【摘 要】 本文介紹了單燈控制系統(tǒng)的基本組成架構(gòu)，并對(duì)控制系統(tǒng)所采用的兩種主要通信方式進(jìn)行了分析和比較。

【關(guān)鍵詞】 城市照明；單燈控制；電力載波；Zigbee

1、論文背景，現(xiàn)狀

隨著社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，近10年來(lái)我國(guó)照明用電量增幅巨大。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年全國(guó)全社會(huì)用電量41923億千瓦時(shí)，照明用電全國(guó)全社會(huì)用電量的比例為13%，而城市道路照明用電量約占照明用電總量的30%，因此探討城市照明節(jié)能是很有必要的。

目前，國(guó)內(nèi)照明系統(tǒng)大多是通過(guò)控制路燈箱變對(duì)整條線路進(jìn)行管理，能夠達(dá)到針對(duì)單盞路燈進(jìn)行控制的系統(tǒng)較少。住建部《“十二五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》（建城[2011]178號(hào)）及《城市照明管理規(guī)定》（國(guó)家住建部[2010]第4號(hào)令）提出要將提升城市照明品質(zhì)作為城市照明工作核心。城市照明維護(hù)單位應(yīng)當(dāng)建立和完善分區(qū)、分時(shí)、分級(jí)的照明節(jié)能控制措施，積極采用先進(jìn)的燈控方式。單燈監(jiān)控系統(tǒng)正是結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)。它能夠?qū)崿F(xiàn)單盞路燈故障檢測(cè)，多策略節(jié)能方式運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集分析等多種功能并最終達(dá)到最佳控制效果。

2、控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與比較

單燈控制系統(tǒng)通信方式的選擇和設(shè)計(jì)，是單燈控制系統(tǒng)研究的重點(diǎn)，其通信方式可以分為有線有線傳輸方式和無(wú)線傳輸方式兩大類(lèi)。目前比較流行的方式有低壓電力載波通信（PLC）技術(shù)和Zigbee無(wú)線通信技術(shù)兩種方式。

2.1電力載波

電力載波通信即PLC，是英文Power line Communication的簡(jiǎn)稱(chēng)。電力載波是利用電力網(wǎng)作為傳輸媒介，將載有信息的高頻信號(hào)加載到電力線上，通過(guò)電力線傳輸數(shù)據(jù)，并通過(guò)調(diào)制解調(diào)器把高頻信號(hào)從電力線上分離出來(lái)，傳送到監(jiān)控終端設(shè)備。電力載波通信因其投資小，見(jiàn)效快而受到廣泛關(guān)注。選擇低壓電力載波作為信息傳輸通道的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：

（1）電力線本身由于供電可靠性的要求，具有很強(qiáng)的抗拒自然災(zāi)害及外力破壞的能力。

（2）電力線路作為電能輸送的通道，以金屬良導(dǎo)體材料連接，線路截面大，導(dǎo)電性好。在它們上面載以高頻信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)需另外挖掘電纜溝，無(wú)需敷設(shè)電纜，即可構(gòu)成幾乎所有點(diǎn)之間的通信，覆蓋范圍廣。

（3）電力線的建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，皆在電力生產(chǎn)成本中開(kāi)支，投資少，不論新舊道路，無(wú)需改造線路，只需增加載波設(shè)備配合通信協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)。

2.2 Zigbee無(wú)線通信

Zigbee作為一種無(wú)線通信技術(shù)采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，利用全球共有的2.4GHz公共頻率，通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)限擴(kuò)展。應(yīng)用于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時(shí)，具有非常顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）數(shù)據(jù)傳輸速率低：10KB-250KB/秒，適用于低速率傳輸?shù)膽?yīng)用。

（2）低功耗：由于傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設(shè)備非常省電。

（3）網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。

（4）時(shí)延短：典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。

（5）可靠：采取了碰撞避免策略，避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā)。

（6）安全：ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了加密算法，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

2.3應(yīng)用方式介紹

無(wú)論采用哪種通信方式，單燈控制系統(tǒng)一般采用三級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，由監(jiān)控中心，集中單元和控制單元組成，三者分別安裝在中心機(jī)房，路燈箱變及路燈桿內(nèi)。

控制單元與監(jiān)控中心的通信通過(guò)集中單元進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，控制單元可以采用PLC或者Zigbee實(shí)現(xiàn)集中單元與控制單元的通信，集中單元通過(guò)GPRS等通信方式實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)控制單元的通信。

3、試用情況介紹

福州市政工程管理處路燈管理所近年來(lái)一直致力于節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用和推廣。2014年初，結(jié)合本市路燈的實(shí)際情況，分別選擇了B廠家和L廠家的單燈控制系統(tǒng)在閩江大道（主干道）進(jìn)行試用。本次試用重點(diǎn)考察系統(tǒng)的單燈監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集，故障分析等功能。其中，B廠家采用的是Zigbee無(wú)線通信技術(shù)，而L廠家采用的是電力載波通信（PLC）技術(shù)。

兩種系統(tǒng)在試用階段的表現(xiàn)基本相當(dāng)，都能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)信息、告警上報(bào)、故障分析和統(tǒng)計(jì)功能。以下是兩個(gè)廠家監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)比截圖：

單燈詳細(xì)列表（B廠家）

按條件篩選的單燈詳細(xì)列表（B廠家）

單站單燈詳細(xì)信息（B廠家）

報(bào)表管理功能（B廠家）

從上表可以看出，PLC和Zigbee通信方式各有千秋，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于系統(tǒng)造價(jià)和通信可靠性問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同地區(qū)，不同情況區(qū)別對(duì)待。城市道路分為主次干道和支路街巷有的地方還要兼顧景觀照明和小區(qū)照明。在主次干道上，由于障礙物較少，兩種方式都可以考慮使用。而在背街小巷，由于環(huán)境復(fù)雜、空間狹小可以考慮采用電力載波方式。

另外，由于多數(shù)城市的路燈管理部門(mén)已經(jīng)廣泛使用了集中式的路燈監(jiān)控系統(tǒng)，而新建的單燈控制系統(tǒng)是否能夠和原有的系統(tǒng)兼容，從建設(shè)成本方面考慮也是一個(gè)重要問(wèn)題。

4、總結(jié)與展望

單燈控制技術(shù)是提升城市照明品質(zhì)的重要手段，無(wú)論采用哪種通信方式，都可以大大提升城市路燈現(xiàn)代化管理水平。在保證功能性或景觀性照明的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，徹底告別人工巡視、被動(dòng)修燈，減少勞動(dòng)強(qiáng)度和維護(hù)費(fèi)用，提高維護(hù)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，帶來(lái)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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