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GPRS路灯远程监控系统解决方案

北极星电力网技术频道    作者:厦门四信通信科技有限公司   2012/6/25 11:39:36   

 关键词:  GRPS 远程监控

一、项目背景
    随着时代的发展,城市现代化建设步伐不断加快,对城市道路照明及城市亮化工程需求也更大,而能源的供需矛盾也越来越突出,节电节能、绿色照明的要求越来越迫切,越来越高。现在再采用那些传统的手控、钟控城市照明系统的方法已不能满足要求。如何充分利用高科技手段建立一套路灯远程监控系统,解决上述矛盾也就成为当前照明控制领域一个新的和紧要的课题。城市道路照明自动化控制和智能化管理作为城市现代化的标志之一,它所带来的经济和社会效益是十分显著的,它的推广和实施也将是市政工程建设中的一项重要内容。


     照明自动监控与管理系统能够灵活开/关灯,随时了解运行参数,及时发现故障,将传统的人工“巡灯”制度改为“值班”制度,极大地提高照明系统的管理效率。系统能将采集到的数据自动进行存储、统计,并能随时进行查询和打印,极大地提高管理水平,同时还能通过全夜灯、半夜灯和智能调压等手段,降低能耗,提高设备使用寿命,获得良好的经济效益。
   目前GPRS网络在这一领域的应用使巡查工作实现了自动化。厦门四信通信科技有限公司专项开发的夜景照明远程监控管理系统,采用先进的GPRS网络,集计算机、通信、机电、自动控制等多种先进技术于一体,成功实现了对夜景照明系统和路灯的实时监控和管理,确保高效稳定,全天候运行。


二、项目分析
2.1 系统组成
2.1.1路灯控制终端
路灯采集控制终端由一级终端路灯控制监控柜和二级终端组成,监控柜包括工控机、电能测量单片机、多路控制板、监控板;二级终端安装在每盏灯里,包括电力载波模块(EPCW)和输入输出接口板;路灯控制终端可实时监控每盏路灯的亮灭情况、电能负荷状态、灯杆损坏报警,漏电报警等功能。


2.1.2无线传输设备

四信F2103 gprs dtu采用工业DB9串口,通过232/485和路灯监控终端内的PLC相连,内插SIM数据卡通过GPRS网使得路灯监控终端和数据管理中心形成网络通信,实现数据管理中心远程监控路灯运行。F2103采用国际标准TCP/IP通信协议,且实现数据透传功能,高规格的工业设计以及小巧的外形很好的融入了路灯监控一级终端内。

2.1.3数据管理中心
1) 遥控:主站计算机按设定好的经纬时间曲线自动控制全市路灯的开/关状态,也可在主站手动控制任意的一级终端和二级终端的开/关状态。

2) 遥测:自动巡测或随机检测各个终端亮灯率、电压、电流、功率因数、有功和频率等工作参数,在自动运行时只要终端有变化,它便立即将变化数据向主站传输,无须主站巡检。

3) 遥信:对各个终端开/关状态、故障和报警等信息的获取,保证系统有效正常地运行。

2.2 系统总架构
F2103通过标准的232/485与路灯监控一级终端里的PLC连接通信,数据中心可采取ADSL、固定IP、专网APN接入网络。


     F2103首先进行GPRS拨号上网,然后自动向数据管理中心发起TCP连接,握手成功后开始数据透明传输。路灯监控终端把数据集中采集通过PLC把数据传给F2103,F2103接到数据后即时的将数据通过GRPS网络传送到数据管理中心。数据管理中心将上传的数据进行分析处理,得出直观的结果和相应的指令通过GPRS网络发送给F2103,F2103即时通过232/485传送给PLC,PLC根据指令对路灯做出相应的控制处理,以此达到远程控制路灯的效果。


2.3系统实现功能
1、根据经纬度精确计算出每天的日出日落时间。进而计算出每天的开关灯精确时间。对路灯运行进行合理、可靠的控制:达到节省用照明系统10%-20%用电量。
2、对路灯全年的开关时间,可以按照:临时、周、节假日、经纬度等方式进行设计。
3、对路灯开关灯控制可按设计的时间进行合理控制:根据经纬度计算每天的日出日落时间,实现全年365天每天精确的开关灯时间,可以把全年节假日的特殊开关灯时间进行设置, 有突发事件时,可以设置临时时间方案。使城市照明更具人性化。
4、对路灯运行状态进行全自动的监控。
5、自动和手动遥控系统可以根据不同类型的路灯与景观灯控制要求,把全市路灯、景观灯分成若干个组,采用时控方案,自动遥控开/关全市全夜灯、半夜灯、市政景观灯、楼宇景观灯;也可以手动对各种灯型进行遥控开/关操作。控制模式可以任意添加。根据不同控制模式控制不同回路。
6、定时自动上报,手动迅测操作者可随时手动巡测各监控终端的电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数等各种监测数据。上述参数定时上报。参数变化量取值范围可以手动设置。达到变化值,下位机自动上报变化值。
7、自动计算亮灯率能根据电压、电流、有功功率和功率因数的变化自动进行亮灯率估算。为了保证亮灯率的统计,数据采集精度优于1%。
8、查询打印可以对各监控终端任意定时数据和年、月、日统计数据进行查询,显示的表格、曲线图、均可打印。可以对任意一天的实际开关灯时间、模拟量数据日志,报警日志。日出日落时间等记录进行查询,显示的表格、曲线图、均可打印。可以对历史故障进行查询和打印。
9、控制方案根据不同类型的路灯、景观灯控制要求,可以把路灯、景观灯分别设置成不同的功能组,分别用经纬度 和节假日 的的时间控制方式进行控制。有突发时间时可设置 临时时间方案。或者通过上位机手动,或者手机短信方式开关灯。


三、项目架构实施
3.1 传输模块与路灯控制终端连接
 

PLC通常采用的都是232/485的通信方式,四信F2103为标准的DB9串口,支持232/485通信协议,两者连接如下图:

3.2 数据中心网络接入方式分析
1.专线接入
中心采用APN专线, 所有点都采用内网固定IP客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络,双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接,在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN,普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN,防止其他非法用户的进入。
用户在内部建立RADIUS服务器,作为内部用户接入的远程认证服务器(或在APN路由器内,启用路由器本地认证功能)。只有通过认证的用户才允许接入,用以保证用户内部安全。
用户在内部建立DHCP服务器(或在APN路由器内,启用DHCP功能),为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密,避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离,并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。此种方案无论实时性,安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高,适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。
2. ADSL拨号连接(动态公网IP地址)
中心采用ADSL等INTELNET公网连接,采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名,IP MODEM(gprs dtu)先采用域名寻址方式连接DNS服务器,再由DNS服务器找到中心公网动态IP,建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用,但稳定性受制于DNS服务器的稳定,所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
3. 通过固定公网IP连接
中心采用ADSL等INTELNET公网连接,采用公网固定IP服务的。此种方案先向INT ERNET运营商申请ADSL等宽带业务,中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定,推荐此种方案。
3.3 数据中心软件平台构建
中心端软件的构建有多种方式,对于传入数据的方式的不同,我们提供不同的软件来帮助客户快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。
目前四信提供三种方式的中心接口:
1.首先是对于组态软件,目前很多组态软件厂家已经集成了我们的驱动了,可以直接配置使用;
2.对于后台中心软件只读串口数据的情况,提供一个虚拟串口软(TCP2COM),利用虚拟串口软件可以将以太网数据转化为串口数据,从而实现利用无线公网传输数据且又对现有系统不做修改的完美结合。
3.在客户想要开发自己的数据中心时,此时我公司会提供一个动态链接库,利用动态链接库客户可以很轻松的与传输通道进行对接,同时会提供一个的数据中心DEMO软件,不仅开放源码还全程协助客户进行自己数据中心软件和功能的开发。客户可能通过动态链接库快速开发一个灵活的,稳定的,功能齐全的终端管理和数据交互的中心软件。
下图为后台中心管理软件:


四、方案特点
1. 路灯遍布在整个城市,采用GPRS无线远程监控路灯方案无疑大大的提高了监控效率,同时也大大的降低了维护成本。

2. 由于路灯在城市的分布很广,几乎覆盖了中心城市的各个角落,因此如果到现场对网络参数做修改的话,那将是一个浩大的工程,四信F2103依据人性化设计可以远程直接对网络参数进行相应的配置,无需到现场做参数修改,达到时间和人力的合理利用。

3. 路灯监控都是全天24小时的工作状态,需要设备状态不正常时可以自我恢复,四信IP MODEM采用高性能工业级处理器以及看门狗等安全机制设计,保证IP MODEM(dtu) 万一通信中断也会自行检测然后自动断电重启,保证IP MODEM(dtu) 永远在线,通信链路永远正常。

4. 目前城市的规模不断的扩大,城市路灯建设也相应的增加,采用F2103的路灯远程监控系统可以随时增加新的监控点而不对现有的路灯监控系统造成任何影响,体现了系统的灵活伸缩性。

5. F2103 IP MODEM (dtu)采用标准的工业串口通信,即插即用,无需太多的专业技能和知识既能很快完成操作,且高规格的模具设计,体积小巧方便维护。

6. 目前很多监控系统需要几个部门多层管理,F2103采用多中心设计,可同时设置5个中心监控采集现场,避免因某个中心网络不稳定或者关闭导致无法对矿井现场进行监控而产生安全隐患。

7. 高规格材料选配,可在 -25~+65ºC、 相对湿度 95%(无凝结)环境下正常工作。
8. 多协议支持,四信IP MODEM支持透明TCP 、UDP传输协议和自定义应用协议等功能,给用户更多的选择空间。

9. 四信提供二次开发包和多语言版本数据中心服务器软件源代码,客户可更具自己需要进行二次开发。增加了客户使用的灵活性。


五、小结
GRPS路灯远程监控系统已经得到了广泛的应用,也获得了很好的效果,不仅对路灯控制进行了优化,而且实现了节电节能,给智慧城市添了一把力。四信通信在智慧城市的建设中也在不断的做着自己应该做的事情,而且在其他的很多领域例如移动POS终端、金融、供应链自动化、智能化运输、工业自动化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、军事、空间探索、农业、林业、水务、电力、煤矿、石化等行业都不错的表现,相信四信在物联网的浪潮中会发挥更大的作用。

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