LonWorks技术在路灯智能检测系统的应用

摘要:路灯是人们日常生活中必不可少的公共设施, 开发自动化程度高、运行可靠、高效节电、使用维护方便的先进路灯监控系统已成为当前的热点。文章就LonWorks技术在路灯智能检测系统的应用进行了分析。

关键词:路灯；智能检测；Lonworks；现场总线

中图分类号：TP27 文献标识码：A

随着我国城市规模的不断扩大,公共照明的需求也越来越大,每天全国有数以亿计的路灯被点亮,然而我国的路灯监控系统普遍存在通信效率和通信质量较低,控制手段简单等问题,这不仅造成了路灯的工作状态得不到及时监控,同时也浪费了大量的电能。因此传统的方式在现阶段已经不再适应。对于现阶段的路灯照明系统来说,基于智能化照明的智能检测系统是满足人们生活要求、保障人身安全、显示现代化城市形象的科学解决方法。

1 智能检测系统及现场总线技术特点

前路灯监控系统采用的通信技术多种多样，从智能检测控制系统的组成方式看,主要有总线型、无线网络型和电力载波型,但最为广泛使用的是技术相对成熟的总线型控制网络。总线型控制网络把照明线路中的控制箱作为现场总线中的一个网络节点,然后通过现场总线这个枢纽组成网络,所有的开关灯的状态信号以及采集的电量信号均通过现场总线网络进行通信,这样网络中的监控节点可以检测网络中所有设备的运行状态。

现场总线是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。总线采用星型、总线型、环型及混合型等网络拓扑结构,可以按不同结构采用不同的连接方式以降低布线的复杂度,提高可靠性和可维护性。其应用程序采用面向对象的设计方法,通过网络变量把网络通信的设计简化为参数设置,大大缩短了产品开发周期。Lonworks总线的特点满足智能照明系统所有的需求,因此在智能照明中获得了广泛的应用。

2 智能检测系统的组成

基于Lonworks总线的路灯智能检测系统由监控计算机与智能节点组成,系统结构如图1所示。

从图1可以看出,Lonworks控制网络主要是由智能节点构成,其是控制网络中前端的独立小系统,它与其监控外设互相联系,而且通过各种不同的通信介质和其它智能节点进行通信。在一个总线系统中,存在不同通信介质的时候也可以通过路由器来实现通讯。

智能节点负责采集现场信息、进行简单计算并通过通讯介质将现场信息提供给监控计算机。而作为路灯智能检测系统的大脑,监控计算机通过一系列的软件和硬件接口完成从Lonworks总线上接收或者发送信息,由于Lonworks总线传输采用的是Lon-talk协议,因此基于Lonworks总线系统一般都利用LonMaker以及LNSDDEServer使用动态数据交换DDE建立系统的监控、管理应用等功能,从而实现智能检测。

其中,LonMaker是一种网络集成工具,运行在网络操作系统LNS上并为用户提供界面。因此,一个完整的路灯智能监控系统的结构应该是按功能分为现场监控与监控管理两部分,其完整的结构系统如图2所示。

3 智能检测系统的实现

3.1 智能节点设计

本次系统设计以广州市某条市政路灯系统为背景,设计中智能节点采用LTM-10A模块,该模块是节点开发工具NodeBuilder3.1工具包的一部分,主要包括一个Neuron3015芯片、64kB闪存、32kBRAM、10MHz的晶体振荡器以及外部的I/O接口。

做为智能检测系统,智能节点必须对监控对象的状态进行采集分析。电能参数采集单元的功能是实时检测电网上L1、L2、L3三相的电压Ua、Ub、Uc和三相电流Ia、Ib、Ic的相位差和有效值,以此作为计算三相电的功率因数、有功功率等电能参数以及电网上的电压或电流是否超出电网参数允许工作范围的依据。

由于路灯的一条回路一般在50～300m之间,当回路上有灯具或者线路发生故障时很容易就可以查找出来,因此本次设计只是监控每条回路上的状态,智能节点单元结构,如图3所示。

模块单元在经过中断程序或经一段时间后采集电能参数,然后通过一系列的公式可计算出功率因数、有功功率等电能参数并将其上传。

3.2 监控软件的设计

Lonworks系统的最大优点是通信程序设计采用Neuron C 语言。Neuron C 在标准C 的基础上，提供了大量的硬件接口函数，只需调用相应的函数就可以使用该硬件资源； 而且，节点间的通信通过网络变量的绑定来实现，而通信过程完全由底层协议完成，方便了程序的开发。

电力线通信软件实现框图如图4 所示，系统定义了一个输入网络变量( i. Lon SmartSever 对节点的控制命令) 和一个输出网络变量( 节点对i. LonSmartSever 的返回数据)， 并与i. Lon SmartSever上相应的输出、输入网络变量绑定。发送数据时，改变本地输出网络变量，与之绑定的输入网络变量的值就会随之改变，而数据的传输过程则完全由底层协议完成，极大简化了程序的开发过程。

结束语

总之，Lonworks现场总线技术，在照明系统中，用于监测、控制、计量和诊断等用途，可以节约能源，降低维护费用，增进系统可靠性，提供更好的公共照明服务，同时为处理突发事件和人为原因的故障响应提供可靠的保障。

参考文献

[1] 盛元，基于LonWorks技术的路灯控制系统软件设计[J].计算机应用与软件，2007.07.

[2] 李月强， 吕乃光，邓文，燕必希.LonWorks技术在路灯配电监控系统中的应用[J].仪器仪表学报，2001.S2