行计算

2.4控制

控制功能包括:

开关量输出（控制）

.控制报警设备发出警报

.其它

2.4.1开关量输出就具备核对功能

过程如下:

（1）选点：

选择动作开关点

（2）发令：

发出遥控指令

（3）内部校验：

由主站首先根据数据库内动作开关遥信质量及开关状态确认该开关是否允许及操作状态是否正常。

（4）RTU校验：

将命令传送至RTU,由RTU再校验

（5）校验返回：

将校验结果返回人机界面

（6）确认执行：

操作人员根据校验结果,执行或撤消命令

（7）执行结果返回：

由RTU执行遥控命令,引起开关变位及事件顺序结果,推出画面显示执行结果,并打印记录

（8）操作登录：

将调度员进行的遥控操作内容、时间结果及人员姓名登录下来备查，保存一年的档案

2.4.2模拟量输出

（1）通过人机界面由操作人员召唤显示现有遥测量。

（2）操作人员修改遥调值并发送。

（3）RTU校核遥调值并返送校核结果。

（4）操作人员确认执行。

（5）回送遥调执行结果相关的遥测量。

2.5实时数据库

实时数据库保存的是各个监测占点采集上来的实时数据,其数据在每次系统扫描周期之后被刷新一次,在实时数据库中可以保存模拟量、数字量、脉冲累计量、控制量、计算量、设定点控制输出等多种类型的点。

（1）对运行数据和开关状态进行实进监视和记录保存

（2）数据库生成

系统管理人员可以方便地在智能终端在线或离线利用数据库应用程序来生成数据库。

（3）数据库查询

利用数据库查询程序,对实时数据库检索分类,通过人机联系系统及相应的图表直观地反映,并根据需要随时存在外存设备。

（4）实时数据的备份

实时数据库应有后备,一旦当前实时数据库被破坏,能及时恢复运行,（各机之间的备份）。

（5）实时数据的人工编辑

允许任意增加,减少（删除）或修改数据库中的数据。

举例:

当RTU或通道故障造成数据错误或丢失,根据需要可人工输入数据。

系统自动将数据加入实时数据库中。

（7）对每个遥信、遥测均有人工屏蔽或设置功能,一旦经屏蔽或设置后,不能接收实时信息,直到解除屏蔽或设置,设置的类型可用颜色来区分。

2.6历史数据库

（1）需长期存放的重要数据,通过定义可存入历史库,数据归档的定义和修改可以通过界面在线进行,不影响系统的运行。

（2）历史数据库自动保存在硬盘上,也可以转到磁带上做为长期存档,在已存档的历史数据装回系统做数据分析时,装回的数据在磁盘上有足够的空间。

2.7和标准的商用数据库接口

系统应具有良好的开放性,系统中的实时数据库,历史数据库（如登录信息,曲线,报表数据）都可以根据客户的具体要求通过标准的ODBC工具写入客户所使用的数据库,如MS-SQL-SERVER,ORACLE,SYSBASE等通用的商用数据库。

.

2.8人机界面

人机界面的要点可归结为:

.全图形显示

.高显示分辨率

明快丰富的颜色及不抖动显示能显著地减轻操作人员的劳动强度,各种图形、表格、汉字、文字可任意选择颜色。

.多窗口技术可同时显示多个窗口的图形

.快速直接鼠标控制和多屏技术

对SCADA所有功能的交互菜单选择可取代大部分的键盘使用,利用移动和放置软件（由鼠标和光标构成）,实现窗口之间的直观作用,鼠标控制可覆盖工作站的所有屏幕而不需在屏幕之间进行切换。

标准SCADA软件应支持每台工作站带有双全图形显示器,每台显示器可独立实时处理各种图表和多窗口信息。

.采用国际图形标准产品设计。

.极好的显示响应时间。

.完整统一的图形规范,所有人机界面的操作及菜单系统风格完全统一。

用户操作步骤一致。

2.8.1图形系统

图形是表示现场监控点的重要手段,它是一个多层的图形系统,它们可分成可变焦（面积缩放、步进式缩放、均匀缩放）漫游（均匀漫游、橡皮带式漫游）层次的图形，可滚动的固定尺寸图形，文字数字输入提示与标准，图形的内容为网络潮流图，主接线图、曲线棒图、扇形图、系统运行状态图、地理接线图。

图2-1系统初始界面

（1）图形的层、平面

　　　　为了使图形的显示既有全景又有细节的显示能力，图形被设计成若干层，每个层定

义一系列平面，将图中的图形符号定义成元件（组），对每个元件定义其出现的平面，并赋予一个级别。

图2-2图形层次设置

平面的用途：

　　　　操作员可以按预定的方式使用平面，各个平面可以独立显示或叠加显示在层次中，同时可对各平面放大、缩小、漫游。

图2-3图形缩放及图形导航

（2）图元

监视图形上使用许多图形。

图形系统提供专用的图元生成系统,用户可自己定义各种图元（如开关等）。

用户可自己对图元集加以增减。

图2-4图元集管理界面

（3）内部联结

图形系统不是单纯的图形显示和数字显示,其各种图形受系统管理。

图2-5图形数据定义

（4）曲线、和棒图

　　　　统计图形（曲线、棒图）均为动态生成,用户通过菜单方便地选择对象数据、时标、时间区间、坐标轴的最大最小，并可同时生成并显示一系列统计数据。

图2-6曲线图查询显示

图2-7棒图显示

图2-8负荷扇形图显示

（5）趋势显示

该功能可提供显示历史数据,实时数据的工具。

由该趋势显示提供的各种动态曲线或数据可在输出设备上显示或打印任意时间段的内容。

　　　　通过MMI操作可定义趋势点,趋势点可选择历史数据库或实时数据库中需要的点。

利用窗口技术，可在CRT上看到多幅趋势曲线,或在同一幅画面上显示多个曲线,以例对照分析。

并且可在　打印机上输出打印，使调度员或运行人员在决定未来的调度计划时，能有一个重要依据。

图2-9遥测趋势图

（6）分区控制

分区控制功能提供对于划定的分区下所有终端的选择执行开关灯操作。

可以自定义执行的终端数量、执行的操作命令以及命令有效时间。

图2-10分区控制功能

（7）实时数据显示

该功能使用户可以方便的查看每一台线路终端的实时测量值。

图2-11终端实时数据

（8）制图过程在线完成,增加、修改、删除画面完全不影响系统运行。

（9）图形数目不受限制。

2.8.2报表系统

（1）制表

系统提供直观的表格制作软件。

图2-12报表数据定义

*操作员在CRT上以交互方式定义报表格式,报表数据等

*可制定任何形式的数据表格

*表格在窗口中提供翻、滚、棒操作

　　　　*表格可显示实时及历史数据内容

*表格内各数据具备计算功能,用户可在表格内自动加以定义

图2-13报表计算定义

*考虑通道的质量等意外因素,系统提供报表数据编辑修改功能

图2-14报表编辑状态

*制表操作完全在线,不影响系统运行

（2）打印

打印分正常打印和异常打印,启动方式为定时启动、人工启动和事件驱动。

具有软拷贝功能：

*定时打印

定时打印调度员所需的各种报表或指定画面,如:

整点记录、日报表、月报表、年报表等。

操作员可自已设定打印时间。

　　　*事件驱动

事件驱动打印由系统实时自动随事件处理结果输出,包括:

.RTU投退

.遥测越限

.遥控操作记录

.遥信变位

.事件记录

*召唤打印

召唤打印由操作人员通过人机界面召唤启动打印已存的报表。

重要运行表格应先在屏幕上显示，由操作人员确认修改数据误差后存入数据库，并交付打印。

2.8.3汉字

人机界面为汉字界面,包括菜单、操作提示、图形、表格等。

国家标准二级字库汉字多种字体，图形汉字可随画面滚动及漫游。

汉字可作为数据库变量参加运算及数据查询检索。

2.9告警子系统

当在系统范围内发生需要引起操作员注意的情况,产生一系列报警信息

2.9.1报警方式

（1）图形报警

*告警点闪动,变色

（2）文字报警

*文字列表出报警信息,类型

图2-15文字告警显示

（3）语音报警

*产生语音呼叫操作员

图2-16语音告警配置

（4）打印报警

打印机及时打印出告警信息,类型

图2-17文字告警配置

2.9.2报警类型

图2-18告警颜色配置

（1）越限告警

对需要报警的值设定上下限值,当越限状态变化时,发生越限报警,通过窗口显示文字及数据变色,并根据需要打印记录。

（2）变化报警

当系统发生正常变位时,变位点在窗口中发生数据变色及闪烁,打印变位点状态及变化时间,推出文字信息,同时根据需要发生语音警。

（3）告警

当各RTU通讯中断或主站没发生故障时,系统亦发生明显的告警信息,以提示维护人员及时处理。

2.9.3各种告警信息发生后,各信息被数据库明确分类,归档,可按时间及类型分别检索及处理

图2-19历史告警检索

2.10安全子系统

为了使实时系统能够安全稳定的运行,整个系统应有安全保护措施。

1所有的系统操作员应能根据需要被赋予某些特性,这些特性规定各级操作员对系统及各种业务活动的使用范围,如用户姓名、口令字、操作权及操作范围等特性。

图2-20用户配置选项

2操作员只有输入正确的特性,才能进入系统,即保证系统的安全性。

进入系统后,通过划分不同层次的操作,来满足各级操作员的使用需要。

从最低级的只可调出画面,到最高级的可以修改、访问、维护功能和进行各项操作。

图2-21用户组权限配置

3操作保护,对每个上岗操作员都应有口令字控制,以限定各个不同操作员的操作权限和操作范围,在执行遥控时进行口令字检查，以确保系统不受无关人员误操作的破坏。

图2-22用户登录控制

2.11数据录入系统

完善的数据录入系统可以使用户方便、快捷的完成系统的扩充、修改工作。

2.11.1配置分区

在组网时，可以根据不同类型的灯光与景观灯控制要求，将全市灯光、景观灯和装饰灯分成若干个监控分区，如图所示；通过数据录入可以方便的进行分区的添加、删除、修改工作。

展开分区节点，可以看到该分区所管辖的所有监控终端。

图2-23分区配置

2.11.2配置终端信息

对于每个终端可以通过数据录入系统为其配置通讯、策略等基本信息。

图2-24终端配置

2.11.3配置策略信息

图2-25策略配置

2.11.3配置短信告警

图2-26短信告警配置

2.12网络通信子系统

2.12.1网络接口技术参数

工作站自带标准网络接口,前置机亦有标准网络接口,它们连接到网络总线上。

微机工作站一般选用与IEEE802.3工业标准兼容的网板。

网络接口基本技术参数如下:

.最大可编址站点数:

128

.使用电缆:

1）标准以太网同轴电缆,即粗缆（通过外接收发器）,无中继器最长300米,有中继器最长1000米。

2）细缆:

最长150米加中断器500米。

3）双缆线:

最长100米。

2.12.2网络软件资源

在系统中,工作站还可共享主机的丰富的软件资源和外设。

网络通信应用软件基于国际标准传输层协议（TCP/IP）,实现主机与各类工作站之间实时信息传输及整个网络系统的信息共享。

2.12.3主机工作站网络通信功能

主机工作站

.向信息交换工作站发送时钟、遥控命令、以及各种有关参数,如:

转发重要信息。

.将实时信息发送如遥信变位、遥信事件记录等

　　.负责工作站的登录管理及其工作状态查询

.负责时钟统一

.负责短信报警

3照明监控终端RTU

RTU采用一体化的小型化工业级RTU，抗干扰能力强，工作温度范围宽（主控板达到零下40到85摄氏度，电台达零下到40到70摄氏度，供电电源达到零下40到85摄氏度），在各种干扰情况下能正常采集各种现场信号，100%的遥信正确率和100%的遥控执行率，遥控输出有闭所机构，保证不能误动。

3.1照明监控终端RTU的基本性能

照明监控终端（RTU）主控板选用工业级芯片，允许在－40℃～+80℃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，实现交流采样算法采测交流电压交流电流量，交流电流、电压采集精度优于0.5%；印制板焊接采用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。

照明远程智能监控终端的采集和控制的内容包括：

遥测：

1路三相电压、15路电流及有功功率和功率因数（可扩展至24路）、2路直流（测光照等）

遥控：

6路继电器输出，触点为交流220V12A，一组常开和常闭触点

遥信：

8路隔离开关量输入，带箱子防盗报警

3.2照明监控终端主要功能

3.2.1自动报警

当采集到的交流电流、电压超过上下限时能自动报警。

当白天亮灯或晚上熄灯时能自动报警。

当供电停电时通过自备电源运行，同样能自动报警。

3.2.2独立运行

当发生中控室微机或通信线路发生故障时，终端会根据预先设定的程序定时自行开/关灯，以确保路灯照明线路的正常运行。

3.2.3监控终端断电运行

监控终端内装有不间断电源，具有断电运行功能，能在供电线路断电时及时告警，使有关部门在第一时间获知并抢修，同时具有防盗报警功能。

在基本配置中，停电后能够维持终端正常工作8小时。

不间断电源能防止过分充/放电，保证长期