照明控制系統中電力線通信技術應用分析

羅 濛

（國網陜西省電力有限公司商洛供電公司， 陜西 商洛 726000）

1 新型照明系統控制技術的應用價值分析

1.1 解決傳統控制模式應用中的問題

照明系統最初主要依靠手動控制達到系統啟閉效果。這種控制方式容易受到人為因素的影響。若控制人員缺乏及時手動控制意識，會導致電力資源的浪費。同時，手動控制具有一定的隨機性，無法保證在產生電力資源應用需求時，隨時啟動照明系統，發揮照明系統作用。除此之外，在傳統手動開關應用的背景下，手動多次調整的操作導致開關區域的損耗程度進一步加大[1]，這種損耗程度會隨著時間的增長而逐步提升。因此，采用手動控制方式容易導致開關區域出現磨損或性能損耗，控制系統的應用壽命相應縮短，在一定程度上，這也是資源浪費，因此，采用更智能和便捷的控制系統非常重要[2]。

1.2 適應現階段智能控制系統的應用要求

從現階段建筑內部的照明系統和機電自動化系統應用需求上來講，隨著自動化程度的提升。在住宅建筑或辦公建筑內部，電力資源的運行應用系統在智能化和自動化程度上都有顯著提升。若仍然應用手動控制的方式對照明系統進行控制，則與整體上趨于自動化和智能化發展的系統功能存在缺乏匹配性的問題。另外，人工方式與自動化方式的兼容程度也會受到影響。一部分不能實現智能化自動化控制的照明系統，無法引入到現代建筑實體中得到充分應用，體現了照明系統在控制環節的技術滯后性[3]。因此，引入先進的技術提升照明系統控制的精準性和便捷性，是現階段照明控制系統完善建設的主要方向。

2 電力線通信技術支持下的照明控制系統設計原則

2.1 操作便捷性原則

照明控制系統的操作便捷性不僅影響系統運行的效率，對于用戶來說更加便捷的操作方式也能提高用戶的認同感。對于現階段建筑實體建設逐步追求智能性和自動化的基本要求而言，從照明控制系統的宏觀角度提高整個系統運行的靈活性，同時確保照明控制方式的便捷性，是保持照明控制技術先進性的重要方法，也是確保電力資源最大化應用的基礎條件[4]。

2.2 應用安全性原則

照明系統應用中的安全隱患也是系統應用中應當關注的要點問題。只有照明系統的運行安全狀態達到一定的水平，照明系統在運行時能夠基于出現的安全隱患和小型故障進行自主識別和處理，才能夠最大化提高安全保障力度。尤其是在日常住宅建筑內部應用的照明系統。更應當具備智能化的故障分析或小型故障處理功能。以便保障系統運行長期處在安全穩定的狀態下。即使部分故障無法直接由系統自行處理，系統內部也應當設置故障預警功能。以便結合故障點位故障嚴重程度及時啟動預警裝置，通過及時預警，為進一步做好照明系統的檢修分析提供依據。

2.3 設計科學性原則

現階段照明系統在住宅或其他建筑實體內的應用功能具有復雜多樣的特征，因此，照明系統的整個結構設計也應結合具體應用功能和應用需求進行科學設計。一方面保證照明系統的設計能滿足綜合性大規模建筑主體的應用需求，另一方面，通過線路的及時改造合并或相應保護裝置，監控裝置的匹配設置，提升照明系統控制工作效果。在最大化利用有限資源的基礎上，獲得最佳的照明系統控制狀態。

3 電力線通信技術支持下的照明控制系統應用要點分析

3.1 優化照明控制結構設計

結構的優化設計是發揮出照明控制系統作用的重要基礎條件。在電力線通信技術應用的背景下，照明控制系統的基本結構需要結合電力通信技術的軟硬件模塊進行有效構建。具體來說，在此種技術的支持下，照明控制系統的基本結構包括智能化節點、繼電器輸入端口、中心控制器區域3部分。這3個區域在發揮控制作用時有聯動關系。通常情況下，首先發揮中心控制器的作用，通過其內部的電力線載波模塊功能，促使電力線傳輸的信號轉換解析，轉變為可在PC端識別的信號。與此同時，控制器的信號也需要同步轉換為電力線載波信號。信號轉換完成后，方可實現進一步的信號傳輸。經過轉換的信號可在電力線的支持下傳至各個控制節點區域。在融入電力線技術后，只要結合電力資源傳輸終端的內部結構進行改造優化，就能使終端照明設備接收到電力線傳輸的載波信號，從而達到控制照明設備啟閉的目標。一般通過改裝燈具開關面板、添加電力載波模塊達到改造目標，使其能正常接收載波信號。接收到信號后，照明控制系統才能有效發揮其作用。在控制照明系統時，智能化的節點具有一對多的應用特性，主要表現為一個獨立的智能節點可控制多個不同的繼電器輸入端，而繼電器輸出端則對應相應的照明設備。在具體發揮控制作用時，整個控制系統可形成一個獨立網絡，只要應用中心控制器為不同節點分配對應的地址，即可達到節點控制效果。這種點對點的控制方式，能精準鎖定照明設備的開關區域。同時，這種智能節點的功能也具有豐富性特征，可適應不同輸出端照明設備和電力資源應用設備的應用需求。具體來說，除了照明系統中的燈具設備外，電表、水表和家用電器也都能基于電力線通信技術實現集中性的啟閉控制。由此可見，電力線通信技術具有非常廣泛的應用性，同時適應于復雜的照明控制系統功能要求，這也是此技術得到認同和應用的主要原因。

3.2 優化軟件與硬件設計

優化軟件和硬件設計是確保整體照明控制系統作用正常發揮的重要基礎條件。系統的優化設計能夠優化照明控制系統的應用功能，對軟件和硬件設計在具體設計環節所需要把握的要點有明確的要求。

3.2.1 硬件設計分析

從硬件設計的角度上來說，應用電力線通信技術實現硬件設計時，應做好電力線載波模塊設計、控制器設計、繼電器輸入模塊設計。在設計電力線載波模塊時，需要應用專門的設計系統和數字調制調節方式對信號傳輸狀態進行調節。此種傳輸方式抗干擾性能較為優越，且具有高度的靈敏性，能夠支持遠距離的通信傳輸，串口和用戶的MCU通信也能有效實現。這時，各智能節點的控制效果也會得到優化。另外，由于電噪音對載波通信的效果會產生一定的影響，對電源這一硬件進行選擇時，也要注重選取低噪音電源。除此之外，電力線載波模塊在運行時，需要獨立設置EID地址，確保地址設計的差異性，保證出廠應用的電力線載波模塊均對應獨立的通信地址，避免地址重復導致通信狀態紊亂現象。對控制器進行設計時，需要結合不同的職能節點科學選擇對應的控制器，并且有效控制電壓水平。一般情況下，應用3.3 V的電壓實現對控制器的有效供電。串口選取i2C串口和接口，在控制器與電力線載波模塊連接時，選擇直接連接通信的方式合理設置波特率，一般需達到9 600 bps。其他的串口直接連接繼電器的輸出模塊。繼電器接點具有高容量特征，可適應高水平的電壓。同時，一般不設置公共端口。基于此，可直接實現對中度水平的功率和小功率進行負載驅動。例如，電磁閥、交流接觸器都可應用繼電器實現控制。

3.2.2 軟件設計分析

軟件設計基于不同的軟件功能和軟件設備類型，在設計要點上需要進行精準控制和分析。軟件設計的要點主要包括電力通信協議設計、獨立建筑軟件設計、節點程序設計3個方面。

電力通信協議的設計要點包括：1）嚴格遵照通信協議，參照標準實施改造設計。通信協議設計時需尋找科學的參照標準，一般需參照 X10載波協議進行電力通信協議的設計；2）系統內部的通信協議設計要注重合理性和及時性。在照明控制系統中，總線與照明控制系統的矛盾是需要解決的具體問題；3）要確保通信協議設計效果符合應用要求。在設計通信協議時，以單片機作為載體進入到通信系統中，等待信號發出。PC機器會發出系統碼命令和地址碼等一系列信息。在信息發出后，電力線上的雜波信號對系統主機的運行狀態造成一定影響，到了單播通信階段，智能節點需要對中央控制器的信息進行回復。在廣播通信過程中，智能節點則不需要回復中央控制器的信息。照明系統若進一步擴大，就需要對RTU信息幀做出一定程度的改進，避免出現傳輸信息混亂或傳輸信息準確性不足的現象。

對獨立建筑實體內部的軟件設計工作，在要點上也有非常明確的要求。在對基于整體的建筑實體進行照明控制系統軟件設計時，數據采集傳輸的效果、控制程度、信號輸出狀態等是需要把握的重點內容。在具體設計工作落實中，系統內部需設計標準光照值。結合超出標準光照值的實際情況，控制照明系統的啟閉狀態。一旦超過標準工作值，可以通過自動化控制系統閉合開關。若照明強度水平低于標準光照值時，則開啟系統。同時，空間內是否存在人員活動也可作為照明系統是否啟動的主要設計參照標準。若照明空間無人員活動，則可閉合照明開關及時節約電力資源。

在智能節點程序的優化設計環節，需結合智能節點控制的對象有針對性地優化設計。具體來說，智能節點程序在控制對象上主要包括繼電器控制、調光設備控制、串行通信狀態控制。在設計時，可將軟件系統模塊劃分為接受任務和執行命令兩個環節。不同環節的數據請求和命令執行狀態，都可基于電力線通信技術進行精準調節。只要智能節點能夠將自身的地址信息和狀態信息傳送至電力線區域，就可達到利用此技術進行應用功能調節的目標。

4 結論

基于電力線通信技術，照明控制系統的運行和應用可得到更加精準高效的控制。在電力線通信技術應用時，也需要把握各設計側重點和設計方法，通過精準設計確保電力線系統運行狀態。同時，發揮照明控制系統的智能化功能，提升電力系統運行應用整體水平。