基于PLC與GPRS、ZigBee的路燈無線控制系統

張倩，王尚宏，武云鵬

（新疆電子研究所有限公司 新疆 烏魯木齊 830049）

基于PLC與GPRS、ZigBee的路燈無線控制系統

張倩，王尚宏，武云鵬

（新疆電子研究所有限公司 新疆 烏魯木齊 830049）

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。

PLC；無線監控；GPRS；ZigBee

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，提高電能效率迫在眉睫。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[1]。

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[2]。

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[3]。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[4]。

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。

圖1 系統工作原理圖Fig.1 System working principle

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。

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通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[5]。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。

圖3 單燈控制器的組成Fig.3 Composition of the single light controller

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[3]。

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 統計各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。

[1]朱永利，陳濤，郭少杰.ZigBee技術在無線抄表中的應用[J].電力系統通信，2008，29（190）:37-39.

ZHU Yong-Li，CHEN Tao，GUO Shao-Jie.Applications of ZigBee technology in wireless meter reading[J].Telecommunications for Electric Power System，2008，29（190）:37-39.

[2]趙亮，黎峰.GPRS無線網絡在遠程數據采集中的應用[J].計算機工程與設計，2005，26（9）:2552-2553.

ZHAO Liang，LI Feng.Application of GPRS wireless network inremote data acquistion[J].Computer Engineering and Design，2005，26（9）:2552-2553.

[3]北京亞控科技發展有限公司.組態王6.53使用手冊[M].北京：電子工業出版社，2007.

[4]楊青峰，付騫.可編程控制器原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2010.

[5]林方鍵，胥布工.基于ZigBee網絡的路燈節能控制系統[J].控制工程，2009，16（3）:324-326.

LIN Fang-jian，XU Bu-gong.StreetLight energy-saving control system based on ZigBee[J].Network Control Engineering of China，2009，16（3）:324-326.

[6]韓亞慈.基于PLC的路燈智能控制 [J].神華科技，2010，8（5）:94-96.

HAN Ya-ci.The intelligent control of streetlights based on PLC[J].Shenhua Science and Technology，2010，8（5）:94-96.

Based on PLC and GPRS，ZigBee street lamp wireless control system

ZHANG Qian， WANG Shang-hong， WU Yun-peng
（Xinjiang Electronic Research Institute CO.LTD.，Urumqi830049，China）

Based on the PLC and light control scheme which combining with the wireless communication module，using the software configuration， PLC control module， MCU acquisition module， GRPS communication module， wireless ZigBee module technology， flexible control of street lamp working condition.It provides a stable， reliable， low cost implementation plan for the street lamp lighting system，it not only greatly save the laying of communication cable costs，but slso achieve the purpose for energy saving energy.

PLC；wireless；GPRS；ZigBee

TP23

A

1674－6236（2012）03-0119-02

2011-11-10 稿件編號：201111059

張 倩（1984—），女，新疆烏魯木齊人，助理工程師。研究方向：計算機控制技術。