基于5G的智能电网开关检测诊断系统的设计

孙红军，张蓉

(江门职业技术学院信息工程学院，广东江门，529000)

0 引言

道路路灯是我们日常生活中非常常见的东西，他为我们的交通带来许多方便，让我们夜间行驶更加安全，更加流畅，减少了交通拥堵，提高了人们的生活质量。但是现有道路路灯依然有挺多不足的地方，一旦出现故障，需要修理，整条路灯都需要关掉，一个一个去排查，耗时耗力。一旦出现故障，工作人员不能及时知道并进行修理，极大影响道路车辆的安全行驶。我们研发的基于5G 的智能电网开关检测诊断系统设计，能判断路灯何时出现故障，并马上通知工作人员进行检修，通过每三十秒上报一次产生的大数据，可分析路灯建设质量等，通过后台路灯管理系统精确的找出故障点，提高维护效率。基于5G 的智能电网开关检测诊断系统的设计方案，主要功能是通过智能通信模块检测路灯漏电状态，并实现实时检测和上报云平台及工作人员移动端，以便于相关人员对其运行状态的管理和维护。产生的大数据可用于分析各区域路灯保养情况等。

1 系统方案设计

系统由硬件装置和软件管理系统两部分组成，硬件部分为智能检测装置，由EMC 输入电路、隔离式开关电源模块、LED 灯组模块、漏电开关输入检测模块、数据采集模块、MCU主控模块（STM32）、通讯模块(物联网通讯模块NB-IOT)、天线电路以及SIM 卡电路等组成；软件管理系统，分为Web 前端和移动app 端，由资产管理子系统，运营管理子系统、故障处理子系统和辅助管理子系统等组成。在NB-IOT 技术、5G通信技术、云平台和大数据技术的支持下，数据控制更准确、及时、稳定，包括智能监测装置采集环境信息和软件管理系统监控收集路灯的状态信息，对收集的数据存储至数据库，通过历史数据分析与对比，可用于分析各区域路灯保养情况，为后期维护提供有效预防措施，具有深度学习功能。

图1 通信模块方案框图

1.1 硬件部分

（1）通信系统

目前项目通讯系统的实施考虑到先开展点对点测试与运行，故采用的是工业4G/2G 模块，若后续开展多点采集传输模式，可考虑采用物联网模块，开展区域范围内采集，集中与服务器对接传输方式实施。通过智能检测装置采集周边环境信息和检测路灯漏电状态，MCU 主控模块根据环境信息、软件管理系统选择控制LED 灯组开关状态和调光强弱，并实现实时检测和上报云平台及工作人员移动端，以便于相关人员对路灯运行状态的管理和维护。

通过EMC 输入电路进入隔离式开关电源，如果能够正常工作，系统将正常运行。出现短路或者其他问题，隔离式开关电源会输入漏电开关输入检测电路，再输入MCU 控制单元，再由MCU 控制单元输入通讯模板，再由天线电路发出信号。

（2）电脑端智能电网开关检测诊断系统

系统的软件管理系统，分为Web 前端和移动app 端，由资产管理子系统，运营管理子系统、故障处理子系统和辅助管理子系统等组成。资产管理子系统负责路灯设备基础数据的录入和导出并通过 GPS 定位技术，通过图形化手段，将照明资产按实际情况反映在系统电脑界面上；运营管理系统负责路灯控制管理、能耗管理，即在路灯实际运营维护和管理过程中，通过路灯照明的智能控制，以及结合后期综合评价分析结果调整照明策略，降低路灯能耗最终以实现智慧路灯节能；故障处理子系统负责路灯故障分析报警，通过移动应用软件（APP）在移动终端上实现对路灯控制的各种维修操作，实现从派工、现场施工到完工报告的流程化管理、海量数据管理；辅助管理子系统负责员工管理、区域管理。

1.2 系统中的设备列表及故障消息

设备的状态全部都可以在web 网页上看到的，如果正常运行的话，设备状态显示正常，如果出现异常的话循环系统就会监测到，由STM32 发送到AT 指令至NB-IOT 模组中去，再上传至云服务器中，最后呈现在WEB 网页上，设备状态可以一目了然，同时也可以找到相对应的故障点，不用一个一个去排查。可以在系统·中看到哪些灯是坏的哪些具体位置在哪里，具体是什么时间坏的，修理好后可以去编辑，编辑中有处理，已处理，处理中。

图2

1.3 web 的数据状态指标和数据分析

从那些指标中，可以不同时间段的灯式指标，越高的表示越这个段出故障的几率最大。同时也可以在web 的上报指标中，可以看出来不同月份的频率状态，出现故障频率高的，一般这个时间段下雨量大，所以才导致频率增大。

图3

1.4 手机APP 智能电网开关检测诊断系统

我们的APP 系统中的设备列表，分析处理和汇报消息APP 设备的状态全部都可以在手机浏览器网页上看到的，如果正常运行的话，设备状态显示正常，如果出现异常的话循环系统就会监测到，由STM32 发送到AT 指令至nb-iot 模组中去，再上传至云服务器中，最后呈现在手机浏览器网页上，设备状态可以一目了然，同时也可以找到相对应的故障点，不用一个一个去排查。我们可以在手机系统中看到那些灯坏的具体位置在哪里，具体是什么时间坏的，修理好后可以去编辑，编辑中有处理，已处理，处理中。

图4

2 总结分析

经过我们的市场应用统计，路灯漏电通常有下面的三种情况：一是线路老化，漏电造成了电能的损失，同时也危及行人的安全；二是电缆接头绝缘处理不良，在低洼路段遭雨水浸泡而发生漏电危及行人安全；三是路面开挖的频次加大，在此过程中也经常会出现损坏路灯供电线缆造成漏电并危及施工人员的安全。发生路灯漏电造成人员伤亡的根本原因是，在目前的路灯配电系统中没有使用漏电开关（剩余电流动作断路器）。由于漏电开关特别灵敏，在漏电流达到设定动作值（mA 级）后0.3s 之内就能够切断电源，所以装漏电开关是解决触电问题的关键。但是也因为漏电开关特别灵敏，在装设之后可能会出现经常性的误动作，导致路灯无法实现正常的照明功能。意大利GEWISS 的自复位漏电开关可以完美地解决这个矛盾。同时在产品中加入通讯模块，即可实时检测路灯状态，出现漏电等故障时立即上报至云平台，并提醒相关负责人员，立即对故障路灯进行管理与维护。无需人工逐一检查路灯状态，而由系统对路灯状态进行判断，实现具有针对性的智能化管理。

本系统设计具有降低工作量，降低运营成本，硬件安装方便，功能稳定，使用便捷，可视化强等优点。为城市路灯管理提供良好的技术支持，具有较大的社会效益和推广应用价值。