路灯控制系统技术方案 一、 概述 1.项目需求 -------------------------------------------- （2） 2.项目意义 -------------------------------------------- （2） 二、总体设计方案 1.设计原则 -------------------------------------------- （3） 2.结构框图 -------------------------------------------- （5） 3.主要功能概述 ---------------------------------------- （5） 三、系统详细设计 1.系统简介 -------------------------------------------- （6） 2.计算机信息管理系统 ---------------------------------- （7） 3.远程控制系统 --------------------------------------- （11） 四、成功工程案例--------------------------------------（15） 一、概述 1、项目需求 当前我国城市照明，特别是路灯照明，主要有以下特点：照明消耗的电能约占电力生产总量的10％～20％，而城市公共照明则在照明耗电中占30％； 近几年随着让城市亮起来的口号的提出，全国路灯的数量仍在迅猛地增长；
路灯照明多为低效照明为主，电能利用率还不到65% ； 绝大部分地区仍然使用非常落后的控制方式。
目前路灯控制采取光控、定时及人工开关的方式，已不能满足特殊天气条件下开关灯及节能要求，因此需要利用计算机自动管理技术和远程通讯技术，对城市照明实现自动化、智能化科学管理，达到路灯管理水平与现代城区相适应，提高路灯管理效益，做到合理照明，美化照明，安全照明，降低运营和维护成本。
2、项目意义 系统改造采用先进的GPRS无线通讯网络、计算机信息管理及单灯控制模块等组成的分布式无线“三遥”（遥测、遥控、遥信）系统。该系统可以对全市范围内的路灯进行遥控开关、遥信状态、遥测电流、电压、用电功率，还可以根据对所测数据的分析来判
断路灯配电设备运行有无故障，对路灯亮灯率估算和计算，对线路缺相、回路接地、白天亮灯、夜晚熄灯、大面积灭灯等异常情况进行报警处理，并能通过短信及时通知给相关管理人员。系统改造有着以下重大意义：
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，在遭遇极端特殊的天气情况时能通过人工控制进行应急开关灯调度。
提高城市形象：系统具有设备状态巡检和故障自动报警功能。当配电设备发生故障时，调度人员可以在数秒钟内及时了解故障发生的地点和具体情况，并及时排除工作人员进行修复。这样可以极大地减少对照明管理部门的投诉，从而进一步提高管理部门的形象。 节约电能支出：系统对开关灯状态有可检查性，能有效避免白天亮灯的情况出现。控制设备能依据一年四季的季节变化情况预置合理的开关灯时间方案，在满足对城市照明的需求时，有效地减少开灯时间，从而节约了大量的电能。
降低运维成本：系统将“巡灯查找故障”改为“值班等待报警”，减少了“巡灯”人员数量和巡检车辆损耗，降低了维护成本。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。
实现科学管理：系统能将采集到的数据自动进行存储、统计，能随时进行查询和生成各种统计报表，为管理人员提供详实地决策依据。 二、总体设计方案 1、设计原则 本控制系统在设计过程中认真贯彻中央关于《国务院办公厅关于深入开展全民节能行动的通知》要求，以科技、节能、环保和低费用为设计理念，促进节能环保社会的建设与发展。
（1）实用性原则 从目前城市路灯的具体情况出发,制定符合实际且技术先进的控制系统,本系统的设计目标是利用计算机自动管理技术和远程通讯技术，对城市照明实现自动化、智能化科学管理，达到路灯管理水平与现代新城区相适应，提高路灯管理效益，做到合理
照明，美化照明，安全照明，降低运营和维护成本。
（2）可靠性原则 系统的高可靠性是十分重要的。首先是硬件系统的可靠性,其次是软件系统具有较高的可靠性。 系统的平均无故障时间(MTBF)： 15年 模件的平均无故障时间(MTBF)： 15年 系统可利用率(MTBF/MTBF+MTTR)：
大于99.99%， （3）安全性原则 选用的单灯控制模块在运行过程中具备完善的故障检测、诊断功能。上位机软件具有完善的报警显示、故障处理及操作报警等功能。具有良好的安全运行性能。 （4）先进性原则 系统设计应把握先进稳定的传感器技术、最新电子控制技术、计算机技术、网络和通信技术的发展方向，采用先进的体系结构；
尽量选用同行业内先进成熟的技术和设备，选用先进的软硬件平台，营造高起点的系统开发与应用环境，系统具有先进的体系结构、控制算法、通讯功能和网络功能，既具有控制功能，还具有完善的信息处理和管理功能，使其具备全集成自动化的控制模式，在国内处于领先水平。
（5）灵活性原则 控制站通过MODBUS-RTU现场总线或ZigBee无线传感网络使现场路灯信号与自动化系统相连，它可以集中装在室内或分散装在控制现场，使系统配置具有极大的灵活性，并且具有灵活的软件组态功能，能够灵活的进行控制算法的修改，很方便的完成控制参数的修改。
（6）扩展性原则 系统具有开放式的模块化体系结构和软件系统，易于系统的扩展及与管理信息系统的互联。系统具有开放性，在功能，配置，通信接口等方面具有较好的控制能力，系统能随着科学技术的发展而不断平滑升级。
（7）可维护性原则 系统具有自诊断功能，对软、硬件系统可以进行故障定位和故障报警，并能进行故障处理记录，故障平均修复时间(MTTR)为3分钟，并可进行在线维护。
2、系统结构图 3、主要功能概述 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（可对路灯状态、三相电压、回路电流、有功功率、功率因数及各种直流模拟量采集）；
采用时控方式进行照明控制，实现预约控制和分时控制。可设置多套时间方案以实现对每一个回路灵活的控制；
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；
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。
具有健全的报警处理机制，报警内容包括：白天亮灯、晚上熄灯、配电箱异常开门、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；
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；
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；
三、系统详细设计 1、系统简介 本系统采用了GPRS网络技术和RS485现场总线技术以及ZigBee无线传感网络技术相结合来实现路灯单灯的联网通讯，提供对路灯灵活智能的管理，结合先进的上位
软件，可实现线路上任一线路，任一个路灯的定时开关，强制开关，定时控制的方案可由用户任意编程，最终实现路灯照明系统的智能控制和高效节能。每个单灯实现各项电力参数的检测，故障能自动及时上报，大大方便了路灯系统的管理，节约了维护成本。
2、计算机信息管理系统 2.1、功能介绍 （1）、地理信息功能：数字网络式监控，通过通讯系统传输，可在地图屏上动态显示全线的任一处路灯控制点及每个路灯和雾灯的工作状态、地理位置（公里标，方向）及灯柱编号。
（2）、降压启动：通过降压启动降低冲击电流，保护线路，提高光源寿命，降低电能消耗。
（3）、自动/人工调光功能：在正常光通量运行工况下，后半夜通过智能系统的指令，光通量下调30%；
也可根据环境需求，在控制中心人工无级调节（系统/区域/单灯）50-100%光通量。
（4）、定时控制功能：监控中心可按一年日照的长短自动调整路灯的开启时间，以及每天前半夜和后半夜的不同运作状况编程并下载到各路灯段控制点，无特殊情况，各路灯段将按时间表运作。 （5）、即时控制功能：如出现恶劣气候或其他原因，中心可对全线或单一路灯监控点及每个路灯和雾灯实行指令操作；
也可在路灯控制点（路段控制器）对该控制区域路灯/单灯进行（开关/控制/调节）操作。
（6）、系统也可共享交通工程监控系统的气象信息，预设气象控制参数，在出现恶劣气候（如大雾、暴雨雪能见度低时），自动开启/关闭控制区域内的路灯和雾灯，并同时报告给监控中心；
（7）、工况监测：系统每隔10-20分钟对各终端自动检查路灯、雾灯运行的各项电流、电压数据及门控报警信号，当负载发生欠流、停电等异常情况时可发出报警声光提示值班人员注意，以便及时采取相应措施。
（8）、系统异常和故障报警：当出现电源故障/通讯故障/线路故
障/单灯控制器故障/灯泡故障时，能自动报警并作相应记录：控制装置具有再启辉功能，在故障排除后，经自动程序指令再次点亮灯具。 （9）、统计分析与查询功能：智能路段控制器故障统计分析； 智能终端控制器故障统计分析； 路灯、雾灯使用统计分析。
2.2、系统权限 系统设有登陆界面和登陆密码，操作人员必须输入相应的操作密码后才能进入主页面，否则系统会给予提示，此设置用于防止未经授权的人员进入系统。
2.3、路灯状态查看 通过本系统可以对与系统连接的每个路灯的状态进行查看。
2.4、路灯数据采集与查询 通过智能采集器可以采集路灯供电回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能、频率等电力参数，存档到数据库，便于随时查询，为监控中心决策分析系统提供原始数据和信息。
2.5、信息数据管理与分析 （1）历史数据统计 对于电压、电流、电能等各种电力参数，系统均会在数据库中进行历史存储，以便于管理者追溯查询。
（2）报表管理 系统对实时数据进行分类和科学管理，以报表或图表的形式展现给管理者，便于管理者对用电情况进行统计分析。 （3）电能管理 系统针对用户的特别需求提供了电能的分析管理功能，除具有精确到天的电能查询功能外，还提供了配电系统月报和年报分析统计功能，便于管理者对中长期用电情况进行统计，加强对用电的人工管理。
（4）事件记录 根据用户设置，对配电系统中的重要事件，如报警事件等进行记录并存储。
（5）打印各种参数的历史趋势数据、设备故障报警及参数超限报警等。
2.6、数据交互与融合 本控制系统不仅实现了路灯状态和数据的实时采集，最大的优势在于对数据的交互、分析与决策处理。由于控
制站通过GPRS无线网络实现了数据交互功能，通过对路灯远程状态、数据采集与监测，将所有数据采集到中心监控室进行汇总，与历史数据进行比较分析 2.7、数据决策 系统数据库可存储能表示路灯运行状态的各类数字化数据，系统以数据库中的中长期历史数据为基础，在电力相关理论和算法的支持下，从宏观和长时期的角度出发，得出控制系统运行中存在的问题，以及为优化系统各项控制参数，给出合理科学的建议，最终将以表格和图型的方式展现在管理者面前。经过运算得出数据报表，并通过系统的自动分析得出各控制站的潜在隐患或系统故障，并以此为根据进行报警并得出决策。维护人员就能及时准确地对潜在隐患或系统故障进行维护，不仅提高了系统的安全性，大幅度的降低了成本，而且为后期的节能系统打下了数据支持平台。 2.8、信息共享 构造了总配与各分变电站之间的全网无瓶颈的快速响应系统，通过信息交换，实现信息共享，提供常规的变电站所不能提供的功能，减少设备的重复购置，简化设备之间的互连，从整体上提高自动化系统的安全性和经济性，从而提高配电的自动化水平。 2.9、增强信号稳定性 通过该系统的实施，将原有路灯的I/O模拟和开关量信号传输改为现场总线数字化数据传输，传输速度更高，并避免了外界干扰对传输信号的影响，信号更稳定，从而增强了系统的稳定性和安全性。
3、远程控制系统 3.1、系统构成 3.2、组成部分性能 (1)GPRS：通过GPRS模块构成了智能无线网络，连接控制端与上位机软件，将控制端采集的状态和数据通过无线网远传到中控室上位机数据库，并将上位机下达的各种控制命令下发到指定地址的控制器中，实现各种远程控制功能 。
(2)RB-100控制端：控制端通过RS485有线方式或ZigBee无线方式MODBUS-RTU协议采集每个单灯控制模块中路灯的状态和电力运行数据，将这些状态和数据进行分析，整理，计算出相应的输出动作和报警。
（3）单灯控制模块：单灯控制模块控制路灯的状态，并监测路
灯运行的电力参数，电压、电流、功率因数等，将这些参数通过RS485或ZigBee通信方式送到RB-100控制端，同时接收来自控制端的所有控制指令，从而实现远程控制功能。
3.3、系统的特点与先进性分析 (1)、地理信息显示功能 (2)、低压启动功能 (3)、定时控制功能 (4)、即时控制功能 (5)、气象联动功能 (6)、雾灯调节功能 (7)、灯具工作状况监测功能 (8)、系统异常和故障报警功能 (9)、统计分析与查询功能 (10)、系统维护与管理功能
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