《電子技術應用》
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基于PLC與GPRS、ZigBee的路燈無線控制系統
電子設計工程
作者:張倩,王尚宏,武云鵬
摘要: 基于PLC與無線通訊模塊相結合的路燈控制方案,采用了組態軟件、PLC控制模塊、單片機采集模塊、GRPS通信模塊、ZigBee無線模塊等技術,靈活控制路燈的工作狀態,為路燈照明系統提供穩定、可靠、低成本的實施方案,不僅大大節約了鋪設通信電纜的費用,而且達到了節能的目的。
Abstract:
Key words :

    隨著我國經濟建設的發展,能源的開發和利用也顯得日益緊張起來。3月份以來,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。而隨著城市路網建設的不斷發展,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越高。采用先進技術節約能源以及提高路燈自動化控制與管理水平,已成為城市照明系統建設的當務之急。

1 路燈照明管理現狀

    1)照明設施開關燈統一性差,智能化水平低,不具備遠程修改開關燈時間,不能根據實際情況修改開關燈時間,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,不能實時、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、低成本的雙向無線組網通訊技術。它是一種介于RFID(Radio Frequency Identification,無線射頻識別)和藍牙之間的技術。

3 GPRS簡介

    GPRS通用分組無線業務是一種新的承載業務,提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務,特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的數據傳輸。GRPS永遠在線,接入速度快,用戶可隨時與無線網絡保持連接,可使遠程數據采集的效率大幅提高。

4 PLC簡介

    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、等功能,用于控制機器或生產過程的自動控制裝置。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、編程簡單等特點。

5 系統工作原理

    運用組態軟件作為上位機的控制平臺,通過GPRS與現場控制器PLC通訊。監控中心軟件通過GPRS網絡向各個現場控制器發送動作指令,使現場控制器完成各種配置和數據采集工作,并對現場控制器發送上來的數據進行分析和處理。現場控制器通過ZigBee無線通訊設備接收單燈控制器所發送來的信號,進行分析處理并通過GPRS通訊系統向監控中心發送信息,以此來實現對路燈的遠程無線控制,如圖1所示。

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6 系統組成

    系統由3部分組成:現場控制器、單燈控制器、監控中心。

6.1 現場控制器

    由PLC獨立控制模塊、GPRS通信模塊、ZigBee無線通信模塊等組成,完成數據采集、控制輸出、數據通信、故障報警等功能。現場控制器通過GPRS與照明管理監控中心服務器相連,通過ZigBee無線通信模塊與單燈控制器相連,以此實現實時通信,如圖2所示。

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6. 2 單燈控制器

    每盞路燈都裝有單燈控制器,由ZigBee無線通信模塊、完成電量采集和模塊遙信功能的單片機模塊組成。ZigBee無線模塊具有網狀拓撲結構,這樣ZigBee子網就有內置冗余保證,如果網絡中有節點脫離網絡,無法工作,節點數據將自動路由到一個替換節點保證系統的可靠、穩定。單燈控制器是路燈監控系統中控制功能的執行部分,控制路燈的狀態并監測路燈運行的電流、電壓、功率因素等,將這些參數通過無線方式傳送到現場控制器,同時接收來自現場控制器的所有控制指令,從而實現遠程控制功能,如圖3所示。
 

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6. 3 監控中心

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

7 監控中心軟件介紹

    組態軟件是用于數據采集和過程控制的專用軟件,本系統采用組態王作為開發工具,它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點,能充分利用圖形編輯功能,為用戶提供了友好的可視化界面。

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

    1)查詢功能現場控制器將單燈的電壓、電流、功率、設備運行狀態等參數通過無線信道發送回監控中心,監控中心主機對這些數據進行分析、處理后,以直觀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、可靠的開關控制功能,通過“設置參數”里的開關燈方案及開關燈時間,下發給現場控制器,讓現場控制器按指定的方案運行。

    3)設置參數監控中心可自動或手動執行全控開關燈,也可控制任一單燈執行開關燈,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行保存。

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

    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

    本系統從路燈控制的具體要求出發,建立了友好的可視化界面,集無線通訊技術、自動化控制技術、監控系統組網于一體,有效的解決了路燈控制的靈活性、實時性、可靠性、經濟性等問題,抗干擾力強,通信穩定,上位機給監控終端發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,更達到了節能能源的目的。

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