城市LED路灯数字化监控管理系统

苏建明，张照兵，江 龙

克拉玛依地威诺节能有限责任公司，新疆克拉玛依 834000

城市LED路灯数字化监控管理系统

苏建明，张照兵，江 龙

克拉玛依地威诺节能有限责任公司，新疆克拉玛依 834000

针对城市路灯巡查工作量大、故障处理滞后等现状，通过对LED灯具和嵌入式芯片的研发，结合通信、计算机等技术，开发出了城市路灯数字化监控管理系统。该系统可以实现对市区路灯运行情况的实时监控，并上送故障信息给值班人员，确保路灯故障的及时处理，还可减少维护费用。还可以根据天气情况调整路灯照明的亮度，起到节电的效果。此项目的提出，为城市照明集中管理和监控方面提供了新思路。

LED灯；实时监控

0 引言

城市照明是一个现代化都市的重要标志之一，路灯照明和人们生活密不可分。随着国家对节能减排的力度不断加大，各城市对公共照明系统的节能要求越来越高，本项目所采取的光源为LED光源,此项技术在国内外均具有领先水平，填补了城市照明管理领域的空白。

1 研究设计与实施

1.1 总体思路

在可再生能源大规模开发利用的形势下，立足于光伏发电监控及优化技术，首先，对系统硬件进行合理的选配，针对新疆的地域特点和基于选配的系统软硬环境（如：太阳能电池方阵、用电设备功耗及日耗电量、蓄电池容量、逆变器容量、当地日照时间等），建立蓄电池的并网型太阳能光伏发电系统。

1.2 项目技术方案

1）项目总体思路及实施方案总体思路：

结合嵌入式技术和智能控制技术利用其通讯接口，建立分布式监控系统，实现对所有灯具的数字化集中管理和监控。

整个系统为3层：

（1）现场监控终端

采用的嵌入式技术，再配之主流的通讯协议，实现现场监控终端与路灯智能电源模块间的通讯。各智能电源模块与监控终端连接，负责采集路灯各种信号。现场监控终端既可与远程控制中心脱机，独立设定参数（开、关灯时间及各时段亮度设定）控制路灯，又可与远程控制中心联机，双向通讯，由控制中心设定或修改现场控制器的参数设定，同时现场监控终端把采集到的路灯信息上传到控制中心。

（2）监控中心

现场监控终端与路灯管理所监控端之间通讯方式采用GPRS通讯。监控各条线路的路灯故障报警、起停、功率状态，并可根据需要调整路灯的工作状态。

（3）远程监控管理

路灯管理所与远程监控中心采用以太网技术进行通讯，管理级可以充分利用企业广域网络进行海量的数据传输，完美实现远程监控与管理。

通过分布式系统，在远程上位机和现场的监控终端，实现对全部或任一个路灯的工作状态进行监控，并可根据需要调整路灯的工作状态（起停、功率状态等）。

2）研发流程

LED路灯数字化控制管理项目包括LED灯具研发、嵌入式芯片研发、城市路灯监控系统平台软件开发等方面。

3）关键技术问题

（1）通讯协议

选择的通讯协议属于国际、国内标准协议，协议具有主流性、可靠性、通用性、易用性等特点。

（2）系统综合软件开发与程序设计

软件能够可以远程智能监控,保证路灯故障的及时排除，可根据用户的需要通过对灯具的亮度、色彩、启停等进行适时调整，达到节能的目的；

软件开发平台为主流开发平台，如C、.NET、ARM等，具有可靠性强、协议接口规范等特点；

后台数据库为主流数据库，支持目前主流服务器的操作系统，如SQL 2005、Oracle 10G等。

（3）系统硬件的设计与开发

智能电源提供LED路灯正常工作，具有宽电压输入、过压保护、空载保护、过载保护、负载智能半功率等功能，智能电源模块内置单片机及其外围电路，A/D D/A模块，依靠编程采集路灯状态的参数信息，通过标准的通讯协议，将路灯工作状态信息及时、可靠的送达到现场监控终端实现智能监控。

现场监控终端须配备路灯通讯接口和无线通讯的GPRS通讯模块，负责采集各个路灯信号，通过无线通讯模块将信息远传到路灯管理中心进行远程监控。

2 预期经济、社会、生态效益分析

2.1 经济效益分析

1）城市照明集中监控系统可以根据气象局提供的天黑天亮时间进行准确控制开关灯时间，避免由于时间差而造成的电能浪费，我市现有路灯约20 000盏、每盏按250W计算，总功率约5 000kW，按平均每天提前开灯或推迟关灯15min计算，电价按0.55元/度，全年将节约支出电费：

5 000 ×（15/60）h×365天×0.55元/度=250 937.5元

2）市政工程管理处目前用于城市道路照明系统维护车辆为7台，每年运行费用为40万元，若顺利实施该项目，将减少巡灯车辆的使用，初步预计可直接节省车辆维护运行费用50%。

40 万元×50%=20万元

3）城市路灯照明监控系统，可在深夜行人稀少和交通量减少的情况下，执行“隔一亮一”或“隔二亮一”的照明方式，既给夜间出行的行人带来主便又能节约大量的电费支出。在实现单灯控制后，由于隔盏关灯进行控制比现在最少还能节约50%的电费。

克拉玛依市中心城区2008年实际电费为750万元，2009年电费为910万元，预计克拉玛依市2010～2011年城市道路照明灯具约为21 000盏，平均每盏灯具功率约为250W，冬季照明小时数为15小时，夏季约为8小时，按照平均每天12小时的照明时间计算，克拉玛依市道路照明每年消耗电能2 299.5万kW·h，每年产生电费约为1 267万元左右。若该项目在本市全面实施，可保证实际降低能耗50%以上。实施完毕后，每年可为政府节约电费632万元。

另通过设计，实现路灯半功率照明，减少负载消耗电量，可以降低大量电费，因个路灯功率不同，在此不做详细经济效益分析。

此外，城市路灯照明集中监控系统的电流越限报警，能向照明管理部门提供电能的准确有效的判断依据。系统通过避免预防由于设备和电能带来的经济损失，从而间接地为照明管理部门每年带来不可估量的经济效益。

3 结论

通过本项目的研发，多方位、多用途的开展本市数字化建设，为城市数字一体化奠定基础。同时，该项目将为我市锻炼和培育一批自动化监控人才和LED路灯专业维护人才。城市LED路灯照明数字化管理系统研发后，我们争取将克拉玛依市中心城区作为示范基地，进行LED路灯照明数字化管理系统的推广。

[1]蒋金波.LED路灯透镜的二次光学设计介绍.海峡两岸照明会议，2008，11.

U12

A

1674-6708（2011）47-0195-02

克拉玛依市专利实施计划项目 编号：ZL200820103818.6

苏建明，中级工程师，研究方向：工业自动化仪表、太阳能光伏发电、发热研究开发、LED灯具的研发