CN107347226A - 一种编组站智能照明控制系统 - Google Patents

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CN107347226A CN201710416203.2A CN201710416203A CN107347226A CN 107347226 A CN107347226 A CN 107347226A CN 201710416203 A CN201710416203 A CN 201710416203A CN 107347226 A CN107347226 A CN 107347226A
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light
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王琛
贾正强
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    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • H05B47/11—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the brightness or colour temperature of ambient light
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

本发明属于智能照明控制领域，具体涉及一种编组站智能照明控制系统。包括智能照明控制系统,通讯方式以及软件平台；控制系统包括控制中心和现场控制系统；根据时间和光照度信息融合，实现照明分组控制；智能照明控制系统由三部分组成，一个控制中心和n个现场控制器，以及无线通信网络；控制中心采用工业级塔式服务器，基于无线方式实现对站场灯塔设备的远程集中设置和控制。本发明采用数字滤波的方法，使系统不受环境干扰，避免照明灯误触发，提高了照明灯的使用寿命；此外采用2.408GZigbee无线组网，无需入网申请，不产生通讯费用；采用集中管理软件，提高了工作效率，降低了维护成本。

Description

一种编组站智能照明控制系统
技术领域
本发明属于智能照明控制领域，具体涉及一种编组站智能照明控制系统。
背景技术
目前，铁路站场照明主要采取灯塔和灯桥作为照明设备，以灯塔为主，辅以少量灯桥。光源种类主要是高压钠灯，多为400瓦和250瓦钠灯。一般情况下站场照明灯具数量多，用电量大，照明用电量为KW，年照明用电量达万度。铁路站场照明基本上是仅仅实现简单的开关控制，没有实现节能控制，电能浪费巨大。运营部门基本上是天黑开灯，天亮关灯，没有实现按照需要照明场区夜间作业量的大小及作业时间的长短控制灯具开启的数量和时间以及没有实现按照不同作业对照度需求进行亮度调节，造成了能源的浪费和运营成本的增加。市场上现有的照明控制产品功率小，不能满足多数铁路站场的需求；功能单一，一般多为时间控制方式；缺少配套的管理软件，需要工作人员到现场设置开关灯时间。另外还有少数产品采用了光控的方式，但存在容易受到外界环境的灯光的无干扰，导致灯的使用寿命降低。这些产品管理模式简单粗犷，导致大量电能资源的浪费。
发明内容
本发明针对上述情况结合先进的智能照明控制理念和技术体系，提供一种实现网络化、智能化、集约化的编组站站场照明设备节能管理控制的编组站智能照明控制系统。
本发明的目的是这样实现的：
一种编组站智能照明控制系统：
包括智能照明控制系统,通讯方式以及软件平台；控制系统包括控制中心和现场控制系统；根据时间和光照度信息融合，实现照明分组控制；智能照明控制系统由三部分组成，一个控制中心和n个现场控制器，以及无线通信网络；控制中心采用工业级塔式服务器，基于无线方式实现对站场灯塔设备的远程集中设置和控制；现场控制器负责控制现场照明设备的开、关；无线通信网络负责向现场控制器传递控制中心发送的控制指令，以及现场控制器发送的响应信息。
所述的通讯方式，采用Zigbee无线网络实现照明系统的集中管理；控制中心基于有线网络和无线通信网络核心网连接，将控制指令通过无线通信网络的核心网发送到接入网，并通过接入网以无线通信的方式与现场控制器之间实现通信；现场控制器基于无线网络对控制中心的控制指令进行响应。
所述的软件平台，服务器软件为单机版；主界面采用工艺流程图的方式显示灯塔和灯桥的地理分布图；鼠标放到灯塔或灯桥上时，显示灯的开关情况，运行状态，功率，光照度；软件以列表的方式显示历史数据，具有查询功能，打印功能，参数配置功能，控制功能，能耗统计功能。
本发明的有益效果在于：本发明采用数字滤波的方法，使系统不受环境干扰，避免照明灯误触发，提高了照明灯的使用寿命；此外采用2.408GZigbee无线组网，无需入网申请，不产生通讯费用；采用集中管理软件，提高了工作效率，降低了维护成本。采用分组和时间光照度信息融合，分组控制的方式，实现照明按需控制，在满足照明需求时，减少开灯时间，节约电能。系统具有本地手动模式，在特殊作业要求下人工控制照明，增强应急能力；具有电量计量统计功能；照明灯故障定位报警功能，降低维修成本。
附图说明
图1编组站智能照明控制系统传出流程图；
图2智能照明控制系统逻辑结构图；
图3现场控制系统硬件结构图；
图4灯塔控制箱图；
图5灯桥控制箱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
本发明所涉及的智能照明系统主要包括控制中心，网络传输，现场控制三个部分。传输流程如图1所示。其中每个现场控制器上面都安装了ZIGBEE无线传输模组。如此，现场控制器实时反映现场的情况，将信号传输到LTE基站，然后信号通过LTE集群核心网设备传达到网络交换机，最后到达控制中心，控制中心通过现场情况对现场进行控制。控制信号通过反方向传到现场控制器中。
该智能照明系统具有定时控制，光照度控制和人工控制等多种方式，能随时调整灯光的开/关时间。在货场特殊作业的要求下能通过人工控制进行应急调度。产品将“寻灯查找故障”改为“值班等待报警”，减少“寻灯”人员和车辆损耗，降低维修陈本。在已经知道了故障的地点和情况，可以缩短到达维修地点的时间、提高检修率，降低维护成本。系统将采集到的数据自动进行存储、统计，并能随时进行查询和打印，为管理现代化提供基本数据依据。系统能提高开/关灯的可靠性和可查性，避免白天亮灯、晚上熄灯情况的出现。设备预置合理的开关灯时间和光照度值的方案，在满足照明需求时，有效减少了开灯的时间，从而节约了大量的电能。通过减少开灯时间，能有效延长灯具的使用寿命，可有效降低运行成本，进一步提高经济效益。
铁路站场照明设有自控和就地手动方式，自控采用光照度、时间控制灯方式，而就地手动方式多用于检修或在自动、远控方式发生故障时使用。铁路站场照明一般是在有作业需要时开启照明，在无作业需要时关闭照明，以节约电能。光照度、时间控制可以根据室外光线强度或设定好的时间来控制灯的开启，如采用光照度控制，白天光线充足，灯会自动关闭，当天黑或者阴天的时候，将灯自动开启；如采用时间控制，灯将在设定的时间自动开关；另外设有远控方式，工作人员可以在远程终端随时了解现场照明情况，实现照明的远程控制。项目研究的重点将光照度、时间、现场需求信息融合，建立一个节能控制模型。
灯塔和灯桥上安装通信模块，通过Zigbee无线通讯网络方式与服务器通讯，将工作状态实时统计于服务器中。
项目软件平台采用一台服务器和多台工作机方式，可以方便的实现灯塔/灯桥的录入查询管理、功耗信息查询、自动开关灯计划任务制定及下发、损坏报警处理等。工作机只要与服务器在同一网段，工作人员就可以操作、查询现场照明。
智能照明控制系统由三部分组成，一个控制中心和n个现场控制器，以及无线通信网络。如图2所示。现场控制器向控制中心传递现场信息，控制中心向现场传递指令，传输方式都是无线传输。
控制中心采用工业级塔式服务器，运行windowsserver版操作系统，基于无线方式实现对站场灯塔设备的远程集中设置和控制。
操作人员可使用控制中心来远程设置现场照明设备的自动开启关闭事件，也可以使用控制中心远程控制现场照明设备的开、关。另外，操作人员可以在远程查询现场照明设备的工作状态(开、关)，以及查询现场照明设备的耗电量。
现场控制器负责控制现场照明设备的开、关。
现场控制器基于无线方式接收、解析并存储控制中心的控制指令，根据控制指令(时间阈值和光照度)来自动开、关现场照明设备。另外，现场控制器也可以根据控制中心的指令控制现场照明设备的开、关，实现现场照明设备远程集中控制，是编组站智能照明控制系统的核心设备。现场控制器可以响应控制中心发送的查询指令，向控制中心发送现场照明设备的当前状态以及照明设备的耗电量等信息。
现场控制器与控制中心之间通过无线方式通信。现场控制器提供手动切换方式，当通信网络故障或者根据现场需要，手动切换到现场手动控制方式。
本系统采用TD-LTE宽带集群无线通信系统作为智能照明控制系统的信息传输通道，负责向现场控制器传递控制中心发送的控制指令，以及现场控制器发送的响应信息。TD-LTE宽带集群无线通信系统覆盖整个站场。基于该无线通信系统作为数据传输链路，无需在站场内部署光纤以及其他有线链路，极大地节省了工程投资，并能够缩短工程周期。
2.网络拓扑结构
控制中心基于有线网络和无线通信网络核心网连接，将控制指令通过无线通信网络的核心网发送到接入网，并通过接入网以无线通信的方式与现场控制器之间实现通信。现场控制器基于无线网络对控制中心的控制指令进行响应。
3.控制系统
现场控制系统如图3所示，包括控制器、TD-LTE通讯模块、功率检测模块、光敏传器、按键、指示灯、功率控制接口。
控制器1路AD接口，用于采集光照度。采用数字滤波的方法，有效抑制车灯等光源的误干扰。5路交流接触器控制接口。光电隔离，弱信号控制强信号，增加系统的安全性和可靠性。1路RS485接口，采集电量及控制调光电子镇流器输出功率。通讯接口采用瞬态抑制二极管，抑制电缆线上的尖峰脉冲。1路TD-LTE模块控制接口。1路时钟模块。
功率检测模块通讯部分为两路RS-485、MODBUS-RTU协议，1路485通讯可用来采集实时数据，1路485(可扩展为无线)可用来本地查看数据。
控制系统分为自动和手动两种工作模式。
现场控制器默认状态运行在自动控制模式，按照本地存储器中存储的配置参数根据时间和照度控制灯的开关，将光照度值、电功率、消耗的电量、系统状态实时地上传到集中室。集中室可以随时干预现场控制器的工作：1.集中室可以远程配置现场控制器的工作参数，存储到本地的存储器中。2.零时控制任一组灯的开关，现场控制器将这一状态保持12小时候，返回到本地存储器中存储的参数运行。3.命令现场控制器按本地存储的运行参数运行。
如果集中室系统异常或现场控制器通讯模块异常时，可以通过按键将现场控制器设为手动模式，手动控制灯的开关。不管是自动模式还是手动模式，灯的分组都是一样的。
4.工作模式
模式1：只根据时间开关照明灯，光照度计只检测，测量数据不作判断。
模式2：解决特殊天气光照度不足的问题。未到开关灯时间，但阴雨或沙尘暴等恶劣天气光照度不足，设备自动开启照明灯。到开关灯时间，设备开启照明或关闭照明，对光照度不作判断。
模式3：解决开关时间未能及时更新的问题。未到开关灯时间时，设备与模式2运行一致；当设备到开灯时间，但光照度很强时，控制器执行关灯动作；当设备未到关灯时间，但光照度很强时，控制器执行关灯动作。
4.控制器通讯协议
波特率9600，数据位8，停止位1位，无校验位。
控制室服务器与控制箱通信协议：(数据为16进制)
控制室服务器用RS232接口接收数据！
命令1：时间初始化配置
发送：
长度：功能码+协议内容(不包括帧头、帧尾、长度字段)
功能码：D1表示传送数据，格式为16进制
表格中加粗部分为本系统自定义的协议内容
时间格式为16进制如下：
8001(PC)发送数据到地址8002的控制箱(16进制)：
AA0BD18002010D30081E121E0555
8001(PC)发送成功返回：AA010055
说明：当前时间(0D30)：13:48
早晚开关时间(041E1300)
早上(041E)：04:30表示早上4:30关灯
晚上(1300)：19:00表示晚上19点开灯
字节05表示强制开关时间5小时
返回说明：
1字节 1字节 1字节 1字节
0XAA 长度 状态码 0x55
状态码说明如下：
命令2：其他初始化配置
发送：
长度：功能码+协议内容(不包括帧头、帧尾、长度字段)
功能码：D1表示传送数据，格式为16进制
表中加粗部分为本系统自定义的协议内容
格式为16进制如下：
8001(PC)发送数据到地址8002的控制箱(16进制)：
AA13D180020214636C636C636C636C636C03E8000055
8001(PC)发送成功返回：AA010055
说明：加热器动作温度(14)：零下20℃
第一组灯开关光照度(636C):25452LUX
第二组灯开关光照度(636C):25452LUX
第三组灯开关光照度(636C):25452LUX
第四组灯开关光照度(636C):25452LUX
第五组灯开关光照度(636C):25452LUX
灯塔/灯桥总功率(03E8):1000W
备用:0x000x00
如果为灯塔：前三组有效，四五组无效
如果为灯桥：五组有效。
返回说明：
1字节 1字节 1字节 1字节
0XAA 长度 状态码 0x55
状态码说明：
命令3：轮询采集命令
发送：
长度：功能码+协议内容(不包括帧头、帧尾、长度字段)
功能码：D1表示传送数据，格式为16进制
表格中加粗部分为本系统自定义的协议内容
首先返回:：AA010055(代表此次命令帧发送成功，控制箱已经接收到指令)
1字节 1字节 1字节 1字节
0XAA 长度 状态码 0x55
状态码说明：
接着返回待查询控制箱相关数据(最大等待时间3秒到30秒可设置)：
8001(PC)发送数据到地址8002控制箱(16进制)：
AA04D180020355
8001(PC)发送成功返回：AA010055
接着返回
8001(PC)收到数据到地址8002控制箱(16进制)：
AA0ED18001800218636C01150000440955
说明：源ID(8002)：控制箱的ID
当前温度(18)：24℃最高位为符号位1：负数0：整数；
当前光照度(636C)：25452LUX；
加热器工作情况(01)：01：加热器打开；00：关闭；
每组灯开关情况(15)：0x15对应二进制0b0001_0101：1：打开0：关闭；LSB代表第一组灯，倒数第二个字节代表第二组灯以此类推；
控制箱功率是否正常(00)：01：异常；00：正常；
电表电量(004409)：16进制最低的字节为小数位004409代表：68.9kwh；
命令4：强制开关控制
发送：
长度：功能码+协议内容(不包括帧头、帧尾、长度字段)
功能码：D1表示传送数据，格式为16进制
表格中加粗部分为本系统自定义的协议内容
格式为16进制具体如下：
8001(PC)发送数据到地址8002控制箱(16进制)：
AA05D18002041555
8001(PC)发送成功返回：AA010055
说明：强制开关：每组灯开关情况：0x15对应二进制0b0001_0101：1：打开0：关闭；LSB代表第一组灯，倒数第二个字节代表第二组灯以此类推；
返回说明：
1字节 1字节 1字节 1字节
0XAA 长度 状态码 0x55
状态码说明：
命令5：工作模式设定
发送：
长度：功能码+协议内容(不包括帧头、帧尾、长度字段)
功能码：D1表示传送数据，格式为16进制
表格中加粗部分为本系统自定义的协议内容
格式为16进制具体如下：
8001(PC)发送数据到地址8002控制箱(16进制)：
AA05D18002050155
8001(PC)发送成功返回：AA010055
说明：工作模式：0x01：工作模式1
0x02：工作模式2
返回说明：
1字节 1字节 1字节 1字节
0XAA 长度 状态码 0x55
状态码说明：
返回状态码如果不是00即发送不成功，3到30秒(可设置)间隔重新发送，重复次数3次，均不成功查询下一个控制箱。
以上所有命令返回状态码如果不是00即发送不成功，3到30秒(可设置)间隔重新发送，重复次数3次，均不成功查询下一个控制箱。
模式1：只根据时间开关照明灯，光照度计只检测，测量数据不作判断。
模式2：解决特殊天气光照度不足的问题。未到开关灯时间，但阴雨或沙尘暴等恶劣天气光照度不足，设备自动开启照明灯。到开关灯时间，设备开启照明或关闭照明，对光照度不作判断。由于钠灯工作机理，灯关闭半小时内，不会重新开启。
灯桥开关动作时间之外的光照度动作阈值：
光照度低于gz1(35lux)开启第一组灯
光照度低于gz2(20lux)开启第一、二组灯
光照度低于gz3(10lux)开启第一、二、三组灯
光照度低于gz4(5lux)开启第一、二、三、四、五组灯
光照度高于gz4+65(70lux)关闭第五组灯
光照度高于gz3+65(75lux)关闭第四、五组灯
光照度高于gz2+65(85lux)关闭第三、四、五组灯
光照度高于gz1+65(100lux)关闭第一、二、三、四、五组灯
模式3：解决开关时间未能及时更新的问题。未到开关灯时间时，设备与模式2运行一致；当设备到开灯时间，但光照度很强时，控制器执行关灯动作；当设备未到关灯时间，但光照度很强时，控制器执行关灯动作。由于钠灯工作机理，灯关闭半小时内，不会重新开启。
灯桥开关动作时间之外的光照度动作阈值：
光照度低于gz1(35lux)开启第一组灯
光照度低于gz2(20lux)开启第一、二组灯
光照度低于gz3(10lux)开启第一、二、三组灯
光照度低于gz4(5lux)开启第一、二、三、四、五组灯
光照度高于gz4+65(70lux)关闭第五组灯
光照度高于gz3+65(75lux)关闭第四、五组灯
光照度高于gz2+65(85lux)关闭第三、四、五组灯
光照度高于gz1+65(100lux)关闭第一、二、三、四、五组灯
开关动作时间之内光照度处理
开关灯时间内：光照度大于100lux关闭所有组灯，光照度小于40lux开启所有组灯，小于100lux保持开关状态。
到关灯时间：关闭所有组灯。
6.灯塔控制箱
灯塔控制箱如图4所示，底侧为走线紧固件，1个进线孔，3个出线孔，1个备用走线孔。右侧为光敏窗口。正常工作时，箱体门是上锁的。打开箱门后，为操作按键和状态指示灯，可以单独操控各组灯的开关。最里层是控制器，空气开关，交流接触器和接线端子排。控制器具有时钟模块，电量检测模块，光照度检测模块，控制接口，4G通讯模块。灯塔控制箱的尺寸大小为600mm*400mm*280mm。
灯桥控制箱如图5所示，尺寸大小为1200mm*600mm*400mm。结构分布于灯塔类似。

Claims (3)

1.一种编组站智能照明控制系统，其特征在于：
包括智能照明控制系统,通讯方式以及软件平台；控制系统包括控制中心和现场控制系统；根据时间和光照度信息融合，实现照明分组控制；智能照明控制系统由三部分组成，一个控制中心和n个现场控制器，以及无线通信网络；控制中心采用工业级塔式服务器，基于无线方式实现对站场灯塔设备的远程集中设置和控制；现场控制器负责控制现场照明设备的开、关；无线通信网络负责向现场控制器传递控制中心发送的控制指令，以及现场控制器发送的响应信息。
2.根据权利要求1所述的一种编组站智能照明控制系统，其特征在于：所述的通讯方式，采用Zigbee无线网络实现照明系统的集中管理；控制中心基于有线网络和无线通信网络核心网连接，将控制指令通过无线通信网络的核心网发送到接入网，并通过接入网以无线通信的方式与现场控制器之间实现通信；现场控制器基于无线网络对控制中心的控制指令进行响应。
3.根据权利要求1所述的一种编组站智能照明控制系统，其特征在于：所述的软件平台，服务器软件为单机版；主界面采用工艺流程图的方式显示灯塔和灯桥的地理分布图；鼠标放到灯塔或灯桥上时，显示灯的开关情况，运行状态，功率，光照度；软件以列表的方式显示历史数据，具有查询功能，打印功能，参数配置功能，控制功能，能耗统计功能。
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