城市智能照明單燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

毛游琴

中山市宏躍照明電器有限公司（廣東 中山 528400）

0 引言

為進(jìn)一步促進(jìn)城市的建設(shè)與發(fā)展，需要在城市管理中融入更多的新思想與新技術(shù)，以滿足城市的實(shí)際發(fā)展要求，這也是當(dāng)下人們對景觀照明與道路照明要求逐漸提升的重要原因。但隨著管理難度的提升，對城市照明而言，無論是系統(tǒng)整體的運(yùn)營成本還是建設(shè)工作的推進(jìn)都受到了一定阻礙。為解決該問題，應(yīng)盡力落實(shí)城市節(jié)能減排工作，盡可能地降低系統(tǒng)運(yùn)營成本，為此，就需要將科學(xué)合理的現(xiàn)代技術(shù)手段融入實(shí)際的城市照明工作中。當(dāng)前，城市中應(yīng)用的智能單燈節(jié)能控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)與應(yīng)用完全以城市的實(shí)際需求和對成本的限制標(biāo)準(zhǔn)為前提，并融入節(jié)能減排的相關(guān)要求，以確保在提升系統(tǒng)應(yīng)用效果的同時(shí)，使其成本始終控制在預(yù)期設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

1 單燈照明監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

從目前城市發(fā)展的實(shí)際情況看，隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們對城市的照明系統(tǒng)也有了更高的要求，這也是城市道路規(guī)劃建設(shè)過程中單燈照明裝置在其中應(yīng)用較為廣泛的主要原因[1]。作為常用的照明系統(tǒng)類型，該裝置的組成主要包括開關(guān)、節(jié)能模塊以及用于數(shù)據(jù)或故障判斷的部分，具體包括：

（1）單燈監(jiān)控模塊。該模塊通常被安裝在燈桿或燈具內(nèi)，由單燈控制單元與用于檢測燈的元器件組成[2]。

（2）單燈通信模塊。用于單燈照明監(jiān)控系統(tǒng)的通信模塊，主要作用是通過接受來自上層控制單元的命令使照明系統(tǒng)做出相應(yīng)的反應(yīng)。其集合了監(jiān)控前端與單燈裝置，集成度較高且發(fā)揮出的應(yīng)用效果也較為突出，是系統(tǒng)智能化表現(xiàn)的核心部件。

（3）單燈適配器。以其中的開關(guān)箱體為例，只要在開關(guān)箱的管轄與線路覆蓋范圍內(nèi)，就能夠集抄單燈裝置產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，便于后續(xù)工作的順利推進(jìn)。

利用單燈監(jiān)控系統(tǒng)能夠在其他系統(tǒng)單元的共同協(xié)助下實(shí)現(xiàn)城市照明線路的全覆蓋，目前，該功能已隨技術(shù)的逐漸成熟而逐步落實(shí)到城市的各個(gè)區(qū)域[3]。例如，其與監(jiān)控中心處的監(jiān)控計(jì)算機(jī)單元以及與其相對應(yīng)的軟件共同構(gòu)成了覆蓋城市的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在通信協(xié)議的輔助下實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備故障狀況與運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，極大地減少了故障與問題的出現(xiàn)。

城市中選擇的主要照明手段均能在節(jié)能減排要求的基礎(chǔ)上滿足人民群眾的日常需求，但從實(shí)際應(yīng)用情況看，照明手段的統(tǒng)一應(yīng)用使得部分照明設(shè)備并不符合其實(shí)際運(yùn)行要求，長此以往無論是光照度還是使用壽命，均會受到不良影響，進(jìn)而使得節(jié)能減排的最終目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)。而利用其中的單燈產(chǎn)品卻能夠最大限度地改變該狀況，在滿足光照度需求的同時(shí)，也能延長光源壽命，而且每盞燈的控制與綜合性管理能變得更為簡單，能在多個(gè)智能模塊的控制下滿足照明系統(tǒng)的控制要求。

2 城市智能照明單燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)通信

（1）電力載波通信技術(shù)。該種通信方式主要利用高壓電力線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并將線路作為信息在電力載波領(lǐng)域中的通信媒介，實(shí)現(xiàn)了語音或數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)對接與傳輸（見圖1）[4]。由于該技術(shù)的應(yīng)用成本較低，且能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對照明系統(tǒng)的節(jié)能要求，使得其被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)通信工程中，并突顯出極佳的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。而且，其也是實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)智能化的前提條件。

圖1 一種電力載波通信模塊

（2）ZIGBEE 通信技術(shù)。該通信技術(shù)屬于雙向無線通信技術(shù)的一種，在應(yīng)用時(shí)表現(xiàn)出的主要特點(diǎn)是距離短、應(yīng)用簡單、功耗低，且應(yīng)用成本也符合系統(tǒng)運(yùn)營要求。其中囊括的各類電子設(shè)備是該技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵，其中包含的主要數(shù)據(jù)類型有間歇性數(shù)據(jù)、周期性數(shù)據(jù)以及反應(yīng)時(shí)間較低的數(shù)據(jù)[5]。選擇應(yīng)用該種通信技術(shù)時(shí)，電子設(shè)備的選擇極為重要。目前，在全球范圍內(nèi)多數(shù)地區(qū)使用該通信技術(shù)的頻段主要是2.14 GHz，而在歐洲則應(yīng)用868 GHz，美國主要使用915 GHz。從該通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀看，該種通信技術(shù)有著極其廣闊的發(fā)展前景，其無論是對各類系統(tǒng)應(yīng)用效果的提升還是全球通信技術(shù)的未來可持續(xù)性發(fā)展，均有極大的幫助，也是當(dāng)下城市發(fā)展需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

（3）針對路燈控制單元與控制中心的聯(lián)合通信技術(shù)。其各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的上下承接主要應(yīng)用的是集中單元，并在終端主機(jī)的下行處選擇應(yīng)用電力載波通信技術(shù)以實(shí)現(xiàn)控制單元與集中單元的聯(lián)結(jié)，同時(shí)應(yīng)用不同種形式的通信方式以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)控制。可以說，該技術(shù)就是針對路燈的控制單元與控制中心，控制其運(yùn)行狀態(tài)的一種通信技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用，最為突出的優(yōu)勢是能夠全面搜集路燈控制箱內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，并在完整的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對路燈亮度以及開關(guān)的控制，有效提升了路燈的控制效果，為我國照明系統(tǒng)的智能化發(fā)展積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。

2.2 單燈節(jié)能控制系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方式

隨著技術(shù)的不斷成熟，智能照明單燈節(jié)能控制系統(tǒng)也在持續(xù)更新，而為了完成節(jié)能減排的任務(wù)，必須提高對單燈智能控制內(nèi)容的重視。從當(dāng)下應(yīng)用的技術(shù)看，半夜燈控制與限流是常用的兩種節(jié)能手段，也是展開后續(xù)節(jié)能減排工作的常用方式。

（1）半夜燈控制。我國土地面積較大，路燈設(shè)置在偏僻路段的情況較為常見。由于該類路段在后半夜通過的人數(shù)較少，因此為了減少路燈的耗電量以貫徹節(jié)能減排的理念，在城市的后半夜其所對應(yīng)的照明系統(tǒng)通常會應(yīng)用半夜燈控制的方式將其中的部分路燈關(guān)閉[6]。在一些偏遠(yuǎn)城市，半夜在路面的人群基數(shù)過少，若持續(xù)打開路燈就會造成不必要的電能浪費(fèi)。對此，可采用半夜燈控制方式，及時(shí)關(guān)閉人煙稀少或偏僻路段的路燈，這也是促進(jìn)我國節(jié)能減排工作順利開展的重要手段，為我國照明系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

（2）限流。該手段的應(yīng)用，簡單而言就是在原本路燈供電電路的基礎(chǔ)上增加一個(gè)電抗器，將其電抗值增大就能夠自由控制路燈的工作電流，繼而達(dá)到節(jié)能減排的目的。將該種方式融入單燈控制系統(tǒng)中，一般需要采用預(yù)先設(shè)置的方法。使用該方式，當(dāng)使用路燈對街道進(jìn)行照明后的一段時(shí)間內(nèi)，行人較少或通過的車輛數(shù)量較少，均能在轉(zhuǎn)換開關(guān)的輔助下，利用電抗器減少路燈電流，這樣路燈就能夠在小電流的狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行，路燈的亮度也可以在該種手段的配合下實(shí)現(xiàn)自由控制。雖然，該過程路燈的電壓并沒有降低，但路燈燈泡的功率得到了一定程度的降低，進(jìn)而達(dá)到了節(jié)能減排的目的。另外，通過限流，也能夠保證路燈的良好使用效果，路燈的應(yīng)用損耗被進(jìn)一步降低。但需要注意的是，要想實(shí)現(xiàn)該功能需要在每一盞路燈中安裝節(jié)電設(shè)備，這一過程需要耗費(fèi)較高的資金成本與人力成本。另外，為了延長其使用壽命，還需要派遣專業(yè)的技術(shù)人員對其進(jìn)行長期維護(hù)，維護(hù)成本較高[7]。

2.3 單燈控制系統(tǒng)的簡單應(yīng)用與發(fā)展趨勢

智能路燈管理系統(tǒng)（單燈控制）能夠充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳感器技術(shù)有效聯(lián)結(jié)城市路燈，從而實(shí)現(xiàn)集中化與智能化的管理與控制。但需要注意的是，單燈系統(tǒng)所涉及的廠家較多，其包含的控制協(xié)議均有所不同，因此城市路燈管理中心應(yīng)在自己管轄的范圍內(nèi)構(gòu)建一套完整的獨(dú)立監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。在單燈智能控制系統(tǒng)的幫助下，照明系統(tǒng)能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，并在科技化與信息化手段的輔助下進(jìn)一步提升城市路燈管理與快速處置問題的能力，展現(xiàn)出低能耗化與精細(xì)化照明系統(tǒng)的管控優(yōu)勢，這也是城市路燈管理的未來趨勢。

3 結(jié)束語

綜上所述，由于單燈節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢突顯，使得其在多個(gè)城市中獲得了廣泛運(yùn)用。利用該類型的控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，還能夠深入分析每盞燈的工作狀態(tài)以及線路情況，并在短時(shí)間內(nèi)解決故障，從而延長其使用壽命。該控制系統(tǒng)填補(bǔ)了一直以來城市照明監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與應(yīng)用過程的空白，為城市照明管理效率的提升奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。