GPRS无线远程灯光控制系统方案通用.docx
《GPRS无线远程灯光控制系统方案通用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPRS无线远程灯光控制系统方案通用.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
GPRS无线远程灯光控制系统方案通用
GPRS无线远程灯光控制系统
总体技术方案
北京嘉复科技有限公司
二零一一年九月
一、概述
1.1项目名称
项目命名为《XX市路GPRS无线远程灯光控制系统》（以下简称系统）。
1.2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，随着道路照明和景观照明的要求和数量不断增加，各级政府和市民对城市的建设、道路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。
现行的控制方法以分散时控为主，就是在现场的控制箱内设置好开关灯时间，由现场设置控制灯光的动作。
这种方法既不能及时调整开/关灯的时间，更无法及时反映照明设施的运行情况，并且故障率高、维修困难。
随着城市的不断发展，控制范围越来越大，现行的控制方法无法及时反映照明设施的运行情况，使得维修工作十分被动。
运行过程中的故障只有等待巡视人员到达现场才能发现，或者被动地等待市民的电话反映，因此难以做到及时维修。
当遇到暴雨、暴雪等极端特殊的天气情况时，由于缺乏灵活的控制手段，必须临时派出大量的人员到现场手动操作照明开关箱，因此在时间十分紧迫的情况下，无法满足应急处理的要求。
北京嘉复欣科技有限公司研制的GPRS无线灯光监控系统，由先进的GPRS无线数据通讯网络、计算机信息管理及智能灯光控制设备等组成的分布式无线遥测、遥控、遥信系统。
可以对全市范围内的灯光进行遥控开关灯、遥讯设备状态以及遥测电流、电压、用电功率。
根据对所测数据的分析来判断城市灯光运行有无故障及亮灯率的估算和计算,定时存储和打印各有关数据。
对系统数据通讯超时、状态出错、灯具故障等进行报警处理。
此系统由两大部分构成
1．GPRS无线灯光监控系统平台，包括监控中心数据库、设备信息管理系统、监控系统及无线通讯系统。
2．无线灯光控制单元，包括GF-LCS6008-12智能照明控制器
本方案提供完整的城市灯光监控软硬件系统（监控中心、地理信息系统、远动控制器、无线通讯终端），该系统适应于大、中、小各种规模的城市，系统大小可灵活配置（如从几个点到几千个点）。
具有遥控、遥测、遥信的“三遥”功能。
该系统通过发送控制指令和接收状态信息数据来控制远动控制器，完成对灯光设备的照明控制、电量/非电量的采集、报警等具体操作。
1.3建设系统的意义
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。
在特殊的天气情况时能通过人工控制进行应急调度。
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。
降低维修成本：
系统将“巡灯查找故障”改为“值班等待报警”，减少了“巡灯”人员和车辆损耗，降低了维修成本。
在已经知道了故障的地点和情况，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。
实现科学管理：
系统能将采集到的数据自动进行存储、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。
节约电能：
系统能提高开/关灯的可靠性和可检查性，避免白天亮灯、晚上熄灯情况的出现。
设备预置合理的开关灯时间方案，在满足对城市照明的需求时，有效地减少了开灯时间，从而节约了大量的电能。
降低运营成本：
通过减少开灯时间，能有效延长灯具的使用寿命，可有效降低运行成本，进一步提高了经济效益。
1.4设计依据及参考资料
设计主要依据为：
系统的设计还参照如下技术规范和标准：
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
二、系统功能
该系统具有以下功能：
系统实现“三遥”功能：
遥控、遥测、遥信；可自动巡测、手动巡测和选测（8路继电器状态、三相电压、12路电流、有关功功率、无功功率、功率因数及各种数字状态量等数据量的采集）。
采用时控法控制方式进行照明控制，实现预约控制和分时控制。
可设置多达8套时间方案以实现对路灯设备灵活的控制方式；可预设多种时间控制模式，包括普通模式、按经纬度日出日落开关灯模式、节假日模式、周循环模式、二次开灯模式和超级经纬度开关灯模式（需定制）。
具有设备分组功能，可按路段或按区域对设备进行分组，从而实现分组控制。
健全的报警处理机制，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。
支持手机用户通过短信对路灯进行开关灯操作；
支持智能手机通过无线互联网接入系统进行开关灯操作和设备状态查询；
自动计算亮灯率。
能根据电压、电流、功率因数的变化自动进行亮灯率估算；
具有设备档案管理功能，即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
具有电子地理信息（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；
具有设备组态功能，通过图形化界面用户可以直观得获得终端设备当前运行状态和参数
查询打印功能。
根据年、月、日统计数据进行查询，显示的数据均可打印；
安全管理。
采用多级操作口令和自动密码保护；
具有历史纪录（用电量、负荷曲线、视频记录等）查询统计功能；
支持多种组网及通讯方案选择，可支持GPRS无线通信方式、以太网通信方式、光纤通信方式；
系统容量：
1个主站，10000个监控终端，规模可灵活配置；也可构成网络化控制
三、设计原则
3.1可靠性
由于系统的服务于社会大众，稍有差错即会产生严重的负面影响；同时监控设备长期在户外运行，工作环境极为恶劣，因此必须充分考虑系统的可靠性。
要求监控系统能够长期稳定地运行；同时要求监控系统在个别设备出现故障的情况下仍能稳定运行，不影响或者少影响照明系统的按时开启和关闭。
3.2先进性和合理性
软件及硬件构成均符合相关标准，整个系统应是目前国内最先进的，并在一段时期内处于国内较为先进的水平。
同时，系统设计时以合理性为原则，不盲目追求先进性，从而造成的华而不实、浪费资金，降低可靠性。
3.3可维修性
系统的设备采用模块化设计，并且各单元部件具有故障信息定位指示，便于设备维修。
3.4可扩展性
硬件采用模块化设计，软件采用组态化设计，使得系统扩展、升级均不必改变现有设备的状态。
3.5安全性
组网设备可靠，组网方案可靠，数据库服务器采用可采用RAID5，用于数据备份防止数据丢失保证系统正常运行；软件部分采用用户权限分级管理、防火墙的方式防止意外攻击；同时可根据灯光管理处需要采用备份路由。
四、系统总体构架
4.1系统整体框图
GPRS灯光集中监控系统是北京嘉复欣科技有限公司推出的新一代城市道路照明管理系统。
系统采用先进的智能控制技术、灯光节能技术、无线通讯技术、GIS技术、远程视频技术、大屏幕技术等。
为城市安全照明、功能照明和景观照明管理提供稳定可靠、方便、高效、节能的综合管理系统。
GPRS灯光集中监控系统包括三个子系统：
1、智能照明控制子系统：
智能照明控制子系统的作用是使城市照明系统更加安全稳定的运行，为管理者提供高效、方便的管理系统。
实现城市照明的现代化、自动化、智能化。
可实现时控、光控、人工控制、分时段自定义控制、全夜灯/半夜灯控制等功能。
2、智能照明视频监控子系统
智能照明视频监控子系统为城市照明提供完善视频监控解决方案。
代替传统人工现场勘察的方式，为用户提供远距离实时现场视频图像。
传统人工现场勘察的方式费时费力，并且无法保证城市照明正常高效的运行，无法及时发现和排除故障。
视频监控系统让城市照明系统的管理者足不出户就可对现场情况了如指掌。
并且可以和照明智能控制子系统实现联动。
当控制子系统发生报警事件或者用户对控制点进行操作时视频监控系统可以自动切换到事发现场，让用户可以实时了解到报警现场的情况或者用户操作的结果。
3、大屏幕显示子系统
该系统中采用了高可靠性的大屏显示和控制设备，投影机采用先进、成熟、实用、可靠的科技技术，可方便的将计算机信号，各种视频信号投射到大屏幕上。
根据监控机房的实际情况系统可以采用正投影方案，也可采用背投影方案。
但从效果来看硬背投方案的投影效果更佳。
建议系统的投影仪采用3300流明和1024*768分辨率。
五、智能照明监控系统组成
5.1智能照明控制软件系统
5.1.1软件组成
本系统软件采用C/S结构设计，分为监控子系统、设备管理子系统、通信转发子系统、管理数据库四个模块。
监控子系统：
用于表现业务的操作逻辑，主要以图形化的界面来表示。
设备管理子系统：
用于对所有灯光控制终端的信息进行录入、查询和修改。
通信子系统：
实现具体的业务逻辑，此部分是实际业务处理的过程，没有图形化的界面，对于用户来说是不透明的，是用户在表示层所作操作的具体实现。
管理数据库：
存储系统运行期间的采集数据及系统运行时的所有系统管理数据，通过数据库将所有系统所需要的数据进行存储，以便于日后统计查询。
本系统数据库服务器采用SQLSERVER。
软件配置清单：
序号
软件名称
操作系统
开发环境
1
灯光控制系统
WinXP
C#
2
信息管理系统
WinXP
C#
3
前置机通信软件
Win2000Server
VC++
4
数据库
Win2000Server（中文）
SQLServer
5.1.2软件基本功能
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。
支持GPRS平台通信标准。
本软件采用组态设计，在系统扩容过程中，不影响原设备的运行，避免了系统运行和扩展安装之间的矛盾。
系统软件主要功能如下：
自动巡测和备份：
调度端按规定的时间周期（可以根据开/关灯前后时段任意选取不同的周期）自动进行定时巡测，将所有监控终端的数据（如电压、电流、有功和无功功率、亮灯率、控制箱门状态、开/关状态、开/关灯时刻、光控采集值等）存储在微机中，并自动进行年、月、日统计。
定时巡测将自动对时，自动调整最新的开/关灯时限。
系统可实现巡测周期小于100秒，保证数据及时上报。
前置机运行时会将所有数据存储于本机的双硬盘空间中，并备份到服务器和后台机，所有联网计算机均可通过授权访问数据。
自动开/关灯：
根据时控的控制原则可以整体，也可以分组自动开/关景观灯，也可由时控方案实现对各种景观灯的开灯和关灯。
对装有单灯控制器的景观灯则可实现单灯的自动开/关灯。
手动巡测、手动选测和手动遥控：
操作者可以随时检测终端的运行情况，可以对任意监控终端进行手动巡测、手动选测，也可以对任意监控终端控制的景观灯进行遥控开/关操作。
对装有单灯控制器的景观灯则可实现单灯的选测和手动控制。
特殊情况下的开/关灯的处理：
在特殊情况下，通过人工干预系统可以实现白天亮灯功能。
自动语音报警处理：
当监控终端主动报警或调度端在遥测时发现有警时，前置微机自动发出语音报警、自动存盘并在地图上显示相应的位置和故障类型，在电子地图以及大屏幕上显示相应位置，并可转移至相关人员的手机或传呼机上。
报警内容包括供电停电、电压电流越限、晚间熄灯、白天亮灯、接触器粘连或断路、熔断器开路、亮灯率过低等。
自动计算亮灯率：
能根据电压、电流和有功功率的变化自动进行亮灯率计算。
查询打印：
可以对各监控终端的任意定时数据（包括电压、电流、功率、亮灯率、接触器状态、强电箱状态）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，按照标准的数据库格式存储。
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。
可以对历史故障进行查询和打印。
时控法控制方案：
本系统采用时控法远动控制方案。
现场远动控制器按照中心下传的时间表自动定时开/关灯。
系统软件能设置开/关灯的有效时段。
本地和远程均可执行强制操作和遥控操作。
远程实时查询模块：
运用SOCKET编程方法，实现对照明设施当前状况的实时查询，查询内容包括各终端的最新以及历史数据和故障情况，实现异地远程接入访问，以提供更多的监测方法。
通过该软件，维修公司照明设施管理人员或其他管理人员不到调度室也可以很方便地了解照明设施运行情况。
卫星自动校时（GPS）软件模块：
运用卫星校时系统和计算机技术，实现对系统前置机的准确校时，防止人为或其它意外因素造成的因计算机时钟误差引起的开/关灯误操作，保证了系统时钟的准确性。
信息管理系统：
信息管理系统主要针对系统管理员、工程师、操作员而设计的，通过管理系统，管理员可配置系统正常运行时所需要的所有基础数据，例如系统管理员可添加、删除登录的用户信息；工程师可添加、删除、修改远程控制设备的信息，同时可对设备的通道信息进行相应的配置，例如开关灯时间的配置等；系统工程师还可对已添加的设备进行分组，以便于操作员对设备的控制。
安全管理：
本系统具有完备的安全体系设置，为保证系统安全，用户登录系统时需提供用户名、密码及身份（例如管理员、操作员等角色，由系统管理员在建立用户信息时设置），系统对登录用户提供的信息经过认证后，用户才能正常进入系统，执行相应的操作。
所有被监控设备都有操作记录，包括操作人、被操作设备、操作日期、时间、操作内容等，系统对操作记录提供查询、统计功能。
用户信息管理：
用户信息管理具有添加和删除两项功能，用户的基本信息包含三项内容，即用户工号、密码及角色，通过输入这三项基本信息，然后点击增加按钮，即可增加新的用户。
如果要删除用户可在列表栏中单击某一项以选择该项数据，此时删除按钮为可使用项，通过点击删除按钮即可删除该用户信息。
通过用户信息管理，系统管理员可添加和删除用户，同时分配给用户相应的角色，不同的角色具有不同的操作功能。
设备信息管理：
系统提供图形化的界面，可添加、删除、更改设备基本信息，设备基本信息包括设备标识、设备型号、工作模式、设备IP地址、监听端口号、手机号。
通道信息设置：
通道配置界面实现设备的模拟通道、数字通道、控制通道三种类型通道信息的设置，针对每种通道的配置都具有增加、删除、修改三项功能。
5.1.3多媒体故障告警
系统将报警分为3个级别：
A.紧急告警：
已经或即将危及设备及通信安全，必须立即处理的告警。
B.普通告警：
可能严重影响设备及通信安全，需要尽快处理的告警。
C.预告警：
可能影响设备及通信安全，需要安排处理的告警。
系统通过实时采集现场数据，并根据报警算法的判断，一旦产生报警，系统即刻进入报警处理过程，过程如下：
a.无论监控系统处于任何画面，均自动提示告警，显示并打印告警信息。
所有告警一律采用可视、可闻声光告警信号；
b.同时三级告警信号采用三种不同的显示颜色和告警声响（或语音）；
c.告警发生后，操作人员可在任何画面按下确认键，关闭可闻告警声响，但不关闭灯光闪烁，故障排除后，恢复原状态；
d.紧急告警发生后，通过电话网自动拨号（短信、固定电话、手机），向相关人员发出告警信息，告警具有语言提示，告诉相关人员告警的名称、发生的地点、时间、级别等；故障排除后，自动解除声光告警，并通过电话网自动拨号，向相关人员发出告警解除信息。
5.1.4故障分类
故障可分为白天故障、晚上故障和通信故障。
1）白天故障主要有白天亮灯、接触器未释放、接触器吸合、接触器粘连和供电线路停电等；
2）晚上故障主要有接触器断路、熔断器开路、断线、碰线、晚上熄灯和供电线路停电等。
另外，也可对工作电流和电压设置报警上、下限，当终端运行过程中发现电流、电压越限时能主动报警；
3）通信故障主要是通信链路异常断开导致远程控制设备下线。
4）照明控制箱外箱门非法打开报警，防止盗窃和破坏照明控制箱。
5.2照明智能监控系统通信方案
正确选用系统通信方案，是城市照明监控系统得以成功运行的必要前提，在照明监控系统中目前可采用的通信方案主要有无线专用网、移动通信网中的GSM短消息、GPRS/CDMA通信方式和数传电台通信方式。
本系统通信方案选择GPRS通信方案。
通信系统的组成框图见下图。
5.3照明监控终端
照明监控终端（RTU）为LCS-6/12型系列照明监控终端。
该终端选用工业级芯片，允许在－40℃～+80℃的环境温度下的连续运行；采用多CPU和DSP协作工作方式，其中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，实现交流采样方案，交流电流、电压采集精度优于0.5%；设备设计、生产全过程进行ISO-9001质量控制；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；每台整机都进行100小时高温上电老化排除了早期失效，有效地保证了设备的出所质量，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：
三相电压、12路电流及有功功率和功率因数、2路直流（测光照等）
遥控：
8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/脉冲量输入
通讯：
2路隔离232或485接口，支持MODBUS工业标准协议
控制器内置8套独立时间方案，每套时间方案可包括普通、节假日、周循环和经纬度四种开关灯计划。
当通信发生故障时，也不影响设备的正常开关灯操作
设备具有天文钟功能，完全能取代用户原有的经纬度控制器设备。
内置报警机制，控制器可进行电流、电压越限报警，继电器状态变化报警，白天亮灯、夜晚熄灯报警、控制柜非法开门报警，报警信息可实时上传到监控中心和指定用户手机上，避免上位机通过巡检分析数据判断报警而造成报警信息滞后的弊端。
设备具有数据定时上报和变化上报两种机制，以适应不同客户对通信数据流量不同的要求；
具有手动控制模式，用户可在现场通过控制终端对灯具进行人工操作；
具有128*64点阵带背光液晶显示窗口，可用于初始化参数设置、设备运行状态查询和故障信息检测，设备提供薄膜键盘可用于参数设置和状态检查
内置GPRS无线通信模块，可实现设备远程通信联接。
可远程修改无线通信模块通信参数。
可实现设备断线制动重连；
自带开关电源模块可直接接入220V电源
预留远程抄表接口；预留远程自动调压接口；预留单灯监测接口。
工作温度环境：
照明监控端的工作环境温度范围满足-30℃~65℃；
5.4照明监控终端主要功能
5.4.1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。
5.4.2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，以确保灯光照明线路的正常运行。
5.4.3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4小时。
不间断电源能防止过分充/放电，保证长期使用。
5.4.4现场自动设定功能
通过手持式键盘、显示器，可以现场中文显示，便于现场的安装调试和维护、维修，并可控制该点的全夜灯、半夜灯、景观灯等，其显示的内容如下：
●时间（年、月、日、时、分、秒）
●开、关灯的最后时限
●采集的交流电流和电压值
●输入的开关量状态
●输出的开关量状态
●在自检状态下，可以显示或修改本机的多种工作参数
5.4.5抗干扰能力
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下列多种抗干扰措施。
●对现场采集的模拟量和开关量信号在硬件上采用隔离和限幅等防强干扰措施。
在软件上采用数据滤波处理，保证了数据的准确性。
●对开关量输出采用软件连续循环置位输出的处理方法，保证了输出的可靠性。
●对强干扰信号造成的运行出错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，已在实际使用中获得了极好的效果。
5.4.6高可靠的变送器电路
选用交流电压、电流二次互感，具有输入输出完全隔离、精度高、功耗低等优点，加以输入端的多重防护措施，极大地提高了传感器的可靠性和精度。
5.4.7通用化设计
终端所有工作参数都可通过终端或中控微机中的设置软件包进行在线设定和修改。
工作参数包括：
站号、通信参数、现场物理量参数、模拟量的计算方式、采集方式、矢量设置和组合报警等内容。
用户可随时根据现场情况（如全夜灯、半夜灯、景观灯等各种类型）自行组态各终端的工作参数，从而既保证了监控终端设备的通用性，又保证了系统具有极大的灵活性。
5.4.8防盗报警功能
在照明控制箱门处加装箱门开关，但外人打开加箱门时能自动向主台报警，保证照明设施的安全。
升级会员 