CN110366294A - 一种路灯系统的防盗报警及故障监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路灯系统的防盗报警及故障监测方法，包括如下步骤：控制器通过三相电能采集模块采集三相电流即Ia、Ib、Ic，每个LED载波路灯的额定电流相等且记为Iled，设每条相线对应x个LED载波路灯；当实际采集的某相电流小于x×Iled时，判断该条相线对应的某些LED载波路灯有故障；当Ia、Ib和/或Ic在较短时间内快速下降时，就判断为线缆被盗或者线路断线。本发明利用路灯系统的现有硬件设备，综合实现对路灯系统的防盗报警及故障监测，仅仅通过更新设备的软件就可以兼顾实现线缆防盗和路灯故障预警的双重效果，一举多得，减少了因为设备本身带来的维护工作量和后期的管理工作量。

Description

一种路灯系统的防盗报警及故障监测方法

技术领域

本发明涉及一种基于载波通信的路灯系统的监测方法，尤其涉及一种路灯系统的防盗报警及故障监测方法。

背景技术

路灯系统是城市市政路灯照明系统的简称，主要包括主机和终端负载，基于载波通信的路灯系统的主机一般包括三相电能采集模块、三相载波采集模块、控制器和通信模块，终端负载一般包括多个单相的LED载波路灯。

路灯系统的电缆防盗及故障监测是重要的维护管理工作，传统的路灯电缆防盗主要采用如下两种方式：1、电力载波方式（PLC），即通过电力载波的通讯方式，建立防盗主机和防盗终端的组网，实现对线缆进行通讯来判断线缆是否被偷，系统组成一般为防盗主机，蓄电池和防盗终端设备；2、采用无线如GPRS通讯方式，将带有GPRS终端的设备分布于需要监测的线缆上，通过对终端的不断监控，来判断线缆是否被盗。

上述传统方式都是基于一套独立的监测系统，通过主机和终端负载的相互交互通讯完成对线缆的监测，且大部分在线缆停电时采用后备电池向线路进行直流供电，以实现无电防盗监测效果。所以，采用传统方式，用户需要额外增加一套系统，不但会增加成本，而且安装和应用都较为繁琐。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种利用原有硬件设备即可实现的路灯系统的防盗报警及故障监测方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种路灯系统的防盗报警及故障监测方法，所述路灯系统包括主机和终端负载，所述主机包括相互连接的三相电能采集模块、三相载波采集模块、控制器和通信模块，所述终端负载包括多个单相的LED载波路灯，所述路灯系统的防盗报警及故障监测方法包括如下步骤：

步骤1、控制器通过三相电能采集模块采集三相电流即Ia、Ib、Ic，每个LED载波路灯的额定电流相等且记为Iled，设每条相线对应x个LED载波路灯，则正常情况下有Ia=Ib=Ic=x×Iled；

步骤2、当实际采集的某相电流小于x×Iled时，控制器判断且标定该条相线对应的某些LED载波路灯有故障，再对每个LED载波路灯进行单灯状态查询，根据每个LED载波路灯的实际电流判断出是哪些LED载波路灯有故障，并将判断结果推送给用户，从而实现路灯故障检测；

步骤3、当Ia、Ib和/或Ic在较短时间内快速下降时，控制器依据电流的异常对对应相线的LED载波路灯进行点对点查询，超过10%以上相邻序号的路灯无应答时，就判断为线缆被盗或者线路断线，并发出线缆被盗或者线缆断线的报警信息，从而实现路灯系统电缆的防盗报警；这里的较短时间根据实际情况确定，一般以几秒至几十秒为主。

进一步，所述步骤2中，当实际采集的某相电流超过x×Iled的1.5倍时，控制器通过对该条相线的x个LED载波路灯进行一对一的电流查询，如果每个LED载波路灯的电流均小于或等于x×Iled的1.2倍，且该条相线的电流继续超过x×Iled的1.5倍，则判断线路出现故障，存在额外的负载或者线路故障，由此，持续检测5分钟，若该条相线的电流继续超过x×Iled的1.5倍，则发出该条相线存在线路故障或者额外负载情况的报警信息，从而实现故障的精准定位和标定。

进一步，所述步骤2中，当检测到某个LED载波路灯的实际电流忽大忽小且按周期性变化时，则判断该LED载波路灯的电源回路某处接触不良，并发出该LED载波路灯为电源故障且为闪烁故障的报警信息；当检测到某个LED载波路灯的实际电流为零或接近零，或者无法通信时，则判断该LED载波路灯已经损坏，并发出该LED载波路灯损坏的报警信息，从而实现精准定位故障点和故障灯具监测。

进一步，所述步骤2中，当检测到某个LED载波路灯的实际电流小于Iled且不接近零时，判断该LED载波路灯为灯头模组损坏的故障，并发出该LED载波路灯的灯头模组损坏的报警信息，从而实现精准定位故障点和故障灯具监测。

本发明的有益效果在于：

本发明利用路灯系统的现有硬件设备，通过采集首端的每相总电流、终端的每个LED载波路灯的电流并结合LED载波路灯的额定电流，综合实现对路灯系统的防盗报警及故障监测，并能实现精准定位故障点和故障灯具监测，仅仅通过更新设备的软件就可以兼顾实现线缆防盗和路灯故障预警的双重效果，在不增加成本的基础上，深度挖掘单灯控制器系统的控制潜力，实现对路灯系统的防盗报警及故障监测，一举多得，对于减少因为设备本身带来的维护工作量和后期的管理工作量均有显著的经济效益；通过实际的项目试运行情况来看，整套方案运行的可靠性高，线缆防盗的误报率低，值得推广应用。

附图说明

图1是本发明所述路灯系统的电路方框示意图；

图2是本发明所述三相电能采集模块的电流检测电路的电路结构示意图；

图3是本发明所述三相电能采集模块的电压检测电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明所述路灯系统包括主机和终端负载，所述主机包括相互连接的三相电能采集模块、三相载波采集模块、控制器和通信模块，所述终端负载包括多个（图中为n个）单相的LED载波路灯，通信模块与云平台服务器（图中未示）远程通信。

其中，三相电能采集模块，其核心为HT7036三相计量芯片，通过外挂三路电流互感器和三路电压互感器，实现对A，B，C三相电线进行电压、电流、功率的采集，便于后级控制器（采用微处理器即MCU）的数据收集、分析、处理。其中，电流、电压的检测电路具体实现形式如下：

（1）电流检测电路（三相完全相同，举例一个电路作为说明，其余2相实现方式和元件完全相同），其工作和实现方式见下：

如图2所示，CT1为电流互感器，型号为ZMCT103C，CT1的输出端和碳膜电阻R33、R34组成电流转电压信号的过程。其原理为：CT1产生的感应电流经过R33、R34，在R33、R34两端形成对应的交流电压信号，完成由电流信号转电压信号的转变，再经由碳膜电阻R36、贴片电容C36滤除CT1正半周信号的干扰信号通过V1P信号输出端子连接和MCU的V1P输入端子连接；碳膜电阻R37、贴片电容C37滤除CT1负半周信号的干扰信号通过V1N输出端子连接和MCU的VIN输入端子连接，由此完成输入电流的采集工作。

（2）电压检测电路，其工作实现方式如下：

如图3所示，VT1为电压互感器，型号为ZMPT107，VT1的作用是通过碳膜电阻R24、R26，VT1的初级组成变压器初级，VT1的次级在碳膜电阻R39的作用下形成一个比例与VT1初级的电压信号，经过碳膜电阻R40、贴片电容C39的滤波作用，经V3P输出端子连接进入MCU的V3P输入端子连接，由此完成输入电压的采集工作。

三相载波采集模块：是电力载波的三相信号采集器，其作用为配合控制器将设备组网、控制、数据收集通过电力线作为载体传输到LED载波路灯处，完成信号的调制解调工作。

通信模块：主要完成控制器的数据和云平台服务器的通讯工作，其上传下达的作用，本身不对数据进行分析和处理，本通信模块采用4G无线通讯方式和云平台服务器链接。

控制器：即MCU，是核心控制单元，也是控制、数据处理的核心单元，核心处理单元采用STM32F429IGT6，通过三相载波采集模块完成对后级LED载波路灯的组网、控制和数据收集等工作，并通过通信模块把设备的相关信息上传到云平台服务器。

LED载波路灯：包含载波单灯控制器、LED驱动电源和LED灯组件三大构件，其中，载波单灯控制器完成对后级LED驱动电源和LED灯组件电能的采集、开关灯、调光等常规操作并按主机的指令进行数据上报和动作执行。

本发明所述路灯系统的防盗报警及故障监测方法包括如下步骤：

步骤1、控制器通过三相电能采集模块采集三相电流即Ia、Ib、Ic，每个LED载波路灯的额定电流相等且记为Iled，设每条相线对应x个LED载波路灯，则正常情况下有Ia=Ib=Ic=x×Iled；

步骤2、当实际采集的某相电流小于x×Iled时，控制器判断且标定该条相线对应的某些LED载波路灯有故障，再对每个LED载波路灯进行单灯状态查询，根据每个LED载波路灯的实际电流判断出是哪些LED载波路灯有故障，并将判断结果推送给用户，从而实现路灯故障检测；

步骤3、当Ia、Ib和/或Ic在较短时间内快速下降时，控制器依据电流的异常对对应相线的LED载波路灯进行点对点查询，超过10%以上相邻序号的路灯（按现有道路灯杆间距一般为30-40米一盏，一条道路100盏路灯，则10%的比例为10盏灯，对应的线缆长度为300-400米）无应答时，就判断为线缆被盗或者线路断线，并发出线缆被盗或者线缆断线的报警信息，从而实现路灯系统电缆的防盗报警。

为了更加形象地描述本发明的防盗报警及故障监测方法，下面以更具体的实施例来进一步说明。

实施例1：

一种防盗报警方法，实现过程如下：

步骤1、按图1的系统施工组网完成主机对1#，2#，3#……n号路灯的组网控制，设备联调正常，每一盏单灯和系统主机的三相电能采集模块数据正常运行。此时，持续监控设备连续正常运行30分钟后，系统将主机处采集到的Ia、Ib、Ic和每个单灯Iled1、Iled2、Iled3……直至全部的单灯数据全部收集回来作为系统的初始化数据。

步骤2、举例说明系统的实现过程（其数据为了便于理解，采用整数数据，不代表实际产品运行电流数据）假设，每盏LED载波路灯功率为220W，电流1A，每相负载带10盏单灯。则A、B、C三相相线分别电流Ia=Ib=Ic=10A。

步骤3、当线路出现故障，A相线路中出现3盏路灯损坏（路灯损坏具有随机性和不确定性）则，此时A相的总电流Ia=7A，但是对于同时工作的B、C相，电流Ib=Ic=10A正常时，可以判断A相发生路灯故障。设备主机通过载波集中器，查询A相的LED载波路灯，得出1、2、3号路灯的故障，标记故障原因上传云平台服务器同时在地图上面标记故障路灯位置，解决了路灯故障的判断问题。这个为正常的路灯功能性判断。

步骤4、当线路出现被盗或者施工断线时，A、B、C三相线路中的路灯故障数量会在极端时间内同时发生电流减小甚至完全为0的情况。此时，主机设备处的三相电能采集模块采集回来的Ia、Ib、Ic总电流会出现明显的下降甚至为0A的情况。同时，主机依据电流的异常对后级的LED载波路灯进行点对点查询，超过10%以上的路灯无应答时，就可以标记为线路断线或者线缆被盗。主机设备，立刻通过数据通信模块向云平台服务器发出线缆断线或者线缆被盗的报警。从而及时有效的规避公共财产的损失。

实施例2：

一种线路故障检测方法，包括：

1、按前述的技术参数，路灯功率P=220W，电流I=1A，纯阻性负载功率因数为1，三相线路每相带负载10盏灯进行说明。

2、当整个线路调试正常后，路灯正常开灯，三相电路中的A相，Ia=单灯数量×单灯电流=10×1A=10A；功率Pa=单灯功率×A相单灯数量= 220W*10=2.2KW。

3、对于线路故障的判断，当Ia电流大约正常的10A且电流超过过15A时（即正常电流的1.5倍时），主机通过对线路的10盏灯进行一对一的电流功率查询，与之前正常运行的1A电流进行对比，通过查询回来的每盏灯电流小于等于1.2倍，即I=1.2×1=1.2A时，Ia=15A继续保持，大于灯具总电流12A时，主机可以判断，线路出现故障，存在额外的负载或者线路故障，由此，持续检测5分钟，Ia电流依然保持15A运行时，由主机通过数据通信模块向云平台服务器上报，A相线路存在线路故障或者额外负载的情况，提请检修告警，从而完成线路故障的判断。此时标记的故障位置为该配电柜位置，实现故障的精准定位和标定。

实施例3：

一种灯具故障预测方法，包括：

1、按线路故障检测的设定条件，当设备正常运行，A相负载中出现2盏灯具故障时，系统的判断和预警实现过程如下。

2、当其中2盏灯具出现模组损坏，或者灯具出现闪烁时，其灯具的电流会呈现规律性的降低。按灯具完全损坏（即不亮为例）进行说明，当这2盏灯损坏后，可以认为灯具电流趋近于0A的电流。

3、主机按设定程序对三相电流进行轮询和单灯查询的过程中，发现Ia<12A，实际读数为10A，此时，主机按预设定程序进入故障判断模式，启动对A相的单灯数据查询指令，1-10号路灯灯头分别回传数据，其中假设2号与4号路灯损坏，且无法进行通讯的极端故障，其余1、3、5、6、7、8、9、10号路灯回传数据正常。

4、此时，系统主机通过对单灯数据的采集和分析，标定2、4号路灯故障且因为电流为0A，则经主机的预设定程序，通过数据通信模块向云平台服务器上报A相线路的2、4号路灯损坏，提请更换检修的报警，完成灯具故障的预测。实现精准定位故障点和故障灯具的作用。

实施例4：

一种灯具故障类型判断方法，包括：

1、按前述的灯具故障判断模式，当其中一盏路灯出现模组损坏故障时，其故障类型的判断和实现方式如下。

2、为了便于阐述实现过程，假设6号路灯灯头出现故障。当6号路灯灯头的其中一个模组出现损坏时，假定定该模组损坏导致的电流减少为0.5A，即当前6号路灯灯头的电流为0.5A（相较于正常的10A降低了0.5A电流），其余1、2、3、4、5、7、8、9、10号路灯电流正常，主机查询A相电流Ia=9.5A，与正常运行的电流差距0.5A，则主机启动对A相单灯系统的查询，一次查询1-10号路灯，按查询结果可知，6号灯头的电流为0.5A比正常的1A减少一半，其余路灯电流正常，则主机按预设定程序，判断为6号路灯灯头模组损坏1组，主机标记6号路灯灯头故障情况，并通过数据通信模块向云平台服务器上传A相6号路灯灯头损坏模组1组，提请检修报警，从而完成路灯灯头模组损坏的故障精确定位，提高了路灯运维人员的判断准确性。

3.3，当路灯灯头出现电源损坏，引发的闪烁时，其电流呈现周期性的变化，且电流的变化幅度和频次在一定程度上是相同的。基于这个基础，我们做如下说明；

3、当路灯出现电源引发的闪烁问题时，该路灯灯头的电流呈现周期性的变化，其电流值的大小幅度基本一致。为便于说明，将灯亮时的电流假定为1A，闪烁时电流为0.2A，其按一定的周期进行变化。基于这个基础，当单灯控制器的电流检测电路侦测到路灯灯头的电流出现了这种周期性电流变化，且输入电压稳定时，其中单灯故障侦测判断。持续1分钟的电流检测，如果在检测期间，电流按1A-0.2A-1A-0.2A的周期性变化时，单灯控制器将该灯具标记为电源故障，故障类型为闪烁。待主机对单灯进行定时查询时，单灯控制器将本单灯控制器监测到的故障按故障类型进行上报给主机，主机登记该单灯的单灯号如7号单灯并通过数据通信模块向云平台服务器上传A相7号单灯电源故障，提请检修报警，从而完成路灯灯头电源故障引发的灯具闪烁且精确标记故障定位，提高了路灯运维人员的判断准确性。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种路灯系统的防盗报警及故障监测方法，所述路灯系统包括主机和终端负载，所述主机包括相互连接的三相电能采集模块、三相载波采集模块、控制器和通信模块，所述终端负载包括多个单相的LED载波路灯，其特征在于：所述路灯系统的防盗报警及故障监测方法包括如下步骤：

步骤1、控制器通过三相电能采集模块采集三相电流即Ia、Ib、Ic，每个LED载波路灯的额定电流相等且记为Iled，设每条相线对应x个LED载波路灯，则正常情况下有Ia=Ib=Ic=x×Iled；

步骤2、当实际采集的某相电流小于x×Iled时，控制器判断且标定该条相线对应的某些LED载波路灯有故障，再对每个LED载波路灯进行单灯状态查询，根据每个LED载波路灯的实际电流判断出是哪些LED载波路灯有故障，并将判断结果推送给用户，从而实现路灯故障检测；

步骤3、当Ia、Ib和/或Ic在较短时间内快速下降时，控制器依据电流的异常对对应相线的LED载波路灯进行点对点查询，超过10%以上相邻序号的路灯无应答时，就判断为线缆被盗或者线路断线，并发出线缆被盗或者线缆断线的报警信息，从而实现路灯系统电缆的防盗报警。

2.根据权利要求1所述的路灯系统的防盗报警及故障监测方法，其特征在于：所述步骤2中，当实际采集的某相电流超过x×Iled的1.5倍时，控制器通过对该条相线的x个LED载波路灯进行一对一的电流查询，如果每个LED载波路灯的电流均小于或等于x×Iled的1.2倍，且该条相线的电流继续超过x×Iled的1.5倍，则判断线路出现故障，存在额外的负载或者线路故障，由此，持续检测5分钟，若该条相线的电流继续超过x×Iled的1.5倍，则发出该条相线存在线路故障或者额外负载情况的报警信息，从而实现故障的精准定位和标定。

3.根据权利要求1或2所述的路灯系统的防盗报警及故障监测方法，其特征在于：所述步骤2中，当检测到某个LED载波路灯的实际电流忽大忽小且按周期性变化时，则判断该LED载波路灯的电源回路某处接触不良，并发出该LED载波路灯为电源故障且为闪烁故障的报警信息；当检测到某个LED载波路灯的实际电流为零或接近零，或者无法通信时，则判断该LED载波路灯已经损坏，并发出该LED载波路灯损坏的报警信息，从而实现精准定位故障点和故障灯具监测。

4.根据权利要求1或2所述的路灯系统的防盗报警及故障监测方法，其特征在于：所述步骤2中，当检测到某个LED载波路灯的实际电流小于Iled且不接近零时，判断该LED载波路灯为灯头模组损坏的故障，并发出该LED载波路灯的灯头模组损坏的报警信息，从而实现精准定位故障点和故障灯具监测。