智能控制技术在城市照明中的应用

摘要：智能控制技术在城市照明中的应用不断发展，使城市照明管理部门降低了照明系统的运营成本，提高了照明工作的服务效率，更是实现节能减排、绿色照明的重要手段。

关键词：城市照明 单灯控制 节能

Application of intelligent control technology in the lighting in the city

Zhengxu

Abstract: The application of intelligent control technology in the continuous development of city lighting, city lighting management departments to make reduced lighting system operation cost, improve the service efficiency of lighting work, is an important means to realize the energy saving and emission reduction, green lighting.

Keywords: City LightingSingle lamp controlEnergy saving

中图分类号：TE08文献标识码： A

随着城市化建设步伐的加快，城市照明设施作为城市公共设施的重要组成部分，对城市照明的管理也提出越来越高的要求。这就使得智能控制技术在城市照明中的应用不断发展，建立智慧化的管理系统平台，来实现城市照明管理部门科学化管理。

城市照明智能控制技术的发展大致可分为三个阶段：第一阶段，现场控制阶段，特点是在现场采用时控或光控装置对城市照明设备进行简易的智能化开关灯控制；第二阶段，远程集中控制阶段，特点是以现场照明配电柜为控制对象，采用数传电台/GPRS/CDMA/3G/4G等远距离无线通信技术实现现场与控制中心的数据连接，并由中心站软件根据经纬度时间及光照度值等参数实现远程集中控制；第三阶段为智慧照明阶段，以单灯控制和监控平台的开放互联为基础，实现细化控制管理、扩展功能应用和整合业务平台等目标。

城市照明智能控制技术是伴随着电子技术、无线通信技术、计算机及网络技术发展而形成的一门综合性应用技术，主要是为了实现城市照明的科学化管理、延长光源使用寿命和节能减排等目的。本文将以单灯控制性城市照明系统为例，讲述智能控制技术在其中的具体应用。

一、单灯控制性城市照明系统构成

单灯控制性城市照明系统是由控制中心、集中控制器和单灯控制器三层结构组成，一、二层采用GPRS/CDMA/3G/4G通信，二、三层采用ZigBee（或其他无线形式）/电力载波通信（见图1）。

图1单灯控制性城市照明系统结构示意图

控制中心为系统的大脑中枢，由工业控制计算机、数据库服务器、路由器、GPS校时器、光敏采集器、短信模块、打印机、UPS电源和大屏幕显示系统（投影机、LED/DLP拼接屏）等组成，用户通过操作中心站软件或手机APP，即可实现城市照明的远程控制和管理。

集中控制器则安装在每条道路的路灯配电柜内，实现供电区段路灯的统一监控；单灯控制器安装在路灯灯杆的接线盒内，实现对单灯控制；灯光控制器安装在夜景亮化的供电点，实现夜景亮化的集中监控。

二、单灯控制性城市照明系统主要功能

下面分别从中心站软件、集中控制器和单灯控制器等三方面来讲解单灯控制性城市照明系统的功能及智能化控制设计。

第一，中心站软件是控制中心的重要组成部分，主要负责对现场照明/灯光控制器及单灯控制器的运行监控工作，其功能包括：终端通信、工况巡检、电能采集、手/自动开关灯、告警处理、数据分析和查询等功能。中心站软件在控制方面的处理设计有：

1、自主开关灯：根据经纬度信息计算出当日开关灯时间并能按照开关灯时间进行自动开关灯控制的处理逻辑，以便在与中心站软件失联的情况下能够自主开关灯；

2、采用时控与光控相结合的方式进行系统开关灯控制。时控为主，光控只在标准开关灯时间前后一段时间起作用；

3、手、自动控制切换。手动方式下，系统不会主动下发自动开关灯控制命令，以便用户进行维修作业等操作。自动控制方式下，所有控制器的输出状态受中心站软件控制，如果发现有不一致的情况，系统会自动补发开关灯命令，以纠正开关灯状态。

4、灵活的单灯数据巡测方式：用户可以自由设定灯的亮灭状态、详细数据、故障数据的巡测方式；

5、可以根据单个路灯的使用时间数据，实现灯具的预维护方案，使得路灯时刻工作在最佳状态。

6、故障信息统计：灭灯故障，通信故障等。

7、可根据单灯在道路的实际位置，在地图上标示相关单灯，动态显示单灯的运行状况，实现图形化的操作界面。

第二，集中控制器的主要职责是负责指定供电区段光源设备的运行监控，其主要功能有：

1、公网通信传输功能：与中心站软件进行通信；

2、开关量输出：开关灯输出控制；

3、开关量输入：数字量信息采集；

4、模拟量数据采集：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素和电能等；

6、故障主动报警功能：异常开灯、异常关灯、供电故障、开关量输入变化（如门禁）、电缆被盗；

7、时段控制功能：半夜灯、二次回灯等；

8、电能采集功能。

除了上述功能外，照明/灯光控制器还具有以下几点智能化控制设计：1）能够正确区分自主行为及用户操作行为，并始终以用户手动操作命令为高优先级进行处理，防止错误操作；2）自带未来一段时间的开关灯计划，以应对较长时间的通信失联情况；3）支持短信远程控制命令等。

第三，单灯控制器的主要职责是负责每盏灯运行情况进行监控，其主要功能有：

1、实现每盏灯进行自动化运行，并能对其进行实时监控（掌控其电压、电流、有功功率、无功功率和功率因素等），自动识别单灯的报警和故障，判断每盏灯工作状态；

2、单灯控制器与集中控制器类似，也需具备自带标准开关灯时间表算法、控制权限判断和自带开关灯计划等功能，以便能够在其失联情况下进行正常开关灯控制；

三、单灯控制性城市照明系统通讯设计

1、整体通讯设计

单灯控制单元与控制中心的通信主要通过集中控制单元进行承接，集中控制单元上行采用GPRS/CDMA/3G/4G等通信方式实现与控制中心远程微机联网，下行采用电力载波或Zigbee无线通讯技术实现与单灯控制单元进行通信，从而实现控制中心与单灯控制单元的通信，达到相关命令和信息的交换、执行。

2、集中控制单元与单灯控制单元通讯设计

集中控制单元与单灯控制单元通讯设计有很多种实现方式，目前主要应用的是电力载波通信和Zigbee无线通信两种方式。

2.1电力载波通信技术

电力载波通信是利用高压电力线在电力载波领域通常指３５ｋＶ及以上电压等级中压电力线指１０ｋＶ电压等级或低压配电线３８０／２２０Ｖ用户线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种通信方式。电力线载波通信具有投资小、见效快和能有效地利用电力线路资源等优点，一直在电力系统通信中使用。

2.2 Zigbee无线通信技术

Zigbee无线通信通信技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

四、单灯控制性城市照明系统的应用意义

1、单灯控制系统不仅可以对每一个单灯测控点设定其独立的开关灯控制方案，也可以对几个相关联的点或者所有的单灯测控点设定共同的开关灯控制方案。一般城市半夜灯节能采取了关闭一部分接触器来达到关闭一部分路灯的效果，这就对路灯线路要求严格，需分清每个接触器所控的路灯，以避免进入半夜灯状态后单相线路负荷过重或三相严重不平衡导致设施故障。采用了单灯控制系统后，可以根据实际情况可选开关控制方案众多：“全开”、“仅开快车道”、“仅开慢车道”、“间隔亮灯”等等；对于某些特殊功能的路灯，比如附加调光输出来降低路灯功率或调节便功率镇流器进行节能。

2、单灯故障监测，地理定位，减少巡修成本：单灯控制系统在实际施工过程中必须涉及到道路的每一个灯杆，因此对于每个路灯灯杆都可以获得他固有的地理位置信息、内部接入电源相序、所安装灯具类型等等，在实施过程中把这些积累的信息输入到计算机监控软件中，即可形成现场路灯信息档案库，软件处理报警故障信息时，对应提供相关信息即可快速定位故障点，故障类型，方便维修人员快速查找和解决路灯故障，从而避免了夜间的盲目巡视，节约人力、车辆成本。

五、结语

单灯控制性城市照明系统在国内一些城市已进行试用或小规模的推广，作为一种新型的城市照明控制方式，为城市照明管理带来新的变革，数字化、精确化的控制与数据采集，极大的提高城市照明管理效率，同时也降低了其运营成本，是目前城市照明管理平台的发展趋势。

本人就智能控制在城市照明中应用的未来发展提出以下展望：首先，将会将每盏灯都看成一个智能控制节点，使其具备独立访问、自主升级和功能扩展能力；其次，城市照明的云监控系统将广泛使用，以满足不具备架设控制中心条件的客户需求，节省其建设、管理和维护方面的成本，同时提高城市智慧化管理水平。

参考文献：

1. 王海韬，城市路灯远程监控系统的研究，江苏大学，2010

2、蔡卫峰，城市路灯无线通信监控系统实现［Ｊ］．电气自动化，2002（5）

3、解凯源 ，电力载波通讯技术的路灯单灯控制系统，城市照明，2013（8）