城区路灯计算机远程监控系统.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除指导教师评定成绩： 审定成绩： 重 庆 邮 电 大 学 移 通 学 院课程设计报告设计题目： 城区路灯计算机远程监控系统 学 校： 重庆邮电大学移通学院 学 生 姓 名： 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 班 学 号： 指 导 教 师： 刘想德 设计时间：2012 年 12 月重庆邮电大学移通学院1 系统概述1.1项目背景随着城镇建设的发展，城镇照明建设越来越注重于城镇的形象，道路照明和景观照明的需求和数量不断增加，今后照明管理部门除了管理城镇道路的照明外，还将参与城镇景观灯的管理。因此各街道办事处和市民对城镇的建设、道路照明和景观照明提出了更高的要求，希望实现城镇照明管理的现代化，使城镇管理水平达到国内领先水平。城镇路灯的耗电量是非常惊人的，巨大的电能消耗不仅增加了当地的财政负担，同时由于发电而消耗的煤、石油的能源，对环境造成污染，同时由于照明带来的光污染导致生态不平衡等诸多问题。因此中央发出了建设“节约型社会”的号召，建设部下发了“关于进一步加强城市照明节电工作的通知”。1.2 现行的控制方法及缺陷绝大多数城镇现在多采用分散时控方式对路灯进行控制，也就是在路灯配电箱中安装定时器，按预定的时间自行开、关灯，有些景观灯通常是采用人工手动控制的方法。这种控制方法不能及时根据需要调整开关灯时间，也无法及时反应照明设施的运行情况，故障率高，维修困难。随着城镇的不断发展，控制范围也越来越大，现行的方案无法及时反应照明设施的运行情况，使得维修工作十分被动。1.3 项目目标建设华明镇路灯监控管理系统，目的是利用现代化计算机技术、通讯技术对日益快速发展的城镇路灯实现自动化监控和智能化的科学管理，做到集中管理，智能控制。部门内部及时掌握系统运行状况，代替传统的人工巡检，提高工作效率。合理利用电能资源，杜绝浪费。具有对路灯实现遥测、遥控、遥信、GPS校时、故障分析报警等功能。除具备上述功能外，还应具备设施被盗报警功能及路灯节能控制功能。建立路灯系统的长效管理机制，进一步提高道路照明质量，提高服务质量，从而提高系统的整体社会效益、管理效益、经济效益和环保效益。完成华明镇路灯远程监控系统预定的自动化控制管理的同时，系统的扩展又兼顾考虑长远的发展目标，如路灯节能设备的远程监管和路灯电缆防盗等系统功能。充分考虑各项关键指标，建成目前国内先进、功能齐全，同时又具有高度的可靠性、经济实用性的项目，处于国内领先水平。根据华明镇路灯管理部门的意见，本着总体设计、分步实施的原则。针对用户实际需求，设计简易的且经济的运行方案。华明镇路灯监控系统要突出系统的智能化特点，使路灯监控管理智能化、人性化。结合路灯照明，组成该城镇灯自动监控系统，通过无线通讯网络、计算机控制系统，实现遥控、遥测、遥信功能，建立起国内具有先进水平的路灯监控管理系统。2 系统架构2.1组网结构本系统利用无线通信网络实现现场终端和中控室的通信，采用既有的公网方式（GPRS或者CDMA）完成信息的交互。路灯监控系统管理平台处理终端上报的数据并保存到数据库服务器，并留下日志记录。采用局域网方式，将各计算机联网。采用客户机/服务器相结合的组网方案，支持远程查询和访问。路灯远程监控管理系统拓扑图如下所示：2.2系统工作原理该系统分为中控室和现场监控、采集设备两个部分。中控室通过无线网络和现场设备完成信息交互。中控室硬件主要由控制服务器和数据库服务器、无线接入设备、GPS校时设备等组成。软件由监控软件、前置机软件、报警软件、数据库管理软件、安全管理软件等组成。中控室软件具备对所有现场设备的自动和手动控制、现场设备采集数据的接收、报警、软件使用人员的分级管理、安全管理等功能。现场设备由控制模块、采集模块、通信模块、节能和防盗模块等子模块构成。通信模块负责接收中控室下发的数据同时把现场采集的数据发送到中控室。控制模块完成对路灯开、关的控制。采集模块完成对现场电压、电流等数据的采集，完成对控制命令下发执行情况的反馈。防盗模块完成对供电线路电缆情况的检测，在电缆被盗时，发出报警信号通知中控室及相关管理人员。根据现场有无电流互感器，可能需要增加电流采集模块。2.3系统设计思路1. 控制终端部分：1) 采用以无线公网GPRS为通讯主通道。2) 具备遥控、遥测、遥信功能，并能做出故障分析，数据查询等功能。3) 具有自动报警功能，能做到主动报警，各类故障报警、盗窃报警做到及时有效。4) 具有系统停电送电后自动复位功能，信息保存满后，新信息自动覆盖旧信息。5) 具备防盗节能和电缆防盗报警扩展功能。2. 后台服务器部分：采用一台服务器，监控软件和数据库服务器使用同一服务器。具备如下功能：1) GPS自动校时功能，保证开关灯时间的一致性。2) 光敏感应控制功能。自动判别光的强弱，从而自动控制开、关灯。3) 手动、自动遥控功能。 4) 手动、自动遥信功能。5) 报警处理功能，自动判别线路运行情况，异常情况报警。6) 查询打印功能。2.4 系统设计原则2.4.1可靠性可靠性是本系统的根本。应具备多渠道、多方式、多系统的监控手段，确保系统的可靠。路灯照明与市民日常生活息息相关，系统中的任何差错都会产生严重的社会影响；无线照明监控系统必须保证24小时365天稳定可靠运行。本系统由路灯现场监控设备和中央控制室两个子系统构成；在设计时，必须根据两子系统各自的特点，采用适当的冗余可靠设计，保证在个别设备出现故障的情况下仍能稳定运行，不影响或者少影响路灯的按时开启和关闭。成熟技术原则。必须提供成熟的系统方案和技术、设备。应重点考虑当今主流技术和设备，保证系统的稳定性、合理性。安全性原则。系统传输部分应具有良好的抗干扰、抗骚扰和抗攻击的功能。2.4.2适应性通过设置不同的工作参数可以实现不同的功能。2.4.3可扩展性和兼容性全部采用标准接口和协议，兼容异种机型；监控系统硬件设备采用单元模块化设计；软件系统采用符合工业标准的软件设计。这些设计保证系统后续扩展或升级均不必改变现有设备的状态。能够方便地调整系统各节点，并预留可扩充的空间，视需要逐步扩充和搭建其他平台。2.4.4可维护性整个监控系统，无论是监控软件还是硬件监控设备均采用模块化、单元化设计，可快速定位故障单元或故障部位以便于设备维修。2.4.5先进性和实用性采用的多项成熟的先进关键技术均通过实际使用的检验。保证整个系统长期处于国内领先水平。同时，应以实用为原则，不可脱离实用性而盲目追求先进性。 3 城镇路灯远程监控系统软件3.1软件系统简介本系统软件应该能够提供一系列应用功能模块、数据库管理系统模块和服务模块，完成路灯监控管理系统的各项功能，这些软件模块可以运行在一台或多台主机设备上，并能根据管理规模灵活配置。本系统可针对不同的用户需求，标准配置采用两台服务器工作，一台专门负责通信管理，一台负责数据库管理和Web服务。普通配置将两台服务器的功能合二为一。应用软件能够提供多种用户接入管理模式，包括本地图形终端接入方式、远端图形接入方式和Web接入方式。系统工作时将所巡测到的数据分别存储到对应的数据库中。操作人员可以根据不同的需要，对各监控终端任意定时数据和年、月、日统计数据进行查询，显示的表格、曲线图、直方图。也可以对任意一天的实际开关灯时间、日出日落时间等记录进行查询。还可以对历史故障进行查询和打印。后台系统采用开放操作系统平台Windows2000Sever，配合各个监控测试终端完成控制、检测功能，同时还能运行软件分析测试结果。3.2系统功能计算机监控平台是一个客户机/服务器（Client/Server）体系结构的开放式计算机局域网络，采用Windows2000Sever 作为网络操作系统。该系统的主要功能是：终端数据采集、历史数据和管理、系统的远程监控、报警处理、事件处理、故障的管理、统计报表生成、事故追忆记录、数据显示、终端监控、系统管理等各项管理功能。计算机监控平台主要由通讯/数据服务器、监控工作站等组成。本系统软件的功能有：1) 自动和手动遥控本系统可以根据不同类型的路灯控制要求，把全城镇路灯和饰灯分成若干个组，分别采用时控方案或时控和光控相结合的控制方案，自动遥控开关全夜灯、半夜灯和饰灯；也可以手动对全夜灯、半夜灯和饰灯进行遥控开关操作；在特殊情况下，可实现白天亮灯。2) 自动巡测、手动巡测和选测调度端能按设定的时间周期（可以根据开关前后任意选取不同的周期）自动进行定时巡测。操作者也可随时手动巡测和选测各监控终端乃至单灯的运行及节能情况。3) 报警处理当监控终端主动报警或调度端在遥测时发现有情况时，调度端微机自动用语音报出故障的有关参数。报警内容包括：白天亮灯、晚上熄灯、配电箱漏电，配电箱门开关不正常打开，电压、电流越限和供电线路停电、电气回路端口断线、电缆被盗等故障。4) 自动计算亮灯率能根据电压、电流、有功功率和功率因数的变化自动进行亮灯率估算。为了保证亮灯率的统计，数据采集精度应优于。所以，终端采用16位以上的采集模块，使数据采集精度为0.5，并且采用交流采样，以保证计算的亮灯率准确。5) 存储查询打印功能中心软件可以对各监控终端任意定时数据和年、月、日统计数据进行存储查询，显示的数据均可打印。可以对任意一天的实际开关灯时间、日出日落时间等记录进行查询。可以对历史故障进行查询和打印。6) 安全管理出于通信安全性考虑，必须在系统安全上采用严格安全措施，在中心实施操作口令和密码保护，特别在白天需要开灯时要发指令。7）卫星自动校时系统（GPS）运用全球卫星定位系统与计算机技术，实现对系统的准确校时，保证前置机和局域网内所有微机时钟的准确性与一致性。8）网络系统具有可靠的防范和安全措施系统有故障时可自动按预定向管理人员的手机发短消息报警。9)系统可分批扩容，最大容量对终端数目不受限制。系统扩容时，同原设备分开进行，原设备的运行不受影响。3.3管理功能管理人员可以随时通过WEB服务器登录到后台服务器，查询、监控线路的运行状态，下发命令，提高路灯监控的的工作效率，降低响应用户要求的时间，提高服务质量同时也降低了管理成本。监控控制软件也可以根据实际情况，发送报警信息到相关人员的手机，便于快速处理现场状况。4系统的硬件设备4.1计算机设备部分1) 针对路灯监控管理系统的情况，可以采用经济的配置模式，即由一台服务器（应用服务器和数据库服务器合一）架构，通过GPRS公网方式配合监控测试终端和防盗终端的应用，可以满足需求。2) 服务器采用P4以上CPU。3) 服务器（包括应用服务器和数据库服务器）是配线资源动态管理系统中的关键资源，需7X24小时连续运行，服务器都采用UPS电源保护供电。数据库自动备份。4) 计算机设备具有较强的扩充能力，包括系统处理能力的扩充、存储容量的扩充及I/O能力的扩充等等；并支持CPU版本升级。4.2网络设备部分1) 本系统内部通过以太网相连，如需要可以配置太网交换机一台，8端口。2) 系统和监控测试终端通过Internet和GPRS无线公网互连，因而需要GPRS接入设备一套。另外需要监控中心配置一路申请静态IP的宽带专线。4.3终端设备部分监控终端是一种远程数据执行、检测、反馈终端设备。主要负责本地各类数据（如终端运行状态信息、开关量状态、各类世间、故障信息等）的采集和控制指令的执行。其中，通讯服务器是监控终端的管理调度者。监控中心通过无线数据通讯网络与远程监控终端进行数据传输和交换。采用的路灯监控终端，在反复分析用户需求的基础上，积累多年的运行经验后，经过优化改进而推出的新一代路灯监控需求侧管理终端设备。在结构上采用国际流行的结构，具备优良的电磁兼容性能，将一切干扰拒之门外，确保现场的可靠运行。在用户界面上，采用菜单驱动，操作简单直观，方便为路灯用户提供优质服务。在接口上，配置了4路遥信状态量输入、4路控制输出（常开与常闭）、无线信道、RS232口、专用于抄表的RS485接口，实现了路灯监控需求侧管理终端要求的所有功能。主要功能如下： 自动测量3个单相路灯供电回路的电压、电流、功率、功率因数、频率等； （可扩展）光电隔离继电器输出； （可扩展）光电隔离开关量输入； 箱门打开报警检测功能； 扩展的电缆防盗检测报警功能； 扩展的节能控制功能； 具有智能计量电表接口，用于读取该路段路灯的用电量； 具有现场显示和现场控制功能； 电压、电流等参数越限报警功能； 白天亮灯、晚上灭灯报警； 在通信系统故障的情况下，按最后设定测参数独立工作； 终端内存储当地日照曲线数据，可根据日照时间自动控制亮灯； 便携式、小型化，安装维护更为便捷 宽电压范围设计 ，更加适应现场工作电源环境 超大容量内存，“记忆力”更强，大大提高数据存储密度 具有终端维护接口，用于对该终端进行显示和参数设置，以及现场安装与维护；5 系统集成5.1集成方案路灯监控管理系统标准集成是由以下部分组成:主控平台、前置机管理平台、数据库管理平台、WEB服务平台、控制测试终端、防盗电源模块、防盗末端模块。管理维护终端根据用方要求配置。标准配置框图是：该配置采用GPRS公网的通信方式，中心配置一台服务器进行数据存储，两台工控机为监控主备机，实现双机热备，一台UPS电源保证在停电情况下系统正常运行，一台打印机打印各类报表。中心设备可以根据需求进行扩展，增加一台备用服务器，建立双机双网热备，增加一套视频监控设备进行有效的视频监控。1) 计算机监控平台计算机监控平台是一个客户机/服务器（Client/Server）体系结构的开放式计算机局域网络，采用Windows2000Sever 作为网络操作系统。该系统的主要功能是：终端数据采集、历史数据和管理、系统的远程监控、报警处理、事件处理、故障的管理、统计报表生成、事故追忆记录、数据显示、终端监控、系统管理等各项管理功能。计算机监控平台主要由通讯/数据服务器、监控工作站等组成。2) 监控工作站主要负责终端采集数据的收集及监控命令的执行，同时具有安全管理，权限管理，数据管理，远程登录管理，网络维护等功能，对系统的设置、运行状态进行时实修改，同时提供实时数据的动态显示。它可以接收人工指令，通过通讯服务器，监控主要通讯机，将监控命令发送至相应的监控终端。操作结果以及监控终端所采集到的运行数据和状态数据通过上述通道反方向传回监控工作站，并在界面上实时显示、报警。同时通过局域网将上述数据送至数据库。主要控制包括灯光启闭执行状态的开关量检测、灯具亮度的开关量检测、监控终端后端线路工作电流开关量检测、总电源断电的报警与故障判断功能、终端开门报警与判断功能、终端被盗窃案报警与判断功能、通讯系统故障报警与判断功能等事件采集、故障判断与查询信息。3) 通讯/数据服务器主要负责对系统采集的各类信息进行分类、保存，用于提供客户访问、查询、更新和管理相关信息用于地理信息数据的生成、管理、修改以及显示、查询、统计等，可以方便的将各类数据和地理信息的关系直观的展现，提供数据维护、数据展现、输出和可视化、可用性等方面的功能；负责整个无线网络的管理和对远程监控终端的管理调度，实现无线协议与网络协议之间的相互转换以及数据信息的无差错传输。系统的通讯协议采用国际通用的标准规约IEC870-5-1,并结合公司多年在电力系统通信组网设计和开发的经验，结合dl535-1993电力负荷控制系统传输协议，采用“信令监控”和“差错临近”技术，以保证无线通讯的可靠性和有效性。4) GPS校时计算机监控平台具有GPS自动校时功能。采用专业GPS授时芯片构成的GPS接收模块，由GPS时钟、GPS天线、GPS馈线、串口线外加服务器软件+客户端软件组成，时间精度高，信号捕获能力强，经过特定处理的准确的时钟数据通过串口对计算机进行时钟修正，利用相应开发的校时软件，再通过上位机对下位机发送校时命令并校时的方式来统一监控网络的时钟。6技术特点6.1软件可靠性1） 监控中心处理系统具有以72452的方式连续不间断工作的能力，整个系统的可用性应达到99以上。2） 系统不存在因为单点故障而导致系统全面瘫痪的可能性。6.2安全性1） 系统的数据是企业的商业秘密，必须保证数据安全。系统定位于管理层面，数据通过无线公网传输，必须和外部互联网隔离。2） 对不同的用户提供完善的用户权限管理和用户认证机制。6.3扩展性应用系统具有可扩展性，能满足不同层次用户的应用需要。在对系统最终的可能用户情况进行分析后，用户可分成两类：一般性浏览用户、多维分析用户。1） 对于一般性浏览用户，系统能够提供简单、友好的操作界面。2） 对于多维分析的用户，能迅速地响应用户新的分析主题的需求，并允许用户根据需要自主定义分析模型。6.4准确性应用系统能准确可靠地进行数据采集及处理，各类数据的汇总加工处理过程经过严格的测试。6.5可操作性1） 用户界面支持并发性，即支持多窗口和多任务。2） 管理系统具有友好、实用、直观的中文图形用户界面，方便易学、易于操作。3） 用户界面是中文方式的,支持常用中文输入方式。6.6数据转换1） 数据格式的一致性将各个业务数据中的同一主题的数据集成在一起的时候按照统一数据格式。2） 测量单位的一致性在将各个业务数据中的同一主题的数据集成在一起的时候使用统一测量单位。3） 数据名称的一致性在将各个业务数据中的同一主题的数据集成在一起的时候使用统一数据名称。4） 数据代码含义一致性在将各个业务数据中的同一主题的数据集成在一起的时候使用统一数据代码含义。6.7数据存放系统在各分阶段建设时能够满足当前可预见的数据量的需求，主存储系统应具有良好的可扩展性，满足系统投入运作后的数据不断增长的需要。系统主要的外存储系统应采用磁盘阵列技术，并满足下列技术要求：1） 广泛的连接性：可以连接当今商业企业的主要计算环境，包括异构主机平台、网络、文件服务器、网络服务器和管理平台；2） 多层次信息保护：提供磁盘RAID0-RAID5的数据保护；3） 系统易于级联和扩充；4） 使用工业标准的接口。5） 系统的备份存储系统应采用磁带库或光盘库系统，其在线的存储能力不少于一年的数据（包括原始数据、结果数据、报表和图表等）。6.8开放性1） 管理系统应运用开放结构，能够与其它管理支持系统建立无缝隙的联网。2） 管理系统应能提供与上级网管的向上联网接口。6.9适应性应用软件能够支持sql数据库。6.10网络要求1） 网络连接方式系统各硬件设备之间或系统与被管交换机之间采用计算机局域网或广域网方式连接。交换机设备与本系统处于同一建筑物之内，二者之间的连接采用局域网互连。局域网采用10/100M自适应以太网。2） 网络安全