淺談電力載波單燈控制系統在道路照明的應用

馮士良

摘 要：由于城市照明點分布廣、數量多，管理部門面臨較嚴重的管理難題，無法做到統一調度，工作效率不高工作量大，無法滿足實時亮燈管理的需要。本文結合嘉興實際應用情況，通過合同能源管理方式對燈具進行改造并加入單燈控制系統，實現城市照明管理工作從人工管理向自動化管理轉變，從被動管理向主動服務轉變，提升城市管理的自動化水平，為智慧城市建設提供支持。

關鍵詞：單燈控制；電力載波；分布式結構；物聯網

中圖分類號：TU113 文獻標識碼：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擔。因此，管理部門采用智能化手段對其進行改造，以實現降本增效、節能減排、管理提檔升級。智能控制系統以物聯網技術為基礎，控制中心為核心，綜合了無線通信網絡、計算機控制系統、物聯網技術、地理信息系統技術，高效、可靠地為當地及時、可靠、精確地監測、監控照明系統、照明設施的工作情況，對照明系統的運轉、發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，達到安全穩定運行的目的。

1 電力載波通信技術

電力載波通信技術是通過電力線網絡進行信號傳輸的通信技術。電力線載波通信速率受到多種因素的影響，如具體設備和調制方法等。通過采用擴頻、選頻、自適應調制和中繼等技術，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重等問題低壓電力載波通信技術與其他的通信方式相比有以下幾個優勢：

（1）價格上的優勢。電力線載波通信采用電力線作為載體，無需再鋪設額外的寬帶和光纜線路，成本低，建設周期短。（2）使用上的優勢。當設備接通電源的時候，設備就接入到了電力載波通信網絡。（3）電力網絡覆蓋度極高，可不受布線的困擾和無線環境的影響。此外，將電力線載波通信應用于路燈監控系統中，抗干擾能力和通信速率也能滿足路燈監控的需求。

2 系統架構

系統采用三層架構，系統架構圖如圖1所示。

（1）應用層：即系統監控中心。運用計算機系統構建數據庫、數據處理、控制、WEB服務。中心通過光纖以及3G/4G網絡，實現對前端設備的控制，監控中心將現場情況、數據報表進行反應和顯示，以供用戶進行管理和決策，用戶還可通過Internet訪問監控中心系統軟件，進行行程操作與控制。（2）通訊層：由運行商的光纖和無線網絡組成，實現前端設備與應用層的數據傳輸。（3）執行層：照明前端系統由集中控制器、單燈控制器和擴展設備組成，實現對照明燈具的控制、運行數據的采集、故障查詢等功能。

3 系統主要功能

回路控制、狀態查詢功能：系統可對控制柜的每個開關回路進行開、關控制和狀態查詢。

單燈在線監測及控制功能：系統可以對單燈進行控制及在線數據監測。

單燈自動、手動巡測和選測：系統能按設定的時間周期自動進行定時巡測單燈。

控制策略：根據不同類型的路燈控制要求，可以把路燈按單燈分別設置成若干個不同的功能組進行策略控制，可以實現單控、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，支持網頁版地圖和離線地圖兩種模式，可支持用戶地圖導入系統，可顯示經緯度坐標。地圖界面提供設備信息框，可顯示電參數、開關狀態、故障狀態、燈具狀態、線纜狀態等信息。

移動設備訪問：支持手機、筆記本、PAD等設備直接登錄訪問。支持安卓系統的移動終端。

報警內容：意外亮燈、意外滅燈、燈具故障、過流、過壓、門開、進水、控制柜缺相、線纜斷路、回路跳閘、補償電容故障、漏電保護器故障、交流接觸器故障等。

系統支持遠程查詢和測量三相供電的實時電量信息：電流、電壓、功率、功率因素、電能。

能耗監測功能：支持開關柜、燈具能耗報表生成功能，可按年/月/日進行統計報表。

電纜防盜功能：系統支持24小時電纜防盜監測報警功能。

時長統計功能：具有亮燈時長統計，故障時長統計，電能累計遠程讀取功能。

平臺可以擴展智慧燈桿系統：無線Wifi、智能井蓋、視頻監控、充電樁管理、氣象站管理、信息發布、語音廣播、一鍵報警等。可以與智慧城市中的各個系統進行對接。

4 軟件平臺設計

系統軟件以大數據、云平臺為設計基礎，在此基礎上采用B/S結合C/S架構，并且采用模塊化結構，界面為win8風格，交互性好，操作便捷，軟件系統應用于城市智能照明，實現遠程監控。系統采用模塊化設計的思路，采用分布式可集群化的架構方式實現遠程云平臺控制；開放性好，同時支持SDK包、API接口等多種接口。

4.1 支持多國語言系統

云平臺只需要導入不同的語言包，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（GIS）

采用GIS技術無縫接入google電子地圖，按照照明設施的現場實際地理信息情況以及分布，建成一個實時的、可視化的地理信息服務平臺。它以地理信息為基礎，將集中控制器、燈具、電纜地理位置、各回路布置、各監控點的實時動態信息等各種數據區域電子地圖上，并將收集到的信息錄入數據庫中，建立起完善的照明基礎設施的數據庫系統，實現照明設施的數字化管理，并將采集起來進行集中管理、分析、查詢，為管理人員提供實時的可視化信息。

4.3 顯示燈具設備同線纜的隸屬關系

點擊任何一盞路燈，系統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線纜的走向，如圖2所示。

4.4 用戶管理

系統具有合理的用戶分級權限設定，可在同一服務器上，對不同的用戶劃分不同權限角色，角色所具有的權限可動態修改分配，包括用戶的瀏覽、添加、刪除、修改等操作權限。

4.5 項目管理

可以設置項目的地區和經緯度，能方便的導出項目、控制柜等信息，能兼容路燈、太陽能燈具和景觀亮化等項目在同一平臺下運行。

將區內路燈設備以項目為單位劃分，增加項目，編輯項目和刪除項目，導出項目。設置項目基本屬性，可根據項目分配用戶權限。

管理所有相關設備，包括燈具，終端等。根據不同用戶的權限，設置設備參數，同步設備狀態，升級設備軟件。

4.6 支持設備按照經緯度定位、顯示功能

控制設備可以根據現場實際的經緯度進行錄入，并且在GIS地圖上根據錄入的經緯度自動放置，鼠標點擊設備后再界面右下角可以顯示設備的經緯度。

4.7 支持控制設備快速布局功能

在GIS地圖上通過確定終端設備首尾兩個確認位置后，其他設備會自動進行等距分布，可以通過鼠標移動分別對整條線路或者某個單燈進行位置調整，軟件截圖如圖3所示。

4.8 日常任務快速設置功能及節假日模式自動切換功能

（1）系統支持任務設置向導，可以引導用戶快速設定需要的任務。（2）系統支持節假日任務自動切換功能，設置好對應的節假日任務后系統會根據日期自動切換進入節假日模式，任務執行完成后自動切回日常任務。

4.9 系統報警功能

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

4.10 電參數查詢統計功能

（1）可對各集中控制器任意時間段自動采集、統計、打印相關數據。（2）可以對各監控終端任意定時數據和年、月、日統計數據進行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖均可按照Excel等格式進行保存或打印，如圖4所示。（3）可以對任意一天的實際開關燈時間、當時的照度值和日出日落時間等記錄進行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖均可打印，并具有導出Excel表格進行分析功能。

5 結合案例

嘉興市區LED路燈節能服務項目從2015年開始實施，分為兩期，采用合同能源管理（EMC）模式。一期項目改造數量約1.5萬盞，二期項目改造數量約2.5萬盞，每年路燈亮燈時間約4150小時。

將主城區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），對無法達到LED燈具安裝要求的部分燈具連接挑桿進行改造，對于部分路段樹木遮擋較嚴重或者原設計建設達不到國家標準的路段，根據改造后的現場照明效果確定在原路燈桿上進行補燈。

對于更換后的燈具采用單燈控制方式，根據道路情況進行智能化管理，在不同時間段按需求進行調光控制，實現二次節能，整體節能率在65%左右。

6 結語

電力載波的單燈控制系統在不用單獨布線的情況下能穩定運行，該系統可以產生很好的社會經濟效益：合理的減少開燈時間，延長燈具壽命，降低運行成本，節約照明能源。根據不同等級區域的照明要求，按優先級別設置不同分組，實現多級控制，分組管理，避免能源浪費現象。通過遠程故障查詢功能可以及時有針對性地對故障進行排查及維護，減少工程車輛和技術人員巡檢次數，降低維修成本，提高檢修效率。通過遠程抄表功能，可以在節省大量人力、物力的基礎上，對用電情況進行實時監控，及時發現不合理用電現象。系統對所有數據能夠按照操作人員的要求進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工作，按需求來調用打印，降低日常工作用紙量，形成低碳化辦公理念。

參考文獻

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

[2]高偉.基于電力載波技術的LED路燈監控系統研制[D].浙江大學，2012.

[3]郭淑貞.基于電力載波技術的路燈監控系統設計分析[J].通信電源技術，2013，30（6）：73-77.