陳小山

(廣州河?xùn)|電子有限公司，廣州511447)

1 項目概述

衡水城市亮化以“萬家燈火、希望之城”為主題，勾勒城市天際線的城區(qū)亮化提升工程，亮化工程分為三期，目前一期工程在試運行階段，共涉及亮化樓體300余棟?？傮w效果力求做到突出重點、打造亮點，勾勒衡水城市的天際線，形成衡水市的夜經(jīng)濟、夜文化。

此工程亮化材料全部采用LED節(jié)能型照明光源，并采用先進可靠的智慧照明系統(tǒng)實現(xiàn)城市燈光的統(tǒng)一管理和智能化遠(yuǎn)程控制。

本項目的智慧照明集中管理系統(tǒng)采用HDL系統(tǒng)，是基于智慧照明、智慧城市發(fā)展戰(zhàn)略整體規(guī)劃內(nèi)的具體業(yè)務(wù)應(yīng)用，如圖1所示。本系統(tǒng)平臺的本質(zhì)在于信息化和城市照明的高度融合，旨在秉持開放式架構(gòu)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、綜合集成等先進工具和方法的應(yīng)用，實現(xiàn)全面感知、智能融合、開放創(chuàng)新、綠色節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展的高級管理形態(tài)。

圖1 智慧照明管理系統(tǒng)是智慧城市規(guī)劃中的具體業(yè)務(wù)應(yīng)用

新模式下的智慧管理系統(tǒng)完全不同于以往分散的、各自獨立的數(shù)字化管理模式，主要的理念是提供開放式架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化軟件交互接口，消除信息“孤島現(xiàn)象”，實現(xiàn)智慧城市中各業(yè)務(wù)間信息和資源的共享、聯(lián)動。

2 方案實施

2.1 系統(tǒng)組網(wǎng)

系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

2.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

2.2.1 系統(tǒng)會話

系統(tǒng)會話架構(gòu)如圖3所示。

(1)所有的信息交互都是以服務(wù)端為核心。

(2)管理端和節(jié)點端都作為客戶端，只能主動發(fā)起同固定IP地址的服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò)連接。

(3)管理端對節(jié)點端的操作控制都要通過服務(wù)端橋接，由B/S架構(gòu)管理端軟件界面操作，在中心機房的管理端，或者只要能接入公用互聯(lián)網(wǎng)的電腦、平板、智能手機都可以管理系統(tǒng)的全部功能。

圖3 系統(tǒng)會話架構(gòu)

2.2.2 傳輸鏈路

(1)只對配電箱的測控則采用“4G無線鏈路”。

(2)在一些高帶寬的應(yīng)用也可以采用運營商的光纖有線鏈路。

2.3 中心服務(wù)器

中心服務(wù)器架構(gòu)需要按照景觀照明管理的業(yè)務(wù)屬性劃分資源池，在實際應(yīng)用中分層部署。

(1)MQTT服務(wù):節(jié)點端測控設(shè)備發(fā)起的同服務(wù)端的會話。

(2)WEB服務(wù):管理端發(fā)起的同服務(wù)端的會話。

(3)數(shù)據(jù)庫服務(wù):系統(tǒng)全部的配置數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)、歷史記錄、錄像文件、竣工資料、資產(chǎn)報表等的存儲。

(4)視頻流服務(wù):網(wǎng)絡(luò)攝像機的并發(fā)接入和視頻流管理。

(5)網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù):專注于網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)、設(shè)備故障與性能監(jiān)控、設(shè)備配置變更監(jiān)視與設(shè)備配置管理。

本系統(tǒng)平臺的業(yè)務(wù)資源池根據(jù)操作系統(tǒng)要求、負(fù)載評估、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、可靠性要求等，在3臺服務(wù)器上部署。

2.4 配電箱測控

2.4.1 通用功能

亮化節(jié)點的每個配電箱中安裝一組“遠(yuǎn)程測控單元模組”。

測控設(shè)備采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)軌安裝，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，更適合已有配電箱的智能化升級。

(1)遠(yuǎn)程測控單元模組設(shè)備內(nèi)置4G無線通信模塊。

(2)遠(yuǎn)程測控單元模組設(shè)備實時測量交流電源進線的電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、剩余電流，可根據(jù)設(shè)置的超限值判斷和記錄超限事件并上報。

(3)各測控模塊實時測量其回路交流輸出線的電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率，可根據(jù)設(shè)置的超限值判斷和記錄超限事件并上報。

(4)各測控模塊可控制其回路的開或關(guān)。

(5)設(shè)備能夠根據(jù)預(yù)約設(shè)置定時自動開關(guān)燈。

(6)設(shè)備能夠向服務(wù)端上報開關(guān)燈狀態(tài)變化、超限事件、測控設(shè)備故障的信息。

2.4.2 電氣量測控數(shù)據(jù)

電氣量數(shù)據(jù)對應(yīng)有4種超限值設(shè)置，分別為保護上限值、告警上限值、告警下限值、保護下限值。當(dāng)某個超限值未設(shè)置或停用，則不會產(chǎn)生超限事件。

2.4.3 照明回路的電氣連接

適應(yīng)于各種電氣連接方式的配電箱，能實現(xiàn)單回路或任意回路組合的開關(guān)燈控制。配電箱系統(tǒng)圖、系統(tǒng)接線示意圖如圖4～5。

圖4 配電箱系統(tǒng)圖

圖5 系統(tǒng)接線示意圖

3 系統(tǒng)特點

3.1 三相四線制的N線電流監(jiān)測

隨著亮化項目中LED燈具的大量集中使用，那些不具有主動功率因數(shù)補償?shù)拈_關(guān)電源會產(chǎn)生嚴(yán)重的3次諧波電流，由于3次諧波電流的矢量角度一樣，三相四線制中的三相電流矢量和不能抵消，只能在零線上疊加，使零線上的電流可達相線電流的2倍以上。

亮化項目中敷設(shè)的電纜線徑都是按照相線的負(fù)荷計算而選用，零線的截面積≤相線的截面積，因此，如果零線上的電流超過相線電流，必然會導(dǎo)致零線過載，存在巨大的安全隱患。

本系統(tǒng)的RTU設(shè)備和測控模塊能通過測量的三相電流矢量值實時監(jiān)測零線的平均電流，為系統(tǒng)的運行和維護提供更全面的用電安全保障。

3.2 智能化的事件記錄及分析

城市夜景照明管理平臺管理主界面如圖6所示。

(1)智能化事件記錄

事件引起主動或被動保護后，測控設(shè)備會記錄下緊靠保護時刻前、后(最多偏差100ms)的兩組“時間戳和電氣量數(shù)據(jù)”，能夠為事件分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1)主動保護:測控設(shè)備測量到超限事件后，主動執(zhí)行的保護動作。如測量到回路過載后，測控設(shè)備關(guān)閉此回路。

2)被動保護:不是由測控設(shè)備執(zhí)行的，而是配電設(shè)備自行采取的保護動作。如回路的漏電流超限后，引起漏電保護斷路器的自動跳閘。

(2)智能化事件分析

通常在發(fā)生被動保護時，相關(guān)的成組電氣量數(shù)據(jù)都會同時發(fā)生變化。采用智能化事件記錄的好處是當(dāng)發(fā)生被動保護時，能夠準(zhǔn)確分析出引起事件的原因。

圖6 管理主界面

3.3 開關(guān)燈控制

3.3.1 開關(guān)控制菜單

開關(guān)控制菜單有三個二級主菜單區(qū)；主功能區(qū)分為預(yù)約開關(guān)列表、立即開關(guān)列表、開關(guān)場景管理，開關(guān)控制界面如圖7所示。

圖7 開關(guān)控制界面

預(yù)約開關(guān)的對象是開關(guān)場景或單個回路，主要預(yù)約自動定時開關(guān)燈的策略。預(yù)約開關(guān)列表主要展示配電箱的預(yù)約開關(guān)信息。

3.3.2 配電箱的運行模式

配電箱的運行模式可分為自動、手動、臨時停用。

手動和臨時停用模式下，RTU也能實時監(jiān)測所有電氣量數(shù)據(jù)，但不會執(zhí)行預(yù)約的開/關(guān)和遠(yuǎn)程的立即開/關(guān)。也就是此時配電箱內(nèi)的智能控制器不會自動吸合，在一定程度上保證了檢修作業(yè)的安全。

3.4 告警信息

系統(tǒng)平臺的告警信息分為測控設(shè)備、測控對象、通信路由三種類型。運維人員可以根據(jù)分類的信息，清晰地掌握系統(tǒng)運行狀況，告警信息界面如圖8所示。

所有的告警信息在產(chǎn)生前已經(jīng)做了智能化分析、排序、過濾、屏蔽，告警信息包括時間戳、配電箱名稱、告警內(nèi)容，且只會給出根本性的原因和結(jié)果，能夠明顯地提高運維管理水平。

告警列表欄通常隱藏在值守界面的右面，當(dāng)需要查看詳細(xì)的告警信息時彈出。

圖8 告警信息界面

3.4.1 測控設(shè)備告警

測控設(shè)備是指本系統(tǒng)所屬的全部硬件設(shè)備，包括中心服務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、前端設(shè)備、配電設(shè)施、燈具的控制器、燈具、線纜等。

這類告警信息會明確地給出故障定位和導(dǎo)致的結(jié)果，例如:(1)交流接觸器故障:“配電箱xxx的回路x_控制器故障_預(yù)約開燈的時間_沒開燈?！?2)斷路器故障:“配電箱xxx的回路x_斷路器跳閘_預(yù)約開燈的時間_沒開燈?！?/p>

3.4.2 測控對象告警

對于不能準(zhǔn)確定位到物理設(shè)備的異常，本系統(tǒng)則給出明確的測控對象的異常狀態(tài)和超限狀態(tài)告警信息。

這類告警信息只是針對狀態(tài)異常和測量值超限。

3.4.3 通信路由告警

客戶端只能主動發(fā)起同服務(wù)端的連接，因為服務(wù)端需要對客戶端發(fā)起實時控制，所以就需要保持長連接，在沒有通訊傳輸時用心跳報文來維持連接。

當(dāng)同客戶端的連接中斷時，系統(tǒng)會給出通信連接異常的告警信息。

3.5 運維管理

3.5.1 組織架構(gòu)及權(quán)限

為滿足城市級照明管理需要，針對不同角色、不同級別、不同部門的管理員，首先需劃分出不同的管理權(quán)限要求，例如系統(tǒng)超級管理員、主任、主管、值班員、維護員等賬號權(quán)限。所以系統(tǒng)具有部門組織結(jié)構(gòu)創(chuàng)建管理的功能。

用戶賬號創(chuàng)建后，可以對用戶信息進行管理；超級管理員可以修改、查看、刪除所有用戶的賬號信息；普通用戶只能管理自己的信息，管理者界面如圖9所示。

圖9 管理者界面

用戶、角色、權(quán)限的對應(yīng)關(guān)系:(1)用戶只能歸屬在某一部門，用戶可同時擁有多個角色；(2)角色對應(yīng)相應(yīng)的管理權(quán)限；(3)權(quán)限分配可以分為數(shù)據(jù)權(quán)限、功能權(quán)限。

3.5.2 能耗管理

城市照明亮化涉及能耗費用結(jié)算、費用分?jǐn)?、分時段計費等問題。智慧照明系統(tǒng)在實現(xiàn)照明能耗數(shù)據(jù)分時段、分區(qū)域、分街道的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計以外，還要考慮費用業(yè)主/市政分?jǐn)倖栴}，費用分時段計費等問題。

在用電量統(tǒng)計頁面，市政管理員可以根據(jù)統(tǒng)計需要選擇年份、月份進行統(tǒng)計；同時可以選擇區(qū)域，也可以精確到某一街道、某一個配電箱進行能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。當(dāng)選擇設(shè)定的時間后，統(tǒng)計會生產(chǎn)相應(yīng)的圖表。按區(qū)域統(tǒng)計出現(xiàn)的是柱形圖，按時間統(tǒng)計出現(xiàn)的是折線圖。

3.5.3 竣工資料管理

竣工資料管理包含兩個維度:(1)驗收資料:設(shè)備驗收清單與竣工后的培訓(xùn)交接清單；(2)工程資料:工程信息清單、施工聯(lián)系信息。

系統(tǒng)按節(jié)點歸口管理工程資料，一方面為維修提供準(zhǔn)確的相關(guān)信息，另一方面可以為系統(tǒng)故障或更換時提供恢復(fù)數(shù)據(jù)的備份。

圖10是配電箱的工程資料詳細(xì)信息清單，存儲記錄了施工方、聯(lián)系信息、節(jié)點位置、工程圖紙、工程照片等信息，便于故障排查、維護聯(lián)系。

圖10 設(shè)備詳情界面

4 語束語

本文對城市亮化工程中智慧照明系統(tǒng)的應(yīng)用做了介紹，供設(shè)計人員參考。