城市照明管理系统设计方案.docx
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城市照明管理系统设计方案
城市照明管理系统
设计方案
上海顺舟智能科技股份有限公司
二〇二〇年
一、概述
随着城市建设的发展，道路照明的要求和数量不断增加，因此各级政府对城市道照明控制提出更高的要求。
希望实现城市照明管理的现代化，使道路照明管理水平达到国内领先水平。
启用先进回路管理监控系统，结合现场光照度采集系统对回路实施开关，对回路的实时监控和管理，确保智能、高效、全天候运行。
上海顺舟城市智能照明监控系统以无线通讯为核心，实时监测现场环境亮度利用无通讯技术实现对集中管理器回路的控制，系统可以实现对隧道灯、广场、码头等各种需要长时间照明的场合的回路控制、远程控制回路的开关、监控回路的工作状态，从而实现高效率、低成本的管理。
以无线NB-IOT通讯为核心的智能照明控制系统，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”等软硬件来构建城市智能监控系统方案，力求通过本系统的建设，在实现城市智能照明节能控制的同时，使城市照明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，包括监控中心、集中控制器、光照度采集系统构成，选用最先进的设备，满足城市照明的要求。
对城市道路照明进行实时、光控、定时等有效的管理和维护。
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。
系统的控制与反馈过程如下：
中心控制软件将控制指令通过光纤网络或GPRS无线网络将下传至集中控制器，集中控制器再通过无线方式与光照度传感器通讯，光照度传感器采集现场亮度。
同时整个系统平台可以实时采集道路光强检测器实时采集的各照明段亮度，并反馈到控制中心控制软件，通过将反馈亮度与计算控制亮度进行比较，方便工作人员对现场亮度进行响应调整。
本方案涉及包括对目前现有的道路照明控制柜及实现以高科技手段为支撑的高水平、高性能，节能、可靠、稳定的城市绿色照明智能监控系统。
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。
★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：
采用一体化集中控制器，系统安装方便、调试周期短。
★项目实施简单：
采用无线NB-IOT、4G，免布线快速安装及调试。
★节能、节约：
智能控制实现自动调光功能，实现二次节能。
★标准化：
所采用的产品均符合国内外通讯、电气标准。
★智能化：
根据实际需求或者现场环境要求实现回路智能开关。
2.2系统结构
2.2.1系统优点概述
1、城市智能照明监控系统采用先进的系统方案，由设在监控中心担任集中控制的心脏，而由分布在各个路灯配电箱的远程监控终端（集中控制器）作为分布式控制节点站使用无线与现场光照度采集设备通讯。
2、监控中心与集中控制器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、每个照明区域集中控制器与现场光照度采集设备采用无线通讯，对现场集中管理器进行回路控制。
4、集中管理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移动网络临时故障时，集中器可独立执行预设各种定时或者经纬度定时任务以保证管理系统在缺省状态下可以正常运行。
5、根据环境亮度控制回路开关，结合光照度采集系统，可以实现现场回路按照环境的亮度智能开关，亮度达不到回路全部开时，只开部分回路；亮度达到全部开时回路全部打开。
6、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管理部门未来节能改造升级，如加装LED隧道灯等，可直接实现远程控制调光功能，避免二次改造。
2.2.2系统结构图
2.2.3系统功能概述
系统功能：
★主动问询功能：
监控中心可以主动查询每盏灯的开关状态、电流电压、电压、功率、功率因数等数据
★主动控制功能：
监控中心可以依据控制权限控制任意一回路、一回路组、一个区域回路；并依据客户自己要求，实现半夜、关半边的控制，以达到节能效果等功能
★自动光控功能：
依据道路上光照仪采集的光照亮度数据，自动调整各不同区域的开关回路时间，加装单灯控制器还可以控制各不同区域的光照亮度；
★报警功能：
通信中断、回路故障等情况出现时，监控中心有报警显示
★地图功能：
在电子地图上显示每个集中管理器回路的开关状态并对每个集中管理器远程手动执行开关回路功能。
★数据存储功能：
现场监控设备和服务器上的数据库中存储历史记录
★数据查询功能：
监控中心可以查询任意时间现场集中管理器的数据信息
★曲线报表功能：
加装国网电表可以生成电量报表
★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：
系统可选定增增加集中管理器的数量；也可以增加其他控制设备扩展其它功能
系统特点：
★安装施工简易快捷，无需铺设专线，节省成本。
★实时控制道路上控制回路的开/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。
可以单独远程设置集中管理器控制开关时间，实现回路的灵活控制。
也大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长电源寿命。
★根据天气情况和实际光的照度，自动控制回路的开/关，如在不好的天气时及时打开现场灯具，对于安装在桥下或隧道的回路灯具，根据据实测光强，来自动以最佳的时间打开隧道灯，提高公众满意度，在灾害天气使照明更人性化。
★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。
2.2.4系统基本功能组成
（一）、智能照明智能监控系统功能
★手动、定时开关：
★分时段自动开关；
★自动依据光照仪采集数据调整亮度；
★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。
（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定时任务，自动运行；
★光控模式─动依据光照仪采集数据调整亮度
★普通执行方案；
（三）、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；
★选择组单位─如可以路段或片区为单位编组，对某组或某几组进行控制；
★单点开关─可对单点进行精确控制；
（四）、自动检测功能：
★自动巡检、随机检测或按时段定时巡检：
★各回路是否按中心指定开关操作和运行，并取得相应状态；
★各回路的电流、电压值等；
★在箱变柜加装具有485接口的数字电量表以后，可取得各箱变的用电量，并合计为总电量；
★上述数据及时上传至控制中心。
（五）故障报警功能：
★系统对自动或手动检测各回路状态进行自动判别，发现故障时将及时报警，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）；
★监控终端故障；
★通信故障；
★回路故障；
★其它系统认为有必要报告的故障。
★所有故障报警都带有故障类型、单位名称等信息，并作为档案记录在数据库中。
（六）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，如电控箱、远程监控终端、监控终端有关故障报警（可选）等。
★故障报警报表。
★各类数据曲线图表。
（七）地理图文显示功能：
★采用简易地理图文显示，达到图文并茂、界面美观和使用方便的效果。
★通过数字标定，将所控区域的集中控制器单元及其控制区域标定在电子地图上；
★激活地图上任一集中控制器时图标，可显示所选集中控制器有关数据或参数；
★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；
★能实时直观显示各集中控制器有无开灯回路；
★当系统检测到某个集中控制器单元有故障报警时，系统将及时标定并显示警告标志。
★显示集中管理器工作状态。
（八）远程抄表功能并进行统计分析：
★监控中心软件可与配电柜数字电表通讯，实现自动远程抄表并进行统计分析。
（九）监控终端（集中控制器）现场调试、维护接口和远程升级功能：
★每一个远程监控终端集中控制器都具有调试和维护接口、按钮和远程升级功能，便于调试、维护和系统升级。
（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；
★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，均能满足大中城市及有关灯光系统长期的发展和扩容要求。
（十一）单灯控制运行功能：
★通过采用无线NB-IOT，在无需加铺电缆的情况下，利用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总控中心硬件组成
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。
总控中心由监控工作站、总控服务器、打印机、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监控中心软件
上海顺舟智能科技股份有限公司开发的智能照明监控和管理系统，是上海顺舟智能科技股份有限公司为城市道路照明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、电器组态控制为一体。
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。
监控中心软件特点：
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。
3.2智能远程监控终端控制器（集中控制器）
集中管理器是上海顺舟智能科技股份有限公司全力打造的专业照明控制系统中的一个组件，是照明控制系统中的一个重要组成部分，其核心芯片采用自主研发的ZigBee无线通信模块，GPRS通信模块，高性能的ARM，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，是专门为智能照明而研发出来的高性能节能产品。
集中管理器符合ZigBee通信标准的IEEE802.15.4协议，TCP/IP协议，接口支持485串口，网络NET口，功能主要是定时控制，经纬度自动控制，回路远程控制，三相电采集；
集中管理器内部包含一个三相电流与三相电压计量电路，它可以实时采集三相电的负载工作及用电情况，通过采集每个回路的功率，来统计道路的亮灯率，大大减少路灯管理部门的工作压力，提高工作效率，从而显著提高社会节能效益。
技术参数：
●正常供电：
AC85～420V50Hz单相，三相
●整机功耗：
≤2W
●采用高性能32位ARM处理器
●回路负载：
1～8回路/5A
●通讯接口：
ZIGBEE，GPRS，RJ-NET，485可选
●防雷等级：
防浪涌6000V单相.
●传感器接入：
雨雪，光照，车流量
●信号接入：
开关量，4-20MA，0-5V
●单网容量：
0～500个节点
●ZigBee通信距离：
可视距离单点之间2000M
●电表接入：
支持智能电表485口的接入
●相对湿度≤95%（不冷凝情况下）
●工业级工作温度范围：
－40℃～＋85℃
主要功能：
1、可实现对三相电或者单相电的电流（三路）、电压（三路）、有功、无功、功率因素、温度等数据的采集；具有1～8路回路开关控制。
2、接收服务器下发的定时策略存储在本地，上报服务器所要查询的数据；可实现本地或者远程的查询与配置；同时可实现策略的查询、修改；也可进行手动实时控制命令和查询命令。
3、回路控制：
具备1～8路的回路控制输出，默认为4回路输出.
4、定时控制：
具备多级的定时控制可本地及远程修改定时时间.
5、经纬度控制：
具备经纬度自动控制功能.
6、异常情况蜂鸣器报警（可自己设定告警的上限值和下限值，查询到有异常数据信息时告警）具有记录显示时钟日历信息（可定时查询、控制，有效记录数据的时间）
7、LCD显示屏（可选择自己想要显示的信息），彩屏带背光
8、按键选择控制（方便进行配置，菜单选择查询查看信息，选择发送策略）
9、备用锂电池（3.6V，80Mah）
10、设备基准电压检测（低电压检测）
11、状态信号指示灯（反应子网控制器的实时工作状态）
12、智能功能：
通过结合多种传感器（温度、雨雪、光照）等来自动分析当地的天气状况、环境状况自动控制灯的开关、亮度。
13、（预留功能）：
手机短信异常数据告警；智能手机通过WIFI访问嵌入式web，实现对灯的监控。
3.3光照度采集系统
顺舟智能照明控制系统中的光照度采集系统包括光照度传感器和SZ06系列采集设备，光照度采集系统直接通过无线ZigBee方式经顺舟集中管理器传输到智能照明控制系统中，使产品具有可扩展，易实施、免布线、工作可靠、易于维护等优点，是专门为智能照明而研发出来的高性能节能产品。
顺舟智能光照度采集设备，采用了加强型的ZigBee无线技术，符合工业标准应用的无线数据通信设备，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性；光照度传感器采用高灵敏度探测器，具有测量范围宽、线性度好、防水性能好、使用方便传输距离远等特点适用于各种场合，光照度采集箱具有以下特点。
●供电：
DC12V；
●光照度量程：
0-200KLUX；
●通过无线ZigBee进行组网传输；
●通信距离远：
最大视距传输距离2km；
●抗干扰能力强：
2.4GDSSS扩频技术；
●组网能力强、网络容量大、可管理性、数据采集灵活、定时主动上报或上位机查询、无线功能强大：
具备中继路由功能；
●工业级环境应用设备；
3.4单灯控制器
SZ10-R1A-NB-D控制器NB通信系统符合LTE制式NB-IoT窄带通讯标准，NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。
具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。
NB-IoT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。
Zigbee通信系统符合ZigBee通信标准的IEEE802.15.4协议，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点，可实现一点对多点及多点对多点之间的设备间数据传输，可组成星型网、网状网等Mesh网络结构。
当其中一种通信系统出现故障时可以通过另一种通信系统进行实时控制和数据读取操作，从而提高路灯亮灯率和灯具故障判断准确性。
SZ10-R1A-NB-D路灯控制器内部包含电流与电压计量电路，它可以实时采集路灯控制器的负载工作情况，大大减少路灯管理部门的工作压力，提高工作效率，从而显著提高社会节能效益。
SZ10-R1A-NB-D路灯控制器的主要性能特点：
●输入电源：
AC90～265V50/60Hz
●输出电源：
AC90～265V50/60Hz
●具有电流、电压、功率、电能、频率、温度检测等功能
●2路开关和0～10V或PWM调光信号输出的功能
●具有灯具状况检测、缺省亮灯等功能
●适用于LED灯、高压钠灯、金卤灯等灯具的开关和调光
●基于安全的过载保护设计
●NB频段：
LTENB-ioTB3/B5/B8
●Zigbee无线频点：
2.4GISM全球免费频段
●Zigbee无线信道：
16个
●Zigbee单网容量：
65535个节点
●完善的Zigbee无线组网通讯协议
●工业级工作温度范围：
－40℃～＋85℃
二、产品外观
三、技术参数
参数
参数值
备注
1
外形尺寸
161×62.3×44（mm）
2
防护等级
IP65
3
输出额定电流
4AMax
4
调光控制类型
0-10V\PWM
可选
5
产品输出
单相交流
6
NB模组发送功率
23dbm
7
NB模组灵敏度
-135dBm
8
采集数据
U,I,P.Q.COSΦ
9
USIM接口
1.8/3.0V，支持SIM或USIM
支持电信\移动\联通
10
NB天线天线增益
2dB
11
NB天线天线驻波
≤2.0
12
Zigbee无线频段
2.4G
13
Zigbee天线增益
3dB
14
Zigbee天线驻波
≤2.0
15
Zigbee传输距离
800m
在常规道路环境条
件下的节点之间
16
天线类型
外置
3.4各控制系统对比
四、经济效益和社会效益分析
首先，采用集散式控制的监控方式提高了单路照明控制的实时性，可以根据季节、气候以及特殊节假日的需要，随心所欲地控制全任何一回路的开关，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馈到控制中心，运行和管理人员足不出户即可了解到各处开关灯情况，既节省了巡灯运行费用，又大大缩短响应处理时间，并可通过完善的故障诊断功能，及时发现故障隐患，做到防患于未然。
可以估计的经济效益包括节省的电费开支和运行维护费用两大部分。
4.1经济效益分析
4.1.1电费开支
电费开支的节省，一方面主要通过自动跟踪当地日出日落来合理设置开关灯时间，避免电能浪费。
另一方面，根据照度及各处电路供电情况自动调整照明电压，实现节电节能。
以一条3000米双排高杆灯为例：
灯杆隔距30米，每根灯杆装有400W机动车照明灯和250W非机动车照明灯各一盏，全程共200根灯杆，开灯时间19：
30分，关灯时间7：
00分。
因采用回路控制后开关灯模式可任意设置，现以几种模式为例计算年用电量：
✧全亮时总功率：
200×（400+250）=130000W=130KW.
✧单边亮时功率：
100×（400+250）=65000W=65KW.
通过适时开关灯节电：
设通过适时开灯节约开灯时间20分钟。
全亮时节电130KW×20/60=43KWH,一年节电43×365=15695KWH。
各开灯模式下的用电量计算如表所示：
亮灯功率（KW）
用电量
日用电
年用电
全亮方式
130
14950
55万度
全亮开，半夜半边杆亮
130→65
1040
38万度
若采用单灯控制器适当灵活调半夜关灯时间，节电效果果更趋明显。
由于采用单灯控制能灵活控制各杆灯灯头亮灭模式，因而能在不明显影响总体照度的前提下有效节电，或者在用电量大致相同的情况下，明显提高照明效果，因而在取得较好经济效益的同时取得良好社会效益。
4.1.2运行维护费用
采用灯光自动监控系统后，每夜巡灯由电脑实现，如无故障，则不必出动车辆，节省大量的人力物力。
监控系统自动控制开关灯操作，取消了每半月一次的人工修改时钟的工作，亦可节省大量的人力物力。
主要体现在以下几个方面：
巡视费用
建立监控系统后，减少了派车巡灯的费用。
以前路灯管理所的人分组去巡视，现在一般情况下不需要人工巡视。
灯具损耗费
由于采用经济运行方式，让灯具科学地轮换“休息”和稳压运行，还可大大延长灯泡使用寿命，一般可节约25%左右费用。
4.2社会效益
该系统是解决全球电力短缺的手段之一，可以通过采用先进的节电设备和完善的电力方案来节省有限的电力使用量，有效地缓解全球能源紧缺的现状，达到节约能源的目的。
系统是一个网络通信控制系统，建设好这个网络系统，可以为整个城市的路灯数字化实现提供有力的保障作用。
系统还可以提高社会的服务质量，增加对客户的透明度，并对整个社会，特别是智能照明系统产生积极的推动作用，它能够及时反映现场和远程低压网络的整体信息，进行运转监测。
系统能够有效降低电力部门的运营成本及供电成本，促进电力信息一体化的建设，改善电力部门的服务质量，从而提高电力部门的竞争力，具体如下：
✧监控中心可以通过主动查询个回路的开关状态、电流电压、电量等数据；
✧可随季节变化设定灯具电源开启和关闭的时间；
✧自动控制功能：
现场按季节变化自动调节回路开关时间，并按照要求开关灯；
✧通信中断、亮灯率过低、未按时开关等情况出现时，可主动上报至监控中心。
✧另外，一个好的照明控制系统不仅可以提供现有的服务外，还可以提供和发展各种高附加值的增值服务，这个功能除成本低廉的优点之外，可以推动智能照明控制行业多方面发展
✧各类故障或异常情况报警
✧多种报警方式供用户选择
✧远程报警信息送至控制中心或值勤人员手机
五、系统工程施工遵循规范
5.1工程施工注意事项
✧集中控制器安装极为方便，在现场作业施工时候，需要注意防水保护；
✧集中控制器的回路额定输出电流为220V/5A，施工工程中，尽量避免过载使用，导致保险丝烧断；
六、工程验收
工程验收由工程设计、施工和建设单位的代表组成验收小组，按竣工图进行。
验收时应做好记录，签署验收证书；验收合格后，方可交付使用。
当验收不合格时，应由设计、施工单位返修直到合格，再行验收。
作为施工单位在正式工程验收前10天，自己应组织预验收。
6.1验收内容
⏹系统安装质量验收
⏹系统功能的测试验收
⏹系统技术指标及系统设备技术指标的测试验收
6.2验收标准
系统安装质量、安装工艺验收按国标等相关标准和行业标准验收;
系统功能测试验收按工程承建方向工程建设方提交的《系统工程设计方案》中的“系统功能”章节所叙述的具体内容进行验收;
系统技术指标和系统设备技术指标的验收，按承建方提交的技术资料测试验收。
验收后双方共同签署的文件：
✓对工程主观评价表
✓功能测试表
✓施工质量验收记录
七、质量保障、售后服务及培训
7.1服务期限及人员
我公司产品按照国家规定，提供“三包”服务，服务期限为自安装之日起12个月。
在“三包”期内，硬件产品无条件替换；
在“三包”期内，我公司指定专人专门进行现场服务；
在“三包”期内，软件产品免费升级；
7.2技术支持与服务
对于我公司所设计施工的系统及我公司销售的设备我们保证用户能够得到整个系统的终身技术支持和服务。
在服务速度上，我们承诺，在用户系统出现故障时，
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