基于PLC與GPRS、ZigBee的路燈無線控制系統(tǒng)

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(tǒng)

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(jié)合的路燈控制方案，采用了組態(tài)軟件、PLC控制模塊、單片機(jī)采集模塊、GRPS通信模塊、ZigBee無線模塊等技術(shù)，靈活控制路燈的工作狀態(tài)，為路燈照明系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠、低成本的實(shí)施方案，不僅大大節(jié)約了鋪設(shè)通信電纜的費(fèi)用，而且達(dá)到了節(jié)能的目的。

PLC；無線監(jiān)控；GPRS；ZigBee

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，能源的開發(fā)和利用也顯得日益緊張起來。3月份以來，我國多地出現(xiàn)淡季“電荒”現(xiàn)象，而電能利用效率低下是導(dǎo)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(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，路燈數(shù)量增多，使得人們對(duì)電能節(jié)約以及路燈的管理要求也越來越高。采用先進(jìn)技術(shù)節(jié)約能源以及提高路燈自動(dòng)化控制與管理水平，已成為城市照明系統(tǒng)建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。

1 路燈照明管理現(xiàn)狀

1）照明設(shè)施開關(guān)燈統(tǒng)一性差，智能化水平低，不具備遠(yuǎn)程修改開關(guān)燈時(shí)間，不能根據(jù)實(shí)際情況修改開關(guān)燈時(shí)間，能源浪費(fèi)大，增加了財(cái)政負(fù)擔(dān)；

2）路燈設(shè)備分散，管理人員少，管理困難，不能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面地監(jiān)控設(shè)備運(yùn)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(fèi)人力、物力、財(cái)力，缺乏有效的故障預(yù)警機(jī)制。

2 ZigBee簡介

ZigBee是一種新興的短距離、低復(fù)雜度、低耗功、低傳輸速率、低成本的雙向無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。它是一種介于RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識(shí)別）和藍(lán)牙之間的技術(shù)[1]。

3 GPRS簡介

GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)是一種新的承載業(yè)務(wù)，提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的數(shù)據(jù)傳輸。GRPS永遠(yuǎn)在線，接入速度快，用戶可隨時(shí)與無線網(wǎng)絡(luò)保持連接，可使遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)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(chǔ)器，數(shù)字或模擬輸入/輸出接口，能夠完成邏輯、順序、定時(shí)、等功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置[3]。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)[4]。

5 系統(tǒng)工作原理

運(yùn)用組態(tài)軟件作為上位機(jī)的控制平臺(tái)，通過GPRS與現(xiàn)場控制器PLC通訊。監(jiān)控中心軟件通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向各個(gè)現(xiàn)場控制器發(fā)送動(dòng)作指令，使現(xiàn)場控制器完成各種配置和數(shù)據(jù)采集工作，并對(duì)現(xiàn)場控制器發(fā)送上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。現(xiàn)場控制器通過ZigBee無線通訊設(shè)備接收單燈控制器所發(fā)送來的信號(hào)，進(jìn)行分析處理并通過GPRS通訊系統(tǒng)向監(jiān)控中心發(fā)送信息，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的遠(yuǎn)程無線控制，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖Fig.1 System working principle

6 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由3部分組成 ：現(xiàn)場控制器、單燈控制器、監(jiān)控中心。

6.1 現(xiàn)場控制器

由PLC獨(dú)立控制模塊、GPRS通信模塊、ZigBee無線通信模塊等組成，完成數(shù)據(jù)采集、控制輸出、數(shù)據(jù)通信、故障報(bào)警等功能?，F(xiàn)場控制器通過GPRS與照明管理監(jiān)控中心服務(wù)器相連，通過ZigBee無線通信模塊與單燈控制器相連，以此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(jī)模塊組成。ZigBee無線模塊具有網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣ZigBee子網(wǎng)就有內(nèi)置冗余保證，如果網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點(diǎn)脫離網(wǎng)絡(luò)，無法工作，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)將自動(dòng)路由到一個(gè)替換節(jié)點(diǎn)保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定[5]。單燈控制器是路燈監(jiān)控系統(tǒng)中控制功能的執(zhí)行部分，控制路燈的狀態(tài)并監(jiān)測路燈運(yùn)行的電流、電壓、功率因素等，將這些參數(shù)通過無線方式傳送到現(xiàn)場控制器，同時(shí)接收來自現(xiàn)場控制器的所有控制指令，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jiān)控中心

監(jiān)控中心由監(jiān)控中心軟件、GPRS通信模塊組成，對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。監(jiān)控中心軟件可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、采集數(shù)據(jù)、建立數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析等功能，通過GPRS通信模塊實(shí)時(shí)掃描各路燈電量數(shù)據(jù)和輸出狀態(tài)，也可將監(jiān)控中心軟件發(fā)送的各種有效指令發(fā)送給現(xiàn)場控制器。遇到報(bào)警信息，通過GSM短信方式送至巡檢人員手機(jī)。

7 監(jiān)控中心軟件介紹

組態(tài)軟件是用于數(shù)據(jù)采集和過程控制的專用軟件，本系統(tǒng)采用組態(tài)王作為開發(fā)工具，它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，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(jiān)控中心軟件是整個(gè)路燈監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，它負(fù)責(zé)跟控制現(xiàn)場中的監(jiān)控終端進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要功能如下：

1）查詢功能 現(xiàn)場控制器將單燈的電壓、電流、功率、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)通過無線信道發(fā)送回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心主機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理后，以直觀的報(bào)表或圖表形式提供管理人員，為決策提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

2）控制功能 手控與自控相結(jié)合，提供靈活、可靠的開關(guān)控制功能，通過“設(shè)置參數(shù)”里的開關(guān)燈方案及開關(guān)燈時(shí)間，下發(fā)給現(xiàn)場控制器，讓現(xiàn)場控制器按指定的方案運(yùn)行。

3）設(shè)置參數(shù) 監(jiān)控中心可自動(dòng)或手動(dòng)執(zhí)行全控開關(guān)燈，也可控制任一單燈執(zhí)行開關(guān)燈，可隨意設(shè)置半夜燈或全夜燈模式，并對(duì)設(shè)置的參數(shù)和要求進(jìn)行保存。

4）報(bào)警功能 當(dāng)現(xiàn)場控制器主動(dòng)報(bào)警或檢測單燈控制器時(shí)發(fā)現(xiàn)有故障，監(jiān)控中心軟件發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)提醒工作人員，并在畫面上顯示故障報(bào)警位置狀況和類型，保存報(bào)警記錄的同時(shí)以短信息的方式通知現(xiàn)場巡檢人員。

5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與報(bào)表 統(tǒng)計(jì)各采集參數(shù)的數(shù)據(jù)信息，形成報(bào)表，便于分析研究，可打印報(bào)表。

8 結(jié)束語

本系統(tǒng)從路燈控制的具體要求出發(fā)，建立了友好的可視化界面，集無線通訊技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)于一體，有效的解決了路燈控制的靈活性、實(shí)時(shí)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等問題，抗干擾力強(qiáng)，通信穩(wěn)定，上位機(jī)給監(jiān)控終端發(fā)出的命令能準(zhǔn)確到位。不僅大大節(jié)約了鋪設(shè)通信電纜的費(fèi)用，更達(dá)到了節(jié)能能源的目的。

[1]朱永利，陳濤，郭少杰.ZigBee技術(shù)在無線抄表中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，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(fā)展有限公司.組態(tài)王6.53使用手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

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

[5]林方鍵，胥布工.基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)[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(hào)：201111059

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