城市照明智能管理系统.docx
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城市照明智能管理系统
城市照明智能管理系统
随着城市的发展，作为城市公用设施的城市路灯照明系统对人民生活和交通安全起着非常重要的作用。
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、减少能源浪费、满足人们生活要求、实现现代化城市靓丽风景的科学解决方案。
本公司基于绿色物联网技术研发的VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统，为城市控制市政公共成本提供了一个创新的途径。
这个解决方案可以大幅度节约运行成本，能够显著的降低能源的消耗和二氧化碳的排放，增进公共照明系统的安全性，给路灯管理部门带来很多意想不到的附加功能，增加驾驶员和行人安全性等等。
一、概述
1.1目前路灯发展所面临的问题
目前全国大部分城市路灯控制系统面临的主要问题有：
1、控制落后。
开关灯方式落后，当前路灯控制，还停留在手动、光控、钟控方式。
受季节、天气和人为因素影响，自动化管理水平低，路灯经常该亮时不亮，该灭时不灭，极易造成极大的能源浪费，增加财政负担。
2、操控不便。
调节操控能力不足：
无法远程修改开关灯时间，不能根据实际情况（天气突变，重大事件，节日）及时校时和修改开关灯时间。
3、灯况不明。
不具备路灯状况监测，现有的照明设施管理工作主要采用人工巡查模式，不仅工作量大，还浪费人力、物力、财力。
故障依据主要来源于巡视人员上报和市民投诉，缺乏主动性、及时性和可靠性，不能实时、准确、全面地监控全城的路灯运行状况，缺乏有效的故障预警机制。
4、设施被盗。
不具备设施防盗监测，城市路灯覆盖面积大，管理手段落后，无法准确发现电缆盗割、灯头被盗和断路，一旦出现以上情况，势必给政府带来巨大的经济损失，同时影响市民的正常生活。
1.2VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统介绍
本公司基于绿色物联网技术研发的VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统实现了对已建、在建和将建的市政道路照明的兼容智能管理。
本公司以无线数据传输业务为基础，充分利用近年来工控技术的最新成果，综合利用计算机网络、GPRS无线互联网通信、电力线信息传输总线技术、地理信息系统（GIS）等多种前沿技术，与照明控制行业的应用特点紧密结合，建设了基于GPRS无线互联网业务的公用信息服务平台，为城市照明管理行业规划、管理提供信息化的决策支持手段；构建高效的城市亮化基础设施，实现城市照明监控系统的信息共享；节约照明设备用电量，降低运营成本和维护费用，缩短故障排查时间，同时能有效地对本地设备运行状况进行监控。
VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统研发目的是为了解决各地路灯管理单位对于路灯进行实时监控、远程监控的需求。
安装此系统后，路灯管理人员只需要坐在监控室内，就可以通过计算机对多个地点的多个设备进行监视和控制。
监控中心和现场设备通过中国电信/移动/联通的GPRS业务进行无线的数据交互，在数据传输方面不需要另外布线，安装简单。
为用户提供了一套便捷的、低成本的组网方案。
此系统的主要功能是为用户提供针对路灯设备的“三遥”控制。
所谓“三遥”，就是“遥控”、“遥信”和“遥测”。
“遥控”功能是指对路灯设备的远程控制，此功能分为两大部分：
自动控制和手动控制。
自动控制的执行机制是管理人员在监控室内通过互联网向远端的路灯控制器下发时间方案，所下发的时间方案将存储在集中控制器的硬件中。
此后，在没有外界指令干预的情况下，控制器将自动循环执行该时间方案，直到超过方案中的时间期限，时间方案中含有4种时间表，按照优先级顺序依次为：
临时时间表、周时间表、节假日时间表、经纬度时间表。
多种时间方案和多种时间表可以配置在同一个节点上，集中控制器将按照其中的优先级来自动排列执行的顺序，不会产生动作的混乱，因此可以在最大限度上满足用户对路灯控制的复杂要求。
除了自动控制之外，此系统还向用户提供了手动控制模式，用户可以通过手动控制来进行即时的开关灯操作。
操作时只需要点击要操作的灯，灯将立刻执行开关灯动作。
“遥测”功能是指集中器具有远程抄表功能。
“遥信”功能是指设备（集中控制器和节点控制器）将自身的在线状态、本地路灯的亮灭情况定时地通过巡检的方式自动上报给监控室的计算机。
路灯管理人员可以通过计算机的显示器，利用本系统自带的电子地图功能，直观地监视设备的当前状态，在地图上对发生故障的设备进行快速定位，在尽可能短的时间内排查故障。
二、VL-LAMS智能照明监控系统主要特点
2.1VL-LAMS系统的通讯
1、基于GPRS的照明集中监控网络工作原理
城市集中照明监控管理系统的通讯方式的选择，决定了今后整个系统的运行成本和扩展性。
通讯方式的选择既要考虑到通讯设备本身造价和工程安装的复杂程度，也要充分考虑到今后系统先进性和可扩展性，同时也要考虑到今后的运行费用和可维护性。
基于以上问题，同时又考虑全球各大移动通讯公司和网络公司，共同推出了GPRS（GeneralPacketRadioService）无线上网高速数据通讯业务,是在GSM业务基础上发展起来的，完全兼容于CDMA通讯方式，是3G数据业务的过渡平台。
其广阔覆盖面积、优秀的实时占线式通讯方式和低廉的通讯资费、极强的稳定性，成为新一代热门网络通讯方式。
VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统的监控中心和现场设备通过中国电信/移动/联通的GPRS业务进行无线的数据交互，在数据传输方面不需要另外布线，安装简单。
为用户提供了一套便捷的、低成本的组网方案。
图1VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统网络拓扑图
服务器：
如图1所示，任何一台接入Internet（需固定ip）的PC机都可以作为服务器。
服务器可以设置每盏灯开关的时间。
可以同步客户端时间与服务器时间一致。
监控中心：
任何一台接入Internet的PC机都可以作为监控中心。
监控中心的程序是通过服务器向集中控制器发命令的。
可以随时打开或者关闭任何一盏或者一路路灯。
集中控制器通过GPRS无线网络与服务器通讯。
同时，通过电力载波向控制节点发送开关命令。
控制节点：
接收通过电力线来自集中控制室的控制信号，并执行开关灯的命令。
通过图1的扩展方案组成的VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统，可以轻松在电脑前控制路灯的开关，并监控路灯的工作状况，弥补了现有产品的单机控制方式。
在布线方面，我们公司采用电力载波和GPRS技术，省去了布线的麻烦。
2、VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统的主要特点：
⑴、无论是已经建设的陈旧路灯系统还是在建/将建的新型路灯系统，都能够应用该智能管理系统；
⑵、利用电力载波通信和Zigbee无线射频通信技术，无需另布通信线路、易施工、成本低；
⑶、电力总线载波通信不受天气和地形影响，保证了系统可靠性；
⑷、基于电力载波通信控制器和基于Zigbee无线射频通信控制器可以兼容使用，极大地方便了不同地区、不同气候、不同环境的路灯控制；
⑸、可对路灯进行分区、分线路、分组管理；
⑹、按临时、节假日、周、经纬度等设定路灯自行开关时间；
⑺、每一条线路搭配一台智能电表即可以实现路灯用电远程抄表功能；
⑻、及时远程操控应对突发情况，如天气突变、重要事件和事故灾害等；
⑼、特殊场所动态情景照明及照度调节，实现了照明人性化；
⑽、定时调光（针对LED灯）降低能耗，节能减排，延长灯具寿命；
⑾、路灯故障自动上报，防范“黑灯”隐患，保障点亮率；
⑿、支持凌晨二次开灯，
⑿、线路电缆防盗报警，保护国家财产及道路安全；
三、VL-LAMS智能照明监控系统主要功能
VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统具有如下功能：
⑴、开关控制：
任意一盏、一路或任意自定义组路灯的开关；
⑵、状态查询：
随时可查询路灯开关状态、亮度等数据；
⑶、电力线通信与Zigbee射频通信控制器可以混合使用；
⑷、远程抄表：
无需到现场就能了解路灯用电情况，以及功率，功率因数灯；
⑸、定时控制：
定时控制开关灯、分时段调光（对LED灯）等；
⑹、故障报警：
路灯故障时即时向监控中心报警并显示故障灯号；
⑺、线路防盗：
线路/灯具被盗或被破坏时可即时以故障方式向监控中心报警并显示被盗的位置；
⑻、系统显示：
显示路灯系统组织结构及相关重要信息；
⑼、数据报表：
生成电能、亮灯率等报表；
⑽、数据存储：
存储系统设备执行历史记录；
⑾、用电记录：
精确记录每一条线路的用电量，既可作为支付电费的依据，又可以比较使用智能控制的路灯的节电数据；
⑿、维护拓展：
远程参数设置和维护及其它功能拓展。
图2给出了VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统的功能描述图示。
图2VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统功能描述
四、系统构架
VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统无论是结构还是建设都非常简单、方便，它由三个部分构成：
管理全城道路照明的控制管理软件、控制单条线路上成百上千盏路灯的路灯控制与现场环境采集反馈器（也称为集中控制器）、控制每一盏路灯的智能路灯控制终端（也称为节点控制器），如图3所示。
图3VL-LAMS无线互联网智能照明监控系统构架拓扑图
控制管理软件通过系统监控软件对集中控制器进行远程数据访问和控制，包括参数配置、控制命令发送、现场灯具状态收集等。
能够显示路灯开关状态和亮度信息，远程控制单个路灯的开关和调节路灯的亮度（对LED灯），实现时序调度事件、读取数据记录、监视事件和报警应答等操作；集中控制器执行路灯时序调整、数据记录、报警处理和发送。
它同时负责控制网络的运行，将监控中心的命令下达给节点控制器，将控制器及线路信息反馈到监控中心；节点控制器控制路灯开关、亮度调节等。
路灯现场数据与监控中心之间的数据交换是采用GPRS的无线数据交互通信，其运营费用非常低且无线路物理因素的影响。
五、系统组成设备与性能指标
5.1控制管理软件
监控中心上位机控制管理软件一方面监视和管理集中器反馈上来的信息，如路灯状态，另一方面向集中器发出控制命令，完成路灯开关和调节路灯的亮度，实现时序调度事件、报警应答等操作。
⑴图形处理能力
人机系统界面以城市地理信息系统（GIS）为平台，所显示的图形可以无级嵌套和缩放、平移，当图形变大时，导航功能可以快速定位到某一点。
回放功能可以以事件记录作为触发条件，查询及显示历史某一时刻的工况和状态。
⑵告警处理能力
开灯、亮灯、关灯、暗灯、坏灯告警、防盗报警。
通信中断、路灯终端和节能控制器故障报警。
历史数据处理与趋势分析功能。
△报表打印，根据历史数据记录用户定制的各种报表。
△路灯亮灯率及坏灯检测、事故及维修工作单流程处理；
△远程抄表、用电数据查询、报表、打印。
△用户界面可按照用户要求定制
上位机控制管理软件是系统的核心数据存储设备，提供internet和intranet接入方式，可以在监控室或其他任何联网的PC上对集中器控制器和节点控制器进行实时检测和控制。
控制管理软件具有数据备份功能，可以存储设备详细信息和组网配置数据，并在故障发生后实现自动恢复功能。
控制管理软件分为8个子控制系统：
地理信息管理系统
设备管理系统
时间方案控制系统
即时开关灯控制系统
人员权限管理系统
历史记录系统
报警管理系统
短信监控及报警系统
1、地理信息管理系统
地理信息管理系统（地图需要单独向北京超图购买，建议前期先不使用地图）通过对SuperMap公司的Objects2008运行版软件进行嵌入式开发，实现对无线互联网智能集中控制器的地图组态画面式显示。
用户可根据系统自带地图对当地所有设备的在线情况、亮灯状况、报警状况进行直观的监控和快速的定位，可以实现对照明设备各种状态的直观监测，对各种异常情况第一时间做出准确定位、快速处理。
地理信息管理系统界面如图4所示。
图4地理信息管理系统界面
2、设备管理系统
用户可以以中文名称、数字编号等方式将集中控制器和节点控制器的相关信息存储到服务端的数据库中，可以根据各种相关信息对设备进行快速的增、删、改、查。
对于设备所控制的若干回路、所测量的若干电压、电流量，用户都可以自由编辑名称、自行配置各项参数，便于日后的管理和日志、报警等信息的查阅。
设备管理系统界面如图5、图6所示。
图5设备地理位置编辑
图6设备详细数据编辑
3、时间方案控制系统
图7临时方案的设置
用户可以在计算机客户端上设置时间方案的各种相关参数，然后通过无线互联网下发给现场的集中控制器。
时间方案的设置类型分为“快捷设置”和“高级设置”两种方式，用户既可以通过“快捷设置”来向设备下发简单直观的时间表，也可以通过“高级设置”来详细配置时间表的各种详细参数，可以精确到单灯调光度;这样既满足了设备自动控制的多样性和灵活性，又实现了配置的简洁性和具体性。
时间方案控制系统界面如图7、图8所示。
图8时间方案的高级设置
4、单灯控制系统
节点控制器除了可以依照本地时间表自动执行开关灯动作以外，还可以按照用户下发的即时指令进行开关灯动作。
用户可以通过自定义等多种控制模式来实现对单个或多个设备的即时开关灯控制。
其中，控制模式的名称、详细内容描述、具体开关灯指令均可由用户自定义，达到了控制的即时性、灵活性和准确性。
即时开关灯控制系统界面如图9、所示。
图9公有开关灯控制模式
5、人员权限管理系统
人员权限管理系统提供了便捷的人员权限管理机制。
用户可以以超级管理员的身份自定义岗位名称和相应描述，将系统所有的功能和操作有选择性的分配给已存在的岗位，然后将岗位分配给个人，这样就可以对相应人员开放或屏蔽系统的相应功能，从而实现了对系统有机化、合理化的管理。
人员权限管理系统界面如图11所示。
图11权限分配
六、历史记录系统
历史记录系统可以对下位机上报的巡检数据和报警数据进行定时、定量的处理，实现高效、准确、直观的数据管理效果。
此外，还可以对设备的各种即时状态、用户对系统的各种操作做出即时的跟踪记录，生成相应的数据报表供用户查阅和打印。
对于照明控制器所采集的各项电参量，如电流、电压和亮灯率等，系统可生成对应的日志记录，并提供按年、按月、按日和按时间段生成的图形和文字报表，使用户能够更直观、更便捷地观测到所需要了解的数据和变化趋势。
历史记录系统界面如图12、图13、图14及图15所示。
图12查询界面
图13图形报表
图14文字报表
图15生成的打印报表
七、报警管理系统
报警管理系统为用户提供了诸如电压电流越限报警、电压电流变化量报警、白天亮灯夜晚熄灯报警、各种数字量报警（如门开报警）、亮灯率故障报警等多种报警功能，这些报警均可以在服务器端自动生成报警记录来供用户查阅并打印出报表。
用户还可根据各种报警内容的不同，来进行相应的处理并将处理措施和结果记录在系统中，便于日后的查看及统计。
现场的节点控制器如有报警产生，相关报警信息将在地图界面上直接定位，并将在界面上自动弹出报警提示，同时配有报警音效果，给用户提供了直观、清晰的报警提示功能。
报警管理系统界面如图16、图17、图18所示。
图16系统报警信息
图17系统报警添加分类
图18报警记录查询生成表格
八、短信监控及报警系统
短信监控及报警系统支持用户以短信的形式与服务中心的计算机进行数据交互，具体功能分为三类：
短信查询功能、短信控制功能及短信报警功能。
用户向系统中录入手机号、用户名及密码后，便可以向监控中心安放的Modem发送具体的短信息指令来查看路灯、路灯当前的开关状态以及相应的手自动状态。
同样，用户还可以向监控中心的Modem发送具有开关灯指令的短信来实现对路灯的即时开关灯控制。
如果用户启用了短信报警功能，一旦有下位机报警产生，监控中心的系统将立刻将当前的报警信息通过短信形式发送到用户的手机上，使用户及时获知设备的各种状况。
5.2集中控制器
一、设备特点
集中控制器LCS-801（外形如图19所示）是我公司研发的新型数据监控类产品。
产品具有状态显示、分时输出控制、节能设备控制、彩灯控制、模拟量和开关量的监测、电度数采集、环境温度监测、主动报警、黑匣子资料记录等多种功能，填补了国内空白。
集中控制器LCS-801系列产品采用标准电气接插端子，体积小，结构合理，可直接应用于工业现场。
用户可根据实际需求迅速组成双备份或三备份通讯网络，而无须修改终端软件。
支持MODBUS、SL645等标准协议，便于用户的二次仪表和第三方设备的接入。
模块化通讯接口，真正做到即插即用。
若需改变终端的通讯方式，只需接入相应通讯模块，而无须修改终端软件。
例如：
外接TCP/IP协议转换器即可通过英特网（Internet）和Web网页实现远程控制。
可同时支持无线和有线两种通讯方式，（无线如：
短波数传通讯、GPRS、2.4G/5.8G无线网桥，有线如：
电话线、光纤和RS485工业总线。
）工业标准设计，能够工作于各种恶劣环境。
集中控制器LCS-801由载波通信模块、电源板、ARM板、GPRS模块、IO控制模块五部分组成，主要负责通讯网络的架构与调整。
它一方面收集节点控制器等反馈信息以及传达控制命令，另一方面与监控中心通信，接收命令以及反馈相关信息数据。
单台集中控制器可以控制多达1024个路灯节点，通常建议控制800点左右。
集中控制器具有电力线载波通信和Zigbee射频通信自适应功能，所控制的线路支持电力线载波通信或Zigbee射频通信协议。
图19集中控制器
二、性能指标
⑴、ARM9作为主处理器
⑵、嵌入式正版WinCE操作系统
⑶、具备RG45、GPRS接口，能实现与Internet的无缝连接
⑷、RS485串口和RS232串口，以及主、从USB接口
⑸、通过低压电力线与其它控制终端节点相连
⑹、系统容量大，管理多达1024个节点并可扩展
⑺、自动组网、自动路由和网络配置
⑻、自动优化网络结构
⑼、网络性能监视和运行状态记录
⑽、网络维护和自动调整网络结构
⑾、及时发现问题节点，并最小化其对网络的影响
⑿、基于.net平台的上位机操作界面
⒀、便于功能扩展的C/S架构的上位机监控和程序
⒁、多个远程或本地上位机同时监控网络状态
⒂、提供与其它工控标准（如Modbus等）通信的接口
⒂、8路光隔继电器输出，6路光隔数字量输入
三、主要技术参数
项目
技术参数
通信与电气规范
兼容EIA709.1、EIA709.2、EN50065-1国际标准
RS485接口指示
传输距离：
≤1.5KM 外挂监测仪器数量：
≤32台
即插即用 通讯速率≤1KM：
1200－19200BPS
GPRS（RS232）接口指标
即插即用，通讯速率典型值115.2KBPS
主板开关电源指标
输入：
AC180V-240V输出：
DC5V/5A,DC12V/10A 纹波系数：
DC5V≤25mvDC12V≤25mv绝缘强度：
≥5-10兆欧
输出控制触点指标
8路，触点电压/电流：
AC240V/10A
I/O端子指标
INPUT：
AC24V/10mA,OUTPUT:
DC12V/500mA
电力线载波调制方式
BPSK
电力线载波频率
132KHz
通信速率
5500bps
载波信号接收灵敏度
-80~~-60dBV0dBV=2.82Vpp
直通接口
电力线载波实现单灯控制和电缆防盗接口功能
ZigBee通信接口
Zigbee通信实现单灯控制功能
接口
具备TCP/IP接口，能实现与Internet的无缝连接
RS485串口和RS232串口，以及主从USB接口
环境温度
-40℃～＋70℃
相对湿度
＜100%
污染等级
污染1级
海拔
≤2000m
外形尺寸
237mm×175mm×60mm
外壳防护等级
IP5X
重 量
2.5kg
四、配置及功能
集中控制器LCS-801是根据变压器数量或者路灯数量进行配置的，一般每个变压器配置一个。
安装在变压器（或监控点）的配电箱内,下行通讯通过电力线载波技术或者无线ZigBee技术.上行通讯通过GPRS移动通讯技术。
可实现以下功能：
设置；
控制回路；
查看；
实时执行上级的操作命令；
自动执行上级的时间表命令；
单灯控制；
自动抄表；
电缆防盗；
可扩充的开关量输入输出；
可编程控制功能；
3路电压，9路电流模拟数据量采集
5.3节点控制器
一、设备特点
节点控制器LCP01PL（外形及内部电路板如图20所示）主要由载波通信模块、相关检测测量电路、操作开关和电源部分组成。
每一个路灯控制节点具有控制节点（控制它所在的路灯）和路由节点（转发信息到相邻的节点控制器）双重属性，既协助通信网络的构架，也与集中控制器保持互通，完成命令及反馈信息。
节点控制器支持电力线载波通信信号或者Zigbee射频通信信号，线路上两种节点控制器可以混合使用。
节点控制器LCP01PL是专业路灯控制系统中的一个组件，它与LED路灯控制器同属于路灯控制系统中的一个组成部分，其核心芯片采用自主研发的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，是专门为适应中国电网环境而研发出来的高性能路灯节能产品。
节点控制器LCP01PL内部包含一个符合EIA-709.1，EIA-709.2通信标准的电力线通信调制解调器，内部集成了ANSI709.1七层协议、自动路由自适应算法，其出色的物理层性能和自动路由的特点提供了可靠的网络通信性能。
节点控制器LCP01PL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。
节点控制器LCP01PL在提供一路继电器开关的同时提供一路PWM信号，对与需要调光的场合，例如LED路灯系统提供支持。
图20节点控制器
二、设备功能说明
节点控制器LCP01PL内部功能框图如图21所示。
图21功能框图
节点控制器LCP01PL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，回送电流/电压数据，过载信号等任务。
三、电器参数
序号
项目
测试条件
参数
最小
类型.
最大
单位
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
继电器动作类型
磁保持
4
继电器触点容量
交流220VAC
—
10
—
A
5
额定负载功率
0
400
600
W
6
过载动作电流
—
4
—
A
7
电压测量范围
0
220
380
VAC
8
电压测量误差
0.1
5
10
%
9
电流测量范围
0
3
20
A
10
电流测量误差
0.1
5
10
%
11
载波发送幅度
1欧姆负载
1
3
5
Vpp
12
载波接收灵敏度
—
-60
—
dBV
13
PWM输出电压
4.8
5
5.1
V
14
PWM输出频率
380
400
420
Hz
15
PWM输出占空比
0
—
100
%
16
开关量输入类型
常闭触点
17
工作温度
-20
25
60
℃
18
工作湿度
5
—
95
%
四、主要技术参数
1、节点控制器LCP01PL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
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