智慧路灯照明管理系统方案.doc

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1、路灯照明管理系统方案 - 1 - 智慧 照明管理系统方案 成都信息工程学院 二 O 一二年十月 路灯照明管理系统方案 - 2 - 目 录 一、概论 . 3 二、智慧照明管理系统的特点 . 4 三、系统功能与指标 . 4 四、 系统构成 . 7 五、 应用案例 . 10 六、 系统报价 . 11 路灯照明管理系统方案 - 3 - 一、 概论 目的 利用 智慧 LMS 系统，对路灯实现照明智能化管理，以达到按需照明、提高管理效率、降低能耗的目的。 项目背景 分析 必要性： 由于传统的路灯管护方式存在诸多弊端，在一定程度上导致管护效率低下，人力、物力、财力投入多，夜间现场巡逻投入大、危险性高， CO

2、2 排放多，即使这样，现场问题也不一定能够即使发现与解决；如果要临时调整开关灯时间，也只有到现场去手动调整，这样效率低，而且容易出错；如果电缆被盗，靠传统的方式也不能够及时发现并修复。有了智慧的照明管理系 统，此类难题便迎刃而解。 可行性： 智慧 照明管理系统（ LMS， Lighting Management System）有效地将电力线网络、 GPRS 网络、互联网、传感器网络、 Zigbee 技术融合到一起，是物联网在电力、能源行业的典型应用，其核心是利用电力线载波通信技术（ PLC）用来管理城市照明系统，实现智能化管理，对整个城市的路灯进行远程集中管理、监视和控制，通过 LMS 管理平

3、台，可以在网络上的任意工作站对任何路段灯具实现7 24 小时实时监控，随时掌握任何路段灯具的各项实时数据及状态，实现灯具的预维护，使得路灯时 刻工作在最佳状态。 与传感器网络数据相结合，远程实现对灯具的开关灯时间、亮度进行控制，并可以使用地图对任何一盏灯进行维护，实现按需照明，降低能耗。自动预警、报警功能，避免了因现场巡检的效率低下和由此带来的能源消耗与 CO2 的排放，实现对故障灯具的快速处理，时刻保持重点区域的照明功率密度。 该系统将通信，监控和拥有专利的计量技术融合，使控制终端成为一个功能和经济效能的完美结合体。控制终端使用嵌入式应用软件，将传统终端的功能融入到一片智能收发器之中。成功地

4、克服了传统使用三个以上芯片 , 结构复杂，体积大，价格高，数 据传输易受外界噪声影响的缺点。 根据中国电力网络复杂度高噪音源多的现状，成功将低功耗的无线通信和电力线载波通信无缝结合，达到最理想的效果。 电力线载波的优势表现在以下几点： 电力线载波是利用高压输电线路作为高频信号传输通道的一种通信方式，是电力系统特有的一种通信形式。由于输电线路机械强度高，可靠性好，不需要线路的基建投资和日常的维护费用，具有一定的经济可靠性 ; 由于灯具直接与电力线相连，利用电力线载波远程控制其状态、读取其路灯照明管理系统方案 - 4 - 数据相对于其他通信方式具有得天独厚的优势； 电力线载波技术日臻成熟，和其他网

5、络间的接口 日益完善，使得多网合一、优势互补的格局越来越明显，是建设智能化的照明管理系统的首选方案。 二、智慧照明管理系统的特点 智慧照明管理系统充分考虑到了用户现实工作中需要解决的问题，使得照明管理真正实现高效、可靠、易于操作，该系统主要由以下 4 方面的特点： 1、 远程集中管理 通过管理平台，可以在网络上的任意工作站对远程任何地点的灯具实现 7 24 小时实时监控，随时掌握任何路段灯具以及电缆的各项实时数据及状态，如电压、电流、功率、能耗、功率因数、电缆是否被盗等，有问题系统则实时报警，并且自动给出维修方案，不需要安排人员每天 早晚巡灯。实现灯具的预维护，使得路灯时刻工作在最佳状态。 2

6、、 真正实现按需照明 可预制任意时段的开关灯计划，远程实现对任意一盏灯具的开关灯时间、亮度进行控制，可在根据时间需要，在任何时段用手动方式对某一路段的灯具亮度进行调整；还可以使用地图对任何一盏灯进行维护，与温度、照度、移动探测等传感器相结合，使功率密度与区域需求达到最佳匹配；，系统还可以根据当地经纬度，跟踪每天的日出日落时间，自动调整开关灯计划，实现按需照明，降低能耗。 3、 精细化维护管理 自动预警、报警功能，准确故障报修， GIS 系统及导航指引，设备状态的监 测和智能诊断，从而避免了因现场巡检的效率低下和由此带来的能源消耗与 CO2 的排放，实现对故障灯具的快速处理。 4、 完善的资产管

7、理功能 本系统内含一个完整的管理信息系统（ MIS）子模块，可以对与路灯相关的资产进行统一管理，实现资产管理的合理性与先进性，轻松实现大规模公共资产的管理。 三、系统功能与指标 照明管理系统是一个功能非常完善的物联网系统，其主要功能如下表所示： 序号 功能名称 功能说明 1 路灯监控 通过分路段监控段控制器下的各单灯控制器，实时获取路灯的运行数据（包括亮度，功率，电压，耗能等）。远程向单灯 控制器发送开灯，关灯，以及调光指令。 路灯照明管理系统方案 - 5 - 可进行亮灯率的统计。 一个单灯控制器可以同时分别控制三相电上的三个独立灯头。 2 故障报警 按各种条件查询当前及历史的所有故障信息，查

8、询条件包含故障发生时间，故障处理时间，故障类型，故障等级，故障状态，控制器类型，区域等条件。 故障类型：漏电，线路中断、功率异常、温度异常、照度异、灯具状态常等 3 区域管理 将城市划分为若干区域，实现区域的增、删、改、查操作。区域在系统中的属性如下：名称、纬度、经度、西南纬度、西南经度、东北纬度、东北经度、区域描述 4 控制器管理 在划分的区域中提供段控制器的增、删、改功能，并提供在段控制器下对单灯控制器的增、删、改功能。 5 开关灯计划 制定各类开关灯计划。为单灯控制器设定各种开关灯计划，使单灯控制器按照开关灯计划实现定时开关灯和定时亮度变化。 6 用户管理 管理用户的帐号、角色、权限功能

9、，达到不同的用户进入系统后使用不同的功能。 7 运行维护商管理 提供对运维部门的增、删、改操作 8 能耗报表 提供按区域、明细、自定义区域等方式，统计区域或单灯的能耗；并能按柱状、饼状、表格等方式进行显示。数据可自动导出到Excel 中，便 于进行后续统计。 9 运维报表 根据用户实际需要，二次开发运行维护中需要的各类报表。 10 路灯类型 管理路灯信息，包括额定功率，电压等信息，故障报警中的将这些标准数据与实时的功率电压等进行比对，以做出正确的警报。 11 设备供应商管理 管理各类设置供应商的基本信息。提供增、删、改功能 12 系统管理 分为故障报警设置与系统日志两部分，故障报警设置是对各级

10、故障的报警方式进行设置，方式包括短信、邮件报警和系统记录方式。系统日志是对系统的操作记行日志记录。 13 专家系统 故障原因智能分析，故障排查智 能建议的专家系统。可扩展的专家系统框架，包含故障分析和排查的专家策略。 对故障定位的功能进行增强。通过专家系统中的故障排除智能建议模块，为管维车队生成详细的故障点经纬度坐标点，或者坐标区段（细化到某个灯杆，某个检查井，或者两个检查井之间的范路灯照明管理系统方案 - 6 - 围）。输出包含故障位置标示的地图，方便车队快速定位目的地。 14 资产管理子系统 以企业资产和设备台账为中心，工单为主线，将设备管理、采购管理、库存管理、人力资源管理以及财务管理集

11、成在一个数据充分共享的应用系统中。实现设备动态管理，让设备检维修能够达到自动化预警和提示， 大大提高设备管理效率。 15 工单管理 通过故障及对应管理人员，生成工单信息，并发送邮件和短信，提示相关处理人员及时排查解除故障，并记录处理结果等信息。 16 照度、温度监控 通过照度传感器、温度传感器等设备，收集现场环境信息，对现场工作环境的相关信息进行监测、监控 17 管护质量分析 根据工单处理结果，处理效率，处理结果等数据，统计管护人员的工作质量，及故障的排查比率等信息，生成对应表格 18 灯源寿命 对灯源使用时间进行统计，及是反映各灯源的使用情况和剩余寿命，便于及时更换和统计灯源信息。 19 根

12、据环境照度自动开关灯 系统可根据环境照度情况自动进行开关灯计划。 系统具有强大的扩展功能，可以通过 RS485、 UART、 RJ45 以太网口等多种标准控制接口扩展所需要的扩展模块。 本系统的指标如下： 1. 单灯控制器采用全密封设计，防水等级 IP67。 2. 利用电力线载波技术，载波频段： PL-20C。 3. 采用 BPSK 的调制方式传输信号。 4. 芯片内置 ISO 14908 控制网络协议。 5. 单灯控制器具有自动中继功能，最多支持 8 级中继代理，电力线载波传输距离可达 8km 以上。 6. 通信数据自动纠错。 7. 自动计量电量、有功功率、电流、电 压等电力参数，精度 0.

13、1，线性度 0.1%， 24bits - ADC。 8. 自动探测环境光照度、温度、车辆人员情况，根据环境自动控制灯具亮度。 9. 开关灯计划时间精度： 1 分钟，计划以 7*24 小时循环执行。 10. 智能段控器可通过 ModBus、以太网口、 UART 等接口外扩辅助功能模块。 11. 具有载波所在频段信号隔离功能，衰减量为 -63dB。 路灯照明管理系统方案 - 7 - 12. 工作环境温度范围： -40-85 C。 13. 智能服务器工作环境湿度范围： 10 到 90% RH 60。 14. 管理软件采用 B/S 架构网络。 15. PLC 通信速率： 5.4kbps。 16. 一个

14、智能服务器最多可以管 理 200 个单灯路灯控制器。 17. 可比传统照明管理方案节约能耗 30 50%。 18. LED 灯头亮度调整范围： 0-100%。 19. 高压钠灯亮度调整范围：关、 50%、 100%三档。 20. 系统静态功耗 15W。 21. 单灯控制器单路输出带负载能力： 1.2kW（也可根据客户需求定做更高功率产品） 四、 系统构成 系统由三大部分构成：监控中心（含网络服务器和监控终端）、智能服务器和单灯控制器 ，见图 4.1。 图 4.1 照明管理系统组成 监控中心 其中监控中心主要完成如下工作： 终端用户 : 远程监控 预警、报警 实时管理 路灯照明管理系统方案 -

15、8 - 自动报表生成 网络 服务器 : 安装与维护 中央数据库及其控制 组织与存储数据 为用户管理系统提供服务 智能服务器 智能服务器主要完成以下工作： 收集照明数据 与服务器及节点通信 对所属节点实时调控 单灯控制器 单灯控制器主要完成以下工作： 收集光亮度，灯泡的状态，灯泡寿命，能源损耗、有无漏电等数据 根据监控中心所发指令，控制单灯状态。 环境参数测量 系统监控主界面如图 4.2： 图 4.2 照明管理系统主界面 HSS 智能服务器（ Huati Smart Server）在本系统中起到关键作用，一个智能服务器可以同时控制 200 个单灯 控制器的状态，实物如图 4.3： 路灯照明管理系

16、统方案 - 9 - 图 4.3 HSS 智能服务器 HSS 智能服务器特点： Huati SmartServer 智能服务器是一个多功能的、智能能源管理设备，它能够应用到任何基于 IP 的应用中，例如企业能源管理、照明管理和高附加值远程资产管理等。 Huati SmartServer 智能服务器不仅允许访问、控制和监视电子设备，还能够聪明地使用从这些电子设备获取的数据，从而实现节约能耗、提高运营效率并降低维护成本。 Huati SmartServer 智能服务器的部署和管理非常简单方便，可本地或远程控制，并可自动组成更庞大的网络，提供无可比拟的灵活性。 同时该智能服务器还具有很多通用接口，方便

17、外扩扩展功能模块，这些端口如下： 光耦隔离的数字输出端口 高电压、强电流 SPST 继电器输出端口 脉冲表输入端口，可以监测电、气和水脉冲表 RS232 外部扩展通信口 RS485 外部扩展通信口 以太网接口 直流电源输出功能 单灯控制器 SLC(Smart Lighting Controllor)，实物图如图 4.4 所示： 图 4.4 单灯控制器 单灯控制器 SLC 的主要特点： 路灯照明管理系统方案 - 10 - 铝合金外壳，全密封防尘、防水设计，等级： IP67 ； 与智能服务器之间通过电力线进行通信； 高集成度的智能化神经元控制芯片，可同时控制三相电信号； 可远程在线通过电力线进行功

18、能升级（ ISP 功能）； 与 DC-DC 单灯驱动器结合，可控制多种 LED、钠灯灯头； 可实现 LED 灯头的全亮、全关和任意亮度控制； 可实现高压钠灯的全亮和半亮控制； 具有 8 级自动中继功能，信号传输距离可达 8km； 具有通信自动纠错功能； 可以自动计量电量、有功功率、电流、电压等参数； 可以自动探测环境光照度、温度等参数； 具有 漏电检测功能。 五、 应用案例 本系统在成都成功实现了千套试点，得到用户的肯定。图 5.1 是我们在成都示范段路灯管理局的监控大厅： 图 5.1 监控大厅 图 5.2 是该区域半年时间的节能对比图： 路灯照明管理系统方案 - 11 - 010000200

19、003000040000500006000070000白河路 白依街 长顺路 长冶路 黄甲路三强北路二段双黄路 塔桥路 西安路往年同期耗能(千瓦时)使用本系统后耗能(千瓦时)图 5.2 该区域半年时间的节能对比图： 按照本区域中已安装的时间较长的 800 盏路灯为例，来计算投入和节约开支，一般 5 年内可收回成本，具体计算数据如下： 1:总投入成本 (800 盏路灯 ) 单灯控制器： 800 个，共计 800,000 元 智能控制器： 4 个， 共计 40,000 元 全部费用总计： 840,000 元 2：节约电费（附表有半年节约的电量） A:节约 177660 千瓦时每年，按照现在家用最低

20、电价每 0.5 元计算，每年大约省电 88830 元。 B: 智能管理系统，节约了管理成本， 800 盏路灯巡回成本每天节约油费是100 元，一年为 36000 元；巡回人员工资一年节约为 40000 元；共计： 76000 元 两者总计一年节省： 164830 元 分析：根据以上数据，节约的电费以及人工成本等，五年多能收回成本。由于这次只有 800 盏，如果数量大的话，比如上万盏的话，节约的人工以及油费成本的比例还会升高，估计 5 年以内能收回成本。 在 成都另外一个区域中，我们的系统专门用来进行河流堤坝光彩工程电缆的防盗，效果明显，得到用户的充分肯定。 六、 系统报价 (参考 ) 序号 名

21、称 数量 单价 备注 1 后台数据服务器 1 台 6000 也可租用中国电信云服务器或自行购买 2 监控终端计算机 1 台 4000 也可以使用现有办公用计算机 3 工控机柜 1 个 300 也可以和办公室网络共用原有机柜 路灯照明管理系统方案 - 12 - 4 HSS 智能服务器 n 个 7000 根据灯头和配电柜的数量决定HSS 的数量 n，一般一个配电柜中安装一个 HSS。 5 三相耦合器 n 个 100 由 HSS智能服务器的数量决定，一个 HSS 智能服务器配一个三相耦合器 6 SLC 单灯控制器 m 个 1000 根据灯头的数量决定 m，一般一到三个灯杆配一个单灯控制器 7 GPRS modem n 个 500 由 HSS智能服务器的数量决定，一个 HSS 智能服务器配一个 合 计 由系统灯头的数量决定，按照单价乘以数量即得总价。