基于PLC与GPRS、ZigBee的路灯无线控制系统

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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，提高电能效率迫在屠睫。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。
           
          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。
           
          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。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。
           
          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。
           

       

         

          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。
           

       

        图2 现场控制器的组成

         

          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遥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。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

         

          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。
           
          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备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。