CDK城市灯光监控系统.docx

1、CDK城市灯光监控系统CDK城市灯光监控系统第一章 前言随着城市建设的飞速发展和社会文明的进步,城市面貌发生了前所未有的变化，同时人民生活水平也提高到了一个新的高度,对美好生活环境的追求更加迫切。美丽的城市灯光让人更加心旷神怡，同时营造出现代城市科学和艺术完美结合的照明效果，树立城市的品牌形象，所以城市灯光的规模和质量已成为城市现代化水平的标志之一。自我国加入WTO以来，政府、城建部门和人民群众都对城市灯光的质量和管理提出了更高的要求，本公司应社会的需求自主开发了CDK系列城市灯光监控系统，并经几次升级换代，已成为深受广大用户欢迎和好评的、使用可靠的智能化灯光监控系统。美丽的夜景灯光必须采用先

2、进的管理来保证。目前，全国部分大中城市已采用先进的控制系统实现对夜景照明的智能控制，取得了很好的经济效益和社会效益。第二章 用户需求分析2.1 城市照明工程的现状目前国内部分大中城市的灯光已采用了先进的集中监控系统，但大部分城市仍是延用传统的以钟控、人工控制为主的管理系统，存在以下问题：1、系统复杂，难以统一管理城市灯光类型众多，有道路照明、广场照明、桥梁照明、公用景点应急灯光以及高层建筑的泛光等，使用传统的控制方式，难以统一管理，另外许多路段、景区的灯光由不同的业主负责管理，相互各自为政，缺乏统一协调。2、灯光系统覆盖面广，维护困难，维护力量严重不足，疲于奔命城市灯光系统的覆盖面广，对系统的

3、运行情况需要每天晚上派人及车辆进行巡视，不仅费财费时费力，而且维护人员疲于奔命，灯光损坏情况不能及时掌握以及反馈，给快速维护带来困维。按照国家建设部的要求，城市每200盏灯必须配置一个维护人员，按此要求大部分城市维护人员严重不足，也是目前管理跟不上的重要原因。3、开关控制效率低，用电浪费现象严重目前大部分城市灯光采用的是人工管理模式：一是使用人工开关灯控制，由工作人员在需要的地段和需要的时间，人工开关灯；二是使用机械钟控开关灯控制方式，在每一开关柜上安装一个机械时钟控制器，设定开关灯时间。如果需要调整开关灯时间，则必须人工到各现场调整每一个机械时钟控制器，工作难度大，造成开关灯时间不能及时变更

4、，难以做到合理开关灯，用电浪费严重。特别是在需要完成一些紧迫的特殊任务时，例如临时开关灯，就更不能快速反应满足领导的要求，造成负面影响。4、存在安全隐患，无法快速掌握运行状态，安全无保障，统计困难城市灯光系统庞大复杂，对各种漏电、触电、短路、跳闸，电缆和灯具被盗、破坏等现象不能及时发现，存在较大安全隐患。也无法对整个系统每一个配电柜的电压、电流、功率等数据进行每天统计，不能及时快速地掌握灯光系统的运行状态。2.2 城市照明工程的需求根据调查分析，目前大部分城市灯光系统改造的需求主要有以下几个方面：1、统一开关、集中控制集中监控，统一管理，提高工作效率，使整个城市灯光实现监控中心“一把闸刀”控制

5、管理的目标。2、实现遥控、遥信、遥测通过现代通信技术实现全市灯光的通信连接，通过计算机技术实现对全市灯光的统一控制，通过先进的测控技术，实时或定时监测全市灯光各回路的电压、电流、功率、电量及故障等工作状态，实时掌握系统的运行情况，并且对运行数据进行记录，以便查询和统计，从而提高系统维护的工作效率，减轻工作人员的工作负担。3、灵活设置开关时间及组合随着季节变化和特殊情况发生，需要对全市的灯光的开关灯进行灵活的调整，采用先进的灯光监控系统，工作人员在监控中心即可在任意时间对任意一个、部分或全部路灯进行开、关灯调整和进行艺术照明效果设计，营造城市整体照明艺术效果。4、自动报警对各种故障，如漏电、触电

6、、短路、断路、跳闸、停电、异常亮灯、门禁报警、灯具电缆被盗等，能及时自动上报监控中心，做出及时的处理。5、查询、统计报表实现对照明数据的查询、检索、统计、维护、更新功能，对于每天的设备运行状况及告警信息记录在案并形成报表。6、节能按照国家建设部的要求，城市灯光要能够让“城市亮起来”，同时让“电费降下来”。通过建设先进的城市灯光监控系统，可以通过设置不同路段，不同时段采用不同的亮灯方式，再结合远程调压技术，可以达到既让城市灯光亮起来，又让电费降下来的目的。第三章 系统设计原则根据城市照明工程目前的需求和未来的发展，本公司所设计的城市灯光监控系统遵循以下原则：1、可靠性由于灯光监控系统一般工作于室

7、外,有时会遇到极其恶劣的气候和环境条件,再加上强弱电并存,干扰严重。同时城市灯光规模庞大，系统复杂，发生各种故障时影响面大，影响程度严重，因此要把系统的可靠性放在第一位。本系统通过采用先进的技术来保证监控系统能够在室外长期稳定地运行。2、实用性本系统的设计以方便、简捷、高效、实用为目标，操作平台整体设计、统一操作，采用电子地图和仿真电子监控仪表界面方式进行直观显示，既充分体现快速反应的特点，又方便操作人员进行业务处理和综合管理。本系统设计时还可以根据用户要求，对用户关心的功能认真考虑，而适当的剔除花俏不实用的多余功能，这也是提高可靠性和经济性的一个重要措施。3、可扩展性考虑到城市发展和通讯方式

8、的不断发展与变化，本系统在结构、容量、通信和处理能力等方面具有强大的扩充能力。本系统设计中采用模块积木式结构设计，预留设备扩展接口，充分保证了系统扩展能力。本公司研制的灯光监控系统还允许扩展其它监控设备，如消防报警系统、视频监控系统等，通过挂接扩展服务软件可以实现与上述系统的无缝连接。4、易升级软件升级不单单指监控中心软件可以在将来得到升级，而且还包含了外围监控终端设备芯片级的软件也可以在将来进行在线升级，确保用户投资得到保值。5、安全性本系统设计不但充分确保硬件设备和维护及操作人员的安全问题，同时具有完善的文件系统、数据库备份和恢复方案。本系统可对应用软件进行权限设置和加密处理，防止非法用户

9、的恶意侵入，保证系统的安全。6、易维修性系统结构整体设计、模块化设计以及各单位故障的定位方便，便于设备维修。7、经济性采用成熟的先进技术，选择性价比高的技术和设备，降低系统一次投资费用和日常的维护、维修成本。8、先进性本系统使用了嵌入式计算机技术、通信技术、测控技术、计算机软件技术等先进的技术，保证了系统的先进性，符合当今技术发展的潮流。9、环保性注意环保,本系统设计体现了以人为本的精神，与城市环境相协调。第四章 系统构成4.1 系统结构图CDK城市灯光监控系统主要由监控中心、通信网络、远程基站、单灯模块和监控软件组成，可根据不同城市情况组成不同规模、不同需求的系统。4.2 监控中心监控中心是

10、系统的管理核心，对外围设备的控制，均通过监控中心来实现。监控中心的规模可大可小，小到使用一台计算机，大到包括计算机网络，大屏幕显示设备等在内的大规模监控中心，均能够实现监控管理的功能。监控中心一般由主控机、后备机、显示设备、通信单元、扩展单元、打印设备、供电设备和计算机网络等组成。4.2.1 主控机主控机是系统的核心，所有控制指令均通过主控机来完成，并且主控机需要接收来自远程基站的数据及告警，需要长时间不间断运行，一般采用工控计算机来完成。如果不需要长时间开机，也可以采用质量较好的品牌商用计算机来替代。4.2.2 后备机在主控机出现故障时，后备机可以及时取代主控机的控制地位，不中断系统的正常运

11、行。一般而言，后备机不采用工控计算机，只使用质量较好的商用计算机来完成备份功能。当对系统的要求不高时，可以不使用后备机，而使用其他备份方式。4.2.3 显示设备为了直观显示系统的运行状况，监控中心可以配置大屏幕显示设备。根据城市灯光监控的特点，显示设备一般使用多媒体背投大屏幕来完成主控机监控界面、城市地图、视频监控等大画面的显示。大屏幕显示的内容完全和计算机屏幕同步，画面细腻，色彩丰富，随时可以改变显示内容，档次高，效果好，是目前较为先进和实用的大屏幕显示技术。当然，如果经济条件暂时不够宽裕，也可不采用大屏幕显示设备。4.2.4 通信单元本系统可以使用并且兼容当前各种通信方式，包括无线数传、G

12、PRS、GSM、485现场总线等，针对不同通信方式，采用不同的通信单元，实现主控机与远程基站的通信。4.2.5 扩展单元监控中心除了基本的“三遥”功能外，还可以扩展其他功能，主要包括：1、光控接口：通过光照度仪，采集当前日光照度，输入到主控机，结合全年开关灯时间表，自动实现光控与时控相结合的控制方式。2、GPS卫星定位及授时系统：准确接收来自卫星下传的城市所在经纬度和格林威治时钟，输入到主控机处理，计算出城市所在经纬度的全年日落日出时间表，形成全年开关灯时间表，并对所有远程基站进行较时，保证系统开关灯的合理性和准确性。3、短消息报警：当监控中心处于无人值守，系统出现了跳闸、停电等故障时，主控机

13、能够将报警内容通过短消息方式发送到指定的号码，使故障能够得到及时处理。4、互联网控制接口：控制人员无论身处何地，只要能够连接互联网，通过系统的互联网接口，在通过安全密码验证后，即可实现异地远程对系统的查询和控制。4.2.6 打印设备打印设备使用A3或者A4幅面的彩色喷墨打印机或者黑白激光打印机，可满足监控中心的一般管理需求。4.2.7 供电设备包括8小时不间断电源、电源稳压、防雷接地等方面，保证监控中心的设备有一个可靠的供电环境。4.2.8 计算机网络监控中心除了对监控系统的外围设备进行管理外，还可以建设或连接现有的办公局域网，将主控机和后备机统一在该局域网中，实现网络操作和管理。网络中的每一

14、台工作站均可以共享主控机的数据，显示系统设备的工作状态。通过权限的分配，网络工作站也可以通过主控机发送监控指令。根据实际需要，网络规模可大可小。4.3 通信网络通信网络负责实现监控中心和远程基站的数据通信，实现监控中心指令的下传和远程基站数据的上传。在国内，灯光监控一般采用以下几种通信技术：全有线方式、无线专网、无线公网、电力载波等。其中，使用最多、技术最成熟的是无线专网通信技术。4.3.1 各种通信方式的比较1、全有线方式：有RS 485总线和光纤通信网方式等，通信速度快，可靠性高。缺点是施工难度大、建设费用高，最好和城市的管线施工同步进行。2、无线专用网方式：采用230MHz无线频点，传输

15、速率为1200-4800bps，运行成本低、实时性好、实用性强，能够实现点对多点的通信，方便地实现选控、组控和群控，应用广泛。不足之处是建网初期费用较公用网高，没有公用网覆盖面广。3、公用网方式：包括GPRS 、GSM等，传输速率高，网络覆盖面广，系统稳定可靠，抗干扰性好，不需用户自行维护。其不足之处是建设费用和通信费用相对较高，特别是运行费用，每年每站点都必须交纳一定的通信费用。4、电力载波通信方式：采用电力线进行数据传输的方式，不需要重新布线，但可靠性差，通信距离短，无法实现全城范围的通信。 4.3.2 通信网络选择通过上述分析比较可知，各类通信方式各有优点和不足，但总体而言，通信手段的多

16、样化和混合化是发展的趋势。结合实际情况和灯光分布情况，本系统采用以230MHZ无线智能中继为主，同时兼容RS485总线、GSM、GPRS等的通信方式，在同一系统中可以根据实际情况采用多种方式混合使用，充分发挥各种通信方式的优点。4.3.3 通信网络结构4.3.4 智能路由中继协议无线通信由于地形和干扰的影响，会出现通信盲点。当出现通信盲点时，通过必要的手段可以实现系统的正常通信。本系统所采用的是智能路由中继协议，可以完满地解决通信盲点问题。除了无线中继站具备中继功能外，系统中的每一台远程基站均具有中继功能，智能路由中继就是通过本基站附近能够进行通信的基站进行数据转发来实现中继通信的。实现原理如

17、下图所示。系统中，由于基站本身具备数据转发能力，因此，每两个能够进行通信的基站间都可以建立路由。正常情况下，一般基站都直接和无线主站连接，但是，随着控制范围的增大，部分基站会超出无线主站的覆盖范围。这样的情况，可以通过无线中继站，实现和无线主站的通信。在实际使用中，如果基站正好处于无线主站或者无线中继站的通信盲点时，可以使用附近能够通信的基站进行中继，从而建立和无线主站的通信路由。由于能够通信的基站间都可以建立路由，因此，可以建立一个环状通信路由，保证通信的正常进行。当无线中继站或者担当路由中继的基站出现故障时，系统能够自动寻找到一条新的通信路由，进行正常的通信数据传输，而不会受到故障的影响。

18、4.4 远程基站远程基站是系统的外围执行部分，主要负责接收监控中心的指令，对连接的灯光进行开关，并且采集各个回路的状态，并将信息反馈回监控中心，使监控中心可以了解到城市灯光的工作状态。远程基站由监控终端(含软件)、低压电器柜和通信组件等部分组成，各部分实现不同功能。本公司自主研发的远程基站，其监控终端采用嵌入式技术开发，技术先进，处理速度高，外围接口能力强，稳定可靠，容易升级。远程基站分路灯和景观灯两大系列，监控回路有3、6、9、12、24、36等规格，回路额定电流从20A至120A。本公司还可以根据用户需求进行定制。针对不同用户情况，远程基站从结构上，又可分为两种形式，含低压柜与不含低压柜。

19、如果用户没有低压柜或者已有的低压柜不能满足要求，必须使用含低压柜的远程基站。如果用户已有能够使用的低压柜，只需要在原低压柜中加装本公司的不含低压柜的远程基站，即可完成系统的安装。除了低压柜外，远程基站还包括数据采集器、后备电源、通信组件、手动应急开关等附件。除了常规的开关型远程基站外，还可以通过加装一个本公司研发的调压模块，形成调压型远程基站，能够接受监控中心的指令，进行限压，节约电能。4.5 单灯模块单灯模块安装在路灯灯杆内，能够实现路灯单灯监控。单灯模块的安装极为简单，只需要将灯杆内供往灯具的电源断开，将单灯模块串入其中即可。单灯模块有2路、4路、6路等规格，控制容量为250V，1A20A

20、不等。通过单灯模块，不光可以实现单灯控制，形成不同亮灯组合，同时，对于安装了单灯模块的路段，可以准确统计亮灯率。但是，由于城市灯杆数量巨大，单灯模块的数量也将极为庞大，投资颇巨。因此，一般只在重点路段和重点地区安装单灯模块。当用户暂时没有条件安装单灯模块，通过远程基站多回路控制，同样能够实现不同亮灯组合。等条件成熟后，也可以购买本公司的单灯模块自行安装，实现单灯监控。4.6 监控软件监控软件包括了监控中心监控管理软件和远程基站监控终端软件。监控管理软件集成了城市电子地图，能准确、直观地反映各节点的位置及运行情况。值班人员可通过电子地图总览整个市区各远程控制节点的运行情况。使用仿真控制面板显示方

21、式，操作人员可以直观地对远程基站进行查询和操作。监控管理软件通过简单的操作方式和预案功能，大大降低了使用人员的操作难度，提高了系统使用安全性和使用效率。第五章 系统功能系统通过计算机技术、通信技术和测控技术，可以在监控中心实现城市灯光的遥控、遥信、遥测等功能，实现城市灯光管理的现代化和智能化，提高城市灯光管理的效率，节省运行费用。5.1 遥控(智能控制开关灯)5.1.1 开关灯控制方式传统的开关灯时间控制方式是使用定时时钟和交流接触器来实现，更改时间比较麻烦。CDK城市灯光监控系统所采用的控制方式，较好的解决了这一问题。1、年定时控制通过输入城市所在经纬度，或者通过GPS卫星定位系统接收城市所

22、在经纬度，系统可以自动计算出日出日落时间表，生成全年开关灯时间表，发送到远程基站，自动按照该时间表实现全年自动开关灯。2、日定时控制在每个基站内部存储了日开关灯时间表，当基站时钟符合该时间表时，对控制的回路进行开关，达到定时开关灯的目的。3、预案定时控制用户可以根据自身的需要，设定不同预案。预案指用户可以设定在某些特定的日期，指定一定范围的灯光按照一定的时间进行开关。通过预案，系统能够自动实现节假日、周末、特殊日期等的灯光定时开关，使灯光效果更加符合实际情况，既能保证照明效果，又能够合理节能。4、强制控制当出现偶遇情况，需要临时改变开关灯时间，系统可以提供手动开关灯操作，能够立即打开或者关闭指

23、定范围的灯光。手动控制还可以设定一个时间范围，在此时间范围内，将执行手动控制，过了此时间段后，系统将自动恢复到定时控制。5、光控时控结合通过在监控中心加装一个光照度检测仪，能够实现光控与时控结合的方式，在天气出现变化时，利用光照来自动修正定时控制时间表，使灯光的开关与天气状况紧密结合，一方面保证了各种条件下的灯光开关，另一方面，能够有效节能。5.1.2 控制范围1、整体控制(城控)在监控中心能够一次性对系统中的所有基站进行控制。2、分区控制(面控)可以根据城市实际情况，将一定数量的基站定义为区域，能够一次性对一个或多个区域内的所有基站进行控制。区域可以分层，一个大区域下可以包含几个小区域。3、

24、单站控制(线控)能够对单一基站进行控制。4、单灯控制(点控)通过在灯杆内加装单灯模块，能够对单灯进行控制。5.1.3 控制地点1、监控中心控制系统能够实现在监控中心对系统中的所有远程基站及单灯模块的控制。2、移动控制由于本系统采用智能路由中继通信协议，因此监控中心的位置可以处于系统中的任意地方，由此可以实现移动控制中心。通过车载移动控制中心，能够在城市中任何基站附近实现对全市灯光的控制。3、基站自动控制远程基站具有高度的智能独立运行性，在没有接收到监控中心指令或者与监控中心通信失效的情况下，远程基站能够自动按照预设的时间表，进行正常的开关灯操作，并且将采集到的数据存储在基站内部，待通信恢复正常

25、后，再将数据发送到监控中心。5.2 遥信(突发事件自动告警)5.2.1 报警方式1、巡检报警当系统进行巡检时，如果发现远程基站出现故障，能够立即报警。2、主动报警当基站出现故障时，能够立即自动抢占信道，将报警数据及时发送到监控中心，提高报警速度。5.2.2 报警内容1、基站过压2、基站欠压3、停电4、接触器应合未合5、接触器应断未断6、跳闸7、亮灯率过低8、灯杆电缆断路(需要单灯模块) 9、电缆灯具被盗(需要单灯模块) 10、柜门打开11、其他故障5.2.3 报警处理当远程基站主动报警或调度端在巡测时发现有警时，系统会作出如下反应：1、即刻弹出警示框、显示报警类型、站点号码、报警内容、报警时间

26、，并在地图上显示相应的位置；2、自动发出语音报警(多次重复报警，直到人工干预或设定次数)，提醒值班人员注意，并自动通过预置的手机发送短消息报警，以便尽快处理情况；3、自动将报警内容、时间、值班员代码等数据记录下来，以备日后检索查询。5.3 遥测(实时电参数采集、自动巡检)遥测也是系统的一个重要功能，通过对基站的工作状态和参数进行采集，可以了解到基站及系统的运行状况，便于统计分析管理。5.3.1 遥测方式1、自动巡检设定每日巡检的时间、次数和巡检内容后，系统可以根据设定任务，自动执行巡检，并且将巡检的数据记录在数据库，便于统计分析。2、手动巡检在任何时候，可以给系统下达立即巡检的指令，立即对系统

27、内指定范围内的基站进行巡检，并且将巡检结果显示出来。3、单站遥测系统能够以仿真面板的形式，直观显示出遥测到的基站的各项电参数和工作状态。5.3.3 遥测内容1、输入三相电压2、输入三相电流3、用电量4、功率5、开关灯时间表6、亮灯率7、开关状态8、输出电流9、通信状态10、其他参数5.4 遥调(调压节能)在用电高峰过后，基站的供电电压通常会升高一定幅度。通过在远程基站内部加装调压模块，能够在监控中心对基站输出电压进行限压，使之减低到一个合理值，既保证灯光的正常亮度，又能够节约电能，同时能够延长灯具的使用寿命。5.5 场景切换远程基站可存放场景预置，可进行照明场景的预设置、编辑，通过不同支路、不

28、同灯具的组合和自动切换，可任意设置动感场景，实现自动照明场景的切换。通过场景设置，可以实现不同回路分时开关灯，在夜幕间降临时，可以只开部分回路，天黑以后，再打开全部灯光，实现在一天范围内多次开关灯操作，更加符合实际情况，节省电能。5.6 电子地图采用电子地图方式使得系统图文并茂、生动形象，可实时查询所有基站的运行状况及参数。同时，可以在电子地图上直接对设备进行操作，直观地实现远程基站的参数设定，并且立即将结果反馈到电子地图上。5.7 各种报表自动生成可根据需要随时查询和打印所有历史数据，包括电流、电压、功率、亮灯率、用电量、报警记录以及值班人员操作记录，并自动生成各种日报表、月报表和年报表，可

29、进行随时打印或定时打印。同时，能够利用存储的历史数据，形成各种曲线图，更加直观方便对系统运行状况进行分析。5.8 系统配置能够实现用户操作权限配置、数据备份、系统参数设定等系统相关功能。第六章 系统特点本系统采用了先进现代的计算机技术、通信技术、测控技术，具有以下特点：1、软件操作界面友好、美观、易用本系统采用图形化的仿真控制面板直观显示设备工作状态，可简单、方便地做各种控制、设置等操作；电子地图和树状图相结合，直观的显示远程基站分布情况及网络分类情况，以及网络的分区、分层结构，并能通过仿真控制面板方便地做各种配置和修改。基站设备控制软件支持升级，可以方便地满足用户对产品的个性化需求和未来技术

30、升级，而不会使用户投资受到损失。2、系统采用嵌入式工业级电脑主板我公司是全国第一家将嵌入式系统成功应用于城市灯光监控系统的厂家，嵌入式系统具有功耗低、温升小、速度快、功能强、稳定可靠、扩展应用灵活等优点，绝非单片机产品可比。3、产品系列化、积木化设计随着城市规模迅速扩大，路灯系统将随之扩展。CDK城市灯光监控系统采用积木式结构，有多种规格可供选择使用：标准配置有3、6、9、12、24、36路，可应用于路灯、景灯、建筑物照明等场所，16位的地址编码，支持多达65536个节点。每增加一个远程基站，只需在现场安装一台基站控制柜，再在监控中心软件中添加该节点信息，输入路灯线路走向等相关信息，即可开通使

31、用。4、无线智能网为主兼容多种通信方式系统采用的是以VHF230MHz无线智能网为主，兼容GPRS、GSM、电力载波、RS485总线的混合通信网络，采用这种通信方式有以下特点：具有多级路由通信功能，在无线远程基站直接与监控中心无线通信失效的情况下，会寻找离其最近的基站进行数据转发，就可以保证实现整个城市范围的无线通信交叉覆盖，使通信无盲点，从而保证数据传输的可靠性和实效性。5、组网灵活系统采用模块化结构，可以根据城市规模和建设标准，选择不同组合、不同型号、具有多种通信接口(如无线、GPRS、GSM等)的远程基站，保证系统组网灵活。6、场景变化丰富多彩远程基站可进行照明场景的预设置、编辑和存放，通过不同支路、不同灯具的组合和自动切换，可任意设置动感场景，实现自动照明场景的切换。通过场景设置，可以实现不同回路分时开关灯，在夜幕间降临时，可以只开部分回路，天黑以后，再打开全部灯光，实现在一天范围内多次开关灯操作，更加符合实际情况，节省电能。7、设备保护、实时告警一般监控系统在主机巡测到远程控制节点数据不正常时，才进行告警提示,而在本系统中，当被控线路出现过压、欠压、过流、欠流以及其它故障时，远程基站也可以立即向监控中心告警，通知相关人员，及时处理现场故障。8、设备安全可靠系统主要元器件采用SMT表面贴装，工艺精湛