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GPRS路灯监控

考虑到我国大部分城市的冬天高冷天气和夏天高温天气,路灯监控系统中关键器件一律采用军用级的产品。并在出厂前对产品同一进行低温顺高温老化。

我们可选取GPRS 作为系统的通讯方式,目前,我国大部分城市将陆续开通GPRS 业务,这是今后路灯监控系统所采用的主流传输资源,是路灯监控系统通讯方式的必然趋势。

以往,路灯巡查对于市政部分来讲是一项需要耗费大量人力的工作,现在GPRS网络在这一领域的应用使巡查工作实现了自动化。厦门四信通讯科技有限公司专项开发的夜景照明监控治理系统,采用先进的GPRS网络,集计算机、通讯、机电、自动控制等多种先进技术于一体,成功实现了对夜景照明系统和路灯的实时监控和治理,确保高效稳定,全天候运行。

与其它城市的夜景照明系统相比,它的上风很明显。该方案采用的中国移动GPRS网络,是向第三代移动通讯发展的主流技术和必由之路。具有永远在线、快速登录、高速传输、按量收费和自由切换等优点,克服了有线通讯、无线集群、CDMA等通讯方式所存在的建设周期长、投资规模大、网络覆盖差、技术不成熟、终端支持少等缺点,进步了系统的科技含量,保证了系统的稳定性,大大减少了系统的建设投资和运营用度,并为将来系统升级打下良好的基础,是目前最为理想的夜景照明监控治理系统。

无论从功能还是从可靠性来说,没有一个无线网可以与移动通讯网相相比,总体来说,有以下优点:

一、覆盖地域广,目前移动通讯网在全国的覆盖率95%以上,非边远地区覆盖率几乎100%。GPRS 用户可随意分布和移动自己的网络点,无须担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。建设新的监控点无需进行拉线,埋线等工作。较光纤,或专线系统投资较少,设备安装方便。通讯间隔远,在任何场合都可以设中心站。覆盖较好,比较很多无线数据网络(集群,双向传呼,CDPD,CDMA)而言,其网络覆盖是最好的。

二、GPRS 网络接进速度快,提供了与现有数据网的无缝连接。由于GPRS 网本身就是一个分组型数据网, 支持TCP/IP、X.25 协议,因此无需经过PSTN 等网络的转接,直接与分组数据网(IP 网或X.25 网)互通,接进速度仅几秒钟,快于电路型数据业务。采用TCP/IP 协议,较以前的无线数据网络(集群,双向传呼,GSM短信息)而言,网络接进更加直接方便。

三、网络可靠性高。首先网络有较大的冗余设备及信道;其次设备复用;再次,一旦基站在特殊情况下损坏,移动公司抢修非常及时。

四、稳定性好,一方面抗自然干扰的能力强;另一方面频段专用,不会受到人为干扰。GPRS 能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通讯质量稳定可靠,永不掉线。

五、GPRS资费便宜,计费公道。GPRS 资费包月比有线电话网络资费还便宜。路灯监控数据采集业务没有大数据量的信息传输,不必要采用资费很高的专线(DDN、帧中继)。GPRS还可根据通讯的数据量和提供的服务质量进行计费。在GPRS网中,用户只需与网络建立一次连接,就可长时间的保持这种连接,并只在传输数据时才占用信道并被计费,保持时不占用信道不计费。这样,营业点即不用频繁建立连接,也不必支付传输间隙时的用度。GPRS是移动通讯网中的一种新技术,完成了无线Internet接进,这种技术在数据传输时,将数据进行

分组(TCP/IP)传送,并提供透明通道。网络容量仅在需要时才分配,一旦分组完成发送任务,信道容量立即开释,所以提供了即时连接和高效传输,实现了实时在线的功能。因此,它是一种经济高效的分组数据技术。组网方面主站和从站设备均可使用动态IP和固定IP两种工作方式,当组成小规模监测网时,主站和从站均采用动态IP方式,用动态域名解析使用公网,可节省用度(不用专门租用DDN等专线);组成大网时,主机可采用固定IP,并用专网,以进步系统的效率,但在条件不具备时仍可使用动态IP和公网,此时效率仅比固定IP低0.2%。

技术方案概述

.1.1 设计依据

.1.1.1 说明

我们的设计主要特点如下:

(1) 网络版软件设计,可以方便地在任何联网的一台电脑上进行操纵,非常易于实现远程联网。可以利用电话线在外地拨通监控中心,浏览监控中心的数据信息。

(2) 为保证在公共网络上系统能够安全的运行,监控中心采用了多级操纵口令,监控中心和分控点之间采用了自动动态密码保护,白天开灯时监控中心对分控点发双重命令才能执行控制命令,保证对分控点远控操纵的尽对安全性。

(3) 完全自行开发研制的高度智能化数据采集器,拥有自主的知识产权,并且在电信系统已全面普及应用,我们可以根据用户的需要自由更改设计而不会受到非自行设计产品带来的约束。

(4) 分控点可以自行独立控制路灯设备并记录历史数据,即使监控中心发生故障,也不会影响正常开关灯。

(5) 智能型电量变送设备,可精确计算电压、电流等真有效值,可丈量复杂波形的功率因数等参量。

(6) 除利用ADSL 专线(主路由)工作外,同时支持备份路由工作(建议提供一条拨号线路或电话专线),这样即使主路由发生故障,备份路由可自动接替工作,保证了对监控系统的不中断工作。

(7) 除了主传输资源外,我们还可以提供备用传输资源,一旦主传输资源产生故障,备用传输资源可以立即接替工作,保证监控系统不中断工作。

(8) 监控中心和分控点全部采用不中断供电设计。

(9) 在分控点上,为了防止MODEM 脱网,增加了WATCH DOG(看门狗)功能,当MODEM 发生脱网时可自动使其复位连上网络。WATCH DOG 可以有效地防止他人误连和MODEM 脱网现象。

(10) 支持远程语音查询、远程语音告警和手机短消息告警,短消息可以以英文或中文方式显示在维护人的手机上。

.1.1.2 设计依据及参考资料

设计主要依据为:

北京市路灯治理处《关于路灯监控系统的几点说明》

深圳市路灯治理处《深圳市路灯集中监控系统招标需求》

哈尔滨市路灯治理处《路灯监控系统技术要求》《电信传输手册》

信息产业部电信总局《邮电局房动力设备及环境集中监控系统》

同时,系统的设计还参照如下技术规范和标准:

GB8566 计算机软件开发规范

GB/T12504 计算机软件质量保证计划规范

GBJ93-86 产业电气自动化仪表工程施工及验收规范

GBJ232-82 电气装置安装工程施工及验收规范

GB11920-89 电站电器部分集中控制装置通用技术条件

GB4720-84 低压电器电控设备

JECC144 低压开关和控制设备的外壳防护等级

ANS1488 可编程仪器的数字接口

.1.2 系统设计原则

本着以可靠性、实用性为条件,兼顾先进性的原则制订本系统设计方案。

1) 先进性:整个系统在五年内保持先进,系统所采用的设备与技术能适应以后发展。

2) 可扩展性:能够适应不断增加的业务需求,当增设新的分控点时,只需简单地增加少量部件。

3) 开放性:整个网络是一个开放系统,能容进不同厂商的产品,而不是由个别供给商提供的系统。

4) 灵活性:系统组网方式灵活,系统功能配置灵活,利用现有资源灵活,将各类型资源的利用,都溶进组网方案之中。能满足不同分控点的业务需要,软件功能全面,配置方便;

5) 可靠性:组网设备可靠,组网方案可靠,可根据路灯治理处需要采用备份路由。

6) 可操纵性和可维护性:系统操纵简单易学,操纵职员可快速把握使用方法。监控器本身和现场设备之间具有明晰的接口,出现题目时可迅速找出故障原因,便于使用维护。

7) 实用性:从用户角度出发,系统能使路灯控制箱少人值守或无人值守成为可能。充分利用现有资源,尽量降低选购设备本钱,使系统具有较高的性能价格比。

8) 实时性:系统具有很快的响应性能。

.1.3 路灯监控系统概述及设计考虑

1. 监控对象

目前我国各城市的路灯配电设备大体不过乎以下几种:

1、箱式变压器

(1) 低压系统:

(2) A、12-24 个出线回路低压出线测点的电流量,电流值10-100A

B、低压线线电压值,0-450V(a、b、c 三相,按三个电压值设计)

C、有1-4 个100A 交流接触器的“开”“关”控制量(按四个交流接触器设计、计算)

2、台架变压器(无高压系统)

(1) 低压系统:同箱式变压器。

A、12-24 个出线回路低压出线监测点的电流量,电流值10-100A(按24 个出线设计、计算)

B、低压母线电压值,0-450V(a、b、c 三相,按三个电压值设计)

C、有1-4 个100A 交流接触器的“开”“关”控制量(按四个交流接触器投计、计算)

3、其它独立低压供电系统(无变压器配电箱)

(1)3-12 个低压供电回路的电流量,电流值10-100A(按12 个电流量设计、计算)

4、高压供电系统

(1) 高压控制中心1-4 个电流进出线的配电柜的操纵回路“开”“关”控量(按4 个控制量计算)。

(2) 3-12 个进出线高压电流值(按12 个电流值设计、计算)。

(3) 3 个高压母线的电压值(按3 个电压值)

(4) 高压系统的功率因数值。

(5) 主进电流的功率值(按一个功率量计算)。

(6) 2-4 个高压进出线的带电指示(按12 个带电显示信号计算)。

5、 配电房

安全运行参量:

配电箱漏电电压

配电箱环境温度

配电箱门开告警

其它可选参量:

烟雾告警(具有变压器的配电箱用)

水浸告警(落地式配电箱用)

红外告警(配电房用)

ID 卡式或密码键盘式开锁系统(配电房用)

变压器油温(当使用干变或油温丈量不方便时,也可丈量变压器表面温度)

电缆故障

2. 监控系统规模

监控系统为二级结构:

1 个监控中心:设在路灯治理部分值班中心。

N 个分控点:每个控制箱设一分控点。

系统最多支持2048 个分控点同时运行,可满足任何一个城市的需求。

3. 提供的通讯资源

系统支持GPRS 为主要传输资源。它具有一次性投进低,安装简便,使用费较低,抗干扰能力较强等诸多优点。推荐监控中心主传输资源可采用ADSL 专线接进GPRS,备用传输资源可采用GPRS MODEM。

4. 我司设计时的总体考虑

设计的原则是:总体规划,分步实施。系统设计按全部工程来考虑,系统实施则可分期进行。通过GPRS 等无线通讯网络、计算机控制系统并结合地理信息系统,实现远控、远测、远信和治理功能。

5 城市灯光夜景监控系统设计规划

除了完成总体方案中所规定的必要功能外,本公司对各个灯光夜景点可实现彩色动态图像监控,在监控中心可直接看到景点的现场图像,显示效果可与照片相比,此种图像监控方式具有十分优越的性能价格比。

.2 监控系统组成

.2.1 监控系统结构

.2.1.1 GPRS 组网模式图


A 终端设备与GPRS 设备的连接

F2100 GPRS DTU 的特点是嵌进了TCP/IP 协议,可以等与路灯控制器设备双向全透明连接,无需客户开发接口。35 个路灯分别配套35 套路灯控制器,通过RS232 接口连接上35 套DTU 即可。

B GPRS 无线网络:采用中国移动公司提供的线路和接口

DTU 系列产品已经在全国各地移动公司成功应用于各行各业,完全符合移动标准。

C GPRS 无线网络与中心软件的连接监控中心先向 Internet 运营商申请ADSL 等宽带业务。监控中心采用公网动态IP+DNS 解析服务:客户先与DNS 服务商联系开通动态域名,监控点先采用域名寻址方式连接DNS 服务器,再由DNS 服务器找到中心公网动态IP,建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP 的用度。建议采用88IP域名解析 http://www.88IP.cn

本公司GPRS产品已经完成了成熟的软件接口开发。包括动态连接库的开发,完善的DEMO 程序(包括VC、VB、DELPHI 三种语言),简单快捷的虚拟串口程序。客户使用以上软件经过简单二次开发,即可与中心软件进行数据通讯。

.2.1.2 F2100 GPRS DTU 简介

DTU是针对日益成熟的GPRS 技术而专门设计的,该MODEM 支持标准的AT 命令界面,大大方便了程序设计,具有标准的RS232和RS485 接口,可方便的与我司路灯监控器相连。DTU目前在美国、法国、加拿大、台湾均有生产,国内在这方面技术也已经非常成熟,本项目使用厦门四信公司产品(F2100)性能稳定,性价比在同类产品中较好。

F2100 DTU主要技术性能:

1、DTU 的RS232 通讯输率有8 种工作速率,分别是1200、2400、4800、9600、19200、28800 、57600和115200Bps,RS232 速率可以通过配置软件进行方便的设置。RS232 通讯的模式是8 位数据位、1 位停止位、无奇偶校验、无硬件流控。为了使用方便,DTU 的控制模拟成有线数传终真个方式,参数设置、呼唤连接、开释链路的控制方法都采用AT 命令形式;数据态时实现数据透明传输。通过透明传输模式,将透明传输设备和产业上应用的数据采集设备通过RS232 将数据进行无线数据传输及控制。

2、 远程/自动唤醒功能,实现远程模拟量、开关量采集、控制,可随时通过远程控制或自动启动通讯连接,保证了其工作的可靠性。

3、 实现调度中心主副IP 冗余功能。调度中心设一主一备两个GPRS 模块(即有一主一备两个IP 地址),平时终端GPRS 模块只与调度中心主GPRS 模块(主IP 地址)联系,当主IP 地址联系不上时,终真个GPRS模块能自动与备用IP 地址联系,切换到备用系统进行工作,当主IP 地址系统恢复正常,封闭备用IP 地址系统时,能恢复到主IP 地址系统进行工作。为无专线用户节省专线用度.

4、针对GPRS 按流量计费的客户,要节约数据流量,实时自诊断在线数据包采用小心跳包:心跳包的格式是:\xfe(一个字节);并且可以设置发送心跳包的间隔。大大节省客户的流量用度.

5、 DTU 实现了对主控电路实时监控传输信号,实现可靠的断线监测和掉线重连,实时自动检测,解决了在连接过程中所出现的假拨号现象。

6、 实现下位机ID 编号,点对点、点对多点的实时数据传输,结合相应的软件,便可灵活实现点~点、点~多点的对等数据传输。下位机可不用申请固定IP,以节省固定IP 租用费.

7、 内嵌了完整的TCP/IP 协议栈,包括 TCP、UDP、FTP、SOCKET、TELNET、HTTP 等协议的开发,应用更全面、更广阔。

8、 专用网络交换机和动态域名(DNS)支持,无需申请专线和固定IP,即买即用。

9、 带自主开发的主控电路和硬件看门狗,保证电路可靠工作,并可根据需要进行软件升级。

10、支持RS232/485 两种通讯接口,方便了用户选择使用。波特率从1200BPS-115200BPS 可选。

11、DTU 主要采用的是业内最稳定的西门子产业级模块mc39i,性能稳定可靠。

12、可上电即自动拨号上网,一直在线,掉线可自动重拨。非常适合无人职守.的应用。

13、方便轻松的控制方式。用户可根据自身需求,对数据采集方式进行定制。

14、DTU不仅采用低功耗、低电压的专用电源治理芯片,更方便嵌进式用户,同时还针对外接用户所采用的外接产品。

15、远程在线维护,修改参数简单、迅速、灵活,DTU在不断线的情况下,利用UDP 辅助通道进行在线修改所有参数。

F2100 GPRS DTU技术规范

F2100 GPRS DTU采用高性能嵌进式处理器,以实时操纵系统为软件支撑平台,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速,稳定可靠,数据终端永远在线,多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户,产品支持语音,短信,数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份,以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融,水利,环保,电力,邮政,气象等行业。

一、无线参数

1、 支持EGSM900/GSM1800无线网络

2、 GPRS multi-slot class 10

3、 编码方案:CS1~CS4

4、 符合SMG31bis技术规范

5、 Compliant to GSM phase 2/2+

6、 支持数据和短信功能

二、硬件系统

1、 高性能RISC 嵌进式处理器,主频100M,512K FLASH。

2、 接口:

同时支持RS232/RS485串口。串口速率110~230400bits/s。

指示灯:具有电源、通讯及在线指示灯。

天线接口:标准SMA阴头天线接口,特性阻抗50欧。

SIM卡接口:3V/1.8V标准的推杆式用户卡接口。

电源接口:标准的3芯火车头电源插座。

3、 供电:

外接电源:DC 9V 500mA

宽电压供电:DC 5-35V

通讯电流:<350mA (9V)

待机电流:<35mA (9V)

4、 无线模块

采用高性能产业级GPRS无线模块

5、 尺寸

外形尺寸:91x58.5x22 mm(不包括天线及固定件)

6、 其他参数:

工作环境温度 -25~+65oC

储存温度 -40~+85oC

相对湿度 95%(无凝聚)

三、软件功能

1. 智能防掉线,支持在线检测,在线维持,掉线自动重拨,确保设备永远在线。

2. 支持RSA,RC4加密算法

3. 支持虚拟数据专用网(APN)

4. 透明数据传输与协议转换,支持多种工作模式

5. 支持数据中心动态域名和IP地址访问

6. 支持双数据中心备份

7. 支持多数据中心

8. 支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。

9. 支持短消息备份及告警。

10. 多重软硬件看门狗

11. 数据包传输状态报告。

12. 标准的AT命令界面

13. 可以用做普通拨号MODEM

14. 支持telnet功能。

15. 支持远程配置,远程控制

16. 通过串口软件升级

17. 同时支持LINUX和WINDOWS操纵系统

.2.2 监控中心 SC 组成及功能

.2.2.1.1 监控中心基本组成及功能

监控中心 SC 是整个路灯监控系统的操纵、维护、处理、统计、分析和监管的中心,肩负着与其它治理网络互联任务。全网络化的设计使得任何一台联网的电脑都可以实现浏览(当然,必须具有监控中心赋予的操纵权限),并且可以方便地实现远程联网。

在试点工程,监控中心由一个数据库服务器、前置监控工作站、后台监控工作站、一台打印机、HUB、门禁系统组成。监控中心要安装大屏幕模拟屏,在模拟屏舆图上,可随时看到所有分控点的运行状况。模拟屏可用大屏幕背投式投影机,显示内容为城市路灯分布电子舆图,并受监控中心监控电脑控制。

数据库服务器采用专用服务器,前置监控工作站则采用产业控制计算机,后台监控工作站采用品牌微机,保证系统工作的高度可靠性。监控中心采用不中断供电设计。

.2.2.1.2 光敏控制系统

在实际运行中,经常出现天气恶劣,乌云笼罩需要提前开灯的现象,因此,监控系统应当能够采集室外自然光照度信号,当照度过低时提醒操纵职员是否提前开灯。

该光敏控制系统由光敏探测器(含电源)、数据采集器构成,通过RS232接口连接在监控主机上。监控主机定时读取采集到的照度值,超限时工作站界面上会弹出提示信息“照度过低,必要时请开启路灯”。假如5分钟内没有操纵员确认,此信息还可以短消息的方式发送给维护职员。维护职员可以利用短消息发回确认信息。

为防止误报,可采用三个或四个光敏探头,按2:1或3:1决策原则发出提示信息。

.2.2.1.3 不中断供电系统

选用两台国际着名品牌不中断电源,其中一台为1KW 8小时长延时UPS,用于保证在停电后能够维持前置监控工作站(监控主机)正常工作。另一台选用1KW短延时UPS以保证服务器停电过程的正常关机。

.2.2.1.4 监控中心机房扼要设计方案

中心机房通常可分为设备房和操纵房两部分,设备房内安装配电设备、UPS、蓄电池、大屏幕投影、网络设备、通讯设备、语音服务平台、服务器、前置监控工作站等设备。操纵房内安装操纵台、后台监控工作站、治理工作站、打印机等设备。操纵房要求既要方便操纵职员工作,又便于领导现场指导,同时又留有值班职员必要的生活与设施空间。设备房必须使用抗静电地板,操纵房可使用抗静电地板,也可展设地毯等。走线槽道原则上使用铝合金线槽,强弱电走线分开。机柜,操纵台、金属线槽均应有良好接地措施。

.2.3 路灯监控系统的接地系统

.2.3.1 接地系统概述

接地系统的主要目的是为了:

(1) 防止漏电、高压感应等引起的危害,保护设备及人身安全

(2) 保障微电子系统的无干扰正常工作

(3) 防止遭受雷电袭击基于上述目的,人们有针对性地设计了多种接地系统。

(1) 交流工作接地:其主要目的是为了确保人身安全和保障设备安全,由于交流供电线的中线接地,当其中一相对地漏电或短路时,该相就会产生很大的短路电流,该短路电流会引发保护装置动作,从而避免事故的发生。

(2) 安全保护接地:安全保护接地通常存在于金属外壳和大地之间,例如:金属机箱、机柜接地。其目的是为了防止由于分布阻抗或电源漏电而导致的金属外壳带电对设备和人体造成危害。

(3) 直流系统接地:直流系统通常给微电子系统供电,为了保障微电子系统不受干扰地正常工作,直流接地是必须要考虑的一项重要内容。通常直流接地系统分为两类:完全悬浮直流地系统和直流接大地的直流接地系统。悬浮直流地在发电厂、变电站和中小型计算机房有着广泛应用,其设计上就是使直流地完全悬浮,与任何接地系统都不相连。直流接大地则在电信领域和大型计算机房得到广泛应用,例如:程控交换机电源为-48V 供电,即是指供电电源直流输出的正端接大地,相对大地输出-48V 直流电。

(4) 防雷保护接地:防雷接地用于防止雷击产生的巨大破坏,其接地点必须和其它任何接地点分开。

.2.3.2 监控中心机房接地系统

监控中心机房必须全面实施上述四种接地系统。

(1) 防雷接地系统由于路灯大厦楼顶已经安装了防雷设施,故机房本身不再重复安装防雷接地系统。

(2) 交流工作接地该交流工作接地分为若干组,其中计算机系统、大屏幕等单独接地,其它动力设备,如UPS、空调的交流中性点应独立的按电气规范要求接地。

(3) 安全保护接地该接地系统是将机柜外壳全部固定在保护地线上,电脑外壳通过与机柜外壳相连而实现接地。控制柜、屏幕墙全部采用金属材料,路由器、接口转换器等设备安装于机柜内部,可以有效克服静电感应和电磁干扰题目。安全保护接地可以和计算机系统的交流工作接地板相连后再埋进地下,接地电阻应小于10 欧姆。在有的仪器设备内部,其机箱和交流工作地已经相连(一般是通过一个几欧姆的电阻相连,例如示波器),就没有必要重复安装安全保护地。

(4)直流接地系统

系统中使用的直流设备较少,且全部为小型设备,故可以全部采用悬浮直流地。

.2.3.3 路灯分控点接地系统

路灯分控点的接地系统固然简单一些,但实质上也包含了上述四种接地系统。

(1)防雷接地系统

已经考虑了防雷接地系统的路灯分控点机房(或控制箱),本次不再重复考虑防雷接地系统。



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