路灯监控系统的设计

城市路灯监控系统

系统设计方案

一、路灯监控系统的构成

下图是为**市路灯管理单位设计的“路灯监控系统”的构成示意图：

在上述系统图中，安装在变压器配电房或控制柜内的“灯控终端RTU”是系统的核心设备，它通过GPRS无线传输网络与监控中心进行远程通信，实现路灯的远程智能监控并实时监测各回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，监测各回路开关的工作状态，监测开关量输入的变化情况。

系统简述

1.1“灯控终端RTU”有四种工作模式：

第一，接收监控中心的指令，并向其控制的下端设备传达监控中心的指令，实现对远端设备的“遥控”；

第二，向监控中心汇报整个系统的实时数据、设备状态，实现“遥信”、“遥测”；

第三，当配电房被非法打开时，当配电房遭遇水浸时，“灯控终端RTU”自动向监控中心发出警情信息，提请监控中心进行紧急处理；

第四，RTU具有独立运行的能力。当监控中心微机或通信线路发生故障时，RTU会按照预置的“自行开关灯时间表”发出开关灯指令，以确保路灯的正常运行。

1.2 “灯控终端RTU”的通信

1、“灯控终端RTU”的“上行通信”。

“灯控终端RTU”与监控中心之间的通信方式有三种。

第一种：使用GPRS公众通信网络。

“灯控终端RTU”带有RS232接口和12VDC电源，可外接GPRS DTU（Data Transfer Unit 数据传输单元），路灯管理单位只需要为监控中心配置简单的GPRS数据接收设备，就可以实现“灯控终端RTU”与监控中心的远程通信。

GPRS无线公众网具有“永远在线、按流量计费、传输速率大、防雷击、网络覆盖面积大、专业运营与维护”等优点，是路灯行业进行远程监控的良好通信网络。

第二种：利用GSM短信。

“灯控终端RTU”可连接GSM短信模块，短信模块既可以把报警内容发送到监控中心，也可以发送到指定的手机上。

第三种：使用RS485总线。

“灯控终端RTU”上配置了两个RS485总线接口，其中一个设置为“从设备”，用来向上与监控中心的设备进行通信。

2、“灯控终端RTU”的“下行通信”。

“灯控终端RTU”采用电力线载波通信技术与“单灯监控器”、“电缆监控器”进行通信。“灯控终端RTU”、“单灯监控器”和“电缆监控器”都集成了电力线载波通信调制解调器（PLC Modem），每个设备都配置了地址编码，这样，在一个配电变压器下游的电力

线上，“灯控终端RTU”最多可以与1023个“单灯监控器”和（或）“电缆监控器”进行通信，其中，“电缆监控器”的最大数量是16个。

“灯控终端RTU”上配置了两个RS485总线接口，其中一个设置为“主设备”，用来向下与“8回路电流监测单元”、“开关量输入输出单元”等设备进行通信。

1.3 “灯控终端RTU”的功能：

1.3.1 灯控终端RTU的配置“灯控终端RTU”与“6路开关量输出转接器”、“交流接触器”一起完成对路灯供电线路的“供电”和“断电”操作，实现“开灯”与“关灯”。交流接触器的一对端子或者辅助端子的“通/断”状态作为开关量输入给“灯控终端RTU”，RTU 可以实时监测交流接触器的工作状态。

“灯控终端RTU”自身带有6路开关量信号输出，可以直接控制六个回路的交流接触器；“灯控终端RTU”自身带有3路电压检测、3路电流检测，可以实时监测变压器输出端的三相电压、三相电流，并计算整个变压器的有功功率、无功功率、功率因素。

“8回落电流监测单元”具有3路电压检测、24个单相（8个三相回路）电流的监监测能力，并合理计算每个回路的亮灯率，数据采集精度优于1%。

“灯控终端RTU”带有“RS485”接口和“电力线载波载波通信模块”可以读取RS485电能表、载波电能表的电量数据，实现远程抄表的目标。

“灯控终端RTU”带有“电力线载波载波通信模块”，可以与能够实现单灯节能控制的“单灯监控器”和“节能器”进行通信和指令动作，达到节能的效果。如下图：

1.3.2 灯控终端RTU的采集项目

灯控终端的附属设备“8-12回路电流监测单元”具有3路电压检测、24个单相（8个三相回路）电流的监监测能力，并合理计算每个回路的亮灯率。

1.3.3 灯控终端RTU的自动报警功能

“灯控终端RTU”上带有2路门禁开关量输入，当有人打开控制柜柜门时，RTU将自动发出警情给监控中心。监控中心也可以通过“GSM短信模块”向值班人员的手机发送警情信息。

由于灯控终端RTU带有变压器输出端的电压、电流检测，同时带有各个回路电流、电

压的检测，因此，RTU可以实现多种报警：

?当采集的交流电流、电压超过上下限时能自动报警。

?当白天亮灯或晚上熄灯时自动报警。

?当供电线路停电时通过自备电源运行，能自动告警。

?当某支线路出现故障时自动报警。

1.3.4 灯控终端RTU的线路防盗

本投标人提供的“灯控终端RTU”具备了“加装路灯线路断线告警装置的接口”。

“灯控终端RTU”带有“电力线载波载波通信模块”，可以与能够实现电缆防盗的“电缆监控器”进行通信和指令动作，从而达到防盗的要求。防盗系统如下图：

在安装于电缆末端的“电缆监控器”上集成了“电力线载波通信模块”，“灯控终端RTU”可以与“电缆监控器”通过载波信号进行通信。一旦通信联络中断，灯控终端RTU将向监控中心发出“电缆警情”信息，表明户外电缆出现了必须进行人工干预的事故：（1）电缆监控器不正常工作；（2）电缆监控器被盗；（3）电缆被切断。

当路灯供电电缆没电时，安装在前端的直流电源就会自动输出60VDC直流电到电缆上，为末端的“电缆监控器”提供工作电源，维持“电缆监控器”的正常工作。当路灯电缆“上电”时，直流电源就自动将直流电压输出切断。

1.3.5 灯控终端RTU的终端保护

“灯控终端RTU”具有防止雷击、强脉冲干扰等自我保护功能，同时具有较高的内部参数保护，保证终端运行的可靠性和稳定性。

1.3.6 灯控终端RTU的现场显示功能

“灯控终端RTU”具有现场显示和参数设置功能，供应商可通过键盘显示器进行各种功能操作，RTU的前面板如下图：

在灯控终端上，可以进行下列操作：

?设置和查询当前工作时间；

?设置全夜灯、半夜灯、景观灯、广告灯等各种灯的开/关灯时间；

?采集和读取的各种数据和状态；

?进行通信参数的设置；

?可以进行自身的工作参数设置。

1.3.7 灯控终端RTU的独立运行能力

RTU具有独立运行的能力。当监控中心微机或通信线路发生故障时，RTU会按照预置的“自行开关灯时间表”发出开关灯指令，以确保路灯的正常运行。

一般来说，预置的开关灯时间可能会比规定的时间稍晚一些，这样，当“光敏仪”、监控中心系统软件、通信系统发生故障而没有发出开关灯指令时，那么，“灯控终端RTU”自己也能完成开关灯工作。

1.3.8 灯控终端RTU的实时时钟

实时时钟：误差≤0.12s/h，断电正常运行10年。

1.3.9 灯控终端RTU的编址能力

编址能力：0～9999。

1.3.10 灯控终端RTU的静态功耗

静态功耗≤ 2VA 。

1.3.11 灯控终端RTU的工作环境

环境温度：－20℃～+65℃。

相对湿度：＜98%。

工作电源：220V AC（+ 40V、-30V），50Hz 10%。

1.4 灯控终端的优先级别设置

“灯控终端RTU”执行开关灯指令的优先级设置为四级：

第一优先级，“下位机”手动开关灯。操作员可以在“灯控终端RTU”上手动输入“即时开关灯指令”、“定时开关灯指令”，方便现场调试和维修。

第二优先级，“上位机”手动开关灯。操作员可以在监控中心手动输入“即时开关灯指令”、“定时开关灯指令”。

第三优先级，“光敏仪”自动开关灯。如果在监控中心安装了光敏仪，那么，光敏仪可以根据天气变化情况自动发出开关灯指令。

当遭遇大雾、阴雨天气时，安装在监控中心外面的“光敏仪”就会根据室外的光线亮度情况，自动下达“开灯”或“关灯”指令，也可以提醒监控中心内的值班员及时采取“开灯”、“关灯”操作，实现路面照明和节能的平衡。

第四优先级，“下位机”按照预置的时间表自动开关灯。监控中心可以向作为“下位机”的“灯控终端RTU”发送本周（或本两周）的开关灯时间表，“灯控终端RTU”就可以按照已经预置的时间表自动执行开关灯指令。

一般来说，预置的开关灯时间可能会比规定的时间稍晚一些，这样，当“光敏仪”、监控中心系统软件、通信系统发生故障而没有发出开关灯指令时，那么，“灯控终端RTU”自己也能完成开关灯工作。

1.5 灯控设备的信号接口说明

1.6 监控中心系统设备配置

监控中心构成如下图：

安装在每个变压器控制柜内的“灯控终端RTU ”带有一个“GPRS_DTU ”（GPRS 数据传输单元）,可以把数据通过中国移动GPRS 网络传输到带有固定IP 的服务器上，实现，安装于户外的“灯控终端RTU ”与监控中心系统的通信和指令传输。

在服务器上，我们配置一个GSM Modem （GSM 短信模块），可以把警情信息发送到指定

的工作人员手机上。GSM Modem（GSM短信模块）通过RS232接口连接到服务器上。

“光敏仪”与服务器之间也采用RS232接口连接。当户外光亮度达到一定的程度时，服务器将自动下发开关灯指令。

“GPS自动校时钟”与服务器之间也采用RS232接口连接。“GPS自动校时钟”接收GPS 卫星信号提供稳定的校时信号。运用全球卫星定位系统与计算机技术，实现对系统的准确校时，保证监控中心和监控终端时钟的准确性与一致性。

1.6.1 GPS自动校时钟

技术参数

◆GPS天线接口 BNC

◆典型冷启动 120秒

◆典型初始化启动 45秒

◆典型热启动 15秒

◆典型捕获时间 2.0秒

◆典型捕获时间 2.0秒

◆1PPS 输出精度： 1μS

◆频率输出 10KHz

◆无GPS授时输入时守时精度 1分钟/月

◆工作电源 AC 220V/50Hz

◆功率 30W

◆工作温度 -20 ~ 60摄氏度

◆相对湿度 10% ~ 85%

◆外形尺寸 482*300*44 mm 19英寸 1U单元

◆重量 < 3KG

◆显示窗口 0.5英寸6位数码管显示

◆计算机接口 RS323

1.6.2 电子式光敏仪

主要功能：

●液晶显示操作步骤

●42个记忆程序位，24小时/7天

●可用日期程式编制假期程式功能

●可复制开关时间到同一星期之其它日子

●延时开关80秒及10年后备电

●预选开关和永久开关功能

●光亮度可有2至2000之间调节

●光度感应器表面安装外置式

1.6.3 短信模块

无线通信引擎是一款快速接入的GSM/GPRS网通或移动通信双频终端。应提供标准的工业接口，双频设计和抽屉式的SIM卡阅读器使它成为GSM数据/语音通信的理想通信终端。较宽的频带、完善的设计和各种保护电路，可以便利地适用于遥测遥感、远程信息处理、传输和通信等工业领域。

特性：

支持EGSM900和GSM1800双频

支持数据、语音、短消息和传真服务

采用电路交换最高速率为14.4kbps

支持的电压范围：6V—30V

低功耗

全部采用工业接口

用于显示工作状态的LED

符合GSM Phase 2/2+的标准认证

支持标准的RS-232串行接口

GSM第四类收发器（最大2瓦）

模拟语音输入/输出

短信息服务(SMS)，支持PDU和Block模式，符合GSM07.05标准

符合GPRS CLASS 10标准，上行13.4Kbits/S，下行26.8Kbits/S

AT命令集，符合GSM07.07，GSM07.05和V25

硬件

体积：77mm*54mm*25mm

重量：102克

接口

信息接口：RS232 (D-SUB 9pin Female)

天线接口：SMA (Female)

语音接口：RJ11

SIM座：抽屉式，方便更换SIM卡

温度范围

工作温度：-20度至+65度

存储温度：-25度至+75度

电源

工作电压：从6V到30V（电压范围大）

电流：待机25mA

使用平均电流360mA

保护电路

内置防浪涌

内置防过流

内置EMC控制电路，防止对外界产生干扰

SIM卡检测和保护电路

工作指示

加电后，常亮，随e通AC76B开始正常工作

LED慢闪，表示已经找到网络

LED快闪，表示正在发送信息

其他

软件控制复位

电平触发强令自动复位功能

1.6 系统主要技术指标

1、性能指标

中心系统月可用率：≥99.8%

遥控误动率：≤9‰

遥控拒动率：≤5‰

遥信正确率：≥99%

遥测综合误差：≤1.0%

2、通信方式

利用中国网通或移动GPRS网络通讯，数传速率：1200 b/s。

3、工作环境温度

监控终端的工作环境温度范围为－20℃～+65℃，相对湿度：<98%。

主台设备的工作环境温度范围为0℃～+30℃，相对湿度：<98%。

4、数据采集精度

为了保证亮灯率的统计，交流电流、电压、有功功率、功率因数采集精度优于1.0 %。

二、监控中心系统软件功能

（一）、监控系统软件结构

监控系统软件由通信服务网关子系统、监控客户端子系统、数据库系统、短信报警子系统、GPS校时系统、光敏检测系统组成。

其结构图如下：

（二）、监控系统软件运行环境的要求

客户端电脑配置：

CPU： PIII722MHz及以上（Intel或其兼容CPU）

内存： 256M以上

硬盘： 1G剩余空间

显示器： 15吋及以上

分辨率： 1024*768

颜色：至少支持增强16位色

网卡： 10/100M*2

服务器配置：

CPU： P4 1GHz及以上（Intel或其兼容CPU）

内存： 256M以上

硬盘： 4G剩余空间

显示器： 15吋及以上

分辨率： 1024*768

颜色：至少支持增强16位色

网卡： 10/100M*(2/2)

支持软件：

操作系统应选择下列之一：

Microsoft? Windows NT/2000 Server/Professional/2003 Server

Microsoft? Windows XP

商用数据库

SQL Server 2000及以上

浏览器

IE 5.0及以上

（三）、监控系统软件简介

3.1 概述

城市照明集中监控系统是集路灯、景观灯等不同灯型的集中监控、单灯监控/节能、电缆防盗、远程抄表、数据采集、数据处理等多个功能于一体综合性系统，由数据库系统、通信服务网关和客户端系统组成，该系统支持多服务器、多客户端的软件结构模式，具有较强的扩充能力。通信服务器和数据库服务器可将不同分类的监控点根据需要纳入不同的服务器组，由客户端软件根据设定的权限来访问控制不同的监控点，便于操作管理。

城市照明集中监控系统可根据监控中心规模的大小灵活配置，可通过局域网方式，将通信服务器，监控客户端及数据库服务器联网，如果监控点较少，也可直接将上述三个系统安装于一台独立的计算机上。监控客户端通过TCP/IP协议与通信网关进行通信连接，支持Internet远程查询和访问，查询内容包括各终端的最新以及历史数据和故障情况，实现异地远程接入访问。

监控客户端集成ArcGIS Engine组件，以GIS地理信息为显示背景图，与监控地区的电子地图结合，可精确定位和显示各个监控点的当前状态及灯杆、灯具、光源等信息，并具备地图移动及无级放大与缩小功能，具备鹰眼浏览功能，可快速切换地图的显示区域。

监控系统与GPS校时系统相结合，以保证系统的运行时间正确无误，通过自动校时机制使前端智能灯控终端设备的时间与监控中心完全一致，以确保开关灯时间安全。

监控系统可嵌入光敏检测系统，根据光源情况自动进行开关灯控制，也可在异常天气时提示管理员手动开关灯。

监控系统嵌入短信报警系统，可根据需要将设定的警情向指定的用户手机转发，以确保警情能得到及时的处理。

3.2 功能模块说明

3.2.1 档案管理

3.2.1.1 现场设备管理

实现对各现场设备（包括灯控终端，电缆监控器，多功能电表等）基本资料信息的设置。包括分区信息、节点名称、设备编号、GPRS数据卡号码、节点地理信

息等内容，可以对已建立的设备档案信息进行修改和删除。

3.2.1.2 灯控终端（RTU）定时控制参数

根据设定的路灯分组信息，为每个组设定不同年、月、周时间表，对每个监控终端可设置一年365天的开关灯时间表，设定的时间表下载至监控终端后监控终端将按设定的时间表自动运行，无需监控中心干预。

3.2.1.3 监控分组参数

可将每个监控终端下具有相近地理信息和管理特点的路灯、景观灯、装饰灯分成若干组，以便于对每个组定设不同的开关灯时间规则。可以对分组的信息进行修改和删除。

3.2.2 数据管理

3．2.2.1 遥控记录管理

查询、打印系统所有/指定时间段的遥控信息，包括被控的终端信息、控制的回路/单灯编号、控制结果、操作员、操作计算机IP地址等信息。

3.2.2.2 遥测记录管理

查询、打印系统所有/指定时间段的遥测信息，包括执行动作的时间、各相电压/电流值等信息。

3.2.2.3 遥信记录管理

查询、打印系统所有/指定时间段的遥信信息，包括各路的开关状态等。

3.2.2.4 警情记录管理

查询、打印系统所有/指定时间段的警情信息，包括监控终端的信息、警情信息的类型、处理人及处理时间等。

3.2.3 系统控制

3.2.3.1 手动控制

可以选定一个监控终端或一个终端下若干个分组/回路/单灯进行开关灯控制，也可选择多个监控终端进行群控，实现人为干预情况下的亮灯、灭灯。

3.2.3.2 自动控制

监控软件可将设定的时间表下载至监控终端，通常情况下监控终端按设定的时间表自动执行开关灯控制。监控中心可根据需要修改监控终端的时间表，从而改变开关灯规则。

3.2.3.3 自动巡测、手动巡测和选测

监控终端运行过程中出现的任何异常信息（包括开关灯异常/灯故障/白天亮灯/晚上灭灯）均会自动上报至监控中心，监控中心也可按照设定的时间间隔自动对所有运行状态下的监控终端的当前状态进行监测，保存检测的路灯运行数据。同时可

在监控中心选择部分/全部的监控点执行手动巡测。

3.2.4 警情处理

监控终端实时监测运行过程中发生的各类警情（包括门禁/水浸/电压、电流超限/供电变压器停电/线路被盗等），并实时传送给监控中心，监控中心客户端软件自动在地图上定位最新的故障路段，在报警公告栏显示告警详细信息，并发出声音告警，同时将设定需发送至用户手机的警情以短信方式发送给指定的用户。

3.2.5 GIS地图管理

●图形无级缩放：能对图形进行中心放大、中心缩小、中心移动、任意中心放大、

任意中心缩小、刷新地图。

●图形平滑漫游：系统为用户提供平滑的漫游功能，并实现无缝、无刷新的视觉效

果，便于用户游览及快速定位。

●地图上功能操作：用户可以采用地图工具栏中的选择工具选择各设备或者回路，

点击鼠标右键选择各遥测，遥控，遥调，遥信功能操作。

●“鹰眼”浏览

系统可同时显示全景图视窗、在全景图上可移动当前视窗所处的地理位置，而在局部区域图上进行缩放及移动又可以在全景图上得以反映，用户可方便地了解全局和局部的关系。

3.2.6 远程抄表

建立电表档案，远程手动/自动抄读符合DL/T 645规约的多功能电表的数据，及对抄读的数据进行统计和处理。

3.2.7 用户管理

用户可以分为普通用户，管理员和超级管理员三种级别，只有超级管理员才有执行本系统所有功能的权利，管理员除了不能对用户进行管理以外，有执行所有功能的权利。普通用户只能浏览，不能修改设备运行的任何信息。管理员可按照工作人员的负责工作内容，分配其管理的监控点，只有具有授权的监控点才可以操作。

3.2.8 系统使用日志

系统使用日志记录了所有操作人员执行的所有操作内容，可由超级管理员查询分析系统的使用情况。

3.2.8 数据报表

所有的数据记录均可以生成报表供打印，也可导出生成Excel文件，同时具有电流曲线图,用电量曲线图等图表,供生产管理者使用。

3.2.9 部分软件界面

(启动界面)

（主界面）

（典型报表：操作日志）

（典型报表:平均电流曲线）

(典型报表：亮灯率)

三、山东**市“路灯监控系统”的配置说明

一般来说，“灯控终端RTU”安装于各个配电房的控制柜内或箱式变压器内，由220V市