城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鄧士偉

摘 要：文章介紹了城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能、軟件的模塊劃分部署，并對(duì)系統(tǒng)軟件通信調(diào)度進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，該系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)部分城市使用，效果良好。

關(guān)鍵詞：城市照明；系統(tǒng)軟件；DotNET；通信調(diào)度

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）28-0108-02

引言

隨著城市范圍的日益擴(kuò)大，城市照明設(shè)施的數(shù)量也日益增多，路燈作為體現(xiàn)城市形象和建設(shè)水平的重要標(biāo)志，正起著越來(lái)越重要的作用。下面以某城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，介紹了一種基于DotNET平臺(tái)的城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)介紹

城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的SCADA系統(tǒng)，其架構(gòu)是按照城市照明的控制邏輯關(guān)系和照明線(xiàn)路拓?fù)涠鴺?gòu)成的。主要由監(jiān)控中心、監(jiān)控終端和單燈控制器形成三級(jí)邏輯層，三級(jí)邏輯層之間通過(guò)兩級(jí)通信層進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。在本系統(tǒng)中，監(jiān)控中心設(shè)在路燈管理單位的辦公樓內(nèi)，監(jiān)控終端安裝在路燈配電柜處，單燈控制器安裝在遍布全市的路燈桿處。

通信層1是指監(jiān)控中心與監(jiān)控終端之間的遠(yuǎn)程通訊信道，本項(xiàng)目采用移動(dòng)GPRS公網(wǎng)，監(jiān)控中心使用公網(wǎng)IP地址，監(jiān)控終端插有移動(dòng)SIM卡，具有GPRS上網(wǎng)功能。通信層2是指監(jiān)控終端與單燈控制器之間的本地通訊信道，本通信層監(jiān)控終端與單燈控制器之間采用RS485方式，單燈控制器之間采用ZigBee方式。

2 主要功能

城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)主要完成以下功能：

遙控：實(shí)時(shí)控制各配電柜線(xiàn)路的通、斷和各光源的亮滅。

遙測(cè)：定時(shí)或隨機(jī)檢測(cè)各配電柜的線(xiàn)路和光源的有功、無(wú)功、電壓、電流等數(shù)值。

遙信：定時(shí)或隨機(jī)獲取各配電柜線(xiàn)路通、斷狀態(tài)和各光源的亮滅。

數(shù)據(jù)處理：能夠自動(dòng)將監(jiān)控終端和單燈控制器采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理加工成相應(yīng)的報(bào)表。

報(bào)警處理：系統(tǒng)具有根據(jù)監(jiān)控終端、單燈控制器的采集量進(jìn)行聲光、短消息報(bào)警的能力。

GPS校時(shí)功能：通過(guò)GPS對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精準(zhǔn)校時(shí)。

光照度獲取：通過(guò)光敏探頭獲取所在城市的實(shí)時(shí)光照度，用于實(shí)現(xiàn)路燈的光照度控制。

3 軟件總體設(shè)計(jì)

城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器方式，運(yùn)行在Windows平臺(tái)之下，數(shù)據(jù)使用SQL Server 2012，軟件采用DotNET平臺(tái)開(kāi)發(fā)，客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器之間采用WCF（Windows Communication Foundation）進(jìn)行交互。

自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件由7個(gè)模塊化軟件組成，用于滿(mǎn)足不同自動(dòng)控制系統(tǒng)容量配置，不需要用戶(hù)一次性投入大量的監(jiān)控中心硬件，可以隨著管理的單燈控制器的增加逐步增加管理計(jì)算機(jī)和服務(wù)器。系統(tǒng)的7個(gè)模塊化軟件典型部署方式如圖1所示。

（1）城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)Server：與監(jiān)控終端和單燈控制器通信，實(shí)現(xiàn)路燈配電柜和光源級(jí)別的控制和監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)處理功能。（2）短消息服務(wù)器：與短消息模塊對(duì)接，接收所有客戶(hù)端短消息告警請(qǐng)求，并將短消息告警下發(fā)給指定的工作人員。（3）GPS校時(shí)服務(wù)器：與GPS設(shè)備對(duì)接，實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星GPS信號(hào)，將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間轉(zhuǎn)換為中國(guó)所在地東八區(qū)時(shí)間，并對(duì)時(shí)間進(jìn)行校驗(yàn)，接收所有“GPS校時(shí)客戶(hù)端”的請(qǐng)求，下發(fā)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。（4）光敏服務(wù)器：與光敏設(shè)備對(duì)接，實(shí)時(shí)接收光敏數(shù)據(jù)并對(duì)光敏數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和預(yù)處理，并接收“城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)Server”軟件的光敏數(shù)據(jù)請(qǐng)求，供光敏開(kāi)關(guān)時(shí)決策使用。（5）城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)Client：提供監(jiān)控終端和單燈控制器實(shí)際經(jīng)緯度坐標(biāo)和地圖展示，通過(guò)Server實(shí)現(xiàn)路燈配電柜和光源級(jí)別的控制和監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)處理功能。（6）GPS校時(shí)客戶(hù)端：從“GPS校時(shí)服務(wù)器”獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，并對(duì)本機(jī)進(jìn)行校時(shí)。（7）報(bào)表工具：各種報(bào)表的展示、查詢(xún)、打印。在報(bào)表中可以查看和打印出監(jiān)控終端的巡檢報(bào)表、亮燈率報(bào)表、故障報(bào)表和用電量報(bào)表。單燈控制器的巡檢報(bào)表、亮燈率報(bào)表和故障報(bào)表等。

4 通信調(diào)度方式

城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)管轄全市所有的監(jiān)控終端和單燈控制器，對(duì)于經(jīng)濟(jì)較好的地級(jí)市，系統(tǒng)滿(mǎn)配置監(jiān)控終端的數(shù)量一般在300-400臺(tái)，單燈控制器數(shù)量在20000-30000只，每一個(gè)單燈控制器單獨(dú)查詢(xún)的話(huà)，即使一個(gè)單燈控制器的查詢(xún)時(shí)間只有3秒，即至少需要16個(gè)小時(shí)才能查詢(xún)一遍，效率太低。

本系統(tǒng)采用監(jiān)控終端級(jí)別的多任務(wù)并發(fā)方式，即為每一個(gè)監(jiān)控終端建立了獨(dú)立的Socket，采用多線(xiàn)程的方式。監(jiān)控終端與所轄的單燈控制器之間采用ZigBee方式進(jìn)行通信，監(jiān)控終端對(duì)所轄的單燈控制器采用單線(xiàn)程輪詢(xún)方式。軟件通信調(diào)度方式如圖2所示。通過(guò)監(jiān)控終端級(jí)別的并發(fā)處理，整個(gè)系統(tǒng)的巡檢時(shí)間僅由所轄單燈控制器最多的監(jiān)控終端巡測(cè)時(shí)間所決定，以最多帶150個(gè)單燈控制器為例，巡測(cè)時(shí)間為450秒即7.5分鐘。該通信調(diào)度方式大大降低了通信巡測(cè)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可用性和用戶(hù)感受。

5 系統(tǒng)應(yīng)用

本系統(tǒng)已于2015年在濟(jì)南市部分路段實(shí)際應(yīng)用，監(jiān)控終端安裝數(shù)量20余臺(tái)，單燈控制器安裝數(shù)量2000多只，經(jīng)檢測(cè)該系統(tǒng)開(kāi)關(guān)燈實(shí)時(shí)性高，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，整個(gè)系統(tǒng)巡測(cè)時(shí)間不超過(guò)10分鐘，總體效果良好，具有一定的推廣價(jià)值。

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