城市智能照明單燈節能控制系統的設計與應用

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摘 要:對城市照明單燈控制系統的通信和系統構成等內容進行了闡述,詳細闡明了單燈控制系統在城市照明監控中的設計和應用。

關鍵詞:城市照明監控;單燈控制;電力載波;ZIGBEE

1 單燈控制系統簡介

1.1 單燈控制系統概述

單燈監控系統就是將監控裝置安裝在每盞路燈內,通過遠程通訊對各個路燈的狀態進行檢測和控制的系統,通過系統可以檢測到每一盞路燈的狀態以及線路情況,能夠及時發現路燈故障、老化及斷路等問題,方便維修管理,保證亮燈率,同時可以做到分散節能,從而提高城市照明管
理效率。

1.2 單燈控制系統組成

單燈監控系統由路燈控制中心、集中單元和控制單元組成。

(1)路燈控制中心為整個路燈控制系統的中樞,執行著各種路燈控制命令。

(2)集中單元安裝于路燈控制柜監控點(終端)中,承接著控制單元與路燈控制中心的通信任務。

(3)控制單元安裝于路燈燈盞內,負責采集路燈工作的相關數據(電壓、電流等)。

2 系統通信設計

根據當前城市照明每盞路燈間距在30m到40m之間,都通過低壓電纜線供電的特點,單燈控制通信主要采用電力載波或ZIGBEE通信技術來實現。

2.1 電力載波通信技術

電力載波(PLC)通信是利用高壓電力線在電力載波領域通常指35kV及以上電壓等級中壓電力線指10kV電壓等級或低壓配電線380/220V用戶線作為信息傳輸媒介進行語音或數據傳輸的一種通信方式。電力線載波通信具有投資小、見效快和能有效地利用電力線路資源等優點,一直在電力系統通信中使用。電力載波通信系統構成如圖1所示:

2.2 ZigBee通信技術

ZigBee通信技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。

ZigBee可工作在2.14GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率,它的傳輸距離在10-75m的范圍內,但可以通過中繼增加通信距
離。ZigBee通信系統構成如圖2所示:


 

2.3 路燈控制中心與控制單元的通信

控制單元與控制中心的通信主要通過集中單元進行承接,終端主機下行采用電力載波或ZigBee無線通訊技術實現集中單元與控制單元進行通信,上行采用GPRS等通信方式實現集中單元與控制中心遠程微機聯網,從而實現路燈控制中心與單燈控制單元的通信。同時,監控終端主機除了具有下行和上行的通信接口外,還負責對路燈控制箱內所有數據進行采集,并接收遠程電腦發送命令執行各種路燈控制操作。

3 單燈控制系統節能實現方式

在單燈控制系統中,單燈節能方式分為兩種:半夜燈控制方式和限流。

半夜燈控制方式是指在偏僻路段到后半夜有規律的關閉一部分路燈以達到節能的目的的方法。根據調查,我國小型城市晚上21:00后,大中城市00:00以后道路上幾乎空無一人。而沒有做任何限制的路燈照明也就出現了“人少車稀燈更亮”的不合理現象。通過采用半夜燈控制方式,在半夜關閉一部分路燈則可很好達到節能照明的目的,也將使得城市照明更趨于合理。

限流方式是通過在原有的路燈供電電路中再串入一個電抗器,通過增大電抗值來限制流過的路燈的工作電流的大小,從而達到節電的目的。使用這種方案的路燈可按預先設置的時間或單燈控制器的命令,在道路上車流與行人稀少時,由轉換開關串入電抗器,減少流過路燈的電流,使路燈燈泡在節電狀態下運行。通過限流方式進行節能,根據實驗結果可以節電30%以上。在限流過程中路燈照明系統的電壓沒有改變,只是燈泡功率降低了,照度有所降低,但其照度的均勻度不變,沒有陰暗區,道路照度基本能夠滿足夜間交通安全的要求。系統在功率變換時,線路功率因數也自動調整,使線路功率因數始終處于最佳狀態,減少了線路的無功損耗。限流節電需要在每一盞路燈中安裝單燈節電設備,因此安裝、維護量較大。

4 單燈控制系統的應用

傳統的路燈監控系統設計中,監控終端基本上都安裝于路燈控制箱,屬于集中監控,其只能對整條路段的運行情況(電壓、電流、功率等)進行檢測或控制,而對于某一盞路燈的工作狀況做不到實時監控,這種監控方式在面對越來越高的城市管理要求時就存在一定的局限性,而對于高速公路、機場或某些重要景觀路段等照明要求高,同時又需要實時檢測每一盞路燈的場所,安裝一套完善的能夠實時檢測每一盞路燈工作狀態的單燈控制系統就顯得尤為重要。

5 結束語

目前,單燈節能系統已經在多個城市得到了廣泛應用。單燈控制系統不但可以節能,而且可以實時檢測每盞燈的工作狀態及線路情況,在最短時間內發現故障,使得故障能夠及時得到處理。單燈控制系統填補了城市照明監控行業的物聯網絡應用的空白,為實現整個城市物聯網打下了堅實的基礎,同時該系統的應用,加強了城市照明的管理手段和管理方法,大大提高了城市照明管理的工作效率。

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作者: 來源: 發布時間:2012年04月05日
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