智能照明管理系统方案.docx
《智能照明管理系统方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能照明管理系统方案.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
智能照明管理系统方案
智能照明管理系统
建设方案
深圳乙方照明科技有限公司
二〇一五年十一月
一、概述
随着城市建设的发展，城市道路照明、景观灯照明、城市间的高速路照明的要求和数量不断增加，对照明管理提出更高的要求。
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。
路灯照明工程智能管理系统本着“总体设计，分步实施”的原则，将路灯照明、美化、亮化有效地监控起来，组成智能化的集中管理系统，通过无线通信网络、计算机智能化信息处理、计算机控制系统、电力载波通信技术和智能终端控制等技术实现遥控、遥测、遥信、遥调、遥视和管理等功能。
启用先进路灯智能照明管理系统，可以对城市的路灯实施统一启闭，多样化调光节能，对路灯的实时监控和管理，确保高效、稳定、节能，全天候运行，控制不必要的“全夜灯照明”，有效节约电能消耗。
本路灯智能照明管理系统以电力线载波通信技术为核心，利用电力线载波通信实现对远端灯光的控制、调光，系统可以实现对城市路灯、高速公路路灯、广场、码头等需要长时间照明的场合灯具的管理，具有远程控制灯具的开关、调节灯具的亮度、检测灯具的工作状态、计量灯具的用电量等功能，从而实现高效率、低成本的智能化管理。
以电力线载波通信为核心的智能照明管理系统，具有易实施、免布线等特点，可以节省大量的电费成本、提高管理成绩，系统整体效益非常显著。
本建设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“智能照明管理系统”等软硬件来构建。
方案力求通过本系统的建设，在实现照明节能管理的同时，使路灯智能化监控管理水平及综合性能达到国内先进水平。
二、方案总体设计
2.1系统设计思想及原则
2.1.1设计思想
本系统通过先进的软件和硬件以及通讯系统构成，包括监控调度中心软件、无线通讯网络、智能照明管理终端（简称RTU）、单灯控制器构成，选用最先进的设备，满足各种路灯照明的要求。
通过实时的遥控、遥测、遥信、遥调、遥视对路灯进行有效的管理和维护，通过灵活的控制手段，应对一些重要场合对即时开关路灯的要求，比如重要领导来访，重要的招商活动，重要的节假日等。
及时监测并发现设备故障，及时进行维护和管理，保证设备的可用性，延长设备的使用年限，提高城市的形象。
2.1.2设计原则
★技术先进：
采用先进的处理、控制、通信配套设备及技术手段。
★高可靠性：
软硬件均采用技术成熟，并经过国家认证机构检测的产品。
★可扩展性强：
无线化、模块化结构便于扩容和扩展。
★节省投资：
系统设备具有高性能价格比。
★节省建设时间：
系统安装方便、调试时间短。
★项目实施简单：
采用电力载波技术，免布线快速安装。
★节能、节约：
智能控制实现节电节能及节约维修管理资源。
★标准化：
所采用的产品均符合国内外通讯、电气标准。
2.2系统结构
2.2.1系统优点概述
1、智能照明管理系统采用先进的集散式测控系统方案，由设在路灯所的监控中心担任集中控制的心脏，而由分布在各路段上的智能照明管理终端作为分布式控制节点站使用电力载波技术对单灯实现控制。
2、监控中心与智能照明管理终端之间的双向通讯采用中国移动的无线公用数据网（GPRS）通讯，或使用光纤、双绞线等有线网络。
3、每个道路照明区域智能照明管理终端与路灯采用电力载波通信，免布线对路灯进行单灯控制。
4、智能照明管理终端带有独立操作系统，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移动网络临时故障时，智能照明管理终端可独立执行预设各种定时任务以及管理系统。
5、可在现有系统上直接升级为单灯控制系统，避免重复投资。
并且系统可适应路灯节能改造升级，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。
6、电力线通讯带有自动路由以及载波侦听协议，有效的保障了系统的稳定性，降低了误报率。
7、可直接实现线路防盗报警，在完成单灯控制的情况下同时可进行线路防盗报警功或其他功能。
8、系统采用Lonworks总线式结构，网络内任一节点发生故障不会影响系统运行。
9、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。
2.2.2系统结构图
智能照明管理系统结构图
2.2.3系统主要功能
系统主要功能：
★自动巡检：
系统软件对安装了单灯控制器的路灯进行自动巡检，查报故障并自动生成报表（电压、电流、功率因数、有功功率、电量、开\关状态、故障类型等）；自动巡测控制箱电压、电流、交流接触器状态、各回路保险（或开关）状态；
★手动巡检：
可对安装了单灯控制器的路灯进行手动巡检，查报故障并自动生成报表（电压、电流、功率因数、有功功率、电量、开\关状态、故障类型等）；手动巡测控制箱电压、电流、交流接触器状态、各回路保险（或开关）状态；
★单灯管控：
能实时对安装单灯控制器的路灯进行开、关、亮度调节等功能，或预设控制\调光方案，使路灯按预设方案进行开、关、亮度调节；
★设备管理：
对现场设备（灯杆、灯具、控制箱、变压器、电表、开关、单灯控制器、电缆监控器等）实现计算机信息化管理；
★GIS地理信息系统：
系统软件嵌入的GIS地理信息系统，现场设备在地图上清晰地标识，达到所见即所得的可视化效果；
★统计分析：
具有统计、分析、查询、负荷计算、实时读表、用电分析、亮灯率计算等功能；
★报警功能：
通信中断、亮灯率过低、未按时开关、电缆异常等情况出现时，监控中心有报警显示；
★历史数据输出：
可查询打印各智能照明管理终端的任意时间的定时数据、统计数据、日志数据等；
★曲线报表功能：
可以生成电流、电压、电能、亮灯率、开关时间的分析曲线和报表
理；
★远程维护功能：
监控设备中的采集和通信模块具备远程参数设置和维护功能；
★拓展功能：
系统可自由增减监控设备的数量；监控设备可以扩展其它功能；
★B/S结构：
软件采用B/S结构，方便随时随地进行远程管理；
★APP客户端（安卓/IOS），支持手机、PAD等多种便携移动终端访问、管理；
系统特点：
★自动或手动对灯具开、关和调光；
★根据预设的时间表，实现灯具的自动开、关和调光；
★根据天气情况和实际的光照度，实现灯具的开、关和调光；
★根据经纬度（日出日落时间），实现灯具的开、关和调光；
★灵活的亮灯组合管理（群控、线控、分组控制、单控），实现半夜灯、隔一亮一、隔二亮一等多种亮灯效果，精确管控每一盏灯；
★群调光、分组调光、单调光等多样化调光方案；
★无极亮度调节、亮度采集等；
★4路回路控制输出，预留扩展接口；
★控制箱门开报警、浸水报警；
★回路电流、电压、功率因数、电量、漏电检测等；
★单灯电压、电流、功率因素、有功功率、电量和温度检测等；
★集成抄表功能，方便实现远程抄表；
★电缆防盗监控，全天候监控每一条电缆；
★无线GPRS通信、电力载波通信、ZigBee无线通信多种通信方式；
★现场终端设备可脱网独立运行，终端设备根据预设的时间表，自动开、关灯和调光。
★自动或手动巡测、选测控制箱电压、电流、交流接触器状态、各回路保险（或开关）状态；自动或手动巡测、选测单灯的开关状态等参数；
★系统报警采用监控终端主动报警和调度端报警相结合的报警方式；
★主动上报单灯具体故障（灯不亮、微亮、闪灯等）；
★安装施工简易快捷，无需铺设专线，节省成本。
★系统软件具有权限管理功能，防止非授权人操作，确保运行安全可靠。
2.2.4系统基本功能组成
（一）、智能照明管理系统功能
★开关灯时间动态遥控：
★单灯开启关闭
★开关全夜灯；
★开关半夜灯；
★开关时段灯；
★二次亮灯或多次亮灯；
★根据地理经纬度，自动计算当地日出日落时间，按日（节季变化）动态精确调整开关灯时间，以达到节电节能、提高道路照明质量的目的；
（二）、多种控制开关灯方式：
★自动遥控─按控制中心设定的开关灯作业程序，自动运行；
★手动遥控─在控制中心点击任一开关灯作业程序动作；
★定时控制─根据规定的时点开关灯：
如节庆日特定时段；
★协作方式─上述控制方式可互补互救、自动切换；
（三）、多种开关灯执行方案：
★普通执行方案；
★周执行方案（可设定以周为单位的任意一天或几天为执行日期）；节日执行方案（可设定若干节日为执行日期）；
★临时执行方案（设定一年中的某几天为执行日期）；
★执行方案执行方式及优先级可设定，执行方式可自动切换，无需人工干与；
★在每一执行方案的基础上，可设定临时开关灯执行时间。
（四）、区域控制功能：
★全部区域─对所有设定的全部控制区域进行控制；
★部分区域─对所控区域内的部分区域进行控制；
★分组区域─可以以路段或片区为单位编组，对某组或某几组进行控制；
★单点或单灯开关─可对单点或单灯进行精确控制；
（五）、自动检测功能：
★自动巡检、随机检测或按时段定时巡检：
★各单灯、各回路是否按中心指定开关操作和运行，并取得相应状态；
★各单灯的状态、电流、电压、功率、电量等；
★箱变的日用电量、月用电量、年用电量；
★上述数据及时上传至控制中心。
（六）故障报警功能：
★系统对自动或手动检测各单灯或回路状态进行自动判别，发现故障时将及时以声光方式报警，或设定为手机短信等方式向有关人员进行远程报警。
★白天亮灯；
★夜晚灭灯；
★停电（或断电）；
★线路断路或电缆被盗，在装有电缆监控器的路段，当发生线缆被盗时，可以手机短信方式向值班人员或当地派出所报警；
★监控终端故障；
★通信故障；
★单灯故障；
★其它系统认为有必要报告的故障；
★所有故障报警都带有时标、地点、故障类型、单位名称等信息，并作为档案记录在数据库中。
（七）数据处理、储存、查询和打印功能：
★查询当前各监控点运行工作参数；
★查询任意历史时段、任意监控点的运行情况数据；
★分类查询各类故障报警，如箱变、智能照明管理终端、单灯控制器有关故障报警（可选）等。
★故障报警报表。
★各类数据曲线图表。
（八）地图显示功能：
★采用XX地理或谷歌地图图文显示，可实现城区矢量化电子地图，达到图文并茂、界面美观和使用方便的效果。
★通过数字标定，将所控区域的智能照明管理终端、单灯及其控制区域标定在电子地图上；
★激活地图上任一智能照明管理终端时图标，可显示所选智能照明管理终端有关数据或参数；
★电子地图可无级缩放与平滑浏览，可以不等比例要求同屏显示地图，通过大屏幕系统，可同屏或分屏显示多个智能照明管理终端运行情况；
★使用电子触摸屏时，可更方便地进行有关监控、操作和查询；
★能实时直观显示各智能照明管理终端有无开灯回路；
★当系统检测到某个智能照明管理终端有故障报警时，系统将及时标定并显示警告标志。
★显示单灯工作状态。
（九）远程抄表功能：
★智能照明管理终端有数字接口，可与数字电表通讯，实现自动远程抄表，并可根据需要对路灯照明用电、公交站台用电及广告灯箱用电分别计量。
（十）系统增容扩容功能：
★系统具有灵活的远程终端增减扩容功能，可动态增加、删除终端设备，无需修改地图；可动态更换地图，无需重新组建数据库等。
★系统所采用的中心数据库、无线通讯方式及模块化监控终端结构，均能满足大中城市路灯及有关灯光系统长期的发展和扩容要求。
（十一）单灯控制功能：
★通过采用电力载波通信技术+无线技术，在无需另外增加通信电缆的情况下，利用原有电力线或无线即可实现远程单灯控制。
实现各种不同的开关灯组合。
如隔杆亮，隔几杆亮，交叉亮等多种亮灯模式，或自定义亮灯模式。
三、系统实现方式与技术指标
3.1监控中心
3.1.1监控中心硬件组成
监控中心作为城市灯光系统的控制心脏，担负着全城的灯光系统自动控制和管理任务。
监控中心由监控工作站、监控服务器、打印机、不间断电源（UPS）、通信设备、以及大屏幕等组成。
同时，系统具有网络接口，只要接入服务器，管理工作站等，系统就可以很方便地组建为路灯管理所（处）局域网，通过网络实现照明监控数据和图像信息共享。
3.1.2监控中心配置说明
监控工作站
采用工业控制计算机，连续运行平均无故障时间为30000~50000小时。
服务器
选用知名品牌专用服务器。
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、背投显示器，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道路照明专用LED电子显示屏。
不间断电源UPS
选用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。
3.1.3监控中心软件
本公司开发的智能照明管理系统，是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、组态控制为一体。
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。
路灯地理信息
●地图浏览：
包括城区路灯位置图，城区行政图，管理分区图等几个图层，每层都可以显示和访问路灯控制节点，每个支路的电缆、单灯等对象，从不同角度反应出路灯设备的地理位置，并且支持无级缩放和移动功能。
●地图查询：
可对有关路段、区域、街道、控制柜、线路、灯杆、灯型等主题进行检索查询，可将查寻的对象移到屏幕的中心闪烁显示，同时将对应的文字说明显示在窗口。
●分析决策：
根据系统运行记录、故障维修记录、报警记录可对运行维修费用作出测算。
●可将地理信息、图象、曲线、文字提示等信息送向大屏幕显示。
●打印报表和曲线功能
●打印各类曲线
●打印任意时间段的数据
●打印当地开关灯时间序列表
●打印各种日报表（电流、电压、亮灯率等）
●打印系统配置参数表
●打印各种开关灯设置表（半夜、全夜、定时、临时）
●打印支路走向表
●打印节点位置及其结构表
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：
系统软件采用B/S架构，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智能照明管理终端（RTU）
智能照明管理终端是路灯照明系统中电能信息采集和远程控制的关键设备，安装在路灯箱变中低压配电变压器的低压侧。
通过485实现对具有RS485接口电能表的采集和通过电力载波通讯对安装有单灯监控器的路灯进行控制。
定时或实时的将数据通过TCP/IP、GPRS等通讯方式传回到监控中心系统。
该产品采用ARM核微控器和嵌入式操作系统，在低压电网用电数据采集的实时性、路灯智能化控制、安装的方便性、使用环境的广泛性及建立系统的经济性等方面给城市照明管理部门提供了现代的手段，使路灯控制工作准确、实时、简便。
3.2.1标准及规范
产品符合IEC国际电工委员会相关标准和国家相关标准规定，
具体如下：
◆IEC61000-6-1-2005
◆EN50065
◆DL/T645-1997
3.2.2主要特点
◆智能照明管理终端采用一体化的小型化工业级设计，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），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，保证不能误动。
◆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，以确保照明线路的正常运行。
◆由于监控终端一般均安装在干扰较大的环境中，为了保证系统可靠工作，终端的软硬件设计中采用了多种抗干扰措施。
◆对强干扰信号造成的系统复位时采用软硬件自恢复电路处理。
保证在无人值守时也能可靠运行。
◆对采集到的高压交流信号实行多重防电脉冲冲击和防雷保护措施，已在实际应用中获得了极好的效果。
◆上下行通讯模块化设计，可进行现场更换免设置，使用方便。
◆具有功能强大的组态功能，可以在当地/远方修改产品参数，支持软件在线升级。
◆宽电压范围设计使其具有更高的可靠性。
◆产品电磁兼容性优良，能抵御高压尖峰脉冲、强磁场、强静电、雷击浪涌的干扰,且具有较宽的温度适应范围。
3.2.3技术参数
智能照明管理终端电气规格：
项目
最小值
典型值
最大值
单位
备注
工作电源特性：
单相交流输入电压
176
220
254
Vac
单相或3相4线制供电
工作频率
47
50
63
Hz
集中器整机功耗
5.0
W
载波发送状态
电力线载波通信性能：
电力线载波调制方式
BPSK
电力线载波频率
120
KHz
通信速率
600
bps
载波信号发送幅度
（峰-峰值）
2.5
3.5
4.5
V
1欧姆负载时
载波信号接收灵敏度
-80
-60
dBV
0dBV=2.82Vpp
其他特性：
工作温度范围
-30
70
°C
不包括GPRS模块
工作湿度范围
5
95
%
不冷凝情况下
外形尺寸（长X宽X高）
320X220X105
mm
以实物为准
3.2.4功能简要介绍
数据采集
◆RS485接口电能表数据采集
产品可以挂接1路多功能电能表，根据设置定时采集、存储电能表各项数据，并在主站召测时发送给主站。
数据处理功能。
◆产品可采集、存储实时数据，并将采集的数据加以保存。
◆产品按照设定时间上送给监控中心。
参数设置与查询功能
产品具备远程参数设置功能，其集中器参数、具有RS485接口电表参数、路灯控制计划任务等全部可以通过远方主站进行设置和查询。
告警
产品的监测报警系统完善，可以根据告警设置将监测到的异常事件信息上报监控中心。
数据传输
与监控中心的通讯
接口方式：
支持GPRS/TCP\IP等通讯方式。
与具有RS485接口电能表通讯
◆接口方式：
无线专用网络或有线专用网络；
◆有线传输距离：
不大于50m。
◆无线传输距离：
大于1000m。
与多功能电能表通讯
◆接口方式：
RS485
◆传输距离：
不大于1000m
◆通讯速率：
300bps-9600bps
◆通讯规约：
DLT-645多功能电能表通讯规约（默认）
远程控制功能
集中器支持主站命令对路灯进行实行远程控制检测功能。
维护功能
集中器具有软件远程升级功能和短信息维护。
3.3单灯控制器
单灯控制器是本公司全力打造的专业路灯控制系统中的一个组件，其核心芯片采用电力线载波集成电路，配合专业的硬件和软件设计，使产品具有功能强大，易实施，免布线，工作可靠，易于维护等优点。
单灯控制器内部包含一个电流与电压计量电路，它可以实时地采集单灯控制器的负载工作情况，便于统计路灯亮灯率，大大减少路灯管理部门的工作压力，增加工作效率，显著地提高社会效益。
单灯控制器提供一路继电器开关输出、提供一路PWM调光信号输出、一路0-10V电压调光信号输出。
单灯控制器的主要性能特点：
◆工作于220VAC（或110VAC）市电线路
◆继电器触点容量达10A/250VAC
◆实时的电流与电压数据采集
◆基于安全的过载保护设计
◆提供1路PWM调光信号输出
◆提供1路0-10V电压调光信号输出
◆电力线载波信号接收灵敏度高达－60dBV
◆电力线载波信号发送幅值为2～5Vpp，在1Ω负载条件下
◆电力线载波通信符合EIA-709.1，EIA-709.2等国际标准
◆完善的电力线通信协议
◆工业级工作温度范围：
－20℃～＋70℃
◆外形尺寸：
180mm×65mm×48mm（L×W×H）
3.3.1单灯控制器功能说明
单灯控制器内部功能框图如下：
单灯控制器是以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灯控制器的数据，并接收电力线载波部分发出的工作指令，执行开灯，关灯，查询，回送电流、电压、电量等数据。
◆单灯控制器的工作电源，输入为220VAC，50Hz市电，输出一组220VAC，在接负载的情况下，额定工作电流为2安培。
◆内部负责开关的是一只高性能继电器，其触点容量为10A/250V。
另外设计有专门的电路消除触点动作时可能产生的电弧，保证工作的可靠性，延长使用寿命。
◆内部负责电压、电流、功率、电量数据采集的专用集成电路能够实时地提供路灯工作情况，用户可以在后台软件上读取这些数据。
◆过载设计是用来保护单灯控制器，一旦电流超过规定阀值，微控制器就会切断继电器，同时将过载信号发送至监控中心。
◆PWM信号频率为100Hz，电平为TTL电平，占空比0～100%可调。
3.3.2单灯控制器电器参数
序号
项目
测试条件
参数
Min.
Typ.
Max.
Uints
1
额定工作电压
180
220
250
VAC
2
工作功耗
载波接收状态
0.5
1
1.5
W
3
继电器触点容量
交流220VAC
—
10
—
A
4
额定负载功率
0
400
600
W
5
过载动作电流
—
4
—
A
6
电压测量范围
0
220
380
VAC
7
电压测量误差
0
0.5
1
%
8
电流测量范围
0
2
20
A
9
电流测量误差
0
0.5
1
%
10
载波发送幅度
1欧姆负载
2
4
5
Vpp
11
载波接收灵敏度
—
-60
—
dBV
12
PWM输出电压
4.8
5
5.1
V
13
PWM输出频率
—
100
—
Hz
14
PWM输出占空比
0
—
100
%
15
开关量输入类型
常开触点
16
工作温度
-20
25
60
℃
17
工作湿度
5
—
95
%
四、经济效益和社会效益分析
首先，采用集中式控制的监控方式提高了路灯控制的实时性，可以根据季节、气候以及特殊节假日的需要，随心所欲地控制全市区任何一盏路灯的开关，提高亮灯的一致性，又可避免由于钟控器走时不准或失控而造成的电能浪费，做到适时、适度照明。
同时，采用电脑智能化控制系统后，每个单灯的状态可以及时反
升级会员 