遠程分布式照度儀在城市照明自動化監控系統中的應用

廣州正力通用電氣有限公司 劉志祖

遠程分布式照度儀在城市照明自動化監控系統中的應用

廣州正力通用電氣有限公司 劉志祖

將城市的照明管理分成不同區域和路段，并按照不同區域和路段的性質及重要程度，依據分布式照度儀的實測照度，結合城市照明自動化監控系統，實現分區域和路段按不同的光照度實現遠程遙控開關燈的功能。

分布式照度儀；城市照明自動化監控

在城市照明領域，目前應用比較廣泛的是采用時控法和光控法對城市照明進行開關燈控制。

所謂的時控法，是以時間為唯一的開關燈依據，不論在任何季節條件下均只能在預先設定的時間進行開關燈，它有如下缺點：1.隨著季節或氣候的變化，需要人工干預來調整開關燈時間；2.在陰雨天光照度不足的情況下不能提前開燈，給市民出行活動帶來不便，同時在晴朗天氣的情況下已經開了燈但光照度仍然充足，不能提前關燈，造成浪費電力；3.絕大多數的時控設備的時鐘走時精度不高，造成開關燈的時間誤差。

所謂的光控法，是以照度儀實測的光照度滿足預設的開關燈條件來控制路燈的開關。目前光控法廣泛采用了在監控中心區域安裝照度儀來實現對整個監控區域的開關燈，它有如下缺點：1.照度儀的量程大（0－20000Lux），在光控開關燈的照度敏感區域（0-100Lux）內的照度測量誤差較大；2.整個監控區域只安裝一套照度儀來實現對整個監控區域的控制，造成管理的粗放，對季節性的短時雷雨暴風天氣應對能力差；3.沒有冗余控制，在光線不足的白天或有強光照射的夜晚，可能發生誤動作；4.城市夜晚景觀燈的建設對光控在市區的使用影響很大。

遠程分布式照度儀在城市照明自動化監控系統中的應用，克服了以上兩種傳統城市照明控制方法的不足。該系統采用時控和光控相結合的路燈控制方案，在正常情況下采用時控進行開關燈，同時系統會根據分布式照度儀的實測照度值來決定區域或路段路燈的開關，即能在陰雨天自動延長照明時間，在晴好天氣自動縮短照明時間，又能在在特殊情況下（如日食等特殊情況）也可以實現白天亮燈，這些措施可滿足市民對道路照明的需求，又避免了路燈的無畏開啟，減少了開燈時間，從而節約了大量的電能，可以產生較好的社會效益。

一、系統構成

遠程分布式照度儀在實際應用中，需要結合城市照明自動化監控系統的三遙功能。整個系統由前臺分布式照度儀系統、通訊系統、后臺城市照明自動化監控系統三個部分組成。前臺分布式照度儀系統實時測量照度值與預設值的開關燈限制比較，達到開關燈條件后，將開關燈指令通過通訊系統發送到后臺城市照明自動化監控系統，后臺系統對預設區域和路段的照明控制點發送遙控開關燈指令來實現分區域和路段的開關燈控制功能。該系統使城市照明管理更加精確、人性化，即通過合理的控制開關燈實現節能減排，又能滿足不同區域人類活動對照度值的要求，使城市照明管理向數字化、科技化、精細化管理邁進。

二、分布式照度儀系統

分布式照度儀系統主要由照度采集探頭、照度處理器、數據傳輸單元（DTU）三個部分組成。照度采集探頭主要功能是實時測量外界照度值，并且通過與照度處理器連接的485通訊線路，將實測數據傳輸到照度處理器，照度處理器最多能夠連接8個照度采集探頭；照度處理器的主要功能是存儲照度采集探頭的實測照度值，并且根據預設值在照度處理器內部的相關參數，分析出是否滿足開關燈條件情況；數據傳輸單元（DTU）主要起到前臺分布式照度儀與后臺城市照明自動化監控系統之間的雙向通訊作用，即分布式照度儀系統即可主動報告開關燈指令，又可以接受后臺城市照明自動化監控系統的遙控指令。

圖一 分布式照度儀在城市照明自動化監控系統中的應用系統圖

然而，城市照明的質量關系到民生的意義重大，任何誤操作都是不能被接受，因此，有必要采取相關技術措施，來確保分布式照度儀系統在城市照明自動化監控系統中能夠穩定、可靠的運行。

1.照度采集探頭的低量程和高精度

在城市照明的實際應用中，開關燈的照度值一般在20—50Lux左右。目前市場上的照度儀由于測量范圍寬，一般在0—20000Lux左右，這樣在50Lux左右的照度時誤差非常大，造成對城市照明的控制精度差。因此照度采集探頭設計的量程范圍為0—200Lux，同時選用的照度傳感模塊線性度高，受外界溫度等環境影響小，照度值的處理采用溫度補償，更是進一步的提高了照度采集探頭的精度，保證照度值的準確性、可靠性，有利于決策、分析。

2.冗余技術和投票表決程序

分布式照度儀系統中，采用了廣泛應用于航天和軍工方面的冗余技術，即每個照度處理器均可連接最多八個照度采集探頭，避免了單個照度采集探頭的故障對城市照明的誤動作而造成重大惡劣的影響。同時照度處理器內部集成智能的投票表決程序，該程序的原則是多數通過，即照度采集探頭的照度值，當多數達到預設的開關燈條件時，將觸發開關燈程序。

圖二 分布式照度儀系統結構圖

3.閉鎖技術

該技術的應用基于的前提是：在白天的時候，天空的亮度可能會因為氣象原因而變暗；而在夜晚的時候，天空的亮度不會因為氣象原因而變亮。照度處理器中可設置一段閉鎖時間區域，在該區域內部，可以達到光控開燈條件，但是不會發生光控關燈條件。在實際應用中，可將當天的開燈時間區域設置為閉鎖時間，那么在夜晚的時候，不會因為閃電以及城市照明的燈光直接射到照度采集探頭上而觸發關燈程序。該技術解決了分布式照度儀系統在夜晚受到外部條件影響的問題。

4.通訊模塊化以及通訊高成功率

隨著科學技術的發展，通訊技術也越來越成熟。在城市照明自動化監控領域，從傳統的虛擬專用電話網絡，到后來廣泛應用的無線電、GSM、GPRS、CDMA等通訊網絡，以及現在新興而趨于成熟的3G網絡，可供選擇的通訊網絡很多。分布式照度儀系統需要與城市照明自動化監控系統之間通訊，主要由數據傳輸單元（DTU）完成該功能。照度處理器與DTU之間采用RS232接口，因此用戶可以根據已經建成的城市照明自動化監控系統所使用的通訊系統，來選擇相應的DTU模塊，用以適應已經建成的城市照明自動化監控系統。為了保證照度儀系統的穩定性和可靠性，同時要求DTU具有高的在線率以及通訊成功率。

三、技術參數和性能指標

1.技術參數

1）照度采集探頭量程范圍：0－200Lux；

2）照度采集探頭精度誤差≤1%；

3）工作電源：180V-250V（AC）；

4）功耗：≤3W；

5）通訊正確率：≥99.9%；

6）耐壓：3000V（AC），1分鐘；

7）系統時鐘的時間精度達每年±1分鐘；

8）環境溫度：-30℃～+80℃（滿足南北方不同環境的需要）。

2.性能指標

1）照度處理器與照度采集探頭之間采用RS485總線通訊。

2）照度處理器可設置、查詢各照度采集探頭的各項設定和數據。

3）照度處理器收到照度采集探頭發出的照度值時，應進行智能判斷處理，達到開關燈條件時，通過DTU發送指令到監控中心。

4）開關燈的決策依據按照投票表決多數優先的原則進行。

四、總結

遠程分布式照度儀采用了傳感技術、電子技術、通訊技術、微控制器技術、計算機及網絡技術，其結合城市照明自動化監控系統的應用，能滿足不同區域、不同路段對光照度的不同要求，使城市照明的開關燈控制更加精確、更加合理、更加人性化。即能通過合理的控制開關燈實現節能減排，又能滿足不同區域人類活動對照度值的要求，真正實現精細化管理。

劉志祖（1984—），男，湖北人，現供職于廣州正力通用電氣有限公司，研究方向：城市照明自動化監控管理、城市照明智能節能裝置、城市照明線路監測防盜。