基于PLC、GPRS以及ZigBee的路燈無(wú)線(xiàn)控制系統

隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，能源的開(kāi)發(fā)和利用也顯得日益緊張起來(lái)。3月份以來(lái)，我國多地出現淡季“電荒”現象，而電能利用效率低下是導致“電荒”的重要原因之一，在這種情況下，提高電能效率迫在屠睫。而隨著(zhù)城市路網(wǎng)建設的不斷發(fā)展，路燈數量增多，使得人們對電能節約以及路燈的管理要求也越來(lái)越高。采用先進(jìn)技術(shù)節約能源以及提高路燈自動(dòng)化控制與管理水平，已成為城市照明系統建設的當務(wù)之急。

1 路燈照明管理現狀

1)照明設施開(kāi)關(guān)燈統一性差，智能化水平低，不具備遠程修改開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，不能根據實(shí)際情況修改開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，能源浪費大，增加了財政負擔;

2)路燈設備分散，管理人員少，管理困難，不能實(shí)時(shí)、準確、全面地監控設備運行狀況，缺乏靈活的控制手段;

3)人工巡檢工作量大，效率低，成本高，浪費人力、物力、財力，缺乏有效的故障預警機制。

2 ZigBee簡(jiǎn)介

ZigBee是一種新興的短距離、低復雜度、低耗功、低傳輸速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通訊技術(shù)。它是一種介于RFID(Radio Frequency Identification，無(wú)線(xiàn)射頻識別)和藍牙之間的技術(shù)。

3 GPRS簡(jiǎn)介

GPRS通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)是一種新的承載業(yè)務(wù)，提供了一種高效、低成本的無(wú)線(xiàn)分組數據業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的數據傳輸。GRPS永遠在線(xiàn)，接入速度快，用戶(hù)可隨時(shí)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )保持連接，可使遠程數據采集的效率大幅提高。

4 PLC簡(jiǎn)介

PLC即可編程控制器，是一種帶有指令存儲器，數字或模擬輸入/輸出接口，能夠完成邏輯，順序、定時(shí)、等功能，用于控制機器或生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制裝置。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

5 系統工作原理

運用組態(tài)軟件作為上位機的控制平臺，通過(guò)GPRS與現場(chǎng)控制器PLC通訊。監控中心軟件通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )向各個(gè)現場(chǎng)控制器發(fā)送動(dòng)作指令，使現場(chǎng)控制器完成各種配置和數據采集工作，并對現場(chǎng)控制器發(fā)送上來(lái)的數據進(jìn)行分析和處理?，F場(chǎng)控制器通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊設備接收單燈控制器所發(fā)送來(lái)的信號，進(jìn)行分析處理并通過(guò)GPRS通訊系統向監控中心發(fā)送信息，以此來(lái)實(shí)現對路燈的遠程無(wú)線(xiàn)控制，如圖1所示。

6 系統組成

系統由3部分組成：現場(chǎng)控制器、單燈控制器、監控中心。

6.1 現場(chǎng)控制器

由PLC獨立控制模塊、GPRS通信模塊、ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊等組成，完成數據采集、控制輸出、數據通信、故障報警等功能?，F場(chǎng)控制器通過(guò)GPRS與照明管理監控中心服務(wù)器相連，通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊與單燈控制器相連，以此實(shí)現實(shí)時(shí)通信，如圖2所示。

圖2 現場(chǎng)控制器的組成

6.2 單燈控制器

每盞路燈都裝有單燈控制器，由ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊、完成電量采集和模塊遙信功能的單片機模塊組成。ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊具有網(wǎng)狀拓撲結構，這樣 ZigBee子網(wǎng)就有內置冗余保證，如果網(wǎng)絡(luò )中有節點(diǎn)脫離網(wǎng)絡(luò )，無(wú)法工作，節點(diǎn)數據將自動(dòng)路由到一個(gè)替換節點(diǎn)保證系統的可靠、穩定。單燈控制器是路燈監控 系統中控制功能的執行部分，控制路燈的狀態(tài)并監測路燈運行的電流、電壓、功率因素等，將這些參數通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳送到現場(chǎng)控制器，同時(shí)接收來(lái)自現場(chǎng)控制器的所有控制指令，從而實(shí)現遠程控制功能，如圖3所示。

圖3 單燈控制器的組成

6.3 監控中心

監控中心由監控中心軟件、GPRS通信模塊組成，對整個(gè)照明系統進(jìn)行集中控制。監控中心軟件可實(shí)現遠程監控、采集數據、建立數據庫、數據分析等功能，通 GPRS通信模塊實(shí)時(shí)掃描各路燈電量數據和輸出狀態(tài)，也可將監控中心軟件發(fā)送的各種有效指令發(fā)送給現場(chǎng)控制器。遇到報警信息，通過(guò)GSM短信方式送至巡檢人員手機。

7 監控中心軟件介紹

組態(tài)軟件是用于數據采集和過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，本系統采用組態(tài)王作為開(kāi)發(fā)工具，它具有適應性強、開(kāi)放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，能充分利用圖形編輯功能，為用戶(hù)提供了友好的可視化界面。

監控中心軟件是整個(gè)路燈監控系統的控制中心，它負責跟控制現場(chǎng)中的監控終端進(jìn)行遠程通信，對獲取的數據進(jìn)行處理，主要功能如下：

1)查詢(xún)功能現場(chǎng)控制器將單燈的電壓、電流、功率、設備運行狀態(tài)等參數通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道發(fā)送回監控中心，監控中心主機對這些數據進(jìn)行分析、處理后，以直觀(guān)的報表或圖表形式提供管理人員，為決策提供準確的依據。

2)控制功能手控與自控相結合，提供靈活、可靠的開(kāi)關(guān)控制功能，通過(guò)“設置參數”里的開(kāi)關(guān)燈方案及開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，下發(fā)給現場(chǎng)控制器，讓現場(chǎng)控制器按指定的方案運行。

3)設置參數監控中心可自動(dòng)或手動(dòng)執行全控開(kāi)關(guān)燈，也可控制任一單燈執行開(kāi)關(guān)燈，可隨意設置半夜燈或全夜燈模式，并對設置的參數和要求進(jìn)行保存。

4)報警功能當現場(chǎng)控制器主動(dòng)報警或檢測單燈控制器時(shí)發(fā)現有故障，監控中心軟件發(fā)出聲光報警信號提醒工作人員，并在畫(huà)面上顯示故障報警位置狀況和類(lèi)型，保存報警記錄的同時(shí)以短信息的方式通知現場(chǎng)巡檢人員。

5)數據統計與報表統計備采集參數的數據信息，形成報表，便于分析研究，可打印報表。

8 結束語(yǔ)

本系統從路燈控制的具體要求出發(fā)，建立了友好的可視化界面，集無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、監控系統組網(wǎng)于一體，有效的解決了路燈控制的靈活性、實(shí)時(shí)性、可靠性、經(jīng)濟性等問(wèn)題，抗干擾力強，通信穩定，上位機給監控終端發(fā)出的命令能準確到位。不僅大大節約了鋪設通信電纜的費用，更達到了節約能源的目的。