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谈城市照明控制

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-12-27  作者:魏文信

谈城市照明控制

郑州市市政工程勘测设计研究院    魏文信

一.室外照明控制

1. 室外照明控制的发展

室外照明是城市重要的基础设施,我国室外照明控制技术经过近三十年的发展,从过去简单的无线电台技术发展到今天的网络通信技术,从早期的遥控、遥测、遥信等“三遥”系统逐步演变到“遥控、遥测、遥信、遥视、遥调”的“五遥”系统。室外照明控制已经融入互联网和移动通信网,通过GPRS通用分组无线服务技术,使室外照明控制进入新的蓬勃发展时期。

2.照明控制分类

单灯控制:对每盏照明灯进行控制,多用在路灯减光控制;

分组控制:以照明灯所接同一线路为一组,或并联若干照明线路为为一组进行控制。多用在路灯、隧道灯、桥梁灯等控制;

区域控制:以功能区域内照明灯为一区域进行照明控制。多用在景观照明、园林照明、广场照明、体育场馆照明等照明控制;

集中控制:把若干分组控制、区域控制的照明灯(如路灯、景观灯)进行统一控制。

智能控制:集中控制+internetGSMGPRS”无线通信技术,实现 “五遥”,即目前最先进的智能照明控制。

3.室外照明控制方式

手动控制:人工通过调节电位器或开关将控制信号直接传送给调光电器。可连续调光。应用广泛;

电力载波控制:控制信号由载波发射器发出,经电源线传输到载波接收器,转变为相应的信号再送给控制电器,改变灯功率,实现调光,主要用在路灯等长线路照明控制。

时钟控制,灯接通电源时,计时器开始计时,到某一设定时间输出一定值信号,改变灯功率。主要用在路灯定时调光;

光电控制:根据光电感应,按白天和夜晚亮度变化,输出一定值信号给调光电器。可定功率调光,用于室外照明、室内照明、工矿照明、农业照明等;

远红外感应控制:根据检测到的人体远红外变化输出一定值信号给调光电器。可定功率调光(单级调光)。用在超市、仓库、加油站、停车场等。

自动控制:按照预先设定的程序,实现灯光定时开启控制、调光控制、节能控制。主要应用在大中型照明工程及要求有灯光变化的景观、广告照明工程。

经纬度控制:综合采用电力电子技术、计算机技术、通讯技术等多种高科技技术,按照一年四季太阳升落的时间及各地所处的经纬度,自动模拟当地的日照规律,实现对照明设备的自动控制。主要用在区域照明、城市照明等大规模照明工程。

互联网(Internet)因特网,又叫做国际互联网,是网络网络连成的庞大网络。它是由使用公用语言互相通信的计算机连接而成的全球网络,连接到任何一个节点上,计算机就连入Internet网上了。

移动互联网:将移动通信和互联网二者结合起来,成为一体。广义移动互联网指用户可以使用手机、笔记本等移动终端通过协议接入互联网;狭义移动互联网是指用户使用手机终端通过无线通信的方式访问采用了WAP技术的网站,应用于GSMCDMATDMA3G等多种网络。

物联网:把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换通信       

WAP:为无线应用协议,是一项全球性的网络通信协议WAP使移动Internet 有了一个通行的标准,其目标是将Internet的丰富信息及先进的业务引入到移动电话等无线终端之中。

GSM: GSM是全球移动通信系统(Global System for Mobile communications) 的简称,源于欧洲的无线通信技术, 是当前应用较为广泛的移动电话标准。当前我们用的移动和联通的网络就是GSM制式。

CDMA:是指一种扩频多址数字式通信技术,多路信号只占用一条信道,极大提高带宽使用率,应用于800MHz1.9GHz的超高频(UHF)移动电话系统。为给4G系统让出频率,包括中国等多国已决定放弃CDMA

GPRSGPRS是通用分组无线服务技术的简称,它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务,属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRSGSM的延续。用在照明控制系统,可对照明设备和设施进行无线“三遥”控制。

Zigbee:是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,主要适合于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。它由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,在整个网络范围内,每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信,每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展其通信。质量优于载波通信。

智能照明控制:应用计算机技术和通信网络技术,对大中型和重要的照明工程如城市照明等进行智能化控制。传输方式有无线、有线和无线、有线混合三种基本方式。以各智能控制系统作为独立的系统,采用国际标准的通信接口和协议,纳入局域网、城市网的系统或楼控网系统中。监控中心电脑、手机可以通过互联网、移动互联网、电力载波等与监控终端实现无线通信,实现室外照明的“五遥”监控。

-1  LED路灯调光路灯控制器

序号

 

控制方式

        

      

       

1

 

机械式

面板开关

直接控制灯电源开合

技术及控制简单

控制功率小,损耗大

2

断路器

直接控制灯电源开合

技术简单,功率大

不能控制单灯,节能差

3

 

电子式

定时器

可定时控制灯电源开合

可以遥控

人工设定定时值

4

光电感应

环境光控制灯电源开合

节能

易受电子干扰

 

5

 

       智能式

智能控制

系统

通过互联网或移动互联网

对室外照明进行控制和调光

灯光变化丰富,

可根据需要调整

技术复杂,

成本较高

注:本表根据品能光电技术(上海)有限公司资料绘制。

二.室外照明现有通信及控制

1.通信及控制方式

低频段传统数传电台:建发射塔,覆盖范围有限,申请专用频段,抗干扰较差;

电力载波通信:借用路灯配电线路,抗干扰性差,低可靠性。无配电线路的太阳能路灯、风光互补路灯、景观灯、广告灯等不能采用;

互联网:作为中心级系统(监控中心)与中间级系统(箱变等)通信平台;

移动互联网:作为手机与中间级通信平台;

Zigbee网络:为微功耗短程无线通信,组网灵活,可中继,扩容简单。使用2.45GHz公用ISM频段,抗干扰强。与GPPS/CMA/WIFI/LAN可无缝对接。免执照频段,无网络使用费;

GPPS网络:分组组网灵活,网络覆盖率高,实现单灯控制系统成本较高。

2.主要通信及控制系统

电力载波通信(PLC)方式;

Zigbee无线通信方式。

三.道路照明控制

1.“智慧路灯”控制系统   

路灯监控系统一般由监控中心、GPPS/INTERNET无线通信传输网络、监控终端(如箱变)、路灯监控末端及应用软件等组成。监控中心电脑、手机可以通过互联网、移动互联网与监控终端实现无线通信,监控终端与路灯监控终端实现无线或电力载波通信。这些通信方式把监控电脑或手机与路灯终端联系起来,控制路灯的运行和管理,同时把路灯、箱变等的电压、电流、开关状态等上传给监控中心。

以广州中国科学院软件应用技术研究所研发的“智慧路灯”为例,介绍路灯控制系统构成和原理。

智慧路灯是指通过应用先进、高效、可靠的电力线载波通信技术无线GPRS/CDMA通信技术等,实现对路灯远程集中控制与管理,具有根据车流量自动调节亮度、远程照明控制、故障主动报警、灯具线缆防盗、远程抄表等功能,能够大幅节省电力资源,提升公共照明管理水平,节省维护成本。

-1  广州中科“智慧路灯系统示意图”       

智慧路灯控制系统融合电力载波和3G通信、物联网和云计算等前沿技术,具有智能感应调光、灯具防盗、故障报警、设备状态参数监控、自动远程抄表、电子地图定位等功能,可有效实现节能减排和减少运维成本,实现路灯照明灯具的智能化、精细化管理。

云控制中心:由计算机、数据库服务器、打印机、显示输出设备、报警设备等组成。用户通过操作电脑、手机等客户终端软件,通过3G internet网络到集中控制器或节点控制器,对照明灯具进行管理,实现监控管理、数据统计、信息查询、参数配置和用户管理功能。

集中控制器:集中控制器安装在箱变、照明箱等处。通过互联网接收云控制中心指令,并将路灯运行电气参数上传到云控制中心。通过电力载波对节点控制器下传云控制中心指令,接收节点控制器经电力载波传来的路灯电气参数。

小型节点控制器:安装在路灯处的控制设备,监测路灯工作状况,接收指令,驱动照明灯开关并调光,同时支持PWM调光和电压调光。

视频车辆检测器:安装于路侧的路灯杆上,将采集的交通信息采用移动通信网络/Wi-Fi等无线通讯方式发送出去。可为路灯控制和调光、交通管理提供可视化图像、提供实时交通状况信息。

通信系统:云控制中心的计算机或手机通过互联网/移动通信与集中控制器进行无线通信。集中控制器至节点控制器用电力载波进行有线通信。

2.基于Zigbee技术的智能路灯控制系统

上海顺舟网络科技有限公司推出的“基于Zigbee技术的智能路灯控制系统”,是实现全程无线通信的路灯照明控制系统:

监控中心:由“计算机+互联网/GPPS/串行口”组成,包括服务器、大屏幕投影显示设备、路灯智能测控系统软件及WEB服务器、打印机等设备,负责实时监控由路灯控制节点上传的路况和周围环境信息、查询工作记录和对路灯进行有效的实时控制。

集中控制器:由“GPPS数传终端+Zigbee子网协调器”组成,位于监控中心与路灯控制节点之间,实现Zigbee信号与GPRS信号的转换。向上经互联网/GPPS进行双向通信,接收监控中心指令,发送路灯、开关等状态信息。向下通过Zigbee通信协议方式同路灯控制节点进行无线通信,接收信号和发送指令。约200个路灯配置一个警钟控制器;

路灯控制节点:Zigbee路灯监控器位于路灯处,由Zigbee无线模块、核心控制板、人流传感器、LED路灯等组成。通过Zigbee接收监控中心指令,进行开关控制和亮度调节;上传路灯及开关的运行数据。

通信:路灯控制全程实现无线通信:通过互联网/GPPS,在监控中心与集中控制器间以分组无线方式进行无线通信。通过Zigbee系统,在集中控制器与控制节点间进行无线通信。GPPS信号与Zigbee在集中控制器进行转换。

       -2  上海顺舟“基于Zigbee技术的智能路灯控制系统”

四.楼体景观照明控制

以中易物联“楼体景观照明控制”为例,简介单体楼体景观照明控制:

应用层:用计算机/用手机等通过互联网/移动互联网向楼宇景观照明控制中心发出指令,监控照明设设施运行状态;

网络层:通过互联网/移动互联网,把指令无线传输给楼宇景观照明控制中心的的楼宇照明管理服务器等,通过GPRS无线发出照明控制信息,回传照明设施运行信息给照明管理服务器等;

感知层:各智能照明控制器、云终端控制器ZE-ZPRS安装在相应照明设备前端,接收通过GPRS无线传来的照明控制信息,进行上下级通信。开启或关闭楼宇照明设施,向网络层传回照明设施运行状态信息;

设备层:根据需要设置的楼体景观照明、广告照明等设备和设施,其配电箱内开关根据感知层信息进行动作。

-3  中易物联“楼体景观照明控制系统”

.景观照明控制 

以北京嘉复欣“GF-LCS6008-NCC4路景观照明控制器”为例(另有8路等产品),简介景观照明控制:

-4  北京嘉复欣“景观照明控制系统”

应用层:监控分中心计算机的指令通过互联网发向城市照明管理云平台,进而分组分别发向各景观照明控制器;或用手机经移动互联网分组发向各景观照明控制器,监控照明设施运行状态;

网络层:互联网、移动互联网、城市照明管理云平台,把照明指令分别无线发送到各种照明控制器,回传设施运行信息;

感知层:为桥梁、广场、喷泉、景观灯等景观照明控制器,安装在相应景观照明配电箱处。无线接收上级照明指令,控制景观照明设备按程序动作,把景观照明设备运行电气参数回传到城市照明管理平台;

设备层:根据需要设置的桥梁、广场、喷泉、景观灯等照明设施。

五.城市照明智能控制方案

为贯彻部颁“城市照明管理规定”,应采用城市照明智能控制,改变以往城市照明多头管理、浪费电能、处理故障迟缓、诱发交通事故等乱象,对于加强文明城市建设、改善城市治安起到促进作用。

以往城市照明监控系统种类较多,自成体系,互不兼容,阻碍先进技术的推广应用。“CJJ/T 227-2014 城市照明自动控制系统技术规范”已经颁布,城市照明智能控制必将得到规范和提高。

城市亮照明监控系统,应采用全模块化设计,拥有标准数据接口,兼容性良好,系统功能完善、维护管理便捷。其结构应主要由远程控制器、灯光控制模块等和远程灯光控制管理软件组成,基于互联网、移动互联网及GPRS无线公共网络进行远程控制,城市路灯和景观灯的开/关控制均可实现远程或者自动控制。

学习领会规范精神,参考金智慧、中易物联、嘉复欣等知名城市照明控制厂家的产品控制系统,提出城市照明智能控制方案:

1.中心级系统

中心级系统设备一般置于城市照明控制中心,负责对全市的道路照明、桥梁隧道照明、景观照明、广告照明等进行智能控制和管理。

中心级系统由计算机、数据库服务器、通信设备、显示输出设备、报警设备及光照度计等硬件和将计算机集成、智能控制、通信、图像处理、地理信息、卫星定位等相关技术融合运用的相关软件组成,应具有数据采集和处理、控制、运行管理、检测、调度等功能。

中心级系统应能控制中间控制器和终端模块,设置参数,下达控制指令。收集中间级、终端级设备运行参数,具备单控及群控功能。可进行人机界面报警或声光报警。进行远程的控制和管理。

照明监控系统调度端采用前、后台机连网工作方式。前台机作为监控工作站承担遥测、监控、调度等工

作,后台机平时自动备份前台机的数据。前台机出现故障时,可以随时切换到后台机工作。

具备查询和打印功能。

3GPRS/CDMA等方式经互联网进行遥控,操作平台可安装在电脑、手机上。

有时受照明控制系统控制节点数量限制(一般约1万个控制节点),或因行政区划影响等,一个城市可以分设几个照明控制中心。建议以城市行政区为单位,属地为主,设置照明智能控制系统。

2.中间级系统

根据照灯分布特点,对其进行合理分组:路灯、隧道灯、桥梁灯等宜按配电线路分组;景观灯、园林灯、广场灯、体育场馆灯等宜按区域分组。各组照明灯的配电设施即是中间级系统的基本控制单位。

中间级系统设备一般置于照明箱变、照明配电箱()等照明配电线路的首端。

中间级系统由中间控制器、调光器、简单的输入输出设备、通信设备等硬件和嵌入式软件组成,能够上传数据并接受中心级系统下发的参数和命令。

中间级系统根据需要配置控制照明灯的线路开关。把线路电气参数实施监测并上传中心级,把中心级指令下传给终端级。

中间级系统宜使用单相供电,中间控制器消耗功率不大于20kVA。停电后有后备电池保持正常通信。

中间级系统至终端级系统,也可酌情采用电力载波通信。

5.中间控制器

中间控制器安装在照明箱变、照明配电盘、照明箱等处,具有自动控制照明线路的运行状态、采集运行数据,并有与中心级系统进行数据交换等功能。

3.终端级系统

终端级系统模块可安装在路灯镇流器内,或安装在照明设施小配电板、灯架、灯柱等处,要求防水、防盗。

由终端集中器及其所辖的终端模块等设备组成的,能够上传数据并接受中心级系统下发的或中间级系统转发的运行参数和命令,负责对照明施的运行监测与控制的系统。

终端集中器和终端模块安装在若干集中灯具或一只灯具处。

终端集中器具有收集和储存终端模块的数据,并能通过中间控制器或直接与中心级系统进行数据交换等功能的设备。

终端模块是具有传感或控制功能的设备组件。

对于HID路灯和景观灯,可实现定时、光电、半夜减光等模式,实现加强治安、方便交通、节约能源目标。可对任意一盏灯进行开关控制和调光。

对于LED路灯和景观灯,控制中心宜仅控制其开关,终端模块预置一般、假日、重大节日模式,进行调光或调色,达到节约能源、活跃城市夜晚灯光环境。可对任意一盏灯或一组灯进行开关、调光调色及变化模式进行控制。

15-5  上海顺舟“城市智能照明系统示意图”

4.通信系统

城市照明监控通信系统可分为有线(光缆、电力线等)和无线(专用无线数据传输系统和借用共用信息平台)两种。因城市照明监控通信系统监控点多且比较分散,施工和维护费用高、难度大,采用公用无线通信成为主流和发展方向。

中心级系统至中间级系统应采用互联网或移动互联网,以 GPPS组发无线方式进行通信。

中间级级系统至终端级系统宜采用Zigbee无线系统,或采用电力载波系统。

设备间通信宜采用RS485接口,双绞线(或屏蔽双绞线)电缆传输,组网方便,通用性强,可远距离通信。

7. 视频车辆检测

根据各地具体情况,选择性安装视频车辆检测系统。视频车辆检测器安装于路侧的路灯杆上,将采集的交通信息采用移动通信网络等无线发送至中心级系统或交通管理部门,供有关部门管理和决策使用。

8.推荐城市智能照明系统

城市道路照明、景照明、广告照明及城市智能照明的控制系统很多,各自都有很多特点,照明工作者可根据当地照明现状、经济发展水平、地理特征等选用合适的照明系统。

笔者推荐上海顺舟网络科技有限公司推出的“基于Zigbee技路灯术的智能控制系统”,这是一个全程无线通信的路灯照明控制系统,见“图15-12-5  城市智能照明系统示意图”。

 
 
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