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MMS照明無線監控

發布日期:2014-06-18    【字號:  

基于MMS的城市照明無線監控系統
(南京工業職業技術學院  張玲)

摘 要:針對城市照明綜合監控系統中照明燈覆蓋面廣、種類繁雜、控制要求多種多樣、信息量差別大、維護需及時等特點,本文研究基于MMS協議的城市照明無線監控系統,開發基于同一種接入與控制協議的無線數據傳輸控制平臺,通過統一的接入與控制協議來實現對城市照明系統的數字化控制,為城市照明綜合監控提供完整的解決方案。
關鍵詞:城市照明;無線監控;MMS協議

1  引言
  隨著信息化、數字化、網絡化技術的發展,“數字城市”已成為當今全球城市信息化建設的熱點。城市照明數字化是數字城市的重要組成部分,它是以新能源技術、照明技術、計算機控制技術、多媒體技術和通信技術為基礎,運用遙感、遙測、通信網絡等對城市的照明設施及照明效果進行動態監測與管理,并為“數字城市”管理系統提供輔助決策服務。
  無線網通信技術是城市數字照明系統中的關鍵技術,目前3G通信網絡、現場通信總線、短距離無線通信網(如ZigBee)等通信技術已發展成熟,完全能應用于照明系統的數據傳輸。城市照明綜合監控系統所涉及的照明燈覆蓋面廣、種類繁雜、控制要求多種多樣,各照明區域或不同類型燈具所包含的信息量差別很大。本文所闡述的城市照明無線監控系統,研究基于同一種接入與控制協議(MMS)的無線數據傳輸控制平臺,通過統一的接入與控制協議來實現對城市照明的數字化控制,為城市亮化照明控制提供完整的解決方案,同時在滿足城市亮化美化效果的前提下,盡可能地降低能耗、低碳環保,符合國家的能源政策。

2  系統體系結構
  城市照明無線監控系統可分為3個層次,分別是:(1)設置于全市和各區縣的統一的計算機監控系統WCS;(2)設置于各大樓、廣場、道路的區域控制器NCS;(3)設置于照明配電箱內的現場控制器LC。系統結構如圖1所示。

 

 

?。?)計算機監控系統WCS。協調整個城市景觀照明和路燈照明的運行及其綜合管理,對所有子照明系統進行控制和運行狀態監控。系統包括控制計算機、跨平臺操作系統、城市亮化照明控制軟件、設備信息管理系統、能耗管理系統、維護管理系統等。系統融合3G通信網絡,在城市監控中心與各區域監控分中心計算機之間形成一個統一的監控平臺。各區域控制器NCS系統首先通過3G網絡將照明監控數據上傳到各自的區域監控分中心,再通過3G網絡將各分中心的數據上傳到總監控中心。
 ?。?)區域照明控制器NCS。作為城市照明監控系統的重要組成部分,NCS負責采集現場設備的信息,處理后通過3G網絡上傳給本地監控中心,而本地控制中心的控制命令也通過3G網絡發送給區域控制器NCS,再由區域控制器直接控制相應設備或控制命令轉發給現場控制器LC。因此區域控制器應具有可靠性高、接口豐富、靈活方便、可擴展等特點。城市照明系統中的照明燈控制方式多種多樣,有的是分合控制,有的是明暗控制,有的是色彩控制,其中所包含的信息量差別很大。區域控制器與照明現場控制器之間的通信協議,既要能滿足彩色景觀燈大信息量的要求,又要能滿足燈具數量龐大的控制需求。因此參考MMS協議(MNS 是基于XML描述語言的制造報文規范、適用于多設備互聯),并在此基礎上做適當修改調整以滿足城市大范圍亮化照明控制的需求。
?。?)現場照明控制器LC。采用高速率的單片機(PowerPC)和嵌入式操作系統(Linux),內置嵌入式光纖100M以太網絡控制器,支持TCP/IP、UDP、HTTP等網絡協議,并可與無線GPRS/APN結合,組成遠程無線終端。每個亮化照明現場控制單元能提供簡單的回路電源分合控制,也可連接各類燈具的數字通信接口以及傳統的DMX512輸出接口。
  基于MMS的城市照明無線監控系統既支持網絡遠程控制(用于整個城市亮化照明),又可以是集中控制(用于區域亮化照明控制),并可以存儲一些控制場景,根據不同季節或主題表現效果的需要,自動播放預先編好的程序。同時系統具有開放接口,通過以太網可以與其他系統聯網,從而提高城市亮化照明系統的智能化控制水平。

3  系統通信協議與虛擬化建模

  城市綜合照明監控系統中會接入各種各樣的設備,還有不斷涌現的新設備。這些設備為我們的城市照明提供了豐富的表現手段和技術保障,但要讓如此眾多的設備依照一定的標準融入到一個系統中,并在控制計算機的統一調度之下協同工作卻絕非易事。
  在本系統中所有接入設備均采用RJ45以太網接口標準,支持10M/100Mbps高速以太網接口,在通信協議上則采用基于XML描述語言的制造報文規范MMS標準。
 MMS是由國際標準化組織ISO第184技術委員會—“工業自動化系統與集成”TC184制訂的一套用于開發和維護工業自動化系統的獨立國際標準報文規范。MMS是通過對真實設備及其功能進行建模的方法,實現網絡環境下計算機應用程序或智能電子設備(Intelligent Electronic Devices,IED)之間數據和監控信息的實時交換。國際標準化組織出臺MMS是為了規范工業領域具有通信能力的智能傳感器、智能電子設備IED、智能控制設備的通信行為,讓出自不同廠商的設備之間具有互操作性,使系統集成變得簡單、方便。
  對智能照明設備虛擬化建模VMD(Virtual Manufacturing Device)是本系統最重要的一個技術核心。MMS定義了MMS服務器應用過程的外部可見功能,此功能是由VMD的描述實體來建模的。VMD存在于MMS服務器應用過程中,構成信息處理任務部分,對一組資源進行監控,并與一個實設備IED在功能上相關。一個應用過程(AP)可以包含零個或多個VMD,如圖2所示。

 

 

  圖2中每個VMD表示一個虛擬智能設備,將照明燈具、電源設備、控制設備虛擬化為控制節點或測量節點。應用程序客戶端通過MMS系統操作VMD設備,再通過VMD操作到實設備。圖3所示為客戶端AP與VMD虛擬照明燈通信示意圖。

 

 

 MMS服務器中的VMD模型可以通過讀取IED的配置文檔(由XML語言描述)來獲得IED的配置信息,建立VMD中具體服務和具體變量與IED提供的服務和變量(例如測量值、自檢報告、故障事故報告、控制信號等)的映射關系。這一過程可以專門建立一個IED配置工具,采用配置描述語言XML來描述相關的IED配置和參數。SCL(分站區域描述語言)是通信標準的核心部分,主要是為了滿足抽象通信服務與MMS映射服務的對接要求。具體描述和應用體現在以下四類文件當中:
  (1)ICD文件。描述帶有固定數目邏輯節點的欲配置的IED能力,即描述未綁定到具體應用過程中的IED產品的結構和功能。
  (2)SSD文件。描述照明子系統功能和拓撲結構及通信設置。
  (3)SCD文件。用來說明如何將各個IED整合成為一個功能完善的綜合照明管理系統,是完整的配置過程。
  (4)CID文件。描述系統中實例化IED設備信息,將SCD文件中與實例IED有關的信息分離出來,生成CID文件,發給相應的IED進行具體的配置。
  參考MMS標準設計綜合照明計算機監控通信網絡和系統的標準,采用分層、面向對象建模等多種新技術,其底層直接映射到MMS上,為應用系統提供一致的通信界面。
  將MMS的建模特性應用到軟件系統的設計中,軟件設計也采用分層模塊化設計,將大大提高軟件系統的可靠性、可維護性和可擴展性。
  
4  系統軟件設計

城市照明無線監控系統WCS主站軟件采用分層模塊化設計,基于Windows環境開發,其開發、運行的操作系統均為Windows操作系統,包括目前主流的Windows XP、Windows7、Windows 2008 SERVER等。數據庫平臺為SQL SERVER 2008,采用視窗化語言設計,支持B/S(瀏覽器/服務器)與C/S(客戶機/服務器)相結合的組網結構,支持Internet遠程查詢和訪問,采用可視化語言設計,界面友好?;谠撈脚_開發的軟件功能強大、界面友好,便于操作維護,還可以實現多任務運行。圖4所示為系統軟件體系示意圖。

 

 ?。?)軟件系統特點
  系統以GIS地理信息為顯示背景圖,在背景圖上通過示意圖顯示每個終端的精確定位和終端屬性,包括光源、燈桿等詳細信息,為維護維修提供第一手準確資料。
 系統將路燈 (包括裝飾燈、廣告燈、亮化燈)等不同燈型燈具的監控和數據采集、處理融于一體,通過群控或組控實現不同燈型的控制。也可以根據不同時間及光照度進行控制。系統采取雙機熱備份,后備機可隨時轉換為前置機,并自動將數據存儲到服務器,前置機運行時會將所有數據存儲在本機并自動將數據備份在服務器上。隨著今后網絡的擴展,在網上新增的其他計算機均可以根據需求進行瀏覽、查詢和打印。
 ?。?)照明監控系統功能
  利用強大的界面設計功能,設計人機交互界面,實現對城市照明的控制操作、數據處理、數據及狀態顯示、數據查詢打印等管理功能,采用分層技術和錯誤處理編碼框架使程序嚴密、可靠性高,并通過嚴格的單元測試和集成測試。
 ?。?)地理信息系統(GIS)
 采用成熟的地理信息系統。通過GIS實現對各種路燈資料、相關市政設施資料與地圖信息相結合,各種設施分層管理,并與路燈地理信息數據庫緊密結合,既可以通過路燈地理信息數據庫查詢地圖上的各種信息,也可以通過地圖查詢各種設施的屬性,并且對市政設施進行詳細的分析統計。
 ?。?)WEB瀏覽查詢系統
  采用Asp.net技術,通過瀏覽器輸入主站網址和密碼就可以在任何一臺可上網的電腦上多人同時訪問監控主站的數據,進行遠程瀏覽、查詢。
  本系統采用與監控系統數據庫相同的結構和格式,兩數據庫完全兼容。能夠完全訪問監控系統數據庫,提供和監控系統完備的數據接口,實現對城市照明監控系統的歷史數據進行訪問和分析。提供各種圖形描述,包括曲線圖、柱圖等,為城市綜合管理提供必要的數據和圖形資料。
 ?。?)遠程維護、維修系統
  采用網絡技術實現遠程操作指導,快速響應故障維護需求,能有效地縮短故障維修響應時間。
 ?。?)短信報警系統
  采用短信控件技術開發的短信報警系統進行全方位管理,監控主站WCS對各子站時刻保持監控,并且與值班人員的手機保持聯系。一旦系統發生故障,監控計算機立即自動給值班人員手機發送短消息報警,這樣即使值班人員手機關機,也會在打開手機的第一時間收到報警信息。

 

5  結束語
  本文所闡述的城市照明無線監控系統可在全市范圍內對全夜燈、半夜燈和景觀燈實現網絡化控制,根據需要統一調度路燈、景觀燈的開/關,節約電能。系統具有自動報警和巡測、選測功能,調度人員可以在故障發生后的數秒內快速了解故障的地點和狀態,及時進行修復。在實際應用中還將融合能源考核管理系統,為創建我們的美麗、綠色、環保、節能型城市起到有益的作用。文中所涉及的制造報文規范MMS在接入設備繁雜的城市照明監控系統中的應用將越來越廣泛,并將推廣到其他城市監控管理系統中,為城市綜合管理系統中各種設備和信息相融合起到一定的示范作用。
  
  
參考文獻:
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