校园智能路灯控制系统设计王波上海交通大学摘要：智能路灯控制系统拟解决由于路灯分散的控制方式和日常的维护滞后所造成的路灯无法统一 开启/关闭时间，设备维护不及时等问题。
本文以智能路灯控制系统建设的必要性，系统设计的原则和目标，结合校内实际情况，设计优化路灯控制系统的逻辑和结构。
通过路灯系统的硬件改造，控制系统界面的 设计，形成智能路灯控制系统的整体设计。
最后，通过实际使用验证，使智能路灯控制系统，实现实时 观察校园各处的路灯照明情况，实现实时对路灯的启闭时间进行统_调整，在节约路灯电费开支的同时，能及时发现和维护损坏的路灯，全面提高日常管理效率，为创建智慧校园打下基础。
关键词：监控、自控、管理、维护一体化系统DOI: 10.13770/ki.issn2095-705x.2017.12.012Control System Design of Campus Intelligent Street LampW ang BoSh an g h ai Jia o to n g U niversityAbstract: Intelligent street lamp control system deals with some problems, such as unified street lamp run/stop time, not in time equipment maintenance due to scattered streetlights control modes and maintenance delay. The article focuses on importance and necessity of intelligent street lamp control system and principles and goals of system design combined with campus reality. The author optimizes logic and structure of street lamp control system through hardware renovation and interface design of control system to realize overall design of intelligent street lamp control system. Finally the article introduces intelligent street lamp control system realizing real-time street lamps condition across campus and unified run/stop time adjustment through reality verification to save street lamp electric cost and find out broken street lamps to improve daily management efficiency, which paves the way for intelligent campus.Key words: Monitoring, Self-Control, Management, Maintenance Integration System上海交通大学闵行校区路灯从建设至今已近 30年，随着校园的扩建和路灯的增加，经多年的 运行和维护，发现路灯的控制方法较为原始，因设备维护滞后，系统的应急处理乏力，对路灯有 效的运行造成了较大的障碍。
经学校相关部门的 决策，综合日常实际使用的情况和目前新兴的技 术手段，拟把校区的路灯改造升级为智能化和节 约型的控制模式。
智能路灯控制系统通过网络或无线信号远程操 控集中控制器，其中自动运行开关可远控、自控和和现场操作，同时可发送报警等信息给值班人员。
智能路灯控制系统可实现路灯的统一控制，提高了 管理效率。
智能控制不仅降低了人工成本，同时也 提高了维修的及时率，更重要的是減少了能耗，因此被越来越多的政府和企业所采用。
但智能路灯控 制系统前期建设项目多，校内路灯数量多，相间距 离远且比较分散，需要敷设大量的通信线或信号控 制箱，施工期间将造成校内路面大规模开挖，无线 信号接受不稳定，建设费用昂贵等问题。
为解决以上问题，结合校内实际情况对智能丨节能技术与产品IENERGY CONSERVATION TECHNOLOGIES AND PRODUCTS路灯控制系统、系统结构和软件进行了设计，并 与学校原有的电力监控网络有效结合，确保了信 息的及时反馈。
此外，对原硬件设备和线路的进 线进行了改造，減少了校内的重复建设，形成了 上海交大智能路灯控制系统。
1系统设计目标与原则校园智能路灯控制系统的基础是基于P L C 控 制的智能路灯管理系统。
整个系统包含硬件改造 和系统设计。
运用计算机网络技术、自动控制技 术和自动检测技术构成的监控系统，快速准确的 对校内道路照明、建筑灯饰、草坪景观灯等进行 智能控制，实现对校内路灯的电源可遥控、遥信、 自控、远程管理和现场操作等功能。
另外上述功 能的实施有利于相关部门了解路灯的运行状况， 确保及时的维修和保养，提高了路灯的运行质量 和效率，为节约能源和创建智慧校园打下基础。
新智能路灯的控制系统结合实际情况完成了校 内监控系统的总体规划与设计，并按计划实施。
系 统设计在技术上应达到科学性、先进性、可靠性和 成熟性的统一。
性能上应确保安全、可靠性。
使用 上应具有可维护性和可扩展性，并且性价比高：(1) 稳定性：系统选择高效集成的设备，便 于控制、管理和维护。
(2) 实用性：系统界面友好，简易可操作， 维护方便。
(3) 可靠性：设备应具备适应极端气候环境 影响的能力，性能可 靠、稳定性强。
2系统结构设计闵行校区路灯原 控制方式由36个室内 外路灯控制箱单独控 制，无法集中统一。
为了建设校内智能路 灯集控系统，结合多 年路灯管理的经验和 实际情况，最经济实 用的方法是利用校内 电力集控中心站的原有网络，连接各个分站至路灯控制箱，从而达到 集中控制，具体架构设计和建设如下：在K B 05电力集控中心站内设路灯监控主机， 连接大屏幕显示，通过校园电力以太网络至各个 配电站（KB 01、K B 02等），连接各个变电站的 室内外配电箱（A L 01、AL 02等），利用P L C 的 输出对路灯控制箱的接触器进行分合操作，利用 P L C 的输入对路灯控制箱的状态进行监控，并对 P L C 进行自控编程，在相应时段进行自动分合操 作，接受主控中心的远程命令和管理，根据信息 数据需要及时反馈。
[1-2]整体系统逻辑如图1所示。
系统总体结构如图2所示。
系统用户层：值班人员可以在系统中查询到 所有路灯的开启/关灯的状态、控制方式的设定和 关灯时间的设定等一系列管理工作，另外可以多 元化的对各条路灯制定差异化的控制逻辑，并以 通讯方式传达给PLC ，让P L C 按照指令进行自定 义的控制模式。
系统监控层：该层主要以监控主机为主，主 要任务是对P L C 群的集成和通讯管理。
视频监控 系统前端含可控云台和固定式监视器，可控云台 主要对开关柜进行监视，固定式监视器主要对信 号屏监视。
为了视频系统与电力系统网络共用更通畅，将原有开关站的百兆网提升为千兆网。
系统网络层：系统中的P L C 通过以太网的方式互相连通，与路灯控制系统的上位机进行通讯，2017年第12期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION727ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGIES ANDPRODUCTS并与G P S 时钟进行校准对时。
[3]系统自动控制层：在P L C 控制逻辑中分为3 大类。
（1)为时间继电器控制，该控制方式将保 留原有的以时间继电器的方式控制，增加参照经 纬度的变化进行调节。
（2)为光感控制，该控制 方式是以光照传感器接入PLC ，再根据用户设定 的照度进行逻辑控制。
（3)为用户自定义的控制， PLC 会保存用户设定的每条路灯线路的控制方式， 及开关灯的时间，路灯的开关时间是差异化的， 并且具备远程开关的功能。
系统总线层：路灯控制箱、老旧路灯、景观 灯箱中的IO 模块，通过总线方式连接至上层若干 个PLC ,由区域P L C 进行管理通讯控制。
P L C 以 地域为单位划分各自管辖的路灯区域。
同样的以 载波方式通讯的IO 模块以电力线作为总线接入。
系统控制设备层：系统中采用IO 模块控制， 该IO 模块由单片机制成，多路DIDO , D I 用于路 灯开关状态的采集，D O 则控制路灯的分合闸。
DIDO 通过中继器完成对路灯的状态采集及控制。
以上IO 模块具有MODBUS 通讯协议，可以 与P L C 进行通讯控制，载波IO 模块则通过电力线 进行MODBUS 协议的通讯，适用于老线路路灯。
模块以电力线载波通讯为核心，利用电力线载波 通讯实现对远端灯光的控制，可以实现对路灯、 河道、草坪、广场等需要长时间照明的场合的灯 具进行控制，远程控制灯具的开关、检测灯具的工作状态，从而实现高效率和低成本的管理。
以 电力线载波通讯为核心的智能路灯控制系统，具 有易实施、免布线等特点，可以节省大量的电费 成本，系统整体效益非常显著。
[4]系统路灯层：校园的路灯类型主要分为3大类。
(1)新型的主干道路灯，路灯由大型的路灯箱控 制，一个路灯箱能控制多路主干道路灯，路灯的 供电线路为两路，间隔方式连接，一路为全夜路灯， 一路为半夜路灯，由时间继电器控制。
（2)老校 区的单线式老路灯，路灯由变电站直接供电，通 过时间继电器控制。
（3)景观灯及非主干道照明， 这些路灯则由一些小型的路灯箱控制，一般一个 路灯箱控制一个景观区、一个建筑或建筑群的景 观照明或周边道路照明。
3路灯控制系统图在KB 05电力集控中心站内利用原电力监控系 统网络，通过以太网连接各开关子站，并进行分合 操作。
结合室内外路灯控制箱的实际操作情况，决 定路灯系统采用串口光端机和载波模块连接。
串口 光端机连接需进行室内线路改造，加入IO 模块连 接；载波模块连接需进行室外路灯箱线路改造，采 用载波通讯技术使得P LC 控制接线盒内的路灯。
在 KB 05总变电站中心监控系统结构如图3所示。
4路灯系统的硬件改造4.1变电站内部设施改造改造低压线路，由 原配电柜内低压电缆移 至墙壁悬挂式路灯配电 箱，考虑到智能控制的 可扩展性，在路灯配电 箱增加基于以太网的西 门子PLC 。