城市路灯照明智能控制系统设计

城市路灯照明智能控制系统设计

杨军宏

广东宏泰照明科技有限公司523000

摘要：由于城市道路建设的不断发展，城市路灯照明控制系统正逐步实现智能化管理。根据道路照明系统的运行特点，在节能控制目标和保证可靠性的前提下，设计和分析合适的智能控制策略和控制网络拓扑结构选择。本文具体介绍和分析了有关的设计原理和方案选择，智能照明控制策略的选择和确定，控制系统网络结构。

关键词：道路照明系统；互联网；节能

前言

近几年来，各地政府都非常重视城市的照明工程，把城市照明设施建设作为改善和美化城市环境的一个重要措施，但在实施过程中，仍存在着很多不足之处：①光源类型单一，新光源使用比例少。目前道路照明使用最多的是高压钠灯，寿命短、显色性差、耗电量高，急需节能、环保、长寿命的半导体照明技术来替代；②路面过亮，视觉功效差，造成能源浪费和光污染；③控制方法和管理手段落后。人工夜间巡查、居民举报及定期的检修仍是主要方式；④养护资金紧张，财政部每年都要拿出巨大的养护费用用于路灯维护。因此，如何改进城市路灯照明系统成为大家广泛探讨研究的课题。

一、智能照明控制系统的意义

城市道路智能照明控制系统实现了集控化和智能化，顺应了“科学发展观”精神，有利于可持续发展和构建资源节约型、环境友好型社会，可带来强大的经济和社会效益：①节省人力物力，减少经济开支；②通过实时采集照明环境信息，实现路灯照明的“按需照明”，避免不必要的照明浪费，节约照明能源，节省照明开支；③实现道路照明系统设备的可视化动态管理，提高道路照明系统的管理水平，降低管理成本和维护费用。

二、系统功能

智能照明监控系统是北京市机场高速公路机电系统改造工程的重要组成部分。本系统具有照明控制，节电器控制，照明手/自动反馈，防雷器报警，开门报警，电流、电压信号采集及电流、电压缺相报警，设备故障报警，电缆被盗报警等主要功能。

2.1照明控制

照明控制功能有：开关灯时间远程设置、特殊情况开关灯设置、远程手动控制、远程节电模式切换等。照明的手动控制有两种，即模式手动和完全手动控制；自动控制也有一种，即按时序自动控制。完全手动状态可以任意控制每一个照明回路，模式手动和自动控制状态把照明回路合理组合，分成3级进行控制。时序自动控制是一种经济照明模式，出发点是为了在满足道路亮度要求的前提下，尽量节约能源。每一种经济自动控制模式对应于自然界里季节的亮度变化，从而确定一天内各时段的照明等级。该种控制方式是通过存储在PLC内的照明程序进行控制的。1—12月采用不同的阈值，阈值都为参数化，可以根据实际使用情况进行修改。模式手动控制是一种最具灵活性的交互性控制方式，允许具有一定权限的操作人员根据当地某一期间的天气情况（晴天、云天、阴雨天等），结合自己的工作经验，自由定义划分各亮度范围和各范围内开启的照明回路，以使整个照明控制系统达到柔性控制，带来诸如节约能源、平衡各照明回路劳逸程度、切除故障回路时保持亮度等一系列好处。

2.2节能方式

根据人体视觉对光线适应的理论，人眼对光线的感觉和光线成对数关系，即光照降低10%，而人的视觉仅降低1%，因此适当降低光源的光通量（从而可以节能)而并不影响人的视觉。高压钠灯在正常工作条件下，进入正常工作状态前的整个启动过程约需4～8分钟；工作在弧光放电状态时，为负斜率的伏—安特性曲线，电源电压的波动将引起灯具电参数的变化。电源电压上升将引起灯管工作电流增大，工作电压、灯管功率随着增高，造成灯泡寿命下降；反之，电源电压降低，灯的发光效率下降，还可能造成灯具不能启动或自行熄灭。高压钠灯正常启动工作后，将灯具电压降至190V，甚至180V，高压钠灯都不会熄灭，因此，高压钠灯可以实施降压供电。在工程实际中，经实验测量，当高压钠灯电压过压10%时，光源寿命约降低一倍；电压在正常工作电压220V附近小范围下降时（降压10%)，功率成平方比快速下降，此时照度只是轻微下降，节电率可达20%。在高压钠灯工作时，电源电压的波动不宜过大，电源电压的最优选择与控制都是节能照明最有效的途径。

2.3报警功能

报警功能有：防雷器报警，开门报警，电流、电压欠压、欠流、缺项报警，设备故障报警，电缆被盗报警。智能照明控制策略

三、功能模块分析及应用

3.1本地控制

本地控制系统在设计时务必要考虑不同路段路灯和三相电功率的分配，以及不同型号路灯和节能方式等的组合照明方式。要实现各种组合模式必须通过加入触发器的方法完成，一个触发器实现一种组合方式，如此推算，触发器使用的越多，可实现的照明组合方式越多，用于改善的道路照明问题的方案也就越多，但与此同时成本也在相对增加。本地控制系统中的子站主要完成的是路灯的开关控制，其控制流程是：当通信系统完整建立之后，制定出最适用于该区域的路灯开关灯时刻表，并通过通信系统发送到各个本地控制系统的子站当中。子站将会把接收到的开关灯时刻表存放在一个可改写的只读存储器当中。由于是可改写的存储器，所以开关灯时刻表可根据具体情况加以更改。这样的控制方式，最大程度的加少了电能的浪费。子站除了完成路灯的开关控制，还负责采集由电流或者电压互感器测量后经ADC转换的支路电流、电压数据。最后，子站作为本地控制系统和主控机之间的信息传输纽带，它会把收集到的电流电压信息通过互联网传输到主控系统当中。如此的信息反馈可以极大提高系统的应急性，大大降低了故障排出的时间。

3.2通信模块

计算机和计算机外链设备之间是通过通信模块的转换进行数据通信。通信模块由电源插座、调制解调器接口、控制批示灯、发送批示灯、串行接口五部分构成。该通信模块选择RS-485为串行接口方式，便于RS-485组网通讯的利用；而模块采用的调制方式是：调制解调。它总要有两方面的作用，一是可以成为外接电话线，通过收发共线的设置方式，但其最主要的功能是用来完成外接无线电台设备，ITU-TV213是该调制解调方式必须符合的标准，调制方式是FSK半双工的模式，1700Hz为它的中心频率，频偏为400Hz，通信速率是0～1200bps。调制解调与RS-485口之间采用的耦合方式都为光电隔离方式。这样的设计提高了系统的抗干扰能力与系统稳定性。而整个数据流向是：数据先由PC机平台控制软件利用串行接口传输到通信模块之中，然后再由通讯模块将接收的信息数据转化为所需的信息方式进行发送。

四、城市路灯照明智能控制系统的发展

城市照明系统有保障行车和行人安全、方便市民的生活、优化城市的环境等作用。城市路灯照明系统经历了三种评价标准，首先是照度标准，之后是亮度标准，目前是可见度标准。而其他照明系统仍沿用照度标准评价，由此可见，城市路灯照明智能控制系统具有强大的发展力。伴随着照明系统的发展，道路灯具配管的设计也经历了照度标准和亮度标准的改革。

智能控制系统的综合性强，具有智能化、系统化、集成化的特点，表现出智能控制未来的发展状态。城市路灯照明控制系统正向着成熟、智能化的方向发展，单片机、PLC、互联网等高新科技可以尝试应用于该系统之中，使其完善智能化的系统模式。

结语

总而言之，采用现有的成熟技术升级，改造道路节能照明智能控制系统设计，如何在保证道路照明的亮度/照度和安全性的前提下，可以实时监控和管理城市道路夜间照明使之高效稳定安全运行，有效节约电能消耗。而网络的应用是近年来许多行业现智能化改革常用的方法。如果能够将网络技术科学合理的运用于城市路灯照明系统，势必可以很大程度的节约电能并实现其智能化的管理。

参考文献：

[1]刘赏，付春，一种新型高速公路路灯智能控制系统设计[J].西安石油大学学报.2010（03）

[2]刘进宇，智能路灯控制系统设计与应用研究[J].现代电子技术.2010（02）

`[3]褚晓广，智能型节能路灯控制器的研究与实现［J］．自动化与仪表，2007（02）