814数字城市照明监控管理系统方案Word文档下载推荐.docx
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在硬件方面采用了电力载波技术,实现在现有的电力线上传递数字信号进行通讯。
灯具使用的电力线是已经铺设好的现成通讯资源,现在它既是灯具的供电线路,又是设备使用的通讯线路。
相对其他传输方式,它的施工最为简单,而且对原有环境不构成破坏。
它的实现代价是最小的,基本不受外部环境因素影响。
数字城市照明监控管理系统建立在电力线载波远程通讯技术基础之上,对难于管理的用电设备,例如路灯、公共照明设备等,可以根据工作和生活的实际需要,季节和天气变化情况,事先设置区域、路段的控制策略,根据策略在计算机上事先设定时间,系统就可自动按时间段分区,分路进行定时开关控制,可实现间隔灯杆亮、单边亮,可独立到每盏灯,当然也可实时进行人工开关控制。
当夜晚(或光线较暗)来临且处在交通高峰时,路灯全部开启,交通高峰期后,进入按比例开启,如午夜之后70%;
在凌晨之前时段,路灯开启比例可以降到40%等。
还可对防范重点部位(区域)亮、安全地段(区域)不亮或少亮,有活动有需要的地方亮,无活动无需要的地方不亮或少亮,仅此一项就节电40%,一切只需操作员在计算机上轻松完成。
不但节省了人力,更排除了人为因素产生的矛盾和失误,有效节约了电能。
该系统对电线(路)路灯故障有监测的功能,操作员极易发现线路故障的地点和位置,只要通知维修人员,就能及时排除故障。
如:
路灯维修,以前是大白天开着所有路灯,才能一个一个查找故障,显然是浪费。
现在只要在计算机上查看后,记下故障灯杆号,就可直奔该灯杆去检修,目标明确,工作效率大大提高。
安装本系统,不破坏设施现状和周围环境,不影响正常的工作和生活秩序,施工简捷、工期短,是当今提倡的节约型社会一个很好的改造升级优选的系统。
1.1数字城市照明监控管理系统的优势
(1)系统采用电力载波通信,免布线对路灯进行单灯控制。
(2)可在现有系统上直接升级为单灯控制系统,避免重复投资。
(3)系统可适应路灯照明未来节能改造升级,如加装LED路灯等,可直接实现远程控制调光功能,避免二次改造。
(4)集中控制器带有独立操作系统,可脱离监控中心独立执行命令以及数据保存。
在监控中心发生停电或者发生其他系统故障时以及通讯网络临时故障时,集中控制器可独立执行预设各种定时任务以及管理功能。
(5)系统设备设计兼容EIA-709.1、EIA-709.2、EN50065-1国际标准,并且提供与其它工控标准(如ModBus等)通信的接口,可为二次开发、产品升级开放接口。
(6)系统采用总线式结构,网络内任一节点发生故障不会影响系统运行。
1.2设计原则
本方案遵照先进性、实用性、安全可靠性、可扩展性、开放性、经济性等原则进行实施。
(1)先进性和实用性:
设备符合相关国内、国际标准,整个系统是目前国内最先进的,并将长期处于国内较为领先的水平。
所采用的技术为成熟的物联网通信技术,并根据实际情况,组成最佳组合。
(2)稳定性:
本系统是按照户外工业产品的标准进行设计,所以对各个配件的选择要求极高。
在防雷、防静电、防干扰、防高低温、防水、防尘、漏电保护、供电故障等方面做严格的技术处理,保证系统适应复杂的恶劣环境,尽最大限度减少维护工作量,保证系统的长期稳定运行。
(3)可维修性:
系统的设备模块化、结构化、人性化设计,并且各单元部件具有故障定位指示,便于设备维修。
集中控制器具有标准网络、485、232等多个通讯接口,便于现场信号的调试和控制。
(4)可扩展性:
硬件采用标准化的总线式结构,软件采用组态化设计,使得系统可以根据实际需要进行扩展和升级而不必改变现有设备的状态。
(5)开放性:
本系统软件和通信协议采用标准化的协议,兼容EIA-709.1、EIA-709.2、EN50065-1国际标准,并且提供与其它工控标准(如ModBus等)通信的接口。
很多类似的系统就因为某些厂家采用非标协议,最后造成系统瘫痪。
本系统为开放式,有效的解决了类似的问题,避免对个别厂家形成产品依赖,保证系统的稳定。
(6)经济性:
系统采用已成熟商用的先进技术,选择性价比高的方案和设备,既考虑系统额先进性,又兼顾了经济性。
1.3系统主要技术指标
(1)系统容量
1个集中控制器,可以管理1024个单灯控制器。
(2)通信方式
本系统主要采用先进、稳定、可靠的电力载波通信方式,同时可根据实际需要结合有线和GPRS无线等多种通信方式。
(3)工作环境温度
集中控制器的工作环境温度范围满足-30℃~+70℃。
单灯控制器的工作环境温度范围满足-30℃~+70℃。
(4)控制准确度
控制命令99.9%执行,99.9%不误动,遥信99.9%不误报。
二、系统整体架构设计
数字城市照明监控管理系统由上位机监控管理软件、集中控制器、单灯控制器、双灯控制器及电缆防盗终端组成,集中控制器安装在配电柜内,单灯控制器及双灯控制器安装在照明终端,电缆防盗终端安装在路灯回路的末端。
集中控制器通过GPRS无线网路与监控中心进行通信,单灯控制器、双灯控制器及电缆防盗终端通过电力载波通信方式与集中控制器进行通信。
集中控制器通过接收、执行、转发上位机监控管理软件的命令,对每个单灯/双灯控制器进行控制,达到控制每盏路灯的亮灭及调光,节约电能。
同时集中控制器通过内置的DO输出端口在配电箱内可实现对路灯整条回路的控制,查询每个单灯/双灯控制器的信息,通过模拟量、数字量的AI、DI输入端口,采集现场的光照等其他信息,反馈到上位机监控管理软件,实现对现场的实时监控。
数字城市照明监控管理系统组网方案如下图所示:
三、系统主要设备介绍
3.1单灯控制器
LCXH-PLC01B单灯控制器是一款用于单个照明灯具控制的核心模块。
它能利用低压电力线作为通信媒介,实现数据传输及网络控制等功能。
单灯控制器具有充足的硬件资源,能够应对复杂的电力线通讯环境。
其实现的主要功能有:
PWM或0-10V调光、控制开关、电流、电压、功率数据采集,故障检测等功能。
我公司自主开发的载波模块符合EIA-709.1,EIA-709.2和EN50065-1等国际标准,内部集成了ANSI709.1七层协议、自动路由自适应算法。
通过此模块,可以将一个通信节点动态配置为一个路由或普通节点,其出色的物理层性能和自动路由的特点为用户提供了可靠的网络通信性能。
3.1.1功能特点
(1)特点
LCXH-PLC01B单灯控制器为智能路灯节能产品,可以为LED调光恒流源驱动或可调光电子镇流器提供远程开关、调光和通讯接口,具有PWM调光(默认)或者模拟0-10V调光功能。
♦具备远程开关功能(过零开关灯),内部最大16A继电器输出;
♦具备调光接口PWM或者0-10V;
♦具备电流、电压、功率远程读取功能;
♦具备钠灯灯泡、LED灯(定制)故障检测功能;
♦具备钠灯补偿电容损坏检测功能;
♦具备故障信息主动上报功能;
♦具备防雷功能;
(定制)
♦具备自动归属功能;
♦具备漏电流测试功能;
(2)应用范围
♦各种大功率路灯单灯远程开关节能及故障诊断;
♦大功率LED远程单灯开关、调光及故障诊断;
♦可调光电子镇流器远程开关、调光及故障诊断;
(3)应用价值
♦节能效果最高可达到40%以上;
♦延长灯具寿命25%以上;
♦远程集中控制,节省管理及维护成本(日常维护费用省50%以上);
♦结合地利信息系统(GIS)使用,轻松实现单灯、线路故障定位;
♦电力载波通信式,省去额外布线成本;
♦完善的故障预警功能,保障亮灯率;
3.1.2技术参数
(1)AC输入
1、输入电压
电源输入范围:
96-264VAC
额定工作电压:
220VAC
2、输入频率
范围为:
47-63Hz
(2)AC输出
1、输出电压
继电器控制AC输出电压:
同电源输入电压
220VAC/5A,800VA
(3)调光输出
1、PWM调光输出
PWM信号高电平输出幅值:
5V
PWM信号频率:
400Hz
PWM占空比0-100%对应亮度为100%-0
2、0-10V调光输出
0-10V输出对应亮度为0-100%
3.1.3结构特性
(1)外形尺寸
此单灯控制调光终端的本体尺寸为:
172mm(L)×
56mm(W)×
36mm(H)Max
(2)重量
约0.338kg±
0.05Kg
(3)电源输入线类型
线材:
1.0mm2×
3长度:
300mm
输入L:
棕色N:
蓝色GND:
黄绿色
(4)电源输出线类型
3.1.4环境特性
(1)温度、湿度
工作温度范围:
-30℃~+70℃
储存温度范围:
-40℃~+105℃
工作湿度:
5%~95%相对湿度(无冷凝)
大气压力:
80kPa~110kPa
(2)防护等级
IP65等级
IP67等级(该规格需定制)
3.2双灯控制器
LCXH-PLC02A双灯控制器是一款可用于同时控制两个照明灯具的核心模块。
和单灯控制器一样,双灯控制器也是利用低压电力线作为通信媒介,实现数据传输及网络控制等功能。
3.2.1功能特点
LCXH-PLC02A双灯控制器为智能路灯双灯控制节能产品,可以为各种大功率路灯、LED调光恒流源驱动、可调光电子镇流器提供远程开关、调光和通讯接口,具有PWM调光(默认)或者模拟调光功能。
♦具备远程独立双路开关功能,内部最大16A继电器输出;
♦具备单路调光接口PWM或者0-10V;
♦具备双路独立电流、电压、功率远程读取功能;
♦具备双路独立钠灯灯泡故障检测功能;
♦具备双路独立钠灯补偿电容损坏检测功能;
♦各种大功率路灯双灯远程开关节能及故障诊断;
♦大功率LED远程双开关、调光及故障诊断;
3.2.2技术参数
1、输出电压(两路继电器相同规格)
3.3V
3.2.3结构特性
此双灯控制调光终端的本体尺寸为:
198mm(L)×
91mm(W)×
46mm(H)Max
约0.46kg±
2长度:
180mm
蓝色
1、第一路电源输出线类型
200mm
电源输出1:
L:
2、第二路电源输出线类型
电源输出2:
3.2.4环境特性
3.3集中控制器
LCXH-CP01集中控制器本体具有4路继电器输出(可扩展),4路开关量和2路模拟量的反馈信息采集(可扩展),可以控制4个照明支路的送电停电,并能够监测每一个支路的电流大小,来诊断照明设备的运行情况。
其自身有电量采集功能,可采集计算并记录供电总路的用电参数,同时具有数据接口,可以将第三的设备接入本系统,并进行信息的整理分析与发布。
集中控制器应用GPRS通讯技术接收发送信息,应用电力载波通讯技术与下层单控制进行信息沟通,接收单灯控制器的信息,并向其下发工作指令。
集中控制器还有自动报警功能,通过GPRS向上位机(监控中心)和工作人员的手机发送报警信息。
集中控制器通过多种接口和协议(如TCP/IP)与上位机连接,以适应不同应用需求。
同时,通过电力线对所属控制节点进行管理和控制。
集中控制器主控板选用工业级芯片,允许在-40℃~+85℃的环境温度下的连续运行,关键芯片采用美国最新表面贴装芯片,通过数字信号处理(DSP)技术,印制板焊接采用SMT和波峰焊技术消除了人工焊接的漏焊和虚焊,现场开箱率达到100%,平均无故障时间达到10万小时。
集中控制器内部嵌有相关软件及驱动程序,用以在电力线上形成智能控制网,进行数据通信及系统管理和维护等,其中包括迭代动态规划(RDP)算法,用于发起组网、优化网络结构和监控网络运行状况,另提供相关辅助设备,方便用户进行各种操作。
3.3.1产品技术特点
(1)结构特点
外壳结构设计方面,在外观、布局、颜色、人机界面、输入/输出接口等各方面都考虑了用户多方面的需求。
结构简洁大方,在尺寸、模块化设计上考虑细致,材料阻燃、防紫外线、抗震、防尘、防潮,便于生产、运输。
(2)采用高性能的ARM9CPU
AT91RM9200是ATMEL针对系统控制以及通信领域推出的基于ARM920T内核的新型微控制器,其核心为32位RISC体系结构。
AT91RM9200片内集成了USB、以太网、EBI、MCI、SSC和SPI等多种通信接口,200MIPS的处理速度和先进电源管理使芯片非常适合于系统控制和通信领域。
(3)采用Linux嵌入式操作系统
Linux是一种功能强大而且比较复杂的操作系统,具有一个可裁减的微内核体系结构,包括了进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等几个部分。
值得一提的是,Linux是一个成熟而稳定的网络操作系统。
系统接口规范,软件结构清晰,性能可靠,升级方便,各种支持软件丰富。
(4)提供丰富的外部接口
LCXH-CP01集中控制器充分利用ARM9CPU的强大硬件功能,具有10/100M以太网接口、RS232本地通讯接口、RS485接口、USB接口等。
(5)提供以太网接口
LCXH-CP01集中控制器支持GPRS通信方式,同时具备本地以太网接口,支持以太网远程通讯方式。
(6)采用在线可编程维护技术
LCXH-CP01集中控制器正常运行时可以通过网络、串行通信口等手段更新升级程序。
支持通过GPRS实现程序远程升级。
(7)抗恶劣环境
全密封防护外壳,抗干扰能力强,能经受高压、雷电、及高频信号干扰。
3.3.2产品平台
(1)LCXH-CP01集中控制器硬件结构
LCXH-CP01集中控制器硬件结构如下图所示:
硬件系统采用模块化结构化设计,主要有以下特点:
1、高性能微控制器
为满足灯控终端的多任务和实时性以及抗干扰性要求,尤其是外围扩展功能的要求,LCXH-CP01集中控制器采用功能强大的32位ARM9处理器AT91RM9200作为主CPU。
2、大容量存储器
⏹SDRAM选用了SAMSUNG公司的K4S561632J-UC75,其主要性能参数如下:
♦容量:
4M×
16bit×
4bank
♦速率:
133MHz
♦总线宽度:
16bit
⏹程序FLASH选用了INTEL公司的JS28F320-J3D75,其主要性能参数如下:
75ns的访问时间
4Mbyte
3、高精度RTC
实时时钟选用了MAXIM公司的DS1307,备用电池,其主要性能参数如下:
⏹内置高精度频率调整的32.768kHz晶振(25℃时±
5×
10-6)
⏹自带温度补偿
⏹高速I2C总线(400kHz)
⏹内置高精度时计精度调整电路
⏹对CPU的发生中断功能周期1个月-0.5秒具有中断请求中断停止功能
⏹1.15V-5.5V的宽幅计时保持电压范围
⏹1.7V-5.5V的宽幅接口电压范围
⏹低消耗电流0.48uA/3.0VTyp.
4、10/100M自适应以太网接口芯片
10/100M以太网接口芯片选用了DAVICOM公司的DM9161EP,其主要功能及参数如下:
⏹完全符合IEEE802.3u标准10Base-T/100Base-TX/FX
⏹支持自动协商功能,与IEEE802.3u标准兼容
⏹完全集成的物理层与磁场的直接接口的单芯片
⏹集成的10Base-T和100Base-TX的收发器
⏹可选择的MII或RMII接口的100BASE-TX
⏹可选全双工或半双工操作
⏹LED状态指示,连接/活动,Speed10/100和Full-duplex/Collision
⏹单电源3.3V的低功耗与0.35微米CMOS技术
5、稳定高效的电源系统
电源模块具有低成本、宽输入范围、高动态响应、高效率、高稳定性和超低纹波性能,有效提高了系统的稳定性、可靠性和抗干扰能力。
6、高稳定性的电力载波通信模块
以自主研发的高性能电力载波通信模块和自主自主研发的通讯协议配合,实现了灵活的自适应智能组网算法,使通讯更稳定、可靠。
7、稳定可靠的多种远程通讯模块
LCXH-CP01产品的远程通讯模块支持CDMS模块、多种型号的GPRS模块,可供用户灵活选择。
8、抗干扰防雷击
在电源输入端和RS485接口、信号量输入/输出接口均设置了抗干扰防雷击器件,能有效抑制干扰、防护雷击。
(2)ARM9微控制器
微控制器采用基于ARM920T内核的32位工业级微控制器AT91RM9200,AT91RM9200是ATMEL针对系统控制以及通信领域推出的基于ARM920T内核的新型微控制器,其核心为32位RISC体系结构,它与AT91X408xx等基于ARM7TDMI内核的微控制器向上兼容。
AT91RM9200片内集成了USB、以太网、EBI、MCI、SSC和SPI等多种通信接口,200MIPS的处理速度和先进电源管理使芯片非常适合于系统控制和通信领域,同时也适用于电力、医疗等领域的应用。
AT91RM9200的主要特点如下:
♦集成了ARM920TARMThumb核,最高频率支持180MHz
♦低功耗
♦16KBSRAM和128KBROM的嵌入式存储器
♦外部总线接口(EBI)支持SDRAM、静态存储器、BurstFlash、无缝连接的CompactFlash、NANDFlash和SmartMedia等多种存储器。
♦增强的系统外设性能
♦10/100BASE-T以太网接口(EMAC)
♦USB2.0全速(12Mbps)主机/设备端口
♦多媒体卡接口(MCI)
♦3个同步串行控制器(SSC)
♦4个通用同步/异步收发器(USART)
♦主/从串行外设接口(SPI)
♦2个3通道的16位定时器/计数器模块(T/C)
♦两线接口(TWI)
♦所有数据引脚都支持IEEE1148.1JTAG边界扫描
(3)嵌入式Linux操作系统
为了充分利用32位ARM9硬件平台,LCXH-CP01集中控制器采用了嵌入式Linux操作系统。
嵌入式Linux是一种功能强大而且比较复杂的操作系统,具有一个可裁减的微内核体系结构,包括了进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等几个部分。
嵌入式Linux具有支持多处理器,网络协议丰富,兼容性、移植性和裁减性好等众多优点:
♦高稳定性和可靠性
♦较好的实时性—系统本身的开销很小,进程调度、进程间通信、中断处理等系统公用程序精练而有效,它们造成的延迟很短,保证系统能以较高的效率运行。
♦可裁减—嵌入式Linux由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成,占用了很小的存储空间。
由于它的高度灵活性,用户可以很容易地对这一操作系统进行定制或作适当开发,来满足自己的实际应用需要。
♦实时内核的要求—具有多任务、任务间的通讯与同步、任务与中断间通信等多种机制,充分保证了内核的实时性。
作为一款开放式的操作系统,嵌入式Linux的显著特点和优势已被业界认可,尤其是其良好的可靠性和开放性已被广泛地应用在电力、通信、航空、消费等领域中。
在LCXH-CP01集中控制器中,分别从开发环境、板级BIOS、文件系统、应用程序等多个方面对其进行了开发。
此外,还结合对各种室外照明的行为分析,对软件体系结构和代码执行效率进行了优化。
在整个任务管理中,嵌入式Linux主要负责通信任务管理、电力载波通讯、数据存储管理、人机接口、定时任务执行等,充分发挥了其多任务和实时性的特点,因此它的引入是本产品在软件实现上的一个突破。
3.3.3产品性能指标
(1)使用环境条件
温度:
相对湿度:
5%~95%(不冷凝情况下)
大气压:
BB2级,66~108kPa
(2)工作电源和备用电源
1、工作电源电压
使用三相四线、供电时断二相电压的条件下,交流电源能维持终端正
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