城市照明中自动化智能监控系统的应用_甄莹.pdf

智能照明 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明60城市照明中自动化智能监控系统的应用甄 莹江苏省睢宁中等专业学校，江苏 徐州 221200摘要：在城市化速度不断加快的今天，我国城市规模日益扩张，使得城市人口迅速膨胀，居民对城市基础设施的建设水平提出了新的要求，其中城市照明设施是一项非常重要的基础设施。城市照明不仅为居民的出行提供照明服务，还兼具一定的景观价值。但城市照明用电量不断增高，这与当下我国提出的城市绿色照明发展理念不相符，需要探索更加高效、节能的城市照明控制系统。基于此，文章以城市照明为切入点，分析自动化智能监控系统的具体应用策略。关键词：城市照明；自动化；智能监控系统分类号：TU113.6+660引言城市照明工程是现代城市建设中必不可少的一部分，各地都将城市照明建设作为改善投资环境和城市面貌的关键途径，由此花费的电费、管理费及维护费也是非常惊人的。随着城市化建设的不断深入，对城市照明提出了更高的要求，城市夜晚越来越明亮、越来越美丽，这就需要投入更多的资源。城市照明涉及供配电、道路桥梁、地下管线等基础设施，各个专业在建设与管理方面采用完全不同的管理体系，缺乏统一的自动化智能监控系统，管理人员不能对城市照明的能耗进行有效监管，造成了大量的资源浪费。基于此，相关部门需要立足城市发展的实际情况，构建一套科学、可行的自动化智能监控系统，从而实现对整个城市照明的有效管控，在保证满足城市照明需求的同时，实现节能减耗。1自动化智能监控系统的应用意义1.1 实现对照明设备开关的精确控制城市照明主要涉及道路照明和景观照明，在建设过程中需要依据所在区域的具体照明情况明确照明需求，然后选择合理的照明方式与有效的管控措施。其中，道路照明主要服务于城市居民的日常出行，保证居民出行的安全性。为此，道路照明的监管必须重点考虑安全性保障，尤其是在照明时间方面，应当依据道路所在区域的路况科学设置，将道路照明开闭时间控制在合理范围之内，不宜过早，也不宜过晚，以免浪费大量的电能。将自动化智能监控系统应用到城市道路照明，可实现对照明时间的自动化控制，让城市照明设备的开关控制更精确，减少人工操作不当引发的不良影响1。为实现对城市道路照明的智能化与自动化控制，可以基于感光效应，结合照明系统对光线的实际感应效果来对照明灯具的开关进行合理控制。大型节假日活动等对城市照明提出了更严格的要求，通过自动化智能监控系统，能够在极大程度上规避人为风险，减轻照明控制人员的压力，提高工作效率和工作质量。另外，自动化智能监控系统能够结合城市照明系统的运行需求，综合性地分析道路人流与车流的高峰期，计算出合理的照明开关时间，并对照明强度进行针对性的控制，从而在根本上减少能源的浪费2。1.2 实现对照明设备的远程监测传感器是自动化智能监控系统中必不可少的构成部分，科学选用传感器，能够实现对整个城市照明运行状况的合理监测。传感器能够将采集到的监测数据发送至城市照明监控系统，管理人员再结合具体需求调取相关监控位置的照明信息，通过整理和分析信息提出科学可行的处理策略，实现对照明设备与各照明控制点开关的远程监控。1.3 实现对故障的监测与异常报警自动化智能监控系统可以及时采集照明设备的运行参数，如工作电流与工作电压等，一旦某个照明控制点发生异常，工作人员可以在第一时间发现并及时处理。在城市照明系统运行过程中往往会遇到各种故障和异常问题，这时可以利用自动化智能监控系统准作者简介：甄莹，女，本科，讲师，研究方向为电工电子、机电一体化。文章编号：2096-9317（2023）01-0060-03光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 智能照明61确定位故障和异常问题的发生位置，再将数据信息上传到监控终端，以供相关人员分析与判断，以提出合理的解决办法3。如针对城市照明系统中出现的短路、线路烧毁等突发事件，自动化智能监控系统能够在第一时间将事件相关信息发送至监控终端，以便管理人员及时处理。1.4 实现对大量数据的及时存储与调取城市照明系统运行中产生的数据信息均能够保存到自动化智能监控系统的数据库中，包括所有照明设备的运行参数与数据，能够为后续的系统日常检修维护提供极大的便利。同时，管理人员能够实时调取城市照明设备任意时间段的运行数据，可以对系统运行中是否存在问题进行全面分析和检查，从而保证照明系统始终稳定运行。2城市照明自动化智能监控系统的设计2.1 硬件设计在城市照明自动化智能监控系统的设计中，需要结合供电半径配置适量的配电控制柜和若干盏灯具，形成多回路的灯具供电子系统，从而降低线路损耗，便于进行灯具的回路控制。我国绝大多数城市的路况环境比较复杂，会在很大程度行限制 LoRa 无线通信的距离，使可接入 LoRa 无线网络的节点数受限。为改善这一现象，需要结合 LoRa 的有效通信距离与最大的接入节点数量，对城市照明自动化智能监控系统进行合理设计，以对多个供电子系统加以全过程、全方位的实时监控。2.1.1 主控制柜设计在自动化智能监控系统中，主控制柜的组成结构包括主机、LoRa 无线协调器、照度仪、智能电表、4G通信模块、回路控制模块、灯具等。其中，主机，也叫主控制柜工控机，可以依托无线协调器来打造 LoRa无线网络组网，采用运行控制策略对灯具的照明调光比、回路开关的调度序列等进行精准计算。LoRa 无线协调器可以向所有的子控制柜下达指令，如智能电表数据采集指令、子控制柜下的回路开关命令，并向所有的控制器下达相应的指令，如灯具电源开启或关闭、灯具调光、灯具故障查询等。照度仪可用于监测城市照明系统运行过程中任意时间段的路面照度值。智能电表可以对城市照明的用电量进行实时采集和分析。4G 通信模块主要依托以太网接收云端发布的指令，并由云端返回信息到监控中心4。2.1.2 子控制柜设计子控制柜的组成结构包括 LoRa 无线数据采集器、灯具回路控制模块、智能电表、灯具等。其中，LoRa无线数据采集器是子控制柜的控制中心，在整个自动化智能监控系统中发挥着串口数据透传、开关量输入输出、电流与电压采集、ID 配置等多方面的作用。LoRa 无线数据采集器以 RS-485 通信为基础，可以控制城市照明系统中各灯具供电回路的开关，并采集照明设备状态与故障信息、回路电表数据。LoRa 无线数据采集器安装在每一盏灯具中，形成自动化智能监控系统的一个无线节点，该设备能够对主控制柜协调器下达的开关、故障巡检及调光等指令进行接收、解析、处理，并对灯具的相关操作进行合理控制，还能实现对单个灯具的有效控制。LoRa 无线数据采集器可以利用 LoRa 无线通信接收主控制柜中协调器发布的各类命令，如智能电表数据读取，灯具供电回路控制等，也可将照明设备的状态与故障信息、回路电表数据等发送至主控制柜主机。灯具回路控制模块和智能电表均属于灯具供配电系统中必不可少的设备，前者主要依托灯具回路实现对照明系统的供配电控制，还能够对灯具电源进行送电与断电；后者主要采集灯具回路的电能消耗量、电压、电流及功率因数等参数5。2.1.3 无线数据采集器设计通过合理设计无线数据采集器，可以实现对城市照明系统运行过程中的无线通信、数据透传、照明设备开关量状态采集，开关量输出、电流值与电压值采集等功能。2.2 监控程序设计工控机是自动化智能监控系统的主控制器，主要运行城市照明系统的监控程序。在自动化智能监控系统工控机的设计中，应当结合监控系统功能科学设计监控程序。监控设计程序主要构成包括主程序（参数设置、状态监测、控制模式、系统报警）和通信协议等。2.2.1 主程序监控系统主程序是确保自动化智能监控系统安全可靠运行的关键部分，主程序功能设计涉及参数设置、状态监测、控制模式、系统报警四个模块。（1）参数设置。在启动自动化智能监控系统之前，需要准确设置设备、系统及组网等方面的参数。设备参数涉及监控系统中安装的全部设备的基本参数信息，如通信设备参数包括串口号、波特率及奇偶校验 智能照明 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明62位等；系统参数主要包括系统所在区域的名称、时区及经纬度；组网参数涉及无线协调器的网络号、网络大小、控制柜回路数与地址等。（2）状态监测。自动化智能监控系统的状态监测涉及以下三个部分：回路通断状态监测，即针对主控制柜与子控制柜中所有回路通断状态的监测；智能电表数据监测，即针对主控制柜和子控制柜中所有回路运行过程中产生的电压、电流、用电量数等参数的监测；灯具调光值监测，即针对自动化智能监控系统运行过程中各时间段的灯具调光输出值的监测。状态监测程序主要采用多线程的方式。（3）控制模式。设计自动化智能监控系统的控制模式时，可结合城市照明的具体运行需求来选择适宜的控制模式。通常，系统控制模式包括自动控制、手动控制、远程控制三种。自动控制模式采用城市照明自适应控制算法，该算法涉及开关灯自适应控制算法、夜间照明自适应调光算法；手动控制模式能够实现对单个功能模块的操作，即在城市照明系统需要通过人工操作的方式进行调试时，能够切换到手动模式运行，再借助回路、组网及单灯三个功能模块来完成相应的操作，或利用无线协调器来对单个灯具进行开关与调光控制等；远程控制模式主要指当监控系统停止本地控制模式时，监控系统会接收到来自云端的命令，如参数配置（自动控制模式的初始值与相关参数的修改）、功能模块控制（单灯开关与调光、回路开关等）、模式切换（实现原有本地控制模式的切换）等，从而实现对整个城市照明系统的远程控制，保证系统处于正常的运行状态。（4）系统报警。主控制柜可以利用设备的返回信息来判断照明设备是否发生故障或异常情况进行，如果不良问题连续出现三次，即可判断设备故障或运行异常，工控机会对报警设备与相关信息进行详细记录，然后借助 4G 通信模块发送至监控中心。系统报警模块能够对系统设备运行中出现的故障信息进行及时报警，系统在长期运行过程受到人为操作、运行环境等原因影响，可能出现各种各样的故障问题，这时监控系统能够对这些故障问题进行合理判断与报警显示。主要监测的是各个设备之间的通信问题与灯具故障问题6。2.2.2 通信协议针对城市照明自动化智能监控系统的通信，需要结合系统的实际运行需求，选择合适的通信方式，包括 RS-485 总线通信、4G 无线网络通信、LoRa 无线通信。为保证数据通信的可靠性，系统通信设计需要从通信方式、数据传递与接受的处理、通信协议等方面出发。通常，对于系统主机与底层模块之前的通信，建议选择 RS-485 总线通信方式；对于主机与监控中心之间的通信，建议选择 4G 无线网络通信方式；对于数据采集器、单灯控制器与无线协调器之间的通信，可选择 LoRa 无线通信方式。通信设备通信协议的设计主要涉及 Modbus RTU 通信协议、多功能电能表通信协议（DL/T 6452007）、结合 4G 通信模块与监控中心通信需求设计的通信协议。其中，多功能电能表通信协议（DL/T 6452007）主要是智能电表设备和数据终端设备之间进行数据通信时的协议。3结束语综上所述，对于现代城市照明，通过应用自动化智能监控系统，有利于更加精确地控制照明设备的开关，实现对照明设备的远程监测，并实现系统故障与异常报警，实现对大量数据的及时存储与调取。基于此，相关部门需要结合所在区域城市照明的实际需求，对自动化智能监控系统进行科学、合理的设计，从而为城市照明的稳定、高效运行提供有力的保障。参考文献1 韩渴望,段业宽.自动化智能监控系统在城市照明中的应用J.光源与照明,2022(1):76-77.2 马连晔.新形势下城市道路照明管控趋势与节能降耗研究J.江苏科技信息,2021,38(6):30-32.3 汪晖.城市亮化工程中智能照明控制系统研究J.光源与照明,2021(1):32-33.4 田瑜基.城市照明智能管理系统建设研究J.智能建筑与智慧城市,2021(1):125-127.5 周华安,郑瑶,何湘桂.城市道路照明自适应节能控制算法与监控系统J.湖南大学学报(自然科学版),2021,48(8):19-26.6 余建波,宗卫周,王涛,等