智能路灯控制系统设计方案

智能路灯控制系统设计方案
1智能照明控制系统
1.1总述
1.1.1建设目标
完成对路灯的智能照明控制改造，支持电脑、手机、平板等多种智能终端远程接入系统，实现远程开关灯与调光控制、定时策略控制、运行状态监测、远程抄表、故障自动报警、故障跟踪、设备管理、节能率统计等功能。

1.1.2设计原则
●高效节能
系统设计从低能耗高效率入手，合理设计结构和配置，确保整个系统具有很高的节能率和运行效率。

●先进性
系统建设及维护管理所采用的技术均综合考虑了当今节能技术的发展趋势，采用先进的同时又是市场上相对成熟的产品和技术，以满足系统未来的发展需求。

●高可靠性
系统的设计在尽可能减少投资的情况下，从系统结构、通信结构、技术措施、设备选型等方面综合考虑，以确保系统中可靠性运行。

●长寿命
系统选用比使用环境参数高两个级别的高可靠性元器件，从软硬件设计、元器件选择、系统配置和检测等多方面确保系统能具有产品寿命。

●安全性
系统运用了网段隔离技术、用户验证、网络防火墙（拦截非法URL）、HTTPS安全机制和加密SOAP协议等技术以解决传输安全、系统安全和信息安全的需求。

系统设置了不同级别的预警、报警和跳闸机制，采用嵌入式硬件加密装置，实现了设备级的安全保护。

●扩展性
在系统中，所有的设备采用模块化设计，通信、传感及控制接口设计都遵循可扩充的原则，以实现系统的可伸缩性。

既满足了现有的需求又满足了系统投资的长期效应以
及系统功能不断扩展的需要。

●经济性
系统的设计中，在满足用户需求与系统的高性能、高可靠性的前提下，尽量利用现有资源，及考虑将来的扩展性，来降低用户的投资。

●易用性
系统将充分考虑用户体验，通过人性化地设计，实现系统操作界面的可视化、层次化、简洁化，可在现场供电柜或通过任何固定及移动操作终端（手机、电脑等）对系统进行操作，大多数系统功能可做到一键式操作完成，易学易用，适应不同素质的操作人员使用，降低系统的管理维护和操作成本。

1.1.3设计依据
1.1.3.1政府文件
广东省人民政府《印发广东省推广使用LED照明产品实施方案的通知》（粤府函[2012]113号）
1.1.3.2标准规范
CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》
DB/T 609-2009《广东省LED路灯地方标准》
GB7000.5-2007《道路与街路照明灯具的安全要求》
GB17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》
GB4720-84《低压电器电控设备》
JECC144《低压开关和控制设备的外壳防护等级》
GBJ93-86《工业电气自动化仪表工程施工及验收规范》
GBJ232-82《电气装置安装工程施工及验收规范》
GB/T 13729-92《远动终端技术条件》
GB4796-4798.85《电工电子产品环境条件》
1.1.3.3其他依据
《路灯管理与路灯技能设计、施工、维护技术标准指导手册》
《半导体照明产品技术要求》（2010版）
客户需求及相关图纸资料
1.2系统组成
1.2.1系统介绍
系统总体框架如下图所示，主要由监控中心系统、集中控制器、通信控制器等设备组成。

电视拼接墙
集中控制器通信控制器
如上图所示，路灯监控中心通过GPRS等无线网络与安装在各供电柜中的集中控制器通信，获取由集中控制器反馈回来的各供电柜和路灯状态信息。

同时下发控制指令给集中控制器，集中控制器利用电力线载波通信技术，与安装在各路灯节点上的通信控制器通信，将控制中心的控制指令下发到通信控制器。

通信控制器接收到指令后，通过控制其内部继电器的方式实现对路灯的开关控制，或向LED路灯的恒流驱动器发出调光驱动信号，实现路灯的调光控制，同时测量驱动器的电压、电流及控制状态等信号，并将这些信息反馈回集中控制器。

此系统已广泛应用于城市道路路灯的监测、控制、计能和诊断等方面，技术十分成熟。

该控制系统可节约能源、降低维护费用、安全可靠，为公众提供更好的公共照明服务、为处理突发事件和反馈人为原因的故障提供可靠的保障。

1.2.2系统功能及特点概述
（1）系统功能
➢开关灯、调光控制：可以对任意一盏、一路或任意自定义的一组路灯进行开关和无极调光，可定时控制开关灯、分时段调光；
➢状态查询：随时可查询路灯开关状态、亮度等数据；
➢远程抄表：无需到现场就能通过系统了解路灯用电情况，以及功率，功率因数等，
能查询电能表的１年内的历史用电信息；
➢定时控制：可定时控制开关灯、对LED灯分时段调光；
➢故障报警：可以实现故障报警、故障检测、故障处理情况追踪功能
➢主动上报：系统节点具备UID主动上报，报警信息主动上报功能；
➢系统显示：可以显示路灯系统组织结构及相关重要信息；
➢数据报表：可以生成主要的数据报表,节能率统计报表等；
➢历史记录：可保存用户至少一年的操作历史记录，能够追溯操作失误问题；
➢设备管理: 能对集中控制器、通信控制器进行管理，包括录入、修改、删除、查询等资产维护功能；
➢移动终端控制：可以使用操作系统的电脑、手机及其它平板上网终端设备，通过互联网网络即可登陆路灯智能控制管理系统，实现对所有路灯进行智能管理；
➢地图功能：结合智能物联网路灯的信息化数据，可将故障路灯精确的在地图上定位并显示出具体的故障原因；
➢照明策略管理：提供多种照明策略管理，定时任务管理；
➢节能率统计：可以按日、月、年统计节能率，系统可自动进行统计；
➢系统可扩展性：可提供开放平台接口，可扩展连接其它厂商的智慧城市管理使用的设施、设备，并可与其它智慧城市管理平台进行对接联网；
➢系统安全性管理：可提供包括用户管理、权限管理、设备节点权限管理、非法URL 拦截在内的各种系统安全性管理功能。

（2）系统特点
➢安装施工简易快捷，无需铺设专线；每个配电柜只需要一个GPRS收发器，节省了GPRS流量。

利用既有的电力线架设通信控制网络，一方面节省了人力物力；一方面有线通信不受天气和地形的影响，也保证了通信的可靠性。

➢每天可进行自动通、断电操作；可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电；
可对用电设备进行分区、分线路管理。

➢控制灯具的开/关和亮度，从而可以显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境。

可以远程设置节点控制参数，实现节点的灵活控制。

在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度的照明。

这样做主要优点就是在调光的同时，也大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长灯源寿命。

➢可根据天气情况和实际光的照度，自动控制灯具的开/关和灯具的亮度（需要配备
照度传感器），如在不好的天气时及时打开路灯，对于安装在桥下或隧道的路灯，路据实测光照度，自动调节路灯亮度以达到最佳照明状态，提高公众满意度，在灾害天气使路灯开关和调光更人性化。

➢系统设有帐号和密码，（不管是远程系统还是现场集中器）防止非授权人操作，确保断路器安全。

依据用电情况，可判断无人值守的用电设备运行情况。

所有运行参数（自动通断电时间，区域划分）可在远程终端随时设置，随时启用，管理方便。

1.2.3系统底层配置及设备参数
（1）系统配置
1）通信控制器
控制各路灯开关、亮度调节、计量电流、电压功率以及功率因数等。

通信控制器分为模块式（内置灯具中）和外挂式（可内置灯杆中），分别满足不同客户和现场环境的使用需求。

2)集中控制器
路灯时序调整、数据记录、报警处理和发送。

它负责控制网络的运行，将监控中心
的命令下达给通信控制器，将通信控制器及线路信息反馈回监控中心。

集中控制器处于监控中心和各通信控制器的中间，上行可通过以太网、电话网/GSM、GPRS、485总线、RS232等方式同监控中心通信，下行则是通过低压电力网，以电力线载波为通信方式，同各个路灯通信控制器通信。

（2）设备主要功能及参数
1)集中控制器
➢主要功能特点：
■局域网络管理
■多路负载开关控制
■兼容电力线载波（PLC）和ZIGBEE通信，各种通信无缝集成
■支持GPRS、Zigbee、Wifi、以太网等多种通信方式；
■支持温、湿度环境变量的输入；
■精度高达1级的三相电能计量；
■具备RS232、RS485、USB等多种外置接口；
■具备友好的人机交付界面。

■支持三相电缺相、错相报警等报警功能。

■具备防雷保护功能
■光控时控结合控制：可接入光控传感器（可直接读出及输入Lux值）
■具有线缆防盗全天防盗功能（防盗扩展模块、防盗终端）
■支持本地和远程升级：通过网络接口和RS232接口对集中器软件进行升级，也可以用GPRS/CDMA进行远程更新
■具备上位机、短信、邮件报警功能，报警内容可以根据需要设定。

■具有经纬度、光控、经纬度+光控、定时控制等多种回路控制功能。

■具有自动断电报警、来电提醒功能
■具有线路漏电检测自动报警功能
■超负荷检测：可以设定线路最大允许负荷，当负载超限时提供报警
■门禁检测：支持门禁开关量检测，当控制柜被开启时产生报警
■中继功能：集中器有自动转发数据的功能，可有效延长通信距离
■定时开/关/调光/查询：按照管理中心设定的开/关/调光/查询时间控制本集中控制器下面的单/双灯控制器
■具备最新LED灯具光衰补偿功能
➢主要参数：
■输入电压：380VAC
■工作频率：50/60Hz
■工作温度：-20℃~+70℃
■工作电气参数
工作电压3×(AC85V ～ 264V)
工作频率45Hz ～ 65Hz
■测量电气参数
电压测量范围AC66V ～ 264V ，Err ≤ ±(0.5%+0.1V)
电流测量范围20mA ～ 100A ，Err ≤ ±(0.5%+0.1mA)
■抗雷击 4000V
2)通信控制器
➢主要功能
■1KW负载开关控制
■1级电能计量
■有线通信控制（电力线载波）
■0~10V模拟量或PWM调光控制输出，0%~100%的调光控制
■防雷保护
➢主要参数
■输入电压：165~250VAC
■工作频率：50/60Hz
■工作温度：-20℃~+70℃
■PLC通信方式
■0~10V模拟量或PWM调光控制输出
1.3系统功能
1.3.1系统的总体框架
1.3.1.1系统逻辑架构
路灯智能照明控制系统采用分布式多层技术，在逻辑方面分为采集控制层、通信层、
系统应用层三个层次。

其中系统应用层又分为数据采集、数据管理、监视功能、控制功能及分析功能等。

（1）路灯智能照明控制系统在逻辑上分为设备采集控制层、通信层、系统应用层三个层次。

（2）系统应用层又分为业务管理应用、前置采集、数据管理三大部分。

业务管理应用实现系统的各种应用业务逻辑；前置采集负责采集终端的运行信息，并负责协议解析；数据管理主要负责采集后数据进行智能化分析。

（3）通信层是系统和采集设备的纽带，提供了各种可用的有线和无线的通信信道，为系统和终端的信息交互提供链路基础。

主要采用的通信信道有：光纤专网、GPRS/CDMA 无线公网、433MHz Zigbee等无线专网等。

（4）设备控制层是智能照明控制系统的信息底层，负责收集和提供整个系统的原始信息，该层可分为终端子层和计量设备子层。

系统的逻辑架构图如下：
根据此总体实现方案，路灯智能照明控制系统按照统一规划、统一规范、统一数据和统一接口要求进行建设。

按照统一设计的思想和软件工程规范，结合当今最新的计算机技术、数据库技术、集群技术、中间件技术、组件技术、分布式对象技术、JAVA 技
术，按照跨平台设计、功能分层分块实现、严密的数据安全管理机制、面向对象的软件开发、支持分布式系统以及良好的可伸缩性和扩展性等的要求，实现照明设备运行数据的可靠性、完整性、一致性、准确性、同时性、唯一性、安全性、实时性和不可修改性，满足公共照明的管理需求。

1.3.1.2系统功能结构
为了构建高可用性、安全性、可靠性、可伸缩性和扩展性的智能照明控制系统，系统采用目前成熟、标准的J2EE（Java 2 Enterprise Edition）企业平台架构搭建，采用多层的分布式应用模型、组件再用、一致化的安全模型及灵活的事务控制，使系统具有良好的移植性，以适应智能照明控制系统应用环境复杂的需要，以及系统将来的扩展的需要。

系统采用的J2EE企业平台架构具有高度灵活性和可扩展性，方便扩展设备容量、改善设备性能同时满足数据备份需求。

系统架构能够保证原有系统的平滑升级。

系统升级尽量在不影响正常业务的条件下进行。

系统采用模块化方式，具有平滑扩容能力，满足对系统处理能力的需求。

系统软件架构如下：
系统软件架构分展示层、应用层、服务层、数据层。

（1）表现层：系统采用浏览器/服务器(B/S)结构，用户操作方便，且支持电脑
及其他移动终端设备。

为用户提供统一的业务应用操作界面和信息展示窗口，是系统直接面向操作用户的部分。

（2）应用层：主要实现具体业务逻辑，是系统的核心部分，根据系统的应用特点，应用层可分为采集子层、业务子层、对外接口等。

采集子层以各种通信方式接入各种类型终端设备，执行业务子层召测任务和控制命令，直接与远程设备通信，负责读取、设置终端参数，采集终端数据，并对数据进行解析、处理，监测通信质量，管理通信资源。

业务子层利用支撑层提供的技术手段，实现智能照明控制系统的业务功能，涵盖了路灯智能管理、故障报警、故障检测、故障处理情况追踪等功能。

应用层还实现与其他智慧城市管理平台的接口功能。

（3）服务层：主要提供系统统一的消息、安全、通信等组件支持，并实现系统专用的业务服务子层，为应用层提供通用技术支撑，保证可靠高效的通信能力，满足应用需要的并发访问要求，提供统一的安全管理，标准的消息机制，满足组件间的可靠交互，并易于系统扩展的接口支持。

（4）数据层：主要实现海量信息的存储、访问、整理，为系统提供数据的管理支持。

数据层通过大型关系型数据库实现，系统支持目前主流大型关系型数据库。

1.3.2详细功能描述
1.3.
2.1数据采集
数据采集是智控系统的核心功能，是开展数据分析和应用的基础，对数据的准确性、实时性、扩展性等均有很高的要求。

鉴于用户信息采集系统包含终端种类众多、数量庞大且存在多种通信协议，为了方便管理和扩展，建立数据采集统一平台。

1.3.
2.1.1采集内容
（1）供电柜状态：
➢供电柜工作状态：就地/远程状态、手/自动状态、电源模块运行数量及正异常状态、电源模块工作温度、调光手/自动模式状态、电源柜日期及时间、调
光百分比、调光模式（整体、区域、支路）、自动调光时间设定值；
➢电表参数采集： A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流、电源总功率、总用电量、功率因素；
（2）供电柜故障：
门禁报警、输入高压/低压报警、电源模块过流故障报警、电源模块短路故障
报警、模块工作温度过高报警、输出高/低压报警、防雷模块故障报警、供电
柜风扇故障报警、通讯故障报警；
1.3.
2.1.2采集方式
系统提供采集规则引擎和交互式的逻辑配置组件，实现先进的采集策略。

用户通过配置的方式完成对多种采集方式的定义，系统支持以下几种数据采集方式：
●定时采集：系统定时自动采集(或终端主动上传)终端记录的各类用电数据，对
采集失败的终端数据有自动补采功能并给出相应运行记录。

●随机采集：系统可以对指定终端的指定数据进行随机数据采集。

●事件响应：响应方式按信道不同分为：
a)在全双工信道方式下，终端检测到客户端事件后主动向系统传送告警等事
件记录；
b)系统—终端主从通信方式下，待与系统通信时立即随上行报文向系统发出
事件响应请求，系统响应终端请求召测相应的事件记录。

系统自动检查数据的完整性和合理性，发现异常数据或数据不完整时自动进行补采。

提供数据异常事件记录和告警功能,提供数据修正手段对错误数据、不可补测的数据进行统计分析处理。

系统发现异常数据可按设置要求告警和提示。

为了保证采集数据完整性、正确性，对数据采集过程中可能出现的各种异常情况，采集子系统提供以下手段保障数据传输的完整、有效。

（1）系统提供规则引擎配置，支持用户合理分布各采集服务器的采集任务和采集策略，并支持多采集前置采集任务的实时调整和任务均衡。

（2）可通过配置，灵活设置采集失败的重试策略，制定故障终端的采集测试策略，根据终端的故障与恢复情况，自动判断并调整采集任务，有效保证所有终
端采集的顺利进行。

1.3.
2.1.5异常处理
系统对数据的合理和完整性进行检查，发现采集任务失败和采集数据异常，记录详
细信息，并进行报警。

统计数据采集成功率、采集数据完整率。

（1）在数据解析检查过程中，发现数据不合法或不完整的，需要将其列入补采名单，在适当的时候进行补采。

（2）对于数据采集经常有延时的终端，需要分析原因，并对这些延时的终端和数据做记录。

系统可完成终端上报异常告警信息处理，完成系统采集数据异常分析处理，系统可根据时间、采集点查询历史异常事件，也可查询相关数据（负荷、电量等）；
1.3.
2.1.6通信安全
系统的远程通信采用软硬件相结合的高安全公私钥加密体系，并建立内部身份认证中心对整个通讯网络进行安全管理，并定时更新密钥。

短距离通信采用AES128高安全加密和密钥定期更新机制，实现了高可靠的网路通信环境。

如下图所示：
●远程通信安全
如图上所示，认证管理中心主要负责注册、密钥管理、证书管理及签发等功能。

为了保证安全，每个集中器拥有全局唯一的一套密钥，并受控于认证管理中心。

每个集中控制器与监控中心的通信首先要通过认证中心的身份认证和许可，才能进行各项数据的采集和控制，实现远程通信的访问控制和授权管理。

●近距离通信安全
近距离通信分无线通信和电力线载波通信，两种通信方式均采用AES和ECC高安全数据加密机制，并使用安全的密钥更新机制定期更换密钥，防止网络破解攻击。

在设备
出厂时，默认有个初始网络密钥，设备上线后将自动更新网络密钥，且更新密钥的过程中使用一把会话密钥来加密，达到了双重加密的作用，极大程度提高了通信的安全性。

1.3.
2.1.7召测功能
召测功能提供对单个或多个采集控制点进行数据召测。

即任何时候在服务器上主动提取控制终端的数据；控制终端能够随时接受召测，上报相关数据，实现远程监测功能。

数据采集是智控系统的核心部分，是开展数据分析和应用的基础，对数据的准确性、实时性、扩展性等均有很高的要求。

鉴于用户信息采集系统包含终端种类众多、数量庞大且存在多种通信协议，为了方便管理和扩展，建立数据采集统一平台。

图示如下：
1.3.
2.2告警信息监视
告警信息监视是监控中心系统最常用的部分，监控中心通过该功能实现对全区公共照明设备的故障报警监控、故障在线检测、故障维护跟踪、故障历时查询等功能。

1.3.
2.2.1综合监测
综合监测用于监控辖区内所有公共照明设备，可按不同维度展现其整体运行情况，可自定义显示内容，包括：各路段实时路灯开关情况、亮度值数据、实时天气状况、亮灯率、故障告警数量、灯具分布、用电量比较等。

1.3.
2.2.2告警监测
告警列表用于显示各个系统节点自动上报的告警信息，并根据用户自定的故障等级采取不同的处理方式。

系统对故障告警信息的处理与维护模块紧密结合，形成从故障告警信息自动上报监控中心系统，到维护任务单下发，到完成故障维护全过程的跟踪管理。

（1）告警处理
告警处理分为预处理与紧急处理两种情况：
预处理：对于一般故障告警，存在自我修复可能，或现场操作等情况时，可以由监控人员自行判断生成维护任务单或忽略不处理。

当选择预处理时，先把该故障选择一个维护单位负责，在维护管理中，即可直接生成该维护单位的任务单。

紧急处理：对于高级级别高的紧急故障，支持可以直接生成相应的维护任务单，并向维护单位联系人发送提醒。

（2）地图定位
系统集成GIS地图功能，可将故障路灯精确的在地图上定位并显示出具体的故障原因，具体如下图：
1.3.
2.2.3实时亮灯率
实时亮灯率监控是通过对每个地区的终端进行监控，定时读取终端的运行情况信息所得，可真实准确地反应该地区的亮灯情况。

1.3.
2.2.4实时在线率
实时在线率是监控辖区内所有终端设备的通信情况。

当终端显示为离线时，表示终端与监控中心间存在通信问题，可以快速的采取应对措施。

1.3.
2.3集中远程控制
1.3.
2.
3.1地图控制
监控地图是系统管理的终端设备的图形化显示功能，利用GIS地图功能，在地图上标出每个终端设备的具体位置，方便管理者快速查看设备的地理位置，作出合理的工作调度。

在监控地图界面，可以对地图上的设备进行开/关灯、调光灯操作。

具体如下图：
1.3.
2.
3.2远程控制
远程控制是提供给管理者可以对任意一盏、一路或任意自定义的一组路灯进行开关和调光。

具体如下图：
1.3.
2.
3.3参数设置
参数设置是设置电源箱的各项参数，包括：采集配置、告警设置、操作记录、升级记录、查看当前配置等功能。

通过配置采集内容可实现远程抄表功能，无需到现场就能通过系统了解路灯用电情况，以及功率，功率因数等，能查询电能表的1年内的历史用电信息；如下图：
（1）采集配置
采集配置用于设置电源箱上传相关运行信息的周期。

不同的运行信息可根据用户需要设置不同的上传周期。

（2）告警设置
告警设置用于设置电源箱需要上报的故障类型及故障条件，用户可根据具体情况进行设置，减少不同地段因环境差异所导致的误报现象。

（3）操作记录
操作记录用于记录操作人对设备的操作记录。

（4）升级记录。