基于5G的智能電網(wǎng)開關(guān)檢測(cè)診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

孫紅軍，張蓉

(江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，廣東江門，529000)

0 引言

道路路燈是我們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅３Ｒ姷臇|西，他為我們的交通帶來(lái)許多方便，讓我們夜間行駛更加安全，更加流暢，減少了交通擁堵，提高了人們的生活質(zhì)量。但是現(xiàn)有道路路燈依然有挺多不足的地方，一旦出現(xiàn)故障，需要修理，整條路燈都需要關(guān)掉，一個(gè)一個(gè)去排查，耗時(shí)耗力。一旦出現(xiàn)故障，工作人員不能及時(shí)知道并進(jìn)行修理，極大影響道路車輛的安全行駛。我們研發(fā)的基于5G 的智能電網(wǎng)開關(guān)檢測(cè)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能判斷路燈何時(shí)出現(xiàn)故障，并馬上通知工作人員進(jìn)行檢修，通過每三十秒上報(bào)一次產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，可分析路燈建設(shè)質(zhì)量等，通過后臺(tái)路燈管理系統(tǒng)精確的找出故障點(diǎn)，提高維護(hù)效率?；?G 的智能電網(wǎng)開關(guān)檢測(cè)診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，主要功能是通過智能通信模塊檢測(cè)路燈漏電狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)和上報(bào)云平臺(tái)及工作人員移動(dòng)端，以便于相關(guān)人員對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的管理和維護(hù)。產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)可用于分析各區(qū)域路燈保養(yǎng)情況等。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由硬件裝置和軟件管理系統(tǒng)兩部分組成，硬件部分為智能檢測(cè)裝置，由EMC 輸入電路、隔離式開關(guān)電源模塊、LED 燈組模塊、漏電開關(guān)輸入檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、MCU主控模塊（STM32）、通訊模塊(物聯(lián)網(wǎng)通訊模塊NB-IOT)、天線電路以及SIM 卡電路等組成；軟件管理系統(tǒng)，分為Web 前端和移動(dòng)app 端，由資產(chǎn)管理子系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)管理子系統(tǒng)、故障處理子系統(tǒng)和輔助管理子系統(tǒng)等組成。在NB-IOT 技術(shù)、5G通信技術(shù)、云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，數(shù)據(jù)控制更準(zhǔn)確、及時(shí)、穩(wěn)定，包括智能監(jiān)測(cè)裝置采集環(huán)境信息和軟件管理系統(tǒng)監(jiān)控收集路燈的狀態(tài)信息，對(duì)收集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，通過歷史數(shù)據(jù)分析與對(duì)比，可用于分析各區(qū)域路燈保養(yǎng)情況，為后期維護(hù)提供有效預(yù)防措施，具有深度學(xué)習(xí)功能。

圖1 通信模塊方案框圖

1.1 硬件部分

（1）通信系統(tǒng)

目前項(xiàng)目通訊系統(tǒng)的實(shí)施考慮到先開展點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試與運(yùn)行，故采用的是工業(yè)4G/2G 模塊，若后續(xù)開展多點(diǎn)采集傳輸模式，可考慮采用物聯(lián)網(wǎng)模塊，開展區(qū)域范圍內(nèi)采集，集中與服務(wù)器對(duì)接傳輸方式實(shí)施。通過智能檢測(cè)裝置采集周邊環(huán)境信息和檢測(cè)路燈漏電狀態(tài)，MCU 主控模塊根據(jù)環(huán)境信息、軟件管理系統(tǒng)選擇控制LED 燈組開關(guān)狀態(tài)和調(diào)光強(qiáng)弱，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)和上報(bào)云平臺(tái)及工作人員移動(dòng)端，以便于相關(guān)人員對(duì)路燈運(yùn)行狀態(tài)的管理和維護(hù)。

通過EMC 輸入電路進(jìn)入隔離式開關(guān)電源，如果能夠正常工作，系統(tǒng)將正常運(yùn)行。出現(xiàn)短路或者其他問題，隔離式開關(guān)電源會(huì)輸入漏電開關(guān)輸入檢測(cè)電路，再輸入MCU 控制單元，再由MCU 控制單元輸入通訊模板，再由天線電路發(fā)出信號(hào)。

（2）電腦端智能電網(wǎng)開關(guān)檢測(cè)診斷系統(tǒng)

系統(tǒng)的軟件管理系統(tǒng)，分為Web 前端和移動(dòng)app 端，由資產(chǎn)管理子系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)管理子系統(tǒng)、故障處理子系統(tǒng)和輔助管理子系統(tǒng)等組成。資產(chǎn)管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)路燈設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入和導(dǎo)出并通過 GPS 定位技術(shù)，通過圖形化手段，將照明資產(chǎn)按實(shí)際情況反映在系統(tǒng)電腦界面上；運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)路燈控制管理、能耗管理，即在路燈實(shí)際運(yùn)營(yíng)維護(hù)和管理過程中，通過路燈照明的智能控制，以及結(jié)合后期綜合評(píng)價(jià)分析結(jié)果調(diào)整照明策略，降低路燈能耗最終以實(shí)現(xiàn)智慧路燈節(jié)能；故障處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)路燈故障分析報(bào)警，通過移動(dòng)應(yīng)用軟件（APP）在移動(dòng)終端上實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈控制的各種維修操作，實(shí)現(xiàn)從派工、現(xiàn)場(chǎng)施工到完工報(bào)告的流程化管理、海量數(shù)據(jù)管理；輔助管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)員工管理、區(qū)域管理。

1.2 系統(tǒng)中的設(shè)備列表及故障消息

設(shè)備的狀態(tài)全部都可以在web 網(wǎng)頁(yè)上看到的，如果正常運(yùn)行的話，設(shè)備狀態(tài)顯示正常，如果出現(xiàn)異常的話循環(huán)系統(tǒng)就會(huì)監(jiān)測(cè)到，由STM32 發(fā)送到AT 指令至NB-IOT 模組中去，再上傳至云服務(wù)器中，最后呈現(xiàn)在WEB 網(wǎng)頁(yè)上，設(shè)備狀態(tài)可以一目了然，同時(shí)也可以找到相對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)，不用一個(gè)一個(gè)去排查?？梢栽谙到y(tǒng)·中看到哪些燈是壞的哪些具體位置在哪里，具體是什么時(shí)間壞的，修理好后可以去編輯，編輯中有處理，已處理，處理中。

圖2

1.3 web 的數(shù)據(jù)狀態(tài)指標(biāo)和數(shù)據(jù)分析

從那些指標(biāo)中，可以不同時(shí)間段的燈式指標(biāo)，越高的表示越這個(gè)段出故障的幾率最大。同時(shí)也可以在web 的上報(bào)指標(biāo)中，可以看出來(lái)不同月份的頻率狀態(tài)，出現(xiàn)故障頻率高的，一般這個(gè)時(shí)間段下雨量大，所以才導(dǎo)致頻率增大。

圖3

1.4 手機(jī)APP 智能電網(wǎng)開關(guān)檢測(cè)診斷系統(tǒng)

我們的APP 系統(tǒng)中的設(shè)備列表，分析處理和匯報(bào)消息APP 設(shè)備的狀態(tài)全部都可以在手機(jī)瀏覽器網(wǎng)頁(yè)上看到的，如果正常運(yùn)行的話，設(shè)備狀態(tài)顯示正常，如果出現(xiàn)異常的話循環(huán)系統(tǒng)就會(huì)監(jiān)測(cè)到，由STM32 發(fā)送到AT 指令至nb-iot 模組中去，再上傳至云服務(wù)器中，最后呈現(xiàn)在手機(jī)瀏覽器網(wǎng)頁(yè)上，設(shè)備狀態(tài)可以一目了然，同時(shí)也可以找到相對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)，不用一個(gè)一個(gè)去排查。我們可以在手機(jī)系統(tǒng)中看到那些燈壞的具體位置在哪里，具體是什么時(shí)間壞的，修理好后可以去編輯，編輯中有處理，已處理，處理中。

圖4

2 總結(jié)分析

經(jīng)過我們的市場(chǎng)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，路燈漏電通常有下面的三種情況：一是線路老化，漏電造成了電能的損失，同時(shí)也危及行人的安全；二是電纜接頭絕緣處理不良，在低洼路段遭雨水浸泡而發(fā)生漏電危及行人安全；三是路面開挖的頻次加大，在此過程中也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)損壞路燈供電線纜造成漏電并危及施工人員的安全。發(fā)生路燈漏電造成人員傷亡的根本原因是，在目前的路燈配電系統(tǒng)中沒有使用漏電開關(guān)（剩余電流動(dòng)作斷路器）。由于漏電開關(guān)特別靈敏，在漏電流達(dá)到設(shè)定動(dòng)作值（mA 級(jí)）后0.3s 之內(nèi)就能夠切斷電源，所以裝漏電開關(guān)是解決觸電問題的關(guān)鍵。但是也因?yàn)槁╇婇_關(guān)特別靈敏，在裝設(shè)之后可能會(huì)出現(xiàn)經(jīng)常性的誤動(dòng)作，導(dǎo)致路燈無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的照明功能。意大利GEWISS 的自復(fù)位漏電開關(guān)可以完美地解決這個(gè)矛盾。同時(shí)在產(chǎn)品中加入通訊模塊，即可實(shí)時(shí)檢測(cè)路燈狀態(tài)，出現(xiàn)漏電等故障時(shí)立即上報(bào)至云平臺(tái)，并提醒相關(guān)負(fù)責(zé)人員，立即對(duì)故障路燈進(jìn)行管理與維護(hù)。無(wú)需人工逐一檢查路燈狀態(tài)，而由系統(tǒng)對(duì)路燈狀態(tài)進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)具有針對(duì)性的智能化管理。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有降低工作量，降低運(yùn)營(yíng)成本，硬件安裝方便，功能穩(wěn)定，使用便捷，可視化強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。為城市路燈管理提供良好的技術(shù)支持，具有較大的社會(huì)效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。