浅析城市道路照明无线智能监控系统的方案设计及其功能

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   摘要:随着城市建设的迅猛发展,先进的照明设施和落后的管理方式之间,不能协调发展的矛盾已越来越突出,建立城市道路照明无线智能监控系统已是当务之急,本文介绍了一个具有实用价值的城市道路照明无线智能监控系统方案的设计,并对建立在该方案基础上的投入实际应用的监控系统进行了功能描述。
  关键词:城市道路照明监控系统设计方案系统功能
  [TU997]
  传统的路灯管理方式,主要是依靠路灯维护人员在晚间开车巡视。这种被动的巡查方式,对路灯设施的被盗和故障的发生往往反应滞后。随着城市建设的迅猛发展,先进的照明设施和落后的管理方式之间,不能协调发展的矛盾已越来越突出。采用高科技的手段、依据科学的运行方式对照明设施进行实时的远程监控和管理不仅能使工作人员在故障发生后,及时发现故障地点、得知故障类型,无需再派人员、车辆每晚到处巡查,而且能使照明时间、照明亮度最合理。從而大大节约了能源、人力、物力,极大地提高了路灯管理部门的应急反应能力,提升照明系统的运行质量和自动化管理水平。
  一、 城市道路照明无线智能监控系统的设计原则
  1、 先进性
  城市道路照明无线智能监控系统采用的技术与设备应能充分适应城市发展的需要,并且具有多种扩展功能。
  2、 合理性
  系统的软件设计应科学、全面,充分适应了路灯管理行业的特性。其硬件应配置合理,选用主流产品以保证系统稳定可靠地运行。
  3、 实时性
  系统运行中,当路灯出现故障或路灯设施被盗时,监控终端应能及时向控制中心和路灯管理人员的手机发送报警信息。
  4、 实用性
  为方便日常管理,系统既要满足有条件单位24小时有人值班的管理模式,又要适应中小城市无人值守的管理方式。同时又能使管理者及时掌握系统的运行状态,及时了解路灯的各类故障信息。
  5、 可扩展性
  系统应有足够的容量和多种扩展功能来满足城市飞速发展的需要。能够无限次地增加和扩展监控终端的数量,并方便日后升级。
  6、 灵活性
  系统的组网方式和功能配置应灵活多样,要充分利用现有路灯电气资源,将其合理地溶入组网方案之中。充分适应新旧控制箱的改造更新;适应不同路数、不同结构的控制要求。
  7、 安全性
  组网方案合理、组网设备可靠。对系统应用服务器、数据库等要实行双机冗余备份、用户分级管理、通讯加密和安装防火墙来防止外来攻击。
  8、可操作性
  系统的使用和操作应方便快捷并简单易学,操作人员可在较短时间内快速掌握使用方法。
  二、城市道路照明无线智能监控系统的设计
  1、系统的组成及主要功能
  城市道路照明无线智能监控系统应由调度端的微机网络系统、无线数据传输系统和现场的智能终端(RTU)以及路灯开关箱组成。系统和智能终端都可以根据本地的日出日落时间和光照值,采用时控和光控相结合的控制方法,通过无线数传信道自动遥控开/关灯,并能智能调节电压、遥测现场的工作电压、电流、频率、功率因数、功率等数据,可对采集到的数据进行分析,自动计算亮灯率,从而判断路灯运行情况。系统可实现各种故障的语音和声光报警、防盗报警,提高城市照明系统的管理水平。
  2、系统通讯方式的选择
  系统应采用GSM/GPRS公用网络作为通讯平台,使得监控系统的覆盖范围不受限制。系统应可同时工作于GPRS数据通讯方式和SMS短信通讯方式,并可在这两种方式间自由切换。应可以让用户根据实际需要选择既快捷又经济的运行方式。
  3、系统软件的设计
  系统采用局域网方式,可根据用户要求扩展为相应的客户机/服务器(C/S)模式,并与各类数据库实现连接共享。应用软件操作系统采用中文Windows XP,视窗化语言设计,运用路灯地理信息系统(GIS),中文人机界面,鼠标操作,所有命令、查询和打印均应非常直观简便。
  系统界面的节点目录可采用类似于Windows资源管理器中的树形结构,所有的道路、节点(终端监控点)可分区域、分路线、分人员、分类别管理,层次分明、结构清楚。电子地图上建立的道路、节点(终端监控点)图标,同节点目录中的名称一一对应,并可任意拆建移动。各终端的故障信息、测量数据等显示直观,一目了然;各个监控点所控路段的灯杆、灯具、控制箱、接触器、开关等资料,均可以图片和列表方式显示,便于查询和管理,用户稍经培训即可完成各种功能操作。
  系统应能支持投影仪、数据及网络系统具有可靠的安全防范措施。软件采用组态化设计,将不同灯型的监控和管理融为一体,且系统的扩容和修改均无需编程,为操作人员提供了极大的方便,在已完成的系统中获得了良好的运行效果。
  4、系统的开、关灯管理方式
  系统应有多种开关灯管理方式:
  3.1、采用经纬时控的日照时间表方式控制路灯开关。
  3.2、根据数字光控系统采集到的日光照度值来决定是否提前或延迟开关灯。
  3.3、根据特殊要求(如市政检查、重大活动),随时开关灯。
  3.4、系统允许各个节点监控终端,可以根据其自己的时间表或设置的参数独立运行,自动控制各自路灯的开关。
  3.5、根据用户选择的“节日灯”组合方式,控制景观灯、广场灯、装饰灯等城市亮化类照明系统的开关。
  3.6、管理人员使用手机控制路灯的开关。
  3.7、维修人员使用监控终端的检修键控制路灯的开关。
  5、系统运行数据的采集和亮灯率的计算
   系统应采用高精度、军品级的电压、电流传感器,实时采集三相电压、回路电流。对采集的电压、电流数据进行分析、计算,得出有功功率、无功功率、功率因数等。并能将直接计算出的灯损值经由监控终端的直接报警功能,将灯损数量发送到用户的手机上。
  6、系统的信息反馈、查询和报警报告方式
  系统的信息反馈和报警报告方式应有以下几种:
  5.1、监控终端接到中心巡测指令后立即向中心反馈运行信息。
  5.2、监控终端按设定好的时间周期定时向中心报告运行信息。
  5.3、遇灯具、线路或其他电器设备故障时,监控终端主动向中心和相关人员报告故障信息。报警报告内容直接显示:故障发生的地点、路段,故障的类型、类别等。
  采用终端主动报警和调度端报警相结合的报警方案。
  三、BEWJ路灯监控防盗系统特点
  BEWJ路灯监控防盗系统就是一款基于上述设计理念的城市道路照明无线智能监控系统产品。经几年来在我市城区路灯照明系统的运行实践,该系统功能全面,运行稳定,扩展性强,技术服务好。BEWJ路灯监控防盗终端智能化程度高,既可以由中心统一控制,也可以独立运行、自身自动校时。系统主要特点:
  1、安全性能好,抗干扰能力强。
  由于GSM/CDMA网络发射功率小(小于1W),故其天线很小(仅3~10cm),便于隐蔽安装。同时,由于GSM/GPRS网络是最完善的无线网络,它的抗雷击和强电场干扰的能力很强,在恶劣的天气环境下,系统也能正常运行。
  2、系统、终端功能全面,使用方便,节能显著。
  BEWJ路灯监控防盗系统包容性强,监控、防盗完全结合在一个系统之下,使用成本低,便于管理,BEWJ终端高度智能化,功能全面,运行稳定。通过及时准确的开关灯,关闭过剩灯具达到节能目的,使用科学的开灯组合可以节能20%左右。
  3、可远程(漫游)监控和维护。
  由于GSM/GPRS网络短信服务支持漫游功能,故无论用户身在何处,系统都能在第一时间将报警信息发送到管理者的手机上,以便于指示维护人员及时到达报警现场。厂方技术人员也可随时提供远程维护服务。
  四、BEWJ路灯监控防盗系统功能
  1、 自动、手动遥控功能
  系统可以根据不同路段对路灯开关时间的不同要求,把路灯分成数种控制类别,然后自动或手动遥控其开关,且可以将全部路灯或部分路灯按多种方式进行开、关控制。监控终端(RTU)具有独立运行能力,不仅能按照控制中心发出的指令实时控制路灯开关,还可以暂时脱离控制中心,根据其自身的经纬度日照时间表、节日表独立运行,自主控制路灯、景观灯、节日灯的开关。
  2、 自动、手动遥测功能
  系统可以根据设定的时间或时间周期,定时定期自动对各监控终端进行巡检巡测。也可以由操作人员手动操作随时随机地对各节点终端或被选定的任一节点终端进行选测、访问和查询。通过监控终端有效采集电流、电压、功率、功率因数等,有效监测终端温度、控制箱门控状态等。系统通过对测得的数据进行分析,获得线路运行状态、亮灯率、故障的类型等第一手资料。监控终端能根据灯具阻抗值的变化,直接计算出灯损数量,进而得出该监控路段的亮灯率。并将计算出的结果同时发往控制中心和管理人员的手机。以便于管理者在第一时间掌握路灯运行信息。
  3、 故障、防盗报警功能
  系统可采用节点终端主动上报的方式。即在路灯工作正常的情况下,监控中心不对终端进行干涉,而由各节点终端根据存储的时间表自动控制本段路灯的开、关(阴雨天,则由中心根据BE01控制仪的数字光控采集到的日光照度值发出提前或延迟开关灯的指令)。一旦出现故障,节点终端将主动上报。监控中心收到报警后会在电子地图中显示出故障节点并在“节点”对话框中以文字显示故障类型,同时发送短信告知相关人员。当监控中心停电、停机或中心设备故障时,监控终端能够直接向管理人员的手机发送报警信息。
  报警内容有:非正常亮灯(熄灯)、过流、过压、控制柜非正常开门、电缆(变压器)被盗等线路中的不正常的数据。
  4、自动校时功能
  系统配置的BE01控制仪除具备经纬时间控制功能和准确的数字光控功能外,还具有高精度的校时功能。它会按用户设定的要求定期对各节点终端的时钟进行校正,以保证各节点终端在开关灯时间上的一致性和准确性。
  系统的节点终端也具有高精度的校时功能,也可以按照要求定期对各自的时钟进行校正。它同BE01控制仪一起组成了校时双保险。节点终端自动校时的时间精度较标准时间的误差值小于8秒,实际运行时的误差值小于3秒。
  5、节点 / 道路在综合图中的位置可任意移动
  a.树形节点目录中道路和节点(名称)的移动
  在系统窗口左侧的树形节点目录中,左击要移动的道路名或节点名,按住左键1秒以上拖动到指定位置松开即可。
  b.電子地图中节点的移动
  在系统窗口右侧的电子地图中,右击要移动的节点并按住右键不放, 将节点拖动到指定位置松开即可。
  6、图形的缩/放功能
   系统软件中的图形 (地图/综合图/网络图) 既能有比例地缩放、又能无限缩放。它使用户能按照具体需要,对图形的整体或局部观察做任意缩放处理。
  7、无人值守功能
  日常情况下,本系统可以由中心或各节点终端自行控制和管理路灯的开关及运行状态,无需人为值守。一旦出现故障,系统会由中心或节点终端主动报告相关人员。
  8、远程查询、管理功能
  用户可以远程访问、查询并打印各节点终端在任意时间的运行数据,统计结果等(显示方式有:报表、运行曲线图、仪表盘等),以便于进行归档管理。
  9、现场调试、设置功能
  系统对监控终端的运行调试、参数设置可以脱离控制中心,在监控节点现场进行调试、设置。通过被授权的手机可以控制路灯的开关;通过便携式“BE01多功能控制仪”,在现场对监控终端进行调试、设置。
  10、监控终端自我保护功能
  监控终端的硬件、软件采取了多种抗干扰措施,具有抗各类电磁干扰和浪涌冲击的能力和有效的防雷措施。即使在恶劣环境下,监控终端也能稳定、可靠地运行,并有效地保存数据。
  11、独创的“节日灯”控制功能
  该功能用于控制只在公共假日、重大节庆才需开启的景观灯、饰灯等城市亮化类照明系统(统称为“节日灯” )。有多种节假日组合方式供选择,特别是用户还可以根据实际需要自定一到两个本地节日。如“××市旅游节”等。
  12、产品适应性强
  路灯控制柜中的通路构造和电气配置不一定完全相同(如输出通路、控制方式、控制电压等)。本产品能适应多种控制方式和通路构造的路灯控制柜,支持终端控制柜的结构改造和升级。在监控终端预留的防水接口上,可以配接BEWJ10G路灯电缆、变压器防盗设备,以提供全天候的电缆、变压器防盗功能。
  五、 BEWJ监控系统应用情况、发展规划
  目前BEWJ路灯监控防盗系统已覆盖我市城区外围及中心城区主要路段的路灯,共安装了34套监控防盗终端。不仅实现了路灯、亮化和防盗三大系统的集中控制,提高了路灯开启、关闭控制的精确度、及时性,而且能及时地掌握路灯、亮化产品的运行状态,及时发现问题,把问题限制在最小,把损失减到最低。基本遏制了屡禁不绝的路灯电缆等照明设施被盗的现象的发生。大大提高了我市的道路照明系统运行的可靠性和管理水平。
  预计在今年底,新大楼建成投入使用后,将建立一个集城市照明、亮化的监控、防盗、管理中心,同时把城区剩余近100个控制箱升级为监控控制箱,并且在主要路口安装视频监控设备,将主要路段的亮化实景呈现在监控中心,使城市照明亮化的管理水平上一个新台阶。
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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