城市LED路燈數(shù)字化監(jiān)控管理系統(tǒng)

蘇建明，張照兵，江 龍

克拉瑪依地威諾節(jié)能有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834000

城市LED路燈數(shù)字化監(jiān)控管理系統(tǒng)

蘇建明，張照兵，江 龍

克拉瑪依地威諾節(jié)能有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834000

針對(duì)城市路燈巡查工作量大、故障處理滯后等現(xiàn)狀，通過對(duì)LED燈具和嵌入式芯片的研發(fā)，結(jié)合通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，開發(fā)出了城市路燈數(shù)字化監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)市區(qū)路燈運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并上送故障信息給值班人員，確保路燈故障的及時(shí)處理，還可減少維護(hù)費(fèi)用。還可以根據(jù)天氣情況調(diào)整路燈照明的亮度，起到節(jié)電的效果。此項(xiàng)目的提出，為城市照明集中管理和監(jiān)控方面提供了新思路。

LED燈；實(shí)時(shí)監(jiān)控

0 引言

城市照明是一個(gè)現(xiàn)代化都市的重要標(biāo)志之一，路燈照明和人們生活密不可分。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的力度不斷加大，各城市對(duì)公共照明系統(tǒng)的節(jié)能要求越來越高，本項(xiàng)目所采取的光源為L(zhǎng)ED光源,此項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均具有領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了城市照明管理領(lǐng)域的空白。

1 研究設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.1 總體思路

在可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用的形勢(shì)下，立足于光伏發(fā)電監(jiān)控及優(yōu)化技術(shù)，首先，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行合理的選配，針對(duì)新疆的地域特點(diǎn)和基于選配的系統(tǒng)軟硬環(huán)境（如：太陽能電池方陣、用電設(shè)備功耗及日耗電量、蓄電池容量、逆變器容量、當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)間等），建立蓄電池的并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1.2 項(xiàng)目技術(shù)方案

1）項(xiàng)目總體思路及實(shí)施方案總體思路：

結(jié)合嵌入式技術(shù)和智能控制技術(shù)利用其通訊接口，建立分布式監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有燈具的數(shù)字化集中管理和監(jiān)控。

整個(gè)系統(tǒng)為3層：

（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端

采用的嵌入式技術(shù)，再配之主流的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端與路燈智能電源模塊間的通訊。各智能電源模塊與監(jiān)控終端連接，負(fù)責(zé)采集路燈各種信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端既可與遠(yuǎn)程控制中心脫機(jī)，獨(dú)立設(shè)定參數(shù)（開、關(guān)燈時(shí)間及各時(shí)段亮度設(shè)定）控制路燈，又可與遠(yuǎn)程控制中心聯(lián)機(jī)，雙向通訊，由控制中心設(shè)定或修改現(xiàn)場(chǎng)控制器的參數(shù)設(shè)定，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端把采集到的路燈信息上傳到控制中心。

（2）監(jiān)控中心

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端與路燈管理所監(jiān)控端之間通訊方式采用GPRS通訊。監(jiān)控各條線路的路燈故障報(bào)警、起停、功率狀態(tài)，并可根據(jù)需要調(diào)整路燈的工作狀態(tài)。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控管理

路燈管理所與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心采用以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行通訊，管理級(jí)可以充分利用企業(yè)廣域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行海量的數(shù)據(jù)傳輸，完美實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。

通過分布式系統(tǒng)，在遠(yuǎn)程上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)全部或任一個(gè)路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并可根據(jù)需要調(diào)整路燈的工作狀態(tài)（起停、功率狀態(tài)等）。

2）研發(fā)流程

LED路燈數(shù)字化控制管理項(xiàng)目包括LED燈具研發(fā)、嵌入式芯片研發(fā)、城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)軟件開發(fā)等方面。

3）關(guān)鍵技術(shù)問題

（1）通訊協(xié)議

選擇的通訊協(xié)議屬于國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，協(xié)議具有主流性、可靠性、通用性、易用性等特點(diǎn)。

（2）系統(tǒng)綜合軟件開發(fā)與程序設(shè)計(jì)

軟件能夠可以遠(yuǎn)程智能監(jiān)控,保證路燈故障的及時(shí)排除，可根據(jù)用戶的需要通過對(duì)燈具的亮度、色彩、啟停等進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，達(dá)到節(jié)能的目的；

軟件開發(fā)平臺(tái)為主流開發(fā)平臺(tái)，如C、.NET、ARM等，具有可靠性強(qiáng)、協(xié)議接口規(guī)范等特點(diǎn)；

后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為主流數(shù)據(jù)庫(kù)，支持目前主流服務(wù)器的操作系統(tǒng)，如SQL 2005、Oracle 10G等。

（3）系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與開發(fā)

智能電源提供LED路燈正常工作，具有寬電壓輸入、過壓保護(hù)、空載保護(hù)、過載保護(hù)、負(fù)載智能半功率等功能，智能電源模塊內(nèi)置單片機(jī)及其外圍電路，A/D D/A模塊，依靠編程采集路燈狀態(tài)的參數(shù)信息，通過標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，將路燈工作狀態(tài)信息及時(shí)、可靠的送達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端須配備路燈通訊接口和無線通訊的GPRS通訊模塊，負(fù)責(zé)采集各個(gè)路燈信號(hào)，通過無線通訊模塊將信息遠(yuǎn)傳到路燈管理中心進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 預(yù)期經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益分析

2.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

1）城市照明集中監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)氣象局提供的天黑天亮?xí)r間進(jìn)行準(zhǔn)確控制開關(guān)燈時(shí)間，避免由于時(shí)間差而造成的電能浪費(fèi)，我市現(xiàn)有路燈約20 000盞、每盞按250W計(jì)算，總功率約5 000kW，按平均每天提前開燈或推遲關(guān)燈15min計(jì)算，電價(jià)按0.55元/度，全年將節(jié)約支出電費(fèi)：

5 000 ×（15/60）h×365天×0.55元/度=250 937.5元

2）市政工程管理處目前用于城市道路照明系統(tǒng)維護(hù)車輛為7臺(tái)，每年運(yùn)行費(fèi)用為40萬元，若順利實(shí)施該項(xiàng)目，將減少巡燈車輛的使用，初步預(yù)計(jì)可直接節(jié)省車輛維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用50%。

40 萬元×50%=20萬元

3）城市路燈照明監(jiān)控系統(tǒng)，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”或“隔二亮一”的照明方式，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)單燈控制后，由于隔盞關(guān)燈進(jìn)行控制比現(xiàn)在最少還能節(jié)約50%的電費(fèi)。

克拉瑪依市中心城區(qū)2008年實(shí)際電費(fèi)為750萬元，2009年電費(fèi)為910萬元，預(yù)計(jì)克拉瑪依市2010～2011年城市道路照明燈具約為21 000盞，平均每盞燈具功率約為250W，冬季照明小時(shí)數(shù)為15小時(shí)，夏季約為8小時(shí)，按照平均每天12小時(shí)的照明時(shí)間計(jì)算，克拉瑪依市道路照明每年消耗電能2 299.5萬kW·h，每年產(chǎn)生電費(fèi)約為1 267萬元左右。若該項(xiàng)目在本市全面實(shí)施，可保證實(shí)際降低能耗50%以上。實(shí)施完畢后，每年可為政府節(jié)約電費(fèi)632萬元。

另通過設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)路燈半功率照明，減少負(fù)載消耗電量，可以降低大量電費(fèi)，因個(gè)路燈功率不同，在此不做詳細(xì)經(jīng)濟(jì)效益分析。

此外，城市路燈照明集中監(jiān)控系統(tǒng)的電流越限報(bào)警，能向照明管理部門提供電能的準(zhǔn)確有效的判斷依據(jù)。系統(tǒng)通過避免預(yù)防由于設(shè)備和電能帶來的經(jīng)濟(jì)損失，從而間接地為照明管理部門每年帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

通過本項(xiàng)目的研發(fā)，多方位、多用途的開展本市數(shù)字化建設(shè)，為城市數(shù)字一體化奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，該項(xiàng)目將為我市鍛煉和培育一批自動(dòng)化監(jiān)控人才和LED路燈專業(yè)維護(hù)人才。城市LED路燈照明數(shù)字化管理系統(tǒng)研發(fā)后，我們爭(zhēng)取將克拉瑪依市中心城區(qū)作為示范基地，進(jìn)行LED路燈照明數(shù)字化管理系統(tǒng)的推廣。

[1]蔣金波.LED路燈透鏡的二次光學(xué)設(shè)計(jì)介紹.海峽兩岸照明會(huì)議，2008，11.

U12

A

1674-6708（2011）47-0195-02

克拉瑪依市專利實(shí)施計(jì)劃項(xiàng)目 編號(hào)：ZL200820103818.6

蘇建明，中級(jí)工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化儀表、太陽能光伏發(fā)電、發(fā)熱研究開發(fā)、LED燈具的研發(fā)