蘇建明,張照兵,江 龍
克拉瑪依地威諾節(jié)能有限責(zé)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(zé)任公司,新疆克拉瑪依 834000
針對(duì)城市路燈巡查工作量大、故障處理滯后等現(xiàn)狀,通過對(duì)LED燈具和嵌入式芯片的研發(fā),結(jié)合通信、計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)市區(qū)路燈運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控,并上送故障信息給值班人員,確保路燈故障的及時(shí)處理,還可減少維護(hù)費(fèi)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(xiàng)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(shí)時(shí)監(jiān)控
城市照明是一個(gè)現(xiàn)代化都市的重要標(biāo)志之一,路燈照明和人們生活密不可分。隨著國家對(duì)節(jié)能減排的力度不斷加大,各城市對(duì)公共照明系統(tǒng)的節(jié)能要求越來越高,本項(xiàng)目所采取的光源為LED光源,此項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)外均具有領(lǐng)先水平,填補(bǔ)了城市照明管理領(lǐng)域的空白。
在可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用的形勢(shì)下,立足于光伏發(fā)電監(jiān)控及優(yōu)化技術(shù),首先,對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行合理的選配,針對(duì)新疆的地域特點(diǎn)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(shè)備功耗及日耗電量、蓄電池容量、逆變器容量、當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)間等),建立蓄電池的并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
1)項(xiàng)目總體思路及實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)所有燈具的數(shù)字化集中管理和監(jiān)控。
整個(gè)系統(tǒng)為3層:
(1)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(fù)責(zé)采集路燈各種信號(hào)?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端既可與遠(yuǎn)程控制中心脫機(jī),獨(dú)立設(shè)定參數(shù)(開、關(guān)燈時(shí)間及各時(shí)段亮度設(shè)定)控制路燈,又可與遠(yuǎn)程控制中心聯(lián)機(jī),雙向通訊,由控制中心設(shè)定或修改現(xiàn)場(chǎng)控制器的參數(shù)設(shè)定,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(bào)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(yuǎn)程監(jiān)控管理
路燈管理所與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心采用以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行通訊,管理級(jí)可以充分利用企業(yè)廣域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行海量的數(shù)據(jù)傳輸,完美實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。
通過分布式系統(tǒng),在遠(yuǎn)程上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控終端,實(shí)現(xiàn)對(duì)全部或任一個(gè)路燈的工作狀態(tài)進(jìn)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(xiàng)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(tái)軟件開發(fā)等方面。
3)關(guān)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,協(xié)議具有主流性、可靠性、通用性、易用性等特點(diǎn)。
(2)系統(tǒng)綜合軟件開發(fā)與程序設(shè)計(jì)
軟件能夠可以遠(yuǎn)程智能監(jiān)控,保證路燈故障的及時(shí)排除,可根據(jù)用戶的需要通過對(duì)燈具的亮度、色彩、啟停等進(jìn)行適時(shí)調(diào)整,達(dá)到節(jié)能的目的;
軟件開發(fā)平臺(tái)為主流開發(fā)平臺(tái),如C、.NET、ARM等,具有可靠性強(qiáng)、協(xié)議接口規(guī)范等特點(diǎn);
后臺(tái)數(shù)據(jù)庫為主流數(shù)據(jù)庫,支持目前主流服務(wù)器的操作系統(tǒng),如SQL 2005、Oracle 10G等。
(3)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)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(hù)、空載保護(hù)、過載保護(hù)、負(fù)載智能半功率等功能,智能電源模塊內(nèi)置單片機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議,將路燈工作狀態(tài)信息及時(shí)、可靠的送達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控。
現(xiàn)場(chǎng)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(fù)責(zé)采集各個(gè)路燈信號(hào),通過無線通訊模塊將信息遠(yuǎn)傳到路燈管理中心進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
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?xí)r間進(jìn)行準(zhǔn)確控制開關(guān)燈時(shí)間,避免由于時(shí)間差而造成的電能浪費(fèi),我市現(xiàn)有路燈約20 000盞、每盞按250W計(jì)算,總功率約5 000kW,按平均每天提前開燈或推遲關(guān)燈15min計(jì)算,電價(jià)按0.55元/度,全年將節(jié)約支出電費(fèi):
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(hù)車輛為7臺(tái),每年運(yùn)行費(fèi)用為40萬元,若順利實(shí)施該項(xiàng)目,將減少巡燈車輛的使用,初步預(yù)計(jì)可直接節(jié)省車輛維護(hù)運(yùn)行費(fèi)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(fèi)支出。在實(shí)現(xiàn)單燈控制后,由于隔盞關(guān)燈進(jìn)行控制比現(xiàn)在最少還能節(jié)約50%的電費(fèi)。
克拉瑪依市中心城區(qū)2008年實(shí)際電費(fèi)為750萬元,2009年電費(fèi)為910萬元,預(yù)計(jì)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(shí)數(shù)為15小時(shí),夏季約為8小時(shí),按照平均每天12小時(shí)的照明時(shí)間計(jì)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(fèi)約為1 267萬元左右。若該項(xiàng)目在本市全面實(shí)施,可保證實(shí)際降低能耗50%以上。實(shí)施完畢后,每年可為政府節(jié)約電費(fèi)632萬元。
另通過設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)路燈半功率照明,減少負(fù)載消耗電量,可以降低大量電費(fèi),因個(gè)路燈功率不同,在此不做詳細(xì)經(jīng)濟(jì)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(bào)警,能向照明管理部門提供電能的準(zhǔn)確有效的判斷依據(jù)。系統(tǒng)通過避免預(yù)防由于設(shè)備和電能帶來的經(jīng)濟(jì)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(jì)效益。
通過本項(xiàng)目的研發(fā),多方位、多用途的開展本市數(shù)字化建設(shè),為城市數(shù)字一體化奠定基礎(chǔ)。同時(shí),該項(xiàng)目將為我市鍛煉和培育一批自動(dòng)化監(jiān)控人才和LED路燈專業(yè)維護(hù)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(zhēng)取將克拉瑪依市中心城區(qū)作為示范基地,進(jìn)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(xué)設(shè)計(jì)介紹.海峽兩岸照明會(huì)議,2008,11.
U12
A
1674-6708(2011)47-0195-02
克拉瑪依市專利實(shí)施計(jì)劃項(xiàng)目 編號(hào):ZL200820103818.6
蘇建明,中級(jí)工程師,研究方向:工業(yè)自動(dòng)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)