一、項(xiàng)目背景
隨著時(shí)代的發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快，對(duì)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來越突出，節(jié)電節(jié)能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高。現(xiàn)在再采用那些傳統(tǒng)的手控、鐘控城市照明系統(tǒng)的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段建立一套路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),解決上述矛盾也就成為當(dāng)前照明控制領(lǐng)域一個(gè)新的和緊要的課題。城市道路照明自動(dòng)化控制和智能化管理作為城市現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，它所帶來的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益是十分顯著的，它的推廣和實(shí)施也將是市政工程建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
照明自動(dòng)監(jiān)控與管理系統(tǒng)能夠靈活開/關(guān)燈，隨時(shí)了解運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，將傳統(tǒng)的人工“巡燈”制度改為“值班”制度，極大地提高照明系統(tǒng)的管理效率。系統(tǒng)能將采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)，并能隨時(shí)進(jìn)行查詢和打印，極大地提高管理水平，同時(shí)還能通過全夜燈、半夜燈和智能調(diào)壓等手段，降低能耗，提高設(shè)備使用壽命，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
目前GPRS網(wǎng)絡(luò)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用使巡查工作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。廈門四信通信科技有限公司專項(xiàng)開發(fā)的夜景照明遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，采用先進(jìn)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，集計(jì)算機(jī)、通信、機(jī)電、自動(dòng)控制等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)夜景照明系統(tǒng)和路燈的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，確保高效穩(wěn)定，全天候運(yùn)行。
二、項(xiàng)目分析
2.1 系統(tǒng)組成
2.1.1路燈控制終端
路燈采集控制終端由一級(jí)終端路燈控制監(jiān)控柜和二級(jí)終端組成，監(jiān)控柜包括工控機(jī)、電能測量單片機(jī)、多路控制板、監(jiān)控板；二級(jí)終端安裝在每盞燈里，包括電力載波模塊（EPCW）和輸入輸出接口板；路燈控制終端可實(shí)時(shí)監(jiān)控每盞路燈的亮滅情況、電能負(fù)荷狀態(tài)、燈桿損壞報(bào)警，漏電報(bào)警等功能。
四信F2103 gprs dtu采用工業(yè)DB9串口，通過232/485和路燈監(jiān)控終端內(nèi)的PLC相連，內(nèi)插SIM數(shù)據(jù)卡通過GPRS網(wǎng)使得路燈監(jiān)控終端和數(shù)據(jù)管理中心形成網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理中心遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈運(yùn)行。F2103采用國際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通信協(xié)議，且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透傳功能，高規(guī)格的工業(yè)設(shè)計(jì)以及小巧的外形很好的融入了路燈監(jiān)控一級(jí)終端內(nèi)。
2.1.3數(shù)據(jù)管理中心
1） 遙控：主站計(jì)算機(jī)按設(shè)定好的經(jīng)緯時(shí)間曲線自動(dòng)控制全市路燈的開/關(guān)狀態(tài)，也可在主站手動(dòng)控制任意的一級(jí)終端和二級(jí)終端的開/關(guān)狀態(tài)。
2） 遙測：自動(dòng)巡測或隨機(jī)檢測各個(gè)終端亮燈率、電壓、電流、功率因數(shù)、有功和頻率等工作參數(shù)，在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)只要終端有變化，它便立即將變化數(shù)據(jù)向主站傳輸，無須主站巡檢。
3） 遙信：對(duì)各個(gè)終端開/關(guān)狀態(tài)、故障和報(bào)警等信息的獲取，保證系統(tǒng)有效正常地運(yùn)行。
2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)
F2103通過標(biāo)準(zhǔn)的232/485與路燈監(jiān)控一級(jí)終端里的PLC連接通信，數(shù)據(jù)中心可采取ADSL、固定IP、專網(wǎng)APN接入網(wǎng)絡(luò)。
F2103首先進(jìn)行GPRS撥號(hào)上網(wǎng)，然后自動(dòng)向數(shù)據(jù)管理中心發(fā)起TCP連接，握手成功后開始數(shù)據(jù)透明傳輸。路燈監(jiān)控終端把數(shù)據(jù)集中采集通過PLC把數(shù)據(jù)傳給F2103，F(xiàn)2103接到數(shù)據(jù)后即時(shí)的將數(shù)據(jù)通過GRPS網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)據(jù)管理中心。數(shù)據(jù)管理中心將上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出直觀的結(jié)果和相應(yīng)的指令通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給F2103，F(xiàn)2103即時(shí)通過232/485傳送給PLC，PLC根據(jù)指令對(duì)路燈做出相應(yīng)的控制處理，以此達(dá)到遠(yuǎn)程控制路燈的效果。
1、根據(jù)經(jīng)緯度精確計(jì)算出每天的日出日落時(shí)間。進(jìn)而計(jì)算出每天的開關(guān)燈精確時(shí)間。對(duì)路燈運(yùn)行進(jìn)行合理、可靠的控制：達(dá)到節(jié)省用照明系統(tǒng)10%-20%用電量。
2、對(duì)路燈全年的開關(guān)時(shí)間，可以按照：臨時(shí)、周、節(jié)假日、經(jīng)緯度等方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3、對(duì)路燈開關(guān)燈控制可按設(shè)計(jì)的時(shí)間進(jìn)行合理控制：根據(jù)經(jīng)緯度計(jì)算每天的日出日落時(shí)間，實(shí)現(xiàn)全年365天每天精確的開關(guān)燈時(shí)間，可以把全年節(jié)假日的特殊開關(guān)燈時(shí)間進(jìn)行設(shè)置， 有突發(fā)事件時(shí)，可以設(shè)置臨時(shí)時(shí)間方案。使城市照明更具人性化。
4、對(duì)路燈運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全自動(dòng)的監(jiān)控。
5、自動(dòng)和手動(dòng)遙控系統(tǒng)可以根據(jù)不同類型的路燈與景觀燈控制要求，把全市路燈、景觀燈分成若干個(gè)組，采用時(shí)控方案，自動(dòng)遙控開/關(guān)全市全夜燈、半夜燈、市政景觀燈、樓宇景觀燈；也可以手動(dòng)對(duì)各種燈型進(jìn)行遙控開/關(guān)操作。控制模式可以任意添加。根據(jù)不同控制模式控制不同回路。
6、定時(shí)自動(dòng)上報(bào)，手動(dòng)迅測操作者可隨時(shí)手動(dòng)巡測各監(jiān)控終端的電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)等各種監(jiān)測數(shù)據(jù)。上述參數(shù)定時(shí)上報(bào)。參數(shù)變化量取值范圍可以手動(dòng)設(shè)置。達(dá)到變化值，下位機(jī)自動(dòng)上報(bào)變化值。
7、自動(dòng)計(jì)算亮燈率能根據(jù)電壓、電流、有功功率和功率因數(shù)的變化自動(dòng)進(jìn)行亮燈率估算。為了保證亮燈率的統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)采集精度優(yōu)于1%。
8、查詢打印可以對(duì)各監(jiān)控終端任意定時(shí)數(shù)據(jù)和年、月、日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，顯示的表格、曲線圖、均可打印?？梢詫?duì)任意一天的實(shí)際開關(guān)燈時(shí)間、模擬量數(shù)據(jù)日志，報(bào)警日志。日出日落時(shí)間等記錄進(jìn)行查詢，顯示的表格、曲線圖、均可打印?？梢詫?duì)歷史故障進(jìn)行查詢和打印。
9、控制方案根據(jù)不同類型的路燈、景觀燈控制要求，可以把路燈、景觀燈分別設(shè)置成不同的功能組，分別用經(jīng)緯度 和節(jié)假日 的的時(shí)間控制方式進(jìn)行控制。有突發(fā)時(shí)間時(shí)可設(shè)置 臨時(shí)時(shí)間方案。或者通過上位機(jī)手動(dòng)，或者手機(jī)短信方式開關(guān)燈。
三、項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施
3.1 傳輸模塊與路燈控制終端連接
PLC通常采用的都是232/485的通信方式，四信F2103為標(biāo)準(zhǔn)的DB9串口，支持232/485通信協(xié)議，兩者連接如下圖：
1.專線接入
中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。
用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。此種方案無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
2. ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM(gprs dtu)先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。
3. 通過固定公網(wǎng)IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INT ERNET運(yùn)營商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3.3 數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建
中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設(shè)備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口：
2.對(duì)于后臺(tái)中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的完美結(jié)合。
3.在客戶想要開發(fā)自己的數(shù)據(jù)中心時(shí)，此時(shí)我公司會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進(jìn)行對(duì)接，同時(shí)會(huì)提供一個(gè)的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動(dòng)態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。
下圖為后臺(tái)中心管理軟件：
1. 路燈遍布在整個(gè)城市，采用GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈方案無疑大大的提高了監(jiān)控效率，同時(shí)也大大的降低了維護(hù)成本。
2. 由于路燈在城市的分布很廣，幾乎覆蓋了中心城市的各個(gè)角落，因此如果到現(xiàn)場對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)做修改的話，那將是一個(gè)浩大的工程，四信F2103依據(jù)人性化設(shè)計(jì)可以遠(yuǎn)程直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的配置，無需到現(xiàn)場做參數(shù)修改，達(dá)到時(shí)間和人力的合理利用。
3. 路燈監(jiān)控都是全天24小時(shí)的工作狀態(tài)，需要設(shè)備狀態(tài)不正常時(shí)可以自我恢復(fù)，四信IP MODEM采用高性能工業(yè)級(jí)處理器以及看門狗等安全機(jī)制設(shè)計(jì)，保證IP MODEM(dtu) 萬一通信中斷也會(huì)自行檢測然后自動(dòng)斷電重啟，保證IP MODEM(dtu) 永遠(yuǎn)在線，通信鏈路永遠(yuǎn)正常。
4. 目前城市的規(guī)模不斷的擴(kuò)大，城市路燈建設(shè)也相應(yīng)的增加，采用F2103的路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以隨時(shí)增加新的監(jiān)控點(diǎn)而不對(duì)現(xiàn)有的路燈監(jiān)控系統(tǒng)造成任何影響，體現(xiàn)了系統(tǒng)的靈活伸縮性。
5. F2103 IP MODEM (dtu)采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)串口通信，即插即用，無需太多的專業(yè)技能和知識(shí)既能很快完成操作，且高規(guī)格的模具設(shè)計(jì)，體積小巧方便維護(hù)。
6. 目前很多監(jiān)控系統(tǒng)需要幾個(gè)部門多層管理，F(xiàn)2103采用多中心設(shè)計(jì)，可同時(shí)設(shè)置5個(gè)中心監(jiān)控采集現(xiàn)場，避免因某個(gè)中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導(dǎo)致無法對(duì)礦井現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。
7. 高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65ºC、 相對(duì)濕度 95%(無凝結(jié))環(huán)境下正常工作。
8. 多協(xié)議支持，四信IP MODEM支持透明TCP 、UDP傳輸協(xié)議和自定義應(yīng)用協(xié)議等功能，給用戶更多的選擇空間。
9. 四信提供二次開發(fā)包和多語言版本數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟件源代碼，客戶可更具自己需要進(jìn)行二次開發(fā)。增加了客戶使用的靈活性。
五、小結(jié)
GRPS路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，也獲得了很好的效果，不僅對(duì)路燈控制進(jìn)行了優(yōu)化，而且實(shí)現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，給智慧城市添了一把力。四信通信在智慧城市的建設(shè)中也在不斷的做著自己應(yīng)該做的事情，而且在其他的很多領(lǐng)域例如移動(dòng)POS終端、金融、供應(yīng)鏈自動(dòng)化、智能化運(yùn)輸、工業(yè)自動(dòng)化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護(hù)、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、軍事、空間探索、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務(wù)、電力、煤礦、石化等行業(yè)都不錯(cuò)的表現(xiàn)，相信四信在物聯(lián)網(wǎng)的浪潮中會(huì)發(fā)揮更大的作用。
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