廣州正力通用電氣有限公司 劉志祖

遠程分布式照度儀在城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

廣州正力通用電氣有限公司 劉志祖

將城市的照明管理分成不同區(qū)域和路段，并按照不同區(qū)域和路段的性質(zhì)及重要程度，依據(jù)分布式照度儀的實測照度，結(jié)合城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)分區(qū)域和路段按不同的光照度實現(xiàn)遠程遙控開關(guān)燈的功能。

分布式照度儀；城市照明自動化監(jiān)控

在城市照明領(lǐng)域，目前應(yīng)用比較廣泛的是采用時控法和光控法對城市照明進行開關(guān)燈控制。

所謂的時控法，是以時間為唯一的開關(guān)燈依據(jù)，不論在任何季節(jié)條件下均只能在預(yù)先設(shè)定的時間進行開關(guān)燈，它有如下缺點：1.隨著季節(jié)或氣候的變化，需要人工干預(yù)來調(diào)整開關(guān)燈時間；2.在陰雨天光照度不足的情況下不能提前開燈，給市民出行活動帶來不便，同時在晴朗天氣的情況下已經(jīng)開了燈但光照度仍然充足，不能提前關(guān)燈，造成浪費電力；3.絕大多數(shù)的時控設(shè)備的時鐘走時精度不高，造成開關(guān)燈的時間誤差。

所謂的光控法，是以照度儀實測的光照度滿足預(yù)設(shè)的開關(guān)燈條件來控制路燈的開關(guān)。目前光控法廣泛采用了在監(jiān)控中心區(qū)域安裝照度儀來實現(xiàn)對整個監(jiān)控區(qū)域的開關(guān)燈，它有如下缺點：1.照度儀的量程大（0－20000Lux），在光控開關(guān)燈的照度敏感區(qū)域（0-100Lux）內(nèi)的照度測量誤差較大；2.整個監(jiān)控區(qū)域只安裝一套照度儀來實現(xiàn)對整個監(jiān)控區(qū)域的控制，造成管理的粗放，對季節(jié)性的短時雷雨暴風天氣應(yīng)對能力差；3.沒有冗余控制，在光線不足的白天或有強光照射的夜晚，可能發(fā)生誤動作；4.城市夜晚景觀燈的建設(shè)對光控在市區(qū)的使用影響很大。

遠程分布式照度儀在城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，克服了以上兩種傳統(tǒng)城市照明控制方法的不足。該系統(tǒng)采用時控和光控相結(jié)合的路燈控制方案，在正常情況下采用時控進行開關(guān)燈，同時系統(tǒng)會根據(jù)分布式照度儀的實測照度值來決定區(qū)域或路段路燈的開關(guān)，即能在陰雨天自動延長照明時間，在晴好天氣自動縮短照明時間，又能在在特殊情況下（如日食等特殊情況）也可以實現(xiàn)白天亮燈，這些措施可滿足市民對道路照明的需求，又避免了路燈的無畏開啟，減少了開燈時間，從而節(jié)約了大量的電能，可以產(chǎn)生較好的社會效益。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

遠程分布式照度儀在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)的三遙功能。整個系統(tǒng)由前臺分布式照度儀系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、后臺城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)三個部分組成。前臺分布式照度儀系統(tǒng)實時測量照度值與預(yù)設(shè)值的開關(guān)燈限制比較，達到開關(guān)燈條件后，將開關(guān)燈指令通過通訊系統(tǒng)發(fā)送到后臺城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)，后臺系統(tǒng)對預(yù)設(shè)區(qū)域和路段的照明控制點發(fā)送遙控開關(guān)燈指令來實現(xiàn)分區(qū)域和路段的開關(guān)燈控制功能。該系統(tǒng)使城市照明管理更加精確、人性化，即通過合理的控制開關(guān)燈實現(xiàn)節(jié)能減排，又能滿足不同區(qū)域人類活動對照度值的要求，使城市照明管理向數(shù)字化、科技化、精細化管理邁進。

二、分布式照度儀系統(tǒng)

分布式照度儀系統(tǒng)主要由照度采集探頭、照度處理器、數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）三個部分組成。照度采集探頭主要功能是實時測量外界照度值，并且通過與照度處理器連接的485通訊線路，將實測數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸斩忍幚砥鳎斩忍幚砥髯疃嗄軌蜻B接8個照度采集探頭；照度處理器的主要功能是存儲照度采集探頭的實測照度值，并且根據(jù)預(yù)設(shè)值在照度處理器內(nèi)部的相關(guān)參數(shù)，分析出是否滿足開關(guān)燈條件情況；數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）主要起到前臺分布式照度儀與后臺城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)之間的雙向通訊作用，即分布式照度儀系統(tǒng)即可主動報告開關(guān)燈指令，又可以接受后臺城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)的遙控指令。

圖一 分布式照度儀在城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)圖

然而，城市照明的質(zhì)量關(guān)系到民生的意義重大，任何誤操作都是不能被接受，因此，有必要采取相關(guān)技術(shù)措施，來確保分布式照度儀系統(tǒng)在城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)中能夠穩(wěn)定、可靠的運行。

1.照度采集探頭的低量程和高精度

在城市照明的實際應(yīng)用中，開關(guān)燈的照度值一般在20—50Lux左右。目前市場上的照度儀由于測量范圍寬，一般在0—20000Lux左右，這樣在50Lux左右的照度時誤差非常大，造成對城市照明的控制精度差。因此照度采集探頭設(shè)計的量程范圍為0—200Lux，同時選用的照度傳感模塊線性度高，受外界溫度等環(huán)境影響小，照度值的處理采用溫度補償，更是進一步的提高了照度采集探頭的精度，保證照度值的準確性、可靠性，有利于決策、分析。

2.冗余技術(shù)和投票表決程序

分布式照度儀系統(tǒng)中，采用了廣泛應(yīng)用于航天和軍工方面的冗余技術(shù)，即每個照度處理器均可連接最多八個照度采集探頭，避免了單個照度采集探頭的故障對城市照明的誤動作而造成重大惡劣的影響。同時照度處理器內(nèi)部集成智能的投票表決程序，該程序的原則是多數(shù)通過，即照度采集探頭的照度值，當多數(shù)達到預(yù)設(shè)的開關(guān)燈條件時，將觸發(fā)開關(guān)燈程序。

圖二 分布式照度儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.閉鎖技術(shù)

該技術(shù)的應(yīng)用基于的前提是：在白天的時候，天空的亮度可能會因為氣象原因而變暗；而在夜晚的時候，天空的亮度不會因為氣象原因而變亮。照度處理器中可設(shè)置一段閉鎖時間區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)部，可以達到光控開燈條件，但是不會發(fā)生光控關(guān)燈條件。在實際應(yīng)用中，可將當天的開燈時間區(qū)域設(shè)置為閉鎖時間，那么在夜晚的時候，不會因為閃電以及城市照明的燈光直接射到照度采集探頭上而觸發(fā)關(guān)燈程序。該技術(shù)解決了分布式照度儀系統(tǒng)在夜晚受到外部條件影響的問題。

4.通訊模塊化以及通訊高成功率

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通訊技術(shù)也越來越成熟。在城市照明自動化監(jiān)控領(lǐng)域，從傳統(tǒng)的虛擬專用電話網(wǎng)絡(luò)，到后來廣泛應(yīng)用的無線電、GSM、GPRS、CDMA等通訊網(wǎng)絡(luò)，以及現(xiàn)在新興而趨于成熟的3G網(wǎng)絡(luò)，可供選擇的通訊網(wǎng)絡(luò)很多。分布式照度儀系統(tǒng)需要與城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)之間通訊，主要由數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）完成該功能。照度處理器與DTU之間采用RS232接口，因此用戶可以根據(jù)已經(jīng)建成的城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)所使用的通訊系統(tǒng)，來選擇相應(yīng)的DTU模塊，用以適應(yīng)已經(jīng)建成的城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)。為了保證照度儀系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時要求DTU具有高的在線率以及通訊成功率。

三、技術(shù)參數(shù)和性能指標

1.技術(shù)參數(shù)

1）照度采集探頭量程范圍：0－200Lux；

2）照度采集探頭精度誤差≤1%；

3）工作電源：180V-250V（AC）；

4）功耗：≤3W；

5）通訊正確率：≥99.9%；

6）耐壓：3000V（AC），1分鐘；

7）系統(tǒng)時鐘的時間精度達每年±1分鐘；

8）環(huán)境溫度：-30℃～+80℃（滿足南北方不同環(huán)境的需要）。

2.性能指標

1）照度處理器與照度采集探頭之間采用RS485總線通訊。

2）照度處理器可設(shè)置、查詢各照度采集探頭的各項設(shè)定和數(shù)據(jù)。

3）照度處理器收到照度采集探頭發(fā)出的照度值時，應(yīng)進行智能判斷處理，達到開關(guān)燈條件時，通過DTU發(fā)送指令到監(jiān)控中心。

4）開關(guān)燈的決策依據(jù)按照投票表決多數(shù)優(yōu)先的原則進行。

四、總結(jié)

遠程分布式照度儀采用了傳感技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)、微控制器技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其結(jié)合城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，能滿足不同區(qū)域、不同路段對光照度的不同要求，使城市照明的開關(guān)燈控制更加精確、更加合理、更加人性化。即能通過合理的控制開關(guān)燈實現(xiàn)節(jié)能減排，又能滿足不同區(qū)域人類活動對照度值的要求，真正實現(xiàn)精細化管理。

劉志祖（1984—），男，湖北人，現(xiàn)供職于廣州正力通用電氣有限公司，研究方向：城市照明自動化監(jiān)控管理、城市照明智能節(jié)能裝置、城市照明線路監(jiān)測防盜。