邯郸路灯计算机无线监控管理系统
邯郸市市政工程管理处    郭建军  米广成

摘  要    阐述邯郸路灯计算机监控管理系统的结构、主要功能、中央控制室和节点站、技术特点和效益分析，为相关从业人员提供了参考和依据。
关键词 路灯 无线监控 管理系统
一、概况
      邯郸市是地处华北平原的古城，也是我国南北交通要道上的现代新兴城市，市区面积约60平方公里，现有路灯14000盏。长期以来邯郸市的路灯启闭控制采用传统的时钟控制或光控两种方式；运行管理采用人工巡视的监测方式。这种运行方式存在众多不足之处；光控方式往往受雷电、阴天等环境因素的影响而出现失误，甚至白天亮灯，又不能实现半夜灯功能；钟控方式不能满足节假日的特殊要求，机动性差；加上经常盲目性的巡视和维护，浪费了大量的人力、物力，不能对照明设施进行全面及时的维护管理。为提高城市照明的管理水平，邯郸市市政工程管理处于2001年开始研制路灯计算机无线监控管理系统，其中的一期工程（20个监控点）在2003年5月试运行成功，通过河北省建设厅专家组的鉴定，这一无线监控管理系统获得河北省建设厅科技进步三等奖。
   二、系统的结构及主要功能
    1、系统构成
整个系统由设在路灯所的中央控制室（简称中控室）和节点监控站（街区路灯控制装置，简称节点）两部分组成，采用两级集散式控制结构（上位机设在中央控制室，下位机设在各节点站）。该监控系统中每台控制箱为一条或多条街区路灯供电，中央控制室与节点监控站之间采用无线双向单工同频方式传输通讯数据。该系统将计算机管理、无线数据通讯和自动控制技术有机的结合为一体，完成对道路照明的自动控制和实时监测。工作人员在中控室通过监视器就可了解全市亮化设施的运行情况，当出现故障时能及时发现问题，并能配合维护人员定点检测维修。
2、主要功能：
   ⑴遥控功能：系统可以根据不同类型的路灯控制要求，自动按时遥控或手动遥控路灯控制柜处的全夜灯、半夜灯和节日灯开关。中控室根据邯郸市经纬度计算出全年的开关灯时间表，统一向各节点站发送校时命令，节点监控机校准后，将开关灯时间存入单片机，自动完成开关灯控制。当遇特殊的天气或节日需要提前或晚关灯，只须中控室发出指令即可实现，而且这个开关灯时间只持续一日，第二天自动恢复原设定时间。另外，中控室可以随时控制任意节点的任一接触器的开闭，便于维修人员的检修。控制柜中仍旧保留了时钟控制器作为备用，当监控系统发生故障时，可以暂时改为钟控方式。
   ⑵遥测功能：中控室可以定时或随机地遥测全市各个节点站的工作状态，监测的数据主要有电流、电压、接触器状态等。通过数据分析可得到线路运行状态、亮灯率、用电量、故障原因位置等多种资料，亮灯、接触器吸合、故障位置均以动画形式表现，街道图形保持原貌，便于操作人员进行故障定位。
   ⑶故障分析：各个节点将遥测数据发回中控室后，可得到如线路漏电或断路接触器损坏、停电或电源侧熔断器烧断、欠/过电压、空开跳闸等7种故障分析。系统内的各种故障均可设定为优先报警。在子站供电线路出现短路、开路、过载、欠压等故障时，主站可声光报警。
   ⑷数据查询：可查询历史任意一日的数据，按经纬度计算出当地一年开关灯时刻表，某日某节点的亮灯率，某月某节点的亮灯率和全市总亮灯率。
   ⑸系统维护：可进行报警值的设定、开关灯时间的修正、节点的基本配置维护、中转邮箱的选用、线路走向维护、标准数据维护、巡测周期的设置、数据备份等。
   ⑹打印功能：可以实现当前数据、某日某时数据、当年开关灯时刻表、支路走向表等多种数据、表格的打印功能。
   ⑺投影显示：中控室配备大屏幕投影设备，操作人员通过微机键盘操作可以方便地显示各种路灯监控信息。
   ⑻地理信息系统(GIS): 以地理信息系统(GIS)为开发平台，实现路灯监控、地理信息和生产管理有机组合，用于路灯管理的高级辅助分析决策。
   ⑼卫星自动校时系统(GPS): 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，保证主控机和子站所有微机时钟的准确性与一致性。
   ⑽远程实时查询：通过互联网实现微机的远程实时查询和远程维护，查询内容包括各终端的最新以及历史数据和故障情况，实现异地远程接人访问。
   ⑾邮箱功能: 为改善通讯效果、节省工程投资，系统开发了电子邮箱—通讯接力，某一节点通讯受阻时，通过其它节点中转联系，保证了遥控效果。
    三、中央控制室和节点站
    1、中控室是路灯微机监控系统向各节点监控站发布命令和对全部系统数据集中处理的中心，是整个系统的枢纽。中央控制室主要设备有：进口品牌工控系统机、A3激光打印机、UPS电源、调制解调器、日本生产无线数传车载电台(MAX25W)、17m高发射塔、高增益全向天线（增益为10DB）、投影仪等硬件设施和系统监控软件、管理软件以及GIS应用软件等。中控室上位机兼做工程师操作站，系统主要完成对各节点的控制参数设置、修正和数据处理，并以动态屏幕画面的形式直观地显示出全市路灯的运行情况。
    工作时，控制人员通过计算机输出的控制数字指令经调制调解器送至数传机，经过电平转换、FSK电路音频调制、输出到大功率无线电台调制到射频上。经射频电缆传输到全向天线辐射到各节点分台，频率为228.850MHZ专用频点。节点分台定向天线收到射频信号，经射频电缆传到电台的接收端，把射频信号中的音频信号解调出后送至主板调制解调器，把模拟信号转换为数字信号，解码后根据中控室的信令指示进行控制操作。
   系统机及数传电台采用双冗余结构。
    2、节点监控站（下位机）为实时在线控制机，安装在各个路灯控制柜处。主要由电脑主板、电源、5W数传电台、电压互感器、电流互感器、高增益五单元定向天线和自控元器件等组成，是路灯监控系统的执行机构。一方面接受中控室指令进行路灯的开关控制；另一方面将各相电流、电压的检测数据、各接触器的吸合状态、各路主要负荷的开关灯时间回传中控室；节点站也可脱离中央控制室上位机独立工作。同时，各个节点站还在数据传输过程中必要时起至“中转邮箱”的作用。工作人员也可以在现场手动控制，以便于安装调试或检查路灯的亮灯情况，及时维护。
    节点站电源电路包括相互隔离的数字电路电源和模拟电路电源两部分，模拟电路电源采用常规串联稳压电路，产生15V直流输出，供给模拟量处理电路使用。数字电路电源为两部分，一是常规串联稳压电路产生的12V/2A数传机电源，二是+5V微机电源，由12V/6Ah可充电电池备份，可保证在电网停电三日内电脑板正常运行。为抗强干扰电气环境的影响，该电路设有电压监测和自动复位功能，确保了运行的可靠性。
    节点监控站每个最多可以监控12路路灯，并可实现半夜灯功能。节点站虽然功能简单，但受周围环境和电网波动影响较大，需要常年连续无人值守。所以研制时尽量提高集成度，选用低功耗性能成熟的器件，保证系统的可靠性。
    四、技术特点
    1、路灯监控系统采用三级冗余控制。即：
    ⑴中控室指令控制。根据天气情况或特殊需求如阴雨天、节假日等，中控室可以随时调整改变全部或部分街区的开关灯时间，节点站接收确认后作为当日的开关灯依据（一日后复原），此为优先级指令控制。
    ⑵节点站自动定时控制。工作人员利用下位机内的智能钟控器，现场置入开关灯时间参数，节点站将保存并自动按季节天气变化修正时间作为开关灯的依据，从而在遥控出现故障时，系统不受影响，实现无人管理自动定时控制。此为常规级控制。
    ⑶备用控制。节点站保留手动控制功能，运行人员可以直接拨动手动开关，控制接触器通断，中控室保留光照采集调控功能，以便阴雨天等特殊情况下启用。此为备用级控制。
    2、电子邮箱技术。
    邯郸市路灯监控系统由于考虑到城市规模的不断发展，控制面积不断增大，位于城郊的节点距离中控室较远，为了改善通讯效果，增强信号绕过障碍物的能力，采用了先进的电子邮箱技术即通讯接力方式，以任一节点为邮箱，传递无线通讯信号，既保证通讯效果，也节省建中继站等费用。
    3、系统综合应用技术。利用Internet网实现远程查询、利用GPS卫星定位系统进行精确校时；利用GIS地理信息系统使路灯资料与地图信息有机结合为一体，用于地图浏览、地图查询，为路灯管理的辅助分析提供决策依据。
    为了提高软件功能的完备性和实用性，软件的开发平台为Microsoft Visual Basic和Visual C++相结合，使用强大的Object Windows library（对象封装库），嵌入MapEngine地理信息开发工具完成的，采取面向对象的程序设计方法。数据库采用稳定的Visual Foxpro格式，WEB服务程序是利用目前最流行的Visual InterDev开发的，提供完善丰富的网络查询。软件功能强大、界面友好，操作简单直观，可扩展性强。市路灯监控系统是多项高科技的综合运用，是计算机技术、数字传输技术、电力电子技术和自动控制技术的综合成果。
     五、效益分析
    1、社会效益方面：
    ⑴确保路灯控制的可靠性。通过采用集散式控制的监控方式，改变过去采用上一级路灯线路末端串联接力控制下一级路灯控制箱的方法，从根本上提高了控制的可靠度。这样，任何一个配电箱的故障都不会影响下一级配电箱的正常运行，缩小了大片区熄灯的范围，减少了交通事故的发生。
    ⑵提高工作效率。当某配电箱发生故障时，主台微机系统经过自动巡测，会立即发现报警，以便管理人员及时发现并通知维修人员及时前往处理，改变以往靠群众电话报修后才进行抢修的被动情况，缩短抢修的时间，避免不良影响。
   ⑶路灯控制的随机性。采用本系统路灯控制的实时性明显提高，全市开关灯时间更准确更科学。同时，管理人员也可根据季节、气候以及特殊节假日的需要，随时控制全市路灯的开关，为社会需求提供了良好的照明服务条件。
    2、经济效益方面：
    ⑴节省电费开支。通过精确合理的设置开关灯时间，避免钟控误差所造成的提前开灯或滞后关灯所带来的电能浪费及电费支出，半夜灯的实施延长了灯泡的使用寿命，减少了维护费开支。系统运行一年来电费同比节省约80万元。
    ⑵减少运行维护费用。采用微机监控系统后，取消了人工出车巡视，每夜巡灯由电脑替代，如无故障，则不必出动车辆。
    ⑶改善照明设施的管理与维护。路灯监控管理系统的建成使用，可及时直观的反映线路运行状态，为路灯管理分析提供依据，改事后维护为预防维修，消除隐患，减少故障的发生。
    邯郸市路灯监控管理系统总投资为102万元，运行后两年即可收回全部投资，经济效益明显。