基于电力载波通信的道路单灯控制解决方案
冯士良
摘 要：由于城市照明点分布广、数量多，管理部门面临较严重的管理难题，无法做到统一调度，工作效率不高工作量大，无法满足实时亮灯管理的需要。本文结合嘉兴实际应用情况，通过合同能源管理方式对灯具进行改造并加入单灯控制系统，实现城市照明管理工作从人工管理向自动化管理转变，从被动管理向主动服务转变，提升城市管理的自动化水平，为智慧城市建设提供支持。
关键词：单灯控制；电力载波；分布式结构；物联网
中图分类号：TU113 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0202-03
随着市政道路的不断延伸，路灯的数量、管理难度、能耗和管理成本也在不断攀升，道路照明成为管理部门沉重的负担。因此，管理部门采用智能化手段对其进行改造，以实现降本增效、节能减排、管理提档升级。智能控制系统以物联网技术为基础，控制中心为核心，综合了无线通信网络、计算机控制系统、物联网技术、地理信息系统技术，高效、可靠地为当地及时、可靠、精确地监测、监控照明系统、照明设施的工作情况，对照明系统的运转、发展等做出正确的分析，为决策者提供全面支持，使之做出正确决策，达到安全稳定运行的目的。
1 电力载波通信技术
电力载波通信技术是通过电力线网络进行信号传输的通信技术。电力线载波通信速率受到多种因素的影响，如具体设备和调制方法等。通过采用扩频、选频、自适应调制和中继等技术，基本解决了电力载波在传输过程中的噪声干扰和信号衰减严重等问题低压电力载波通信技术与其他的通信方式相比有以下几个优势：
（1）价格上的优势。电力线载波通信采用电力线作为载体，无需再铺设额外的宽带和光缆线路，成本低，建设周期短。（2）使用上的优势。当设备接通电源的时候，设备就接入到了电力载波通信网络。（3）电力网络覆盖度极高，可不受布线的困扰和无线环境的影响。此外，将电力线载波通信应用于路灯监控系统中，抗干扰能力和通信速率也能满足路灯监控的需求。
2 系统架构
系统采用三层架构，系统架构图如图1所示。
（1）应用层：即系统监控中心。运用计算机系统构建数据库、数据处理、控制、WEB服务。中心通过光纤以及3G/4G网络，实现对前端设备的控制，监控中心将现场情况、数据报表进行反应和显示，以供用户进行管理和决策，用户还可通过Internet访问监控中心系统软件，进行行程操作与控制。（2）通讯层：由运行商的光纤和无线网络组成，实现前端设备与应用层的数据传输。（3）执行层：照明前端系统由集中控制器、单灯控制器和扩展设备组成，实现对照明灯具的控制、运行数据的采集、故障查询等功能。
3 系统主要功能
回路控制、状态查询功能：系统可对控制柜的每个开关回路进行开、关控制和状态查询。
单灯在线监测及控制功能：系统可以对单灯进行控制及在线数据监测。
单灯自动、手动巡测和选测：系统能按设定的时间周期自动进行定时巡测单灯。
控制策略：根据不同类型的路灯控制要求，可以把路灯按单灯分别设置成若干个不同的功能组进行策略控制，可以实现单控、组控、群控及组策略管理。
GIS地图：地图矢量缩放功能，支持2D/3D地图切换，支持网页版地图和离线地图两种模式，可支持用户地图导入系统，可显示经纬度坐标。地图界面提供设备信息框，可显示电参数、开关状态、故障状态、灯具状态、线缆状态等信息。
移动设备访问：支持手機、笔记本、PAD等设备直接登录访问。支持安卓系统的移动终端。
报警内容：意外亮灯、意外灭灯、灯具故障、过流、过压、门开、进水、控制柜缺相、线缆断路、回路跳闸、补偿电容故障、漏电保护器故障、交流接触器故障等。
系统支持远程查询和测量三相供电的实时电量信息：电流、电压、功率、功率因素、电能。
能耗监测功能：支持开关柜、灯具能耗报表生成功能，可按年/月/日进行统计报表。
电缆防盗功能：系统支持24小时电缆防盗监测报警功能。
时长统计功能：具有亮灯时长统计，故障时长统计，电能累计远程读取功能。
平台可以扩展智慧灯杆系统：无线Wifi、智能井盖、视频监控、充电桩管理、气象站管理、信息发布、语音广播、一键报警等。可以与智慧城市中的各个系统进行对接。
4 软件平台设计
系统软件以大数据、云平台为设计基础，在此基础上采用B/S结合C/S架构，并且采用模块化结构，界面为win8风格，交互性好，操作便捷，软件系统应用于城市智能照明，实现远程监控。系统采用模块化设计的思路，采用分布式可集群化的架构方式实现远程云平台控制；开放性好，同时支持SDK包、API接口等多种接口。
4.1 支持多国语言系统
云平台只需要导入不同的语言包，在登陆界面选择不同的语言就可以完成多国语言的切换。
4.2 支持2D/3D照明地理信息系统（GIS）
采用GIS技术无缝接入google电子地图，按照照明设施的现场实际地理信息情况以及分布，建成一个实时的、可视化的地理信息服务平台。它以地理信息为基础，将集中控制器、灯具、电缆地理位置、各回路布置、各监控点的实时动态信息等各种数据区域电子地图上，并将收集到的信息录入数据库中，建立起完善的照明基础设施的数据库系统，实现照明设施的数字化管理，并将采集起来进行集中管理、分析、查询，为管理人员提供实时的可视化信息。
4.3 显示灯具设备同线缆的隶属关系
点击任何一盏路灯，系统就可以显示该路灯隶属于那一条线缆，可以快速定位故障位置已经线缆的走向，如图2所示。
4.4 用户管理
系统具有合理的用户分级权限设定，可在同一服务器上，对不同的用户划分不同权限角色，角色所具有的权限可动态修改分配，包括用户的浏览、添加、删除、修改等操作权限。
4.5 项目管理
可以设置项目的地区和经纬度，能方便的导出项目、控制柜等信息，能兼容路灯、太阳能灯具和景观亮化等项目在同一平台下运行。
将区内路灯设备以项目为单位划分，增加项目，编辑项目和删除项目，导出项目。设置项目基本属性，可根据项目分配用户权限。
管理所有相关设备，包括灯具，终端等。根据不同用户的权限，设置设备参数，同步设备状态，升级设备软件。
4.6 支持设备按照经纬度定位、显示功能
控制设备可以根据现场实际的经纬度进行录入，并且在GIS地图上根据录入的经纬度自动放置，鼠标点击设备后再界面右下角可以显示设备的经纬度。
4.7 支持控制设备快速布局功能
在GIS地图上通过确定终端设备首尾两个确认位置后，其他设备会自动进行等距分布，可以通过鼠标移动分别对整条线路或者某个单灯进行位置调整，软件截图如图3所示。
4.8 日常任务快速设置功能及节假日模式自动切换功能
（1）系统支持任务设置向导，可以引导用户快速设定需要的任务。（2）系统支持节假日任务自动切换功能，设置好对应的节假日任务后系统会根据日期自动切换进入节假日模式，任务执行完成后自动切回日常任务。
4.9 系统报警功能
系统支持集中控制器、单灯控制器以及线缆防盗的各种检测报警功能（主要包括意外亮灯、意外灭灯、灯具故障、过流、过压、门开、进水、控制柜缺相、电源故障、线缆断路、漏电保护器故障、交流接触器故障等）。每项报警都具备独立的开启、关闭功能，用户可以根据自己的需要来选择不同的报警。
4.10 电参数查询统计功能
（1）可对各集中控制器任意时间段自动采集、统计、打印相关数据。（2）可以对各监控终端任意定时数据和年、月、日统计数据进行查询，显示的表格、曲线图、直方图均可按照Excel等格式进行保存或打印，如图4所示。（3）可以对任意一天的实际开关灯时间、当时的照度值和日出日落时间等记录进行查询，显示的表格、曲线图、直方图均可打印，并具有导出Excel表格进行分析功能。
5 结合案例
嘉兴市区LED路灯节能服务项目从2015年开始实施，分为两期，采用合同能源管理（EMC）模式。一期项目改造数量约1.5万盏，二期项目改造数量约2.5万盏，每年路燈亮灯时间约4150小时。
将主城区高压钠灯全部改造为LED灯具+智能单灯控制（采用电力载波方式），对无法达到LED灯具安装要求的部分灯具连接挑杆进行改造，对于部分路段树木遮挡较严重或者原设计建设达不到国家标准的路段，根据改造后的现场照明效果确定在原路灯杆上进行补灯。
对于更换后的灯具采用单灯控制方式，根据道路情况进行智能化管理，在不同时间段按需求进行调光控制，实现二次节能，整体节能率在65%左右。
6 结语
电力载波的单灯控制系统在不用单独布线的情况下能稳定运行，该系统可以产生很好的社会经济效益：合理的减少开灯时间，延长灯具寿命，降低运行成本，节约照明能源。根据不同等级区域的照明要求，按优先级别设置不同分组，实现多级控制，分组管理，避免能源浪费现象。通过远程故障查询功能可以及时有针对性地对故障进行排查及维护，减少工程车辆和技术人员巡检次数，降低维修成本，提高检修效率。通过远程抄表功能，可以在节省大量人力、物力的基础上，对用电情况进行实时监控，及时发现不合理用电现象。系统对所有数据能够按照操作人员的要求进行查询生成表格形式，形成的电子文档方便日常管理和资料备案等相关工作，按需求来调用打印，降低日常工作用纸量，形成低碳化办公理念。
参考文献
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[2]高伟.基于电力载波技术的LED路灯监控系统研制[D].浙江大学，2012.
[3]郭淑贞.基于电力载波技术的路灯监控系统设计分析[J].通信电源技术，2013，30（6）：73-77.
