淺談電力載波單燈控制系統(tǒng)在道路照明的應(yīng)用

馮士良

摘 要：由于城市照明點(diǎn)分布廣、數(shù)量多，管理部門面臨較嚴(yán)重的管理難題，無法做到統(tǒng)一調(diào)度，工作效率不高工作量大，無法滿足實(shí)時(shí)亮燈管理的需要。本文結(jié)合嘉興實(shí)際應(yīng)用情況，通過合同能源管理方式對燈具進(jìn)行改造并加入單燈控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市照明管理工作從人工管理向自動化管理轉(zhuǎn)變，從被動管理向主動服務(wù)轉(zhuǎn)變，提升城市管理的自動化水平，為智慧城市建設(shè)提供支持。

關(guān)鍵詞：單燈控制；電力載波；分布式結(jié)構(gòu)；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TU113 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0202-03

隨著市政道路的不斷延伸，路燈的數(shù)量、管理難度、能耗和管理成本也在不斷攀升，道路照明成為管理部門沉重的負(fù)擔(dān)。因此，管理部門采用智能化手段對其進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)降本增效、節(jié)能減排、管理提檔升級。智能控制系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，控制中心為核心，綜合了無線通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)，高效、可靠地為當(dāng)?shù)丶皶r(shí)、可靠、精確地監(jiān)測、監(jiān)控照明系統(tǒng)、照明設(shè)施的工作情況，對照明系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)、發(fā)展等做出正確的分析，為決策者提供全面支持，使之做出正確決策，達(dá)到安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

1 電力載波通信技術(shù)

電力載波通信技術(shù)是通過電力線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。電力線載波通信速率受到多種因素的影響，如具體設(shè)備和調(diào)制方法等。通過采用擴(kuò)頻、選頻、自適應(yīng)調(diào)制和中繼等技術(shù)，基本解決了電力載波在傳輸過程中的噪聲干擾和信號衰減嚴(yán)重等問題低壓電力載波通信技術(shù)與其他的通信方式相比有以下幾個(gè)優(yōu)勢：

（1）價(jià)格上的優(yōu)勢。電力線載波通信采用電力線作為載體，無需再鋪設(shè)額外的寬帶和光纜線路，成本低，建設(shè)周期短。（2）使用上的優(yōu)勢。當(dāng)設(shè)備接通電源的時(shí)候，設(shè)備就接入到了電力載波通信網(wǎng)絡(luò)。（3）電力網(wǎng)絡(luò)覆蓋度極高，可不受布線的困擾和無線環(huán)境的影響。此外，將電力線載波通信應(yīng)用于路燈監(jiān)控系統(tǒng)中，抗干擾能力和通信速率也能滿足路燈監(jiān)控的需求。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用三層架構(gòu)，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

（1）應(yīng)用層：即系統(tǒng)監(jiān)控中心。運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理、控制、WEB服務(wù)。中心通過光纖以及3G/4G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對前端設(shè)備的控制，監(jiān)控中心將現(xiàn)場情況、數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行反應(yīng)和顯示，以供用戶進(jìn)行管理和決策，用戶還可通過Internet訪問監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件，進(jìn)行行程操作與控制。（2）通訊層：由運(yùn)行商的光纖和無線網(wǎng)絡(luò)組成，實(shí)現(xiàn)前端設(shè)備與應(yīng)用層的數(shù)據(jù)傳輸。（3）執(zhí)行層：照明前端系統(tǒng)由集中控制器、單燈控制器和擴(kuò)展設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)對照明燈具的控制、運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、故障查詢等功能。

3 系統(tǒng)主要功能

回路控制、狀態(tài)查詢功能：系統(tǒng)可對控制柜的每個(gè)開關(guān)回路進(jìn)行開、關(guān)控制和狀態(tài)查詢。

單燈在線監(jiān)測及控制功能：系統(tǒng)可以對單燈進(jìn)行控制及在線數(shù)據(jù)監(jiān)測。

單燈自動、手動巡測和選測：系統(tǒng)能按設(shè)定的時(shí)間周期自動進(jìn)行定時(shí)巡測單燈。

控制策略：根據(jù)不同類型的路燈控制要求，可以把路燈按單燈分別設(shè)置成若干個(gè)不同的功能組進(jìn)行策略控制，可以實(shí)現(xiàn)單控、組控、群控及組策略管理。

GIS地圖：地圖矢量縮放功能，支持2D/3D地圖切換，支持網(wǎng)頁版地圖和離線地圖兩種模式，可支持用戶地圖導(dǎo)入系統(tǒng)，可顯示經(jīng)緯度坐標(biāo)。地圖界面提供設(shè)備信息框，可顯示電參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、故障狀態(tài)、燈具狀態(tài)、線纜狀態(tài)等信息。

移動設(shè)備訪問：支持手機(jī)、筆記本、PAD等設(shè)備直接登錄訪問。支持安卓系統(tǒng)的移動終端。

報(bào)警內(nèi)容：意外亮燈、意外滅燈、燈具故障、過流、過壓、門開、進(jìn)水、控制柜缺相、線纜斷路、回路跳閘、補(bǔ)償電容故障、漏電保護(hù)器故障、交流接觸器故障等。

系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程查詢和測量三相供電的實(shí)時(shí)電量信息：電流、電壓、功率、功率因素、電能。

能耗監(jiān)測功能：支持開關(guān)柜、燈具能耗報(bào)表生成功能，可按年/月/日進(jìn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

電纜防盜功能：系統(tǒng)支持24小時(shí)電纜防盜監(jiān)測報(bào)警功能。

時(shí)長統(tǒng)計(jì)功能：具有亮燈時(shí)長統(tǒng)計(jì)，故障時(shí)長統(tǒng)計(jì)，電能累計(jì)遠(yuǎn)程讀取功能。

平臺可以擴(kuò)展智慧燈桿系統(tǒng)：無線Wifi、智能井蓋、視頻監(jiān)控、充電樁管理、氣象站管理、信息發(fā)布、語音廣播、一鍵報(bào)警等。可以與智慧城市中的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行對接。

4 軟件平臺設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件以大數(shù)據(jù)、云平臺為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上采用B/S結(jié)合C/S架構(gòu)，并且采用模塊化結(jié)構(gòu)，界面為win8風(fēng)格，交互性好，操作便捷，軟件系統(tǒng)應(yīng)用于城市智能照明，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)的思路，采用分布式可集群化的架構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程云平臺控制；開放性好，同時(shí)支持SDK包、API接口等多種接口。

4.1 支持多國語言系統(tǒng)

云平臺只需要導(dǎo)入不同的語言包，在登陸界面選擇不同的語言就可以完成多國語言的切換。

4.2 支持2D/3D照明地理信息系統(tǒng)（GIS）

采用GIS技術(shù)無縫接入google電子地圖，按照照明設(shè)施的現(xiàn)場實(shí)際地理信息情況以及分布，建成一個(gè)實(shí)時(shí)的、可視化的地理信息服務(wù)平臺。它以地理信息為基礎(chǔ)，將集中控制器、燈具、電纜地理位置、各回路布置、各監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)動態(tài)信息等各種數(shù)據(jù)區(qū)域電子地圖上，并將收集到的信息錄入數(shù)據(jù)庫中，建立起完善的照明基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)照明設(shè)施的數(shù)字化管理，并將采集起來進(jìn)行集中管理、分析、查詢，為管理人員提供實(shí)時(shí)的可視化信息。

4.3 顯示燈具設(shè)備同線纜的隸屬關(guān)系

點(diǎn)擊任何一盞路燈，系統(tǒng)就可以顯示該路燈隸屬于那一條線纜，可以快速定位故障位置已經(jīng)線纜的走向，如圖2所示。

4.4 用戶管理

系統(tǒng)具有合理的用戶分級權(quán)限設(shè)定，可在同一服務(wù)器上，對不同的用戶劃分不同權(quán)限角色，角色所具有的權(quán)限可動態(tài)修改分配，包括用戶的瀏覽、添加、刪除、修改等操作權(quán)限。

4.5 項(xiàng)目管理

可以設(shè)置項(xiàng)目的地區(qū)和經(jīng)緯度，能方便的導(dǎo)出項(xiàng)目、控制柜等信息，能兼容路燈、太陽能燈具和景觀亮化等項(xiàng)目在同一平臺下運(yùn)行。

將區(qū)內(nèi)路燈設(shè)備以項(xiàng)目為單位劃分，增加項(xiàng)目，編輯項(xiàng)目和刪除項(xiàng)目，導(dǎo)出項(xiàng)目。設(shè)置項(xiàng)目基本屬性，可根據(jù)項(xiàng)目分配用戶權(quán)限。

管理所有相關(guān)設(shè)備，包括燈具，終端等。根據(jù)不同用戶的權(quán)限，設(shè)置設(shè)備參數(shù)，同步設(shè)備狀態(tài)，升級設(shè)備軟件。

4.6 支持設(shè)備按照經(jīng)緯度定位、顯示功能

控制設(shè)備可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的經(jīng)緯度進(jìn)行錄入，并且在GIS地圖上根據(jù)錄入的經(jīng)緯度自動放置，鼠標(biāo)點(diǎn)擊設(shè)備后再界面右下角可以顯示設(shè)備的經(jīng)緯度。

4.7 支持控制設(shè)備快速布局功能

在GIS地圖上通過確定終端設(shè)備首尾兩個(gè)確認(rèn)位置后，其他設(shè)備會自動進(jìn)行等距分布，可以通過鼠標(biāo)移動分別對整條線路或者某個(gè)單燈進(jìn)行位置調(diào)整，軟件截圖如圖3所示。

4.8 日常任務(wù)快速設(shè)置功能及節(jié)假日模式自動切換功能

（1）系統(tǒng)支持任務(wù)設(shè)置向?qū)В梢砸龑?dǎo)用戶快速設(shè)定需要的任務(wù)。（2）系統(tǒng)支持節(jié)假日任務(wù)自動切換功能，設(shè)置好對應(yīng)的節(jié)假日任務(wù)后系統(tǒng)會根據(jù)日期自動切換進(jìn)入節(jié)假日模式，任務(wù)執(zhí)行完成后自動切回日常任務(wù)。

4.9 系統(tǒng)報(bào)警功能

系統(tǒng)支持集中控制器、單燈控制器以及線纜防盜的各種檢測報(bào)警功能（主要包括意外亮燈、意外滅燈、燈具故障、過流、過壓、門開、進(jìn)水、控制柜缺相、電源故障、線纜斷路、漏電保護(hù)器故障、交流接觸器故障等）。每項(xiàng)報(bào)警都具備獨(dú)立的開啟、關(guān)閉功能，用戶可以根據(jù)自己的需要來選擇不同的報(bào)警。

4.10 電參數(shù)查詢統(tǒng)計(jì)功能

（1）可對各集中控制器任意時(shí)間段自動采集、統(tǒng)計(jì)、打印相關(guān)數(shù)據(jù)。（2）可以對各監(jiān)控終端任意定時(shí)數(shù)據(jù)和年、月、日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖均可按照Excel等格式進(jìn)行保存或打印，如圖4所示。（3）可以對任意一天的實(shí)際開關(guān)燈時(shí)間、當(dāng)時(shí)的照度值和日出日落時(shí)間等記錄進(jìn)行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖均可打印，并具有導(dǎo)出Excel表格進(jìn)行分析功能。

5 結(jié)合案例

嘉興市區(qū)LED路燈節(jié)能服務(wù)項(xiàng)目從2015年開始實(shí)施，分為兩期，采用合同能源管理（EMC）模式。一期項(xiàng)目改造數(shù)量約1.5萬盞，二期項(xiàng)目改造數(shù)量約2.5萬盞，每年路燈亮燈時(shí)間約4150小時(shí)。

將主城區(qū)高壓鈉燈全部改造為LED燈具+智能單燈控制（采用電力載波方式），對無法達(dá)到LED燈具安裝要求的部分燈具連接挑桿進(jìn)行改造，對于部分路段樹木遮擋較嚴(yán)重或者原設(shè)計(jì)建設(shè)達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)的路段，根據(jù)改造后的現(xiàn)場照明效果確定在原路燈桿上進(jìn)行補(bǔ)燈。

對于更換后的燈具采用單燈控制方式，根據(jù)道路情況進(jìn)行智能化管理，在不同時(shí)間段按需求進(jìn)行調(diào)光控制，實(shí)現(xiàn)二次節(jié)能，整體節(jié)能率在65%左右。

6 結(jié)語

電力載波的單燈控制系統(tǒng)在不用單獨(dú)布線的情況下能穩(wěn)定運(yùn)行，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生很好的社會經(jīng)濟(jì)效益：合理的減少開燈時(shí)間，延長燈具壽命，降低運(yùn)行成本，節(jié)約照明能源。根據(jù)不同等級區(qū)域的照明要求，按優(yōu)先級別設(shè)置不同分組，實(shí)現(xiàn)多級控制，分組管理，避免能源浪費(fèi)現(xiàn)象。通過遠(yuǎn)程故障查詢功能可以及時(shí)有針對性地對故障進(jìn)行排查及維護(hù)，減少工程車輛和技術(shù)人員巡檢次數(shù)，降低維修成本，提高檢修效率。通過遠(yuǎn)程抄表功能，可以在節(jié)省大量人力、物力的基礎(chǔ)上，對用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合理用電現(xiàn)象。系統(tǒng)對所有數(shù)據(jù)能夠按照操作人員的要求進(jìn)行查詢生成表格形式，形成的電子文檔方便日常管理和資料備案等相關(guān)工作，按需求來調(diào)用打印，降低日常工作用紙量，形成低碳化辦公理念。

參考文獻(xiàn)

[1]張洪浩.關(guān)于城市道路照明的探討[J].科技與企業(yè)，2011，（16）：13.

[2]高偉.基于電力載波技術(shù)的LED路燈監(jiān)控系統(tǒng)研制[D].浙江大學(xué)，2012.

[3]郭淑貞.基于電力載波技術(shù)的路燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].通信電源技術(shù)，2013，30（6）：73-77.