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嘉复欣GF-100路灯监控系统

供稿:北京嘉复欣科技有限公司 2005/6/23 22:48:00

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1. 应用背景
当今时期的城市路灯照明系统,功能已不再局限于为市民提供生产、生活的照明便利,正在逐渐演变为展示城市形象的一张名片,已成为代表城市功能改善投资环境的重要组成部分。然而庞大的路灯照明系统不但会消耗大量的电能,而且还需要投入巨额的日常维护费用,这无疑将会给城市带来电力供应和财政支出的双重压力。如何缓解这一矛盾,并平衡好二者之间的关系,实现"按需照明",让照明系统自身也产生经济效益,显然就成为摆在城市路灯管理者们面前的重要课题。
路灯监控项目是一项系统工程,必须事先对其进行全面的规划,不仅要满足目前管理方便的需要,而且还要为今后系统的发展和逐步完善留有充分的余地,以避免因需求扩展时造成前期的投资无法得到有效利用的情况出现。我研究所推出的GF-100路灯监控系统,技术水平在国内处于领先水平,其不但充分考虑到了今后信息处理增长及其技术升级的适应性事宜,而且同时还实现了远程监控技术与节电技术在路灯智控系统内的有机融合,它是利用计算机和现代通讯技术,借助全面的网络化管理对路灯的运行状况进行远程监控,可以使整个路灯系统的运行更加稳定可靠、自动化程度更高,通过有效的调节灯光启闭时间,使路灯用电系统的综合用电成本降低35%以上,从而极大的提高了路灯系统的工作质量和工作效率,为城市照明系统的运行、维护、扩展、节电提供全面的解决方案和强有力的技术支持,使城市照明运行管理水平迈上新的台阶。2.路灯(灯光)监控系统构成


路灯监控系统由外部路灯控制终端(RTU)、无线数据通讯系统、监控中心组成。是集自动控制技术、无线数据通讯技术、地理信息数据库技术为一体的综合性远程监控系统。其目的是通过路灯监控系统实现路灯三遥监控(遥测、遥控、遥信)、实现路灯运行系统的可控性、减轻路灯维护劳动强度、灵活半夜灯景观灯的开关控制,提高路灯运行系统的管理水平,以适应城市现代化对路灯灯光系统的要求,更好的帮助路灯管理部门完成对社会的服务承诺。路灯监控系统以路灯线路上的控制箱(开关柜)为基本监控单位,实现电量参数的在线监控、路灯线路的远程启/闭、线路故障在线实时告警、检修维护的快速机制、突发事件的应急调度、远程电量计量抄表等。



GF-100监控终端安装示意图
3.路灯监控系统功能
(1).实现时控/光控/遥控三级灯光启/闭控制。正常工作时,路灯启/闭根据所在特定位置经纬度和地球自转、公转规律所确定的时间所计算出的日出日落时间决定,自动按时开关灯,即时控又称钟控;光控是根据实际采集的光照强度决定是否开关灯,主要用于特殊天气变化造成的提前变暗时随时启动路灯照明,当光照值恢复时自动关灯;遥控即在控制中心通过无线数据通讯远程启/闭路灯或按照人工预先设定好的时间自动实现不同路段的灯光分时开关。可以满足在节假日活动、领导视察等应急事件时提前对路灯的启/闭要求。
(2).实现半夜灯、景观灯、广告灯启/闭时间的可编程控制,拓展路灯运行系统的功效。通过编程可以对特定路段、特定时间、特定灯具提前关/闭。通过半夜灯控制以合理节省能源,其节能效果极其显著;对分布在城市繁华路段的景观灯可以实现机动灵活控制,可在任意时间段内实现启/闭控制,以达到既烘托了城市灯光气氛而又尽量减少光污染的目的。
(3).通过中国移动GPRS连接整个城市路灯监控网,定时和手动采集路灯线路的电压、电流、功率、亮灯率等电量参数并上传至控制中心,随时监控线路的运行状况,对出现的线路短路、断路、电流电压异常超限、非正常亮灯和熄灯等故障或路灯控制箱非法开门等故障情况,在路灯监控中心以声光方式实时报警,改变路灯维修的被动工作方式,缩短路灯维护人员的抢修时间。并可实现累计电量的远程抄表,方便电费结算。
(4).建立路灯控制数据库,自动记录各段路灯的启/闭时间、电压、电流、亮灯率、累计电量、功率因数等数据,方便查询。提供任意组合、任意时间段的查询界面,提高路灯监控的管理水平。4. 路灯监控终端RTU介绍
路灯控制终端(RTU)

我所开发研制的GF-100系列远程路灯监控终端在多年从事自动化监控技术的经验基础上,认真分析路灯监控终端需求特点、采用电子技术、数据通讯技术近年发展趋势精心设计的,符合国内现场特点具有较高性价比的远程控制终端,如图3示。
GF-100系列路灯监控终端核心采用MSP430单片机,该单片机是全工业级标准、具有16位RISC结构的强大功能的处理器,保证了路灯监控终端的可靠性和充裕的扩充容量。
MSP430具有如下特点:
低电压、超低功耗
MSP430系列单片机,在1.8---3.6V电压、1MHZ的时钟条件下运行,耗电电流(在0.1—400微安之间)因不同的工作模式而不同;具有16个中断源,并且可以任意嵌套,使用灵活方便;用中断请求将CPU唤醒只有6微秒,可编制出实时性特别高的源代码;可将CPU置于省电模式,以中断方式唤醒程序。



图3 MDS-103型路灯监控终端
强大的处理能力
MSP430系列单片机,为16位RISC结构,具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址,4种目的操作寻址)、简洁大27条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理方法;有较高的处理速度,在8MHZ晶体驱动下,指令周期为125微秒。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
系统工作稳定
上电复位后,首先由DCOCLK启动CPU,以保证程序从正确的位置开始运行,保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统始终频率。如果晶体振荡器在用作CPU时钟MCLK时发生故障,DCO会自动启动,以保证系统正常工作;如果程序跑飞,可用看门狗将其复位。
丰富的片内外设
MSP430 系列单片机都集成了较丰富的片内外设。它们分别是以下一些外围模块的不同组合:
看门狗(WDT) 定时器A(Timer_A) 定时器B(Timer_B)
比较器 串口0、1 硬件乘法器
液晶驱动器 10位/12位ADC 14位ADC(ADC14)
端口0(P0) 端口1—6(p1—p6) 基本定时器
看门狗可以使程序失控时迅速复位,比较器进行模拟电压的比较,配合定时器可以设计为A/D转换器,定时器具有捕获/比较功能,可用于计数、时序发生、PWM等。
方便高效的开发环境和工业级产品
开发环境仅为一台PC机和一个JTAG调试器,而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。
MSP430系列器件均为工业级的,运行环境温度为-45度到+85度。GF-100系列路灯监控终端的主要特点如下:
 GF-100路灯监控终端(RTU)采用工业级16位单片机MSP430为核心设计,双CPU结构,具有较强的运算速度和程序数据存储空间及多个通讯接口,设计集成度高,功能扩展空间大,完善的抗干扰特性能够在强电磁干扰环境下稳定工作。
 电源电压:220V±15%;
电源频率:50/60Hz±5%;
波形失真:无附加波形失真;
输入电压模拟量为:380V/220V。
输入电压允许偏差:±20%。
允许最大电压总畸变率:5%。
测量频率:50±0.2Hz.
功耗:小于25瓦。
 采用交流直接采样技术,终端集成度高,数据采集准确。具有3相电压、12路电流采集输入通道,可`配接相应互感器测量不同量程电压、电流信号,电压、电流采集精度为1%,功率精度为1.5%。
 具有6路继电器开关量输出,可以直接控制驱动路灯控制柜中的接触器开关,用于路灯、半夜灯、景观灯、广告灯控制,控制规模大。
 具有8路开关量输入通道,经过设定可以作为接触器反馈信号、门控开关、电量脉冲量输入等。
 提供两路串行接口,一路RS232、一路RS232/RS485。
 宽稳工作范围,工作温度环境为-30℃---75℃ 环境湿度:90%R.H。
 大气压力:海拔2000米及以下,79.5---106.0KPa,最大风速:35米/S,最大降雨:50mm/10min。
 极限条件:环境温度:-30-----75℃;相对湿度:50℃时90%。
 采用低功耗设计并提供备用电池供电,当主电源断电后可自动切换到后备电池供电,将断电信息及时通报监控中心。
 内置实时硬时钟,并提供系统内时间对时同步,保证路灯启/闭的精确同步,掉电可维持运行10年以上。
 内置直接测量电压和电流算法,直接计算电压、电流、功率等电量参数,并根据设定计算亮灯率。
 集成操作面板,面板提供8位数字液晶显示和5键触摸输入,可以就地读取采集数据、功能参数设定,十分方便系统的维护。
 终端具有多种外形尺寸规格的设计,以满足不同现场安装的需求,其中针对箱外型具有完备的防尘和防雨设计,防雨等级达到IPX3级。
 所有对外接口,全部采用光电隔离,抗干扰能力强。
 电路板全部采用贴片工艺表面安装工艺,高可靠设计。
 预留线路调压控制接口、单灯检测接口,避免路灯今后路灯控制系统升级出现投资损失。
 外形尺寸:普通型 300X400X130 (mm)
户外型 400X530X130 (mm)
 设计依据的标准及规范
GJJ45-91 《城市道路照明设计标准》
GB12325-90 电能质量 供电电压允许偏差
GB6587.1 电子测量仪器环境试验总纲
GB6587.2 电子测量仪器温度试验
GB6587.3 电子测量仪器湿度试验
GB6587.

更多内容请访问 北京嘉复欣科技有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=45763)

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