基于物聯(lián)網(wǎng)的路燈節(jié)能管理系統(tǒng)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的路燈節(jié)能管理系統(tǒng) 管控一體 燈燈相聯(lián)概述路燈是與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的市政公共設(shè)施， 既關(guān)系到夜間行人和交通 的安全，又承擔(dān)著美化市政、降低社會(huì)犯罪率的重任，確保按時(shí)、按需點(diǎn)亮每一 盞燈，并能有效地節(jié)省路燈的用電電量、 延長燈泡的壽命、 降低維護(hù)和管理的成 本是現(xiàn)代效能型社會(huì)追求的目標(biāo)。目前，全國大部分城市的照明控制和管理仍采用傳統(tǒng)的模式， 道路路燈和城 市夜景亮化的開關(guān)由每臺(tái)箱變或配電柜獨(dú)立時(shí)鐘控制， 無法做到精確的統(tǒng)一性控 制和管理， 除了部分實(shí)現(xiàn)了路燈變壓器的監(jiān)測(cè)外， 大部分路燈設(shè)施均靠人工巡檢 的傳統(tǒng)管理模式，從而造成路燈電纜、燈具等城市路燈設(shè)施失竊和人為損壞嚴(yán)重， 與“分

2、時(shí)間、分路段、分情景 ”的科學(xué)亮燈模式的管理目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)；特別是集中 亮燈時(shí)電流、 電壓的瞬間劇烈變化對(duì)專用變壓器和燈具造成的巨大沖擊， 時(shí)常造 成設(shè)備的損害，大大縮短了設(shè)備的使用壽命，增加了城市照明的維護(hù)成本。在這樣的背景下，我們借鑒了國內(nèi)和國際上最新的自動(dòng)控制和節(jié)能管理技 術(shù)，集多年自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)和工程實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)路燈節(jié)能與管理要求， 采用了先進(jìn)的嵌入式控制器技術(shù)、 GPRS/CDMA/GSM 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)控和管理技術(shù)，成功開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（ WSN）路燈 節(jié)能管控系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在 路燈監(jiān)控方面應(yīng)用的產(chǎn)品還不多見， 其特點(diǎn)非常適合路燈 的監(jiān)

3、控要求，將 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的節(jié)點(diǎn)與路燈檢測(cè)、調(diào)光、控制集成在一起，實(shí) 現(xiàn)對(duì)每個(gè)路燈的單獨(dú)控制， 通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的自組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有路燈的遠(yuǎn)程 節(jié)能監(jiān)控。因此 WSN 路燈節(jié)能和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了路燈全面智能化，實(shí)現(xiàn)了 “分 時(shí)”、“分路段”、“分情景 ”的合理光源分布；各種節(jié)能手段的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了路 燈精確管理，可實(shí)現(xiàn) 30% 以上的路燈節(jié)能效果，對(duì)于提高能源利用效率，緩解 能源緊張狀況具有重要意義。二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由三部分組成：計(jì)算機(jī)路燈控制和管理中心，路燈監(jiān)控終端及RTU。計(jì)算機(jī)路燈控制和管理中心通過 GSM/GPRS/CDMA方式與分布在各地的路 燈監(jiān)控終端通信， 實(shí)現(xiàn)區(qū)域或城市的路

4、燈控制； 路燈監(jiān)控終端作為一個(gè)路段路燈 控制和管理單元，并通過 WSN 無線通信方式與每一個(gè)路燈節(jié)能控制器通信，實(shí) 現(xiàn)路段的路燈控制； RTU 控制和監(jiān)視每一個(gè)路燈的亮、滅并與路燈監(jiān)控終端和 路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)構(gòu)成路燈監(jiān)控和節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)測(cè)和管理的功能， 結(jié)構(gòu)原理如圖 1 所示。三、 系統(tǒng)功能1、路燈監(jiān)控和管理中心路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)是以 Linux 操作系統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫為核心，以路 燈監(jiān)控和管理應(yīng)用軟件包為工具， 以 GPRS/CDMA/GSM 或其他傳輸方式為遠(yuǎn)程 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)， 集監(jiān)視、 控制、管理功能為一體的一個(gè)分布型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī) 監(jiān)控和管理系統(tǒng)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

5、具有快速的響應(yīng)速度，能很好地滿足路燈系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要 求，其完善的數(shù)據(jù)庫定義、 查詢工具和良好的用戶界面， 使用戶能夠靈活方便地 對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行離線或在線的修改、擴(kuò)展和定義。系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面和完善的圖形數(shù)據(jù)處理功能， 方式靈活、 簡單。地 理信息（ GIS）圖形處理系統(tǒng)使操作人員可以在屏幕上實(shí)現(xiàn)圖形的縮放、平移、 導(dǎo)航及各種監(jiān)視、操作、修改和定義功能。 整個(gè)系統(tǒng)具備的功能如下：具備五遙（遙控、遙訊、遙調(diào)、遙視、遙測(cè)）功能。系統(tǒng)同時(shí)兼容回路控制和單燈控制。單燈控制可實(shí)現(xiàn)路燈壽命預(yù)測(cè)，精確計(jì)算亮燈率。 回路控制估算亮燈率?？蓽y(cè)量單燈或回路的電壓、電流、功率因素，有功功率。系統(tǒng)具有電纜防盜，路燈故

6、障通過手機(jī)和監(jiān)控中心的報(bào)警功能。能生成 故障碼，方便維修。有監(jiān)測(cè)道路車流量的功能的擴(kuò)展接口?？稍诂F(xiàn)場(chǎng)或通過監(jiān)控中心設(shè)置單桿調(diào)光率或回路調(diào)光率。軟件能做節(jié)能量分析并提供相關(guān)報(bào)表。中心軟件留有公眾熱線整合報(bào)修接口，可匯總故障報(bào)修狀況，可生成維 修工單及維修結(jié)果確認(rèn)單?？缮勺罴训木S護(hù)策略或維護(hù)路線?？缮删S修明細(xì)。報(bào)告耗材（路燈、電容、鎮(zhèn)流器等）庫存狀態(tài)。有綜 合管理等辦公自動(dòng)化功能，實(shí)現(xiàn)總公司對(duì)分公司的通過互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)管理。具備通過視頻和負(fù)荷監(jiān)控實(shí)現(xiàn)指揮及維修調(diào)度功能， 可聯(lián)動(dòng)對(duì)應(yīng)的管理 攝像機(jī)。詳細(xì)記錄開關(guān)燈時(shí)間，方便節(jié)能量計(jì)算?？刂葡到y(tǒng)失效時(shí)，能無條件保障照明。對(duì)白天意外亮燈、晚上意外熄燈、

7、遠(yuǎn)程控制器故障、配電箱門開關(guān)不正 常，電壓電流超限和供電線路停電可報(bào)警。單燈和回路終端盒獨(dú)立運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)控制，提高開關(guān)燈的可靠性。2、路燈監(jiān)控終端1）特點(diǎn)l GPRS/CDMA/GSM 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信連接， 支持手機(jī)短信功能， 實(shí)時(shí)發(fā)送多種報(bào)警信l 高性能嵌入式微處理器技術(shù)，先進(jìn)的電能測(cè)量計(jì)量專用芯片，大容量存儲(chǔ)器技術(shù)l 通訊距離： 50-200 米l 自診斷和自恢復(fù)功能l 斷電數(shù)據(jù)保持功能l 遠(yuǎn)程或就地自動(dòng)調(diào)壓實(shí)現(xiàn)路燈的亮燈、暗燈的節(jié)能控制l 無線路由節(jié)點(diǎn)通信連接功能，實(shí)現(xiàn)與單燈節(jié)能控制器的通信l 可選的就地彩色 LCD 圖形顯示和操作鍵盤功能2）結(jié)構(gòu)采用戶外機(jī)箱安裝結(jié)構(gòu)， 可以直接安裝在戶外路

8、燈變壓器的安裝平臺(tái)上和電 桿柱上，也可以直接安裝在路燈配電控制箱內(nèi)。由測(cè)控通信模塊、圖形顯示和通信控制器（選件） GPRS/CDMA模塊、無線 線路由節(jié)點(diǎn)通信模塊，電源模塊、接線端子和機(jī)箱組成。3）功能數(shù)據(jù)記錄功能l 可以按分鐘、小時(shí)、天、周、月記錄和保存各種連續(xù)記錄數(shù)據(jù)和最大最小值數(shù)據(jù) 狀態(tài)監(jiān)視功能l 開關(guān)量輸入可以監(jiān)視路燈的開關(guān)以及節(jié)能控制器的狀態(tài)控制輸出功能l 開關(guān)量輸出可以控制路燈開關(guān)和節(jié)能控制器等通信功能l GPRS/CDMA/GSM 網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)招喚傳送、定時(shí)傳送、越限報(bào)警 / 變位 傳送和遠(yuǎn)程控制命令傳送功能短信息報(bào)警l 檢測(cè)到報(bào)警事件時(shí)，將主動(dòng)發(fā)送短信息給預(yù)先指定的手機(jī)

9、。l 圖形顯示和通信控制器后，可以實(shí)現(xiàn)路段內(nèi)路燈就地的圖形、數(shù)據(jù)、狀態(tài)、報(bào)警 顯示，操作和維修工程師可以在就地通過圖形顯示器和鍵盤對(duì)路段內(nèi)的路燈進(jìn)行 操作控制，檢驗(yàn)和維護(hù)工作。四、 特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)通過鋪設(shè)控制電纜或者采用電力載波的形式進(jìn)行路燈控 制。其構(gòu)成框圖如下所示傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖1、技術(shù)比較l 傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)達(dá)到控制目的需要對(duì)控制回路進(jìn)行線路， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈 管理系統(tǒng)全部采用無線方式，不需要敷設(shè)線路。l 傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng) 很難實(shí) 現(xiàn)單燈控制， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈管理即可以實(shí)現(xiàn)回路 控制也可以實(shí)現(xiàn)單燈控制。l 傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)可以定時(shí)按照程序控制開關(guān)， 無線

10、傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈管理即可以實(shí)現(xiàn)按照程序進(jìn)行控制，也可以根據(jù)室外照度控制2、經(jīng)濟(jì)比較 1、傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用高、建設(shè)周期長、日常維護(hù)費(fèi)用大。 傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用高以一個(gè) 2000 個(gè)路燈系統(tǒng)，20 個(gè)回路控制的建 設(shè)為例，傳統(tǒng)路燈控制系統(tǒng)的直接建設(shè)成本約為 60 萬。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈管理系統(tǒng)的直接建設(shè)成本約為 30-50 萬2、采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈管理系統(tǒng)節(jié)能效果好提高亮燈率：系統(tǒng)投運(yùn)后可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)路燈運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，隨時(shí)處理，提 高亮燈率。節(jié)約能源，減少電費(fèi)支出：在系統(tǒng)投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量減 少的情況下，執(zhí)行 “隔一亮一 ”、“隔二亮一 ”、“隔三亮一”的照

11、明方式，既給夜間 出行的行人帶來主便又能節(jié)約大量的電費(fèi)支出。在實(shí)現(xiàn)單控后，最少節(jié)能 40% 。延長燈具壽命：采用路燈智能控制終升高的情況下。據(jù)測(cè)試，正常電壓( 220V ) 情況下，鈉燈電壓為 100V，電壓升高后( 230V-240V )，鈉燈電壓可升至 120V-150V ；正常電壓環(huán)境下降壓節(jié)能運(yùn)行后，鈉燈電壓一般為 85V，電壓升高 環(huán)境下，鈉燈電壓可保持在 100V 左右。從理論和實(shí)際使用環(huán)境，采用調(diào)壓控制 節(jié)能可以延長路燈使用壽命。節(jié)約人力、物力，提高管理水平：由于可實(shí)時(shí)監(jiān)控每盞路燈、每個(gè)路段及亮化 工程點(diǎn)工作狀態(tài)， 計(jì)算機(jī)可以及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行匯總， 寫入數(shù)據(jù)庫， 以便次日進(jìn)行 維修；利用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模擬顯示屏， 監(jiān)視全區(qū)路燈， 值班員在中央控制室就可以概 覽路燈現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況， 從而減少巡燈的維護(hù)成本和減輕巡檢人員工作強(qiáng)度，