【消息】电力载波通信技术的路灯单灯控制系统研究

发布时间：2020-11-17 08:35:35 阅读：次来源：PBT厂家

电力载波通信技术的路灯单灯控制系统研究电力载波通信技术的路灯单灯控制系统研究

翁炜羚

(福州市政工程管理处,福建福州 350001)

摘要：随着城市化建设不断加快，城市建设对照明管理的各方面也提出了更高的要求。本文以电力载波通信技术的路灯单灯控制系统为基础，探讨了其功能与应用价值，此技术不仅对城市照明管理有着重要作用，还是实现绿色照明和节能减排的重要方式。

关键词：城市照明；电力载波；通信技术；单灯控制系统

0、前言

在城市的公共设施中，道路照明是其中的组成部分之一，随着城市建设发展的加快，对道路照明在许多方面提出了更高的要求，例如节能、故障监测、控制等，这加大了城市的照明管理难度，提高了运营成本。为了能够提高照明管理的效率、减少运行成本，这就需要使用现代化管理系统。单灯控制系统从根本上改变了城市路灯的管理方式，把传统路灯管理只能控制到路段，上升到对城市内每一盏路灯的直接管理、控制及状态监测，完全实现城市照明系统设备的智能化、合理化运行，达到节约能源和提高经济效益的目的，满足了现代化城市精细化管控的需要。

1、路灯单灯控制系统实现方式

要对路灯实现区域联网控制，就必须要有通信传输系统做支撑，这样才能实现采集和控制区域内的单灯状态，这是路灯单灯控制系统中一个最重要的环节。多种方式均可以实现路灯单灯控制，当前有两种方式比较常用：①PLC技术，也称为电力载波通信技术；②Zigbee无线通信技术。PLC技术是以原有的路灯线路为基础，将其作为数字信号的传输通道，采用LC谐振功率、功率放大电路，在高频载波上完成信号的传输。利用现有路灯之间的电力线为基本构架，就可达到数据通信的目的，不需要修改和重新布线，对于用来传输的线缆不存在特殊要求。Zigbee通信技术的数据通信是通过电磁波信号来完成，它需要在每一个路灯镇流器内都安装一个Zigbee通信模块，利用电磁波信号来组建无线通信的子网，不需要物理的连接导线，就可以达到在自由空间中传送信号的目的。表1为此两种技术之间所存在的区别。

从表1中得知，此两种技术各有优缺点。电力载波通信技术的突出优点体现在两个方面：稳定性和安装成本。经过分析和比较这两种技术，并结合福州市路灯实际的管理状况，最后选择采用电力载波通信技术，在江滨大道、闽江大道等路段试点使用。

表1 电力线载波技术与Zigbee无线通信技术的区别

项目电力线载波技术Zigbee无线通信技术安装成本只需安装单灯控制器安装无线智能控制器和天线传输方式电力线传播无线电传播抗干扰性保密性不受环境变化影响高,通信不易破坏易受环境变化影响低,通信容易被破坏信息容量带宽大带宽有限限制无限制无线电管理局限制同功率传输质量通信质量好些通信质量差些稳定性稳定易受其他电波干扰天线不需安装天线需安装天线

2、电力载波路灯单灯控制系统的总体构架

电力载波路灯单灯控制系统在原有的箱变控制基础之上，在每盏路灯内都安置单灯控制器，一个控制器能控制三个光源，运用电力载波通信技术来检测每个光源的状态，并控制其开关，可以立刻找到单灯短路、故障等问题。单灯控制系统能够实现按需要开关灯、定位方便、分散节能、降低巡查成本、保证亮灯率、防盗预警等目标。

路灯单灯控制系统与许多技术相互结合，例如：现在通信技术、数据采集、监督控制、自动控制等。通过通信通道与控制中心计算机，就能够达到管理与监测控制区域内的全部单灯。图1为单灯控制系统的总体构架。从图1 可以看出，路灯控制系统的组成主要有三个部分，它们分别是控制中心计算机、电力线载波通信技术、单灯控制终端。

图1 系统总体构架示意图

1)控制中心。控制中心计算机的主要任务是监测控制与管理区域路灯状态和系统设备的运行状态。利用计算机就可以远程遥控路灯，将路灯每天打开和关闭的时间、提前开灯时间、提前开灯的照度条件等设置好，单灯控制终端可以对系统运行状态进行自动探测，而且还可以主动把各种故障信息发送到控制中心，能够实行节能控制，设置调光运行的时间范围。

2)电力线载波通信技术。它可以采集与控制区域内的单灯运行状态，实现单灯与计算机之间的信息双向传输。载波通信技术的网络节点是电力网控制装置，通过原有的电力网拓扑结构来组成总线网，并开始通信。载波通信可实现电力线通道上存有多路通信，把调制作为基础，依照频率分割原理和频率搬移原理，把原始信号与载波进行调制，调制之后将信号搬移到不同线路传输带并开始传输，这样一来，既能达到多路通信的要求，又可以摆脱50 Hz工频信号的干扰。载波机或者其他的调制器把待发信号转化成高频率的载波信号，然后进入到耦合装置、解调装置将其拿出来，还原成原始信号。这就是载波通信的流程。

3)单灯监控终端。它是区域单灯的执行控制单元，主要装设在路灯专用箱式变压器内。选择嵌入式单片机系统，与许多功能模块相互配合，按照控制中心计算机所发出的指令来实行工作，例如开关路灯、控制调光以及采集现场信息等工作，也能够在控制中心计算机没有发出指令的情况下，依据时钟系统与配置信息来开始工作，其中工作的内容是采集数据、自动控制、故障报警和上报设备状态。

电力载波路灯单灯控制系统根据上面所说的三个部分构成了单灯闭环控制。硬件方面主要包含了单片机外围电路、载波通信接口模块、载波通信技术、单片机处理器、控制信号输出模块。而软件方面主要有打印程序、实时显示程序、通信程序。

3、电力载波路灯单灯控制系统的功能

1)单灯与其关联点的设定。单灯系统即能够独立设定每个单灯的开关控制计划，也能把全部的单灯控制点或者若干个关联点设定成共用的开关控制计划。有许多的开关控制计划可以采取，例如“仅开快车道”“仅开慢车道”“间隔亮灯”“全开”等，可以按照所需要求或所处道路情况来分时分段的设定。

2)监测电压、电流。可监测电压、电流。可以自动地辨别单灯的故障与报警，因为每盏灯在运行过程中，它的工作电流是固定的，功率值不相同的灯，工作电流也不一样，但是其值是一直稳定的。所以，系统可以检查并测试此灯在工作中的实际电流，与其额定电流做对比，检查对比结果，就能够对该灯的工作状态进行判断，从而夜间巡逻可以取消，节省人力成本。

3)数据信息显示简洁。数据信息的显示方式变得简洁了。采取列表格式分栏的方式来显示出单灯的所有数据信息，例如电流电压的模拟量、系统设定计划、开关情况、收集灭灯数据等数据信息。在查询页面中，还能够按照所选择的日期来查看历史数据。

4)单灯数据巡测和故障统计。单灯数据巡测具有灵活性，其巡测方式可由用户来设定，例如详细数据、单灯状态、故障数据等。故障信息统计，可以对单灯所发生的故障进行明确的统计，如灭灯故障、通信故障等。

4 电力载波路灯单灯控制系统应用价值

1)灵活的控制方式。在城市路灯管理中，通常会采用半夜灯模式(部分路灯在下半夜会关闭)，来达到节能的目的。此种模式具有严格的路灯线路要求，对各线路所连接的路灯情况要熟悉，防止半夜灯模式下，三相不平衡或者单相线路的负荷过大的现象出现，从而引起线路发生故障。在使用单灯控制系统之后，路灯关闭计划能够按照实际情况的需求来制定，可以对景观灯、慢车道和快车道都制定开关模式,可以实现夏季和冬季，阴雨天和晴天不同时段开关灯的人性化控制需求。部分路灯具有特殊的功能，例如LED灯具有调光的功能，控制其调光的输出，可以实现节能的目的。在部分车、人流量变化比较大的路段，还能采取在黎明前恢复亮灯的模式。

2)良好的节能效果。节约能源，降低损耗的效果十分明显，提升绿色照明的标准并降低二氧化碳的排放量。把试点的闽江大道路段为例，每套路灯都包括了一个 400 W和一个150 W 的光源，每天晚上18：00的时候开灯，在晚上23：00时执行节能模式。若在早上 6：00的时候关灯，则采用在下半夜只保留400 W 的光源，这样可以节省27%的电能，确保了良好的节能效果。在不重要的路段还可以选用隔盏亮灯的方式，实现更大化的节能效益。

3)降低巡修成本。在实际的单灯控制系统施工中，需要牵涉到路段上的每根灯杆，所以每根路灯的灯杆都能得到关于其接入电源的相序、地理位置、装设灯具的种类等信息。在实际施工的过程中，在监控软件内输入这些数据信息，就能够形成关于此路段路灯的数据信息库，若软件在对报警故障进行处理，则提供相应的有关数据信息就能迅速地对故障地点开始定位，并分析出现故障的类型，有利于维修员排查故障，加以处理。

5、结语

在路灯单灯控制系统合理地运用电力载波通信技术，可以有效地监控路灯的运行状态。实践证明，它的优点是造价低廉、安装简捷，传输线路广泛等，不仅可以对每盏灯运行的状态进行实时检测，而且可以节能，能够及时地发现故障，并立刻处理。由于运用了电力载波通信技术的单灯控制系统，使得城市的照明管理措施与方式得到了提升，同时也提高了工作效率。

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收稿日期：2016-12-13

作者简介：翁炜羚(1975-)，男，福建福清人，中级工程师，本科，主要从事市政方面工作。

中图分类号：TM923.5

文献标志码：B

文章编号：1672-4011(2017)02-0229-02

DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2017.02.110