基于PLC与GPRS、ZigBee的路灯无线控制系统

张倩，王尚宏，武云鹏

（新疆电子研究所有限公司 新疆 乌鲁木齐 830049）

基于PLC与GPRS、ZigBee的路灯无线控制系统

张倩，王尚宏，武云鹏

（新疆电子研究所有限公司 新疆 乌鲁木齐 830049）

基于PLC与无线通讯模块相结合的路灯控制方案，采用了组态软件、PLC控制模块、单片机采集模块、GRPS通信模块、ZigBee无线模块等技术，灵活控制路灯的工作状态，为路灯照明系统提供稳定、可靠、低成本的实施方案，不仅大大节约了铺设通信电缆的费用，而且达到了节能的目的。

PLC；无线监控；GPRS；ZigBee

随着我国经济建设的发展，能源的开发和利用也显得日益紧张起来。3月份以来，我国多地出现淡季“电荒”现象，而电能利用效率低下是导致“电荒”的重要原因之一，在这种情况下，提高电能效率迫在眉睫。而随着城市路网建设的不断发展，路灯数量增多，使得人们对电能节约以及路灯的管理要求也越来越高。采用先进技术节约能源以及提高路灯自动化控制与管理水平，已成为城市照明系统建设的当务之急。

1 路灯照明管理现状

1）照明设施开关灯统一性差，智能化水平低，不具备远程修改开关灯时间，不能根据实际情况修改开关灯时间，能源浪费大，增加了财政负担；

2）路灯设备分散，管理人员少，管理困难，不能实时、准确、全面地监控设备运行状况，缺乏灵活的控制手段；

3）人工巡检工作量大，效率低，成本高，浪费人力、物力、财力，缺乏有效的故障预警机制。

2 ZigBee简介

ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低耗功、低传输速率、低成本的双向无线组网通讯技术。它是一种介于RFID（Radio Frequency Identification，无线射频识别）和蓝牙之间的技术[1]。

3 GPRS简介

GPRS通用分组无线业务是一种新的承载业务，提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的数据传输。GRPS永远在线，接入速度快，用户可随时与无线网络保持连接，可使远程数据采集的效率大幅提高[2]。

4 PLC简介

PLC即可编程控制器，是一种带有指令存储器，数字或模拟输入/输出接口，能够完成逻辑、顺序、定时、等功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置[3]。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点[4]。

5 系统工作原理

运用组态软件作为上位机的控制平台，通过GPRS与现场控制器PLC通讯。监控中心软件通过GPRS网络向各个现场控制器发送动作指令，使现场控制器完成各种配置和数据采集工作，并对现场控制器发送上来的数据进行分析和处理。现场控制器通过ZigBee无线通讯设备接收单灯控制器所发送来的信号，进行分析处理并通过GPRS通讯系统向监控中心发送信息，以此来实现对路灯的远程无线控制，如图1所示。

图1 系统工作原理图Fig.1 System working principle

6 系统组成

系统由3部分组成 ：现场控制器、单灯控制器、监控中心。

6.1 现场控制器

由PLC独立控制模块、GPRS通信模块、ZigBee无线通信模块等组成，完成数据采集、控制输出、数据通信、故障报警等功能。现场控制器通过GPRS与照明管理监控中心服务器相连，通过ZigBee无线通信模块与单灯控制器相连，以此实现实时通信，如图2所示。

6.2 单灯控制器

每盏路灯都装有单灯控制器，由ZigBee无线通信模块、完成电量采集和模块通信功能的单片机模块组成。ZigBee无线模块具有网状拓扑结构，这样ZigBee子网就有内置冗余保证，如果网络中有节点脱离网络，无法工作，节点数据将自动路由到一个替换节点保证系统的可靠、稳定[5]。单灯控制器是路灯监控系统中控制功能的执行部分，控制路灯的状态并监测路灯运行的电流、电压、功率因素等，将这些参数通过无线方式传送到现场控制器，同时接收来自现场控制器的所有控制指令，从而实现远程控制功能，如图3所示。

图3 单灯控制器的组成Fig.3 Composition of the single light controller

6.3 监控中心

监控中心由监控中心软件、GPRS通信模块组成，对整个照明系统进行集中控制。监控中心软件可实现远程监控、采集数据、建立数据库、数据分析等功能，通过GPRS通信模块实时扫描各路灯电量数据和输出状态，也可将监控中心软件发送的各种有效指令发送给现场控制器。遇到报警信息，通过GSM短信方式送至巡检人员手机。

7 监控中心软件介绍

组态软件是用于数据采集和过程控制的专用软件，本系统采用组态王作为开发工具，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，能充分利用图形编辑功能，为用户提供了友好的可视化界面[3]。

监控中心软件是整个路灯监控系统的控制中心，它负责跟控制现场中的监控终端进行远程通信，对获取的数据进行处理，主要功能如下：

1）查询功能 现场控制器将单灯的电压、电流、功率、设备运行状态等参数通过无线信道发送回监控中心，监控中心主机对这些数据进行分析、处理后，以直观的报表或图表形式提供管理人员，为决策提供准确的依据。

2）控制功能 手控与自控相结合，提供灵活、可靠的开关控制功能，通过“设置参数”里的开关灯方案及开关灯时间，下发给现场控制器，让现场控制器按指定的方案运行。

3）设置参数 监控中心可自动或手动执行全控开关灯，也可控制任一单灯执行开关灯，可随意设置半夜灯或全夜灯模式，并对设置的参数和要求进行保存。

4）报警功能 当现场控制器主动报警或检测单灯控制器时发现有故障，监控中心软件发出声光报警信号提醒工作人员，并在画面上显示故障报警位置状况和类型，保存报警记录的同时以短信息的方式通知现场巡检人员。

5）数据统计与报表 统计各采集参数的数据信息，形成报表，便于分析研究，可打印报表。

8 结束语

本系统从路灯控制的具体要求出发，建立了友好的可视化界面，集无线通讯技术、自动化控制技术、监控系统组网于一体，有效的解决了路灯控制的灵活性、实时性、可靠性、经济性等问题，抗干扰力强，通信稳定，上位机给监控终端发出的命令能准确到位。不仅大大节约了铺设通信电缆的费用，更达到了节能能源的目的。

[1]朱永利，陈涛，郭少杰.ZigBee技术在无线抄表中的应用[J].电力系统通信，2008，29（190）:37-39.

ZHU Yong-Li，CHEN Tao，GUO Shao-Jie.Applications of ZigBee technology in wireless meter reading[J].Telecommunications for Electric Power System，2008，29（190）:37-39.

[2]赵亮，黎峰.GPRS无线网络在远程数据采集中的应用[J].计算机工程与设计，2005，26（9）:2552-2553.

ZHAO Liang，LI Feng.Application of GPRS wireless network inremote data acquistion[J].Computer Engineering and Design，2005，26（9）:2552-2553.

[3]北京亚控科技发展有限公司.组态王6.53使用手册[M].北京：电子工业出版社，2007.

[4]杨青峰，付骞.可编程控制器原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[5]林方键，胥布工.基于ZigBee网络的路灯节能控制系统[J].控制工程，2009，16（3）:324-326.

LIN Fang-jian，XU Bu-gong.StreetLight energy-saving control system based on ZigBee[J].Network Control Engineering of China，2009，16（3）:324-326.

[6]韩亚慈.基于PLC的路灯智能控制 [J].神华科技，2010，8（5）:94-96.

HAN Ya-ci.The intelligent control of streetlights based on PLC[J].Shenhua Science and Technology，2010，8（5）:94-96.

Based on PLC and GPRS，ZigBee street lamp wireless control system

ZHANG Qian， WANG Shang-hong， WU Yun-peng
（Xinjiang Electronic Research Institute CO.LTD.，Urumqi830049，China）

Based on the PLC and light control scheme which combining with the wireless communication module，using the software configuration， PLC control module， MCU acquisition module， GRPS communication module， wireless ZigBee module technology， flexible control of street lamp working condition.It provides a stable， reliable， low cost implementation plan for the street lamp lighting system，it not only greatly save the laying of communication cable costs，but slso achieve the purpose for energy saving energy.

PLC；wireless；GPRS；ZigBee

TP23

A

1674－6236（2012）03-0119-02

2011-11-10 稿件编号：201111059

张 倩（1984—），女，新疆乌鲁木齐人，助理工程师。研究方向：计算机控制技术。