照明控制系統(tǒng)中電力線通信技術(shù)應(yīng)用分析

羅 濛

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司商洛供電公司， 陜西 商洛 726000）

1 新型照明系統(tǒng)控制技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值分析

1.1 解決傳統(tǒng)控制模式應(yīng)用中的問(wèn)題

照明系統(tǒng)最初主要依靠手動(dòng)控制達(dá)到系統(tǒng)啟閉效果。這種控制方式容易受到人為因素的影響。若控制人員缺乏及時(shí)手動(dòng)控制意識(shí)，會(huì)導(dǎo)致電力資源的浪費(fèi)。同時(shí)，手動(dòng)控制具有一定的隨機(jī)性，無(wú)法保證在產(chǎn)生電力資源應(yīng)用需求時(shí)，隨時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，發(fā)揮照明系統(tǒng)作用。除此之外，在傳統(tǒng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)應(yīng)用的背景下，手動(dòng)多次調(diào)整的操作導(dǎo)致開(kāi)關(guān)區(qū)域的損耗程度進(jìn)一步加大[1]，這種損耗程度會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而逐步提升。因此，采用手動(dòng)控制方式容易導(dǎo)致開(kāi)關(guān)區(qū)域出現(xiàn)磨損或性能損耗，控制系統(tǒng)的應(yīng)用壽命相應(yīng)縮短，在一定程度上，這也是資源浪費(fèi)，因此，采用更智能和便捷的控制系統(tǒng)非常重要[2]。

1.2 適應(yīng)現(xiàn)階段智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求

從現(xiàn)階段建筑內(nèi)部的照明系統(tǒng)和機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用需求上來(lái)講，隨著自動(dòng)化程度的提升。在住宅建筑或辦公建筑內(nèi)部，電力資源的運(yùn)行應(yīng)用系統(tǒng)在智能化和自動(dòng)化程度上都有顯著提升。若仍然應(yīng)用手動(dòng)控制的方式對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，則與整體上趨于自動(dòng)化和智能化發(fā)展的系統(tǒng)功能存在缺乏匹配性的問(wèn)題。另外，人工方式與自動(dòng)化方式的兼容程度也會(huì)受到影響。一部分不能實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)化控制的照明系統(tǒng)，無(wú)法引入到現(xiàn)代建筑實(shí)體中得到充分應(yīng)用，體現(xiàn)了照明系統(tǒng)在控制環(huán)節(jié)的技術(shù)滯后性[3]。因此，引入先進(jìn)的技術(shù)提升照明系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)性和便捷性，是現(xiàn)階段照明控制系統(tǒng)完善建設(shè)的主要方向。

2 電力線通信技術(shù)支持下的照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1 操作便捷性原則

照明控制系統(tǒng)的操作便捷性不僅影響系統(tǒng)運(yùn)行的效率，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)更加便捷的操作方式也能提高用戶的認(rèn)同感。對(duì)于現(xiàn)階段建筑實(shí)體建設(shè)逐步追求智能性和自動(dòng)化的基本要求而言，從照明控制系統(tǒng)的宏觀角度提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性，同時(shí)確保照明控制方式的便捷性，是保持照明控制技術(shù)先進(jìn)性的重要方法，也是確保電力資源最大化應(yīng)用的基礎(chǔ)條件[4]。

2.2 應(yīng)用安全性原則

照明系統(tǒng)應(yīng)用中的安全隱患也是系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)關(guān)注的要點(diǎn)問(wèn)題。只有照明系統(tǒng)的運(yùn)行安全狀態(tài)達(dá)到一定的水平，照明系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)能夠基于出現(xiàn)的安全隱患和小型故障進(jìn)行自主識(shí)別和處理，才能夠最大化提高安全保障力度。尤其是在日常住宅建筑內(nèi)部應(yīng)用的照明系統(tǒng)。更應(yīng)當(dāng)具備智能化的故障分析或小型故障處理功能。以便保障系統(tǒng)運(yùn)行長(zhǎng)期處在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下。即使部分故障無(wú)法直接由系統(tǒng)自行處理，系統(tǒng)內(nèi)部也應(yīng)當(dāng)設(shè)置故障預(yù)警功能。以便結(jié)合故障點(diǎn)位故障嚴(yán)重程度及時(shí)啟動(dòng)預(yù)警裝置，通過(guò)及時(shí)預(yù)警，為進(jìn)一步做好照明系統(tǒng)的檢修分析提供依據(jù)。

2.3 設(shè)計(jì)科學(xué)性原則

現(xiàn)階段照明系統(tǒng)在住宅或其他建筑實(shí)體內(nèi)的應(yīng)用功能具有復(fù)雜多樣的特征，因此，照明系統(tǒng)的整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)結(jié)合具體應(yīng)用功能和應(yīng)用需求進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。一方面保證照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能滿足綜合性大規(guī)模建筑主體的應(yīng)用需求，另一方面，通過(guò)線路的及時(shí)改造合并或相應(yīng)保護(hù)裝置，監(jiān)控裝置的匹配設(shè)置，提升照明系統(tǒng)控制工作效果。在最大化利用有限資源的基礎(chǔ)上，獲得最佳的照明系統(tǒng)控制狀態(tài)。

3 電力線通信技術(shù)支持下的照明控制系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)分析

3.1 優(yōu)化照明控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是發(fā)揮出照明控制系統(tǒng)作用的重要基礎(chǔ)條件。在電力線通信技術(shù)應(yīng)用的背景下，照明控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)需要結(jié)合電力通信技術(shù)的軟硬件模塊進(jìn)行有效構(gòu)建。具體來(lái)說(shuō)，在此種技術(shù)的支持下，照明控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括智能化節(jié)點(diǎn)、繼電器輸入端口、中心控制器區(qū)域3部分。這3個(gè)區(qū)域在發(fā)揮控制作用時(shí)有聯(lián)動(dòng)關(guān)系。通常情況下，首先發(fā)揮中心控制器的作用，通過(guò)其內(nèi)部的電力線載波模塊功能，促使電力線傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換解析，轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍赑C端識(shí)別的信號(hào)。與此同時(shí)，控制器的信號(hào)也需要同步轉(zhuǎn)換為電力線載波信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換完成后，方可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的信號(hào)傳輸。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的信號(hào)可在電力線的支持下傳至各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)區(qū)域。在融入電力線技術(shù)后，只要結(jié)合電力資源傳輸終端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造優(yōu)化，就能使終端照明設(shè)備接收到電力線傳輸?shù)妮d波信號(hào)，從而達(dá)到控制照明設(shè)備啟閉的目標(biāo)。一般通過(guò)改裝燈具開(kāi)關(guān)面板、添加電力載波模塊達(dá)到改造目標(biāo)，使其能正常接收載波信號(hào)。接收到信號(hào)后，照明控制系統(tǒng)才能有效發(fā)揮其作用。在控制照明系統(tǒng)時(shí)，智能化的節(jié)點(diǎn)具有一對(duì)多的應(yīng)用特性，主要表現(xiàn)為一個(gè)獨(dú)立的智能節(jié)點(diǎn)可控制多個(gè)不同的繼電器輸入端，而繼電器輸出端則對(duì)應(yīng)相應(yīng)的照明設(shè)備。在具體發(fā)揮控制作用時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)可形成一個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，只要應(yīng)用中心控制器為不同節(jié)點(diǎn)分配對(duì)應(yīng)的地址，即可達(dá)到節(jié)點(diǎn)控制效果。這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制方式，能精準(zhǔn)鎖定照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)區(qū)域。同時(shí)，這種智能節(jié)點(diǎn)的功能也具有豐富性特征，可適應(yīng)不同輸出端照明設(shè)備和電力資源應(yīng)用設(shè)備的應(yīng)用需求。具體來(lái)說(shuō)，除了照明系統(tǒng)中的燈具設(shè)備外，電表、水表和家用電器也都能基于電力線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)集中性的啟閉控制。由此可見(jiàn)，電力線通信技術(shù)具有非常廣泛的應(yīng)用性，同時(shí)適應(yīng)于復(fù)雜的照明控制系統(tǒng)功能要求，這也是此技術(shù)得到認(rèn)同和應(yīng)用的主要原因。

3.2 優(yōu)化軟件與硬件設(shè)計(jì)

優(yōu)化軟件和硬件設(shè)計(jì)是確保整體照明控制系統(tǒng)作用正常發(fā)揮的重要基礎(chǔ)條件。系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用功能，對(duì)軟件和硬件設(shè)計(jì)在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所需要把握的要點(diǎn)有明確的要求。

3.2.1 硬件設(shè)計(jì)分析

從硬件設(shè)計(jì)的角度上來(lái)說(shuō)，應(yīng)用電力線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)做好電力線載波模塊設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)、繼電器輸入模塊設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)電力線載波模塊時(shí)，需要應(yīng)用專門(mén)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和數(shù)字調(diào)制調(diào)節(jié)方式對(duì)信號(hào)傳輸狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此種傳輸方式抗干擾性能較為優(yōu)越，且具有高度的靈敏性，能夠支持遠(yuǎn)距離的通信傳輸，串口和用戶的MCU通信也能有效實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，各智能節(jié)點(diǎn)的控制效果也會(huì)得到優(yōu)化。另外，由于電噪音對(duì)載波通信的效果會(huì)產(chǎn)生一定的影響，對(duì)電源這一硬件進(jìn)行選擇時(shí)，也要注重選取低噪音電源。除此之外，電力線載波模塊在運(yùn)行時(shí)，需要獨(dú)立設(shè)置EID地址，確保地址設(shè)計(jì)的差異性，保證出廠應(yīng)用的電力線載波模塊均對(duì)應(yīng)獨(dú)立的通信地址，避免地址重復(fù)導(dǎo)致通信狀態(tài)紊亂現(xiàn)象。對(duì)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合不同的職能節(jié)點(diǎn)科學(xué)選擇對(duì)應(yīng)的控制器，并且有效控制電壓水平。一般情況下，應(yīng)用3.3 V的電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的有效供電。串口選取i2C串口和接口，在控制器與電力線載波模塊連接時(shí)，選擇直接連接通信的方式合理設(shè)置波特率，一般需達(dá)到9 600 bps。其他的串口直接連接繼電器的輸出模塊。繼電器接點(diǎn)具有高容量特征，可適應(yīng)高水平的電壓。同時(shí)，一般不設(shè)置公共端口?；诖耍芍苯訉?shí)現(xiàn)對(duì)中度水平的功率和小功率進(jìn)行負(fù)載驅(qū)動(dòng)。例如，電磁閥、交流接觸器都可應(yīng)用繼電器實(shí)現(xiàn)控制。

3.2.2 軟件設(shè)計(jì)分析

軟件設(shè)計(jì)基于不同的軟件功能和軟件設(shè)備類(lèi)型，在設(shè)計(jì)要點(diǎn)上需要進(jìn)行精準(zhǔn)控制和分析。軟件設(shè)計(jì)的要點(diǎn)主要包括電力通信協(xié)議設(shè)計(jì)、獨(dú)立建筑軟件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)3個(gè)方面。

電力通信協(xié)議的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：1）嚴(yán)格遵照通信協(xié)議，參照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施改造設(shè)計(jì)。通信協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)需尋找科學(xué)的參照標(biāo)準(zhǔn)，一般需參照 X10載波協(xié)議進(jìn)行電力通信協(xié)議的設(shè)計(jì)；2）系統(tǒng)內(nèi)部的通信協(xié)議設(shè)計(jì)要注重合理性和及時(shí)性。在照明控制系統(tǒng)中，總線與照明控制系統(tǒng)的矛盾是需要解決的具體問(wèn)題；3）要確保通信協(xié)議設(shè)計(jì)效果符合應(yīng)用要求。在設(shè)計(jì)通信協(xié)議時(shí)，以單片機(jī)作為載體進(jìn)入到通信系統(tǒng)中，等待信號(hào)發(fā)出。PC機(jī)器會(huì)發(fā)出系統(tǒng)碼命令和地址碼等一系列信息。在信息發(fā)出后，電力線上的雜波信號(hào)對(duì)系統(tǒng)主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)造成一定影響，到了單播通信階段，智能節(jié)點(diǎn)需要對(duì)中央控制器的信息進(jìn)行回復(fù)。在廣播通信過(guò)程中，智能節(jié)點(diǎn)則不需要回復(fù)中央控制器的信息。照明系統(tǒng)若進(jìn)一步擴(kuò)大，就需要對(duì)RTU信息幀做出一定程度的改進(jìn)，避免出現(xiàn)傳輸信息混亂或傳輸信息準(zhǔn)確性不足的現(xiàn)象。

對(duì)獨(dú)立建筑實(shí)體內(nèi)部的軟件設(shè)計(jì)工作，在要點(diǎn)上也有非常明確的要求。在對(duì)基于整體的建筑實(shí)體進(jìn)行照明控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)男Ч?、控制程度、信?hào)輸出狀態(tài)等是需要把握的重點(diǎn)內(nèi)容。在具體設(shè)計(jì)工作落實(shí)中，系統(tǒng)內(nèi)部需設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)光照值。結(jié)合超出標(biāo)準(zhǔn)光照值的實(shí)際情況，控制照明系統(tǒng)的啟閉狀態(tài)。一旦超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工作值，可以通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)閉合開(kāi)關(guān)。若照明強(qiáng)度水平低于標(biāo)準(zhǔn)光照值時(shí)，則開(kāi)啟系統(tǒng)。同時(shí)，空間內(nèi)是否存在人員活動(dòng)也可作為照明系統(tǒng)是否啟動(dòng)的主要設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)。若照明空間無(wú)人員活動(dòng)，則可閉合照明開(kāi)關(guān)及時(shí)節(jié)約電力資源。

在智能節(jié)點(diǎn)程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需結(jié)合智能節(jié)點(diǎn)控制的對(duì)象有針對(duì)性地優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體來(lái)說(shuō)，智能節(jié)點(diǎn)程序在控制對(duì)象上主要包括繼電器控制、調(diào)光設(shè)備控制、串行通信狀態(tài)控制。在設(shè)計(jì)時(shí)，可將軟件系統(tǒng)模塊劃分為接受任務(wù)和執(zhí)行命令兩個(gè)環(huán)節(jié)。不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求和命令執(zhí)行狀態(tài)，都可基于電力線通信技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。只要智能節(jié)點(diǎn)能夠?qū)⒆陨淼牡刂沸畔⒑蜖顟B(tài)信息傳送至電力線區(qū)域，就可達(dá)到利用此技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用功能調(diào)節(jié)的目標(biāo)。

4 結(jié)論

基于電力線通信技術(shù)，照明控制系統(tǒng)的運(yùn)行和應(yīng)用可得到更加精準(zhǔn)高效的控制。在電力線通信技術(shù)應(yīng)用時(shí)，也需要把握各設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，通過(guò)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)確保電力線系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，發(fā)揮照明控制系統(tǒng)的智能化功能，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)用整體水平。