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)能有限責任公司，新疆克拉瑪依 834000

針對城市路燈巡查工作量大、故障處理滯后等現(xiàn)狀，通過對LED燈具和嵌入式芯片的研發(fā)，結(jié)合通信、計算機等技術(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)可以實現(xiàn)對市區(qū)路燈運行情況的實時監(jiān)控，并上送故障信息給值班人員，確保路燈故障的及時處理，還可減少維護費用。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；實時監(jiān)控

0 引言

城市照明是一個現(xiàn)代化都市的重要標志之一，路燈照明和人們生活密不可分。隨著國家對節(jié)能減排的力度不斷加大，各城市對公共照明系統(tǒng)的節(jié)能要求越來越高，本項目所采取的光源為LED光源,此項技術(shù)在國內(nèi)外均具有領先水平，填補了城市照明管理領域的空白。

1 研究設計與實施

1.1 總體思路

在可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用的形勢下，立足于光伏發(fā)電監(jiān)控及優(yōu)化技術(shù)，首先，對系統(tǒng)硬件進行合理的選配，針對新疆的地域特點和基于選配的系統(tǒng)軟硬環(huán)境（如：太陽能電池方陣、用電設備功耗及日耗電量、蓄電池容量、逆變器容量、當?shù)厝照諘r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 項目技術(shù)方案

1）項目總體思路及實施方案總體思路：

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)，實現(xiàn)對所有燈具的數(shù)字化集中管理和監(jiān)控。

整個系統(tǒng)為3層：

（1）現(xiàn)場監(jiān)控終端

采用的嵌入式技術(shù)，再配之主流的通訊協(xié)議，實現(xiàn)現(xiàn)場監(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，負責采集路燈各種信號?，F(xiàn)場監(jiān)控終端既可與遠程控制中心脫機，獨立設定參數(shù)（開、關燈時間及各時段亮度設定）控制路燈，又可與遠程控制中心聯(lián)機，雙向通訊，由控制中心設定或修改現(xiàn)場控制器的參數(shù)設定，同時現(xiàn)場監(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）遠程監(jiān)控管理

路燈管理所與遠程監(jiān)控中心采用以太網(wǎng)技術(shù)進行通訊，管理級可以充分利用企業(yè)廣域網(wǎng)絡進行海量的數(shù)據(jù)傳輸，完美實現(xiàn)遠程監(jiān)控與管理。

通過分布式系統(tǒng)，在遠程上位機和現(xiàn)場的監(jiān)控終端，實現(xiàn)對全部或任一個路燈的工作狀態(tài)進行監(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)平臺軟件開發(fā)等方面。

3）關鍵技術(shù)問題

（1）通訊協(xié)議

選擇的通訊協(xié)議屬于國際、國內(nèi)標準協(xié)議，協(xié)議具有主流性、可靠性、通用性、易用性等特點。

（2）系統(tǒng)綜合軟件開發(fā)與程序設計

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

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

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

（3）系統(tǒng)硬件的設計與開發(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、空載保護、過載保護、負載智能半功率等功能，智能電源模塊內(nèi)置單片機及其外圍電路，A/D D/A模塊，依靠編程采集路燈狀態(tài)的參數(shù)信息，通過標準的通訊協(xié)議，將路燈工作狀態(tài)信息及時、可靠的送達到現(xiàn)場監(jiān)控終端實現(xiàn)智能監(jiān)控。

現(xiàn)場監(jiān)控終端須配備路燈通訊接口和無線通訊的GPRS通訊模塊，負責采集各個路燈信號，通過無線通訊模塊將信息遠傳到路燈管理中心進行遠程監(jiān)控。

2 預期經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益分析

2.1 經(jīng)濟效益分析

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時間進行準確控制開關燈時間，避免由于時間差而造成的電能浪費，我市現(xiàn)有路燈約20 000盞、每盞按250W計算，總功率約5 000kW，按平均每天提前開燈或推遲關燈15min計算，電價按0.55元/度，全年將節(jié)約支出電費：

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)維護車輛為7臺，每年運行費用為40萬元，若順利實施該項目，將減少巡燈車輛的使用，初步預計可直接節(jié)省車輛維護運行費用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)約大量的電費支出。在實現(xiàn)單燈控制后，由于隔盞關燈進行控制比現(xiàn)在最少還能節(jié)約50%的電費。

克拉瑪依市中心城區(qū)2008年實際電費為750萬元，2009年電費為910萬元，預計克拉瑪依市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，冬季照明小時數(shù)為15小時，夏季約為8小時，按照平均每天12小時的照明時間計算，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)生電費約為1 267萬元左右。若該項目在本市全面實施，可保證實際降低能耗50%以上。實施完畢后，每年可為政府節(jié)約電費632萬元。

另通過設計，實現(xiàn)路燈半功率照明，減少負載消耗電量，可以降低大量電費，因個路燈功率不同，在此不做詳細經(jīng)濟效益分析。

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

3 結(jié)論

通過本項目的研發(fā)，多方位、多用途的開展本市數(shù)字化建設，為城市數(shù)字一體化奠定基礎。同時，該項目將為我市鍛煉和培育一批自動化監(jiān)控人才和LED路燈專業(yè)維護人才。城市LED路燈照明數(shù)字化管理系統(tǒng)研發(fā)后，我們爭取將克拉瑪依市中心城區(qū)作為示范基地，進行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設計介紹.海峽兩岸照明會議，2008，11.

U12

A

1674-6708（2011）47-0195-02

克拉瑪依市專利實施計劃項目 編號：ZL200820103818.6

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