2019-11-13
基于電力載波通信技術，可以構建一個實現路燈單燈控制 功能的智能路燈解決方案，現已成功應用在歐洲、美國、中國等眾多城市。該系統(tǒng)的實施使得城市路燈管理部門可節(jié)省至少 50%的能耗，并降低了路燈系統(tǒng)的運營成本、提高路燈系統(tǒng)的服務效率。這種智能化的路燈系統(tǒng)還可以節(jié)約 30%的維護成本，是實現綠色、節(jié)能城市的重要手段。
電力線載波通信、智能路段服務器、自動中繼通信技術
城市路燈照明是現代化城市的重要公共設施，路燈照明也因此成為一個城市電能支出的重要部分——高達 40%的電力消耗以及大量的維護和運營成本。雖然已經有一些解決方案， 比如按時隔一盞路燈關閉一盞路燈，或者在一個路燈區(qū)域的變壓器端加裝控制等等，這些方案實現了一定程度的節(jié)能效果，但是卻存在一些不足的地方，比如路面照度不均勻，不能實現單個路燈的狀態(tài)監(jiān)測等。如今的城市需要更智能的路燈系統(tǒng)，在節(jié)省電力消耗、降低運營成本和減少碳排放的同時改善城市的環(huán)境。
我公司是提供智能路燈解決方案和設備的專業(yè)提供商，目前已為世界各地的 40 多座城市提供智能路燈單燈控制解決方案。將路燈轉換成高效節(jié)能的智能化遠程管理網絡，能源消耗平均減少 30%。更重要的是，由于該平臺具有開放性，因此可以用來連接其他城市能源管理系統(tǒng)。對現代化城市而言，我公司的智能路燈照明解決方案是邁向智能城市的第一步。
如圖一所示的該系統(tǒng)具有性能可靠，易于升級的特點。該系統(tǒng)由三級部分構成：最低層每一路燈均包含一個基于電力線載波通信技術的智能單燈控制器；中間層的 SmartServer 智能路段服務器通過電力線載波和每一個路燈通信，同時可以通過 TCP/IP、GPRS 或 3G 等與城市路燈管理中心通信；作為上層的系統(tǒng)管理層，在路燈管理中心運行有路燈控制系統(tǒng)管理平臺。
在每一個路燈中都嵌入一個基于電力載波芯片的智能控制器，這些路燈控制器和 SmartServer 智能路段服務器之間使用電力線載波進行通信，這樣做不需要額外的通信線路，數據通信信道和路燈供電共用供電信道。每一個路燈單燈控制器均包含物理地址和邏輯地址，這便于和 GIS 地理信息系統(tǒng)匹配。
電力載波通信技術，現在已經被采納為多個國家和國際組織的標準，包括：
該技術已有超過八千萬的基于該技術的電力載波設備應用在世界各地的智能電網、工業(yè)控制、智能家庭、交通控制等領域，性能穩(wěn)定可靠。
我司采用的電力載波的通信芯片為PL 3120/PL 3150，這兩種芯片內置 ISO/IEC 14908控制網絡協(xié)議，采用 BPSK 的調制方式傳輸信號，通信速率在 C 波段的情況下為 5.4 kbps。PL 3120/PL 3150 的 BPSK 技術稱為二進制相移健控（Binary Phase Shift Keying）調制技術，當工作在 C 波段時有兩個載波頻率：第一載波頻率為 132kHz，第二載波頻率為 115kHz。第一載波頻率具有更好的畸變糾正能力和更強大的數據包分辨能力和抗噪聲能力，第二載波頻率比第一載波頻率的誤差校正能力強。埃施朗公司把噪聲抑制和畸變糾正的專利算法技術應用到數字信號處理（DSP）內核中。這些性能使得收發(fā)器可以糾正電力線信號中多種多樣的干擾，包括脈沖噪聲，連續(xù)音頻噪聲、相位畸變等。
智能路燈單燈控制器的結構如圖二所示。其主要的構成部分有：PL 3120/PL 3150 智能電力線收發(fā)器，耦合電路，電源，整流器電路和燈具等組成。
路燈單燈控制器使用基于 ISO/IEC 14908 標準的電力載波通信技術與路燈區(qū)域控制器SmartServer 智能路段服務器通信，可以接受來自智能路段服務器的命令，包括燈的開/關， 以及亮度調節(jié)命令，并對燈具實施相應的控制。同時，單燈控制器還能夠測量供電電壓、電流、功率、功率因數、整流器溫度、整流器運行時間以及消耗的電能等數據，并提供報警信息。這些數據可以由路燈管理中心的軟件通過 SmartServer 智能路段服務器進行讀取。
目前市場上有多家公司提供該類的智能路燈控制器可供用戶選擇，包括國內和國外的廠商。這樣，在客戶選擇產品構建系統(tǒng)的時候，有較大的選擇余地，用戶從而可以得到最佳性價比的產品。
對于一個路燈系統(tǒng)來說，使用壽命可能長達 30 年，多種產品可以提供用戶在以后系統(tǒng)的維護和升級中，可以使用不同公司的產品，而這些產品使用同樣的通信技術和數據結構，不會產生兼容性的問題。這給最終用戶帶來的好處是，在整個系統(tǒng)的生命周期中系統(tǒng)的運營成本可以達到最低。每一個單燈路燈控制器中的應用程序，可以實現在線升級，這樣同樣的硬件可以通過軟件升級來提供更加先進的功能。
SmartServer 智能路段服務器是實現路燈單燈控制系統(tǒng)的重要的硬件設備， 它安裝在路燈區(qū)域控制箱中，使用 ISO/IEC 14908 的電力載波通信技術和路燈單燈控制器通信，與控制中心的通信可以使用 GPRS/3G、以太網、Wi-Fi 或者 ADSL 等。
SmartServer 智能路段服務器中內置多種功能，包括：
一般情況下，一個 SmartServer 智能路段服務器最多可以管理 300 個路燈單燈控制器。之所以能夠構建基于電力載波的路燈單燈控制系統(tǒng)，智能路段服務器的自動中繼管理功能在其中起到了不可或缺的作用。
簡單來說，如圖四所示，在電力線傳輸線上，假設 SmartServer 智能路段服務器連接有十二個單燈控制器，通信情況如下，SmartServer 智能路段服務器不能和最遠的 12 號控制器進行通信，但是 SmartServer 智能路段服務器可以和 1-4 號單燈控制器通信，而 4 號單燈控制器可以和 5-8 單燈控制器通信，8 號單燈控制器可以和 9-12 單燈號控制器通信，這樣 SmartServer 智能路段服務器，可以使用 4 號單燈控制器作為一級中繼代理，和 8 單燈號控制器通信，8 號單燈控制器作為二級代理與 12 號單燈控制器通信，也就是說 SmartServer 智能路段服務器分別使用兩級代理就實現和最遠的 12 號單燈控制器的通信。
SmartServer 智能路段服務器最多支持 8 級中繼代理。通過我們在國內的幾個實際路燈路段的測量，最差的情況是 SmartServer 智能路段服務器使用了兩級中繼代理就實現與最遠的測試節(jié)點的通信。
SmartServer 智能路段服務器內置的時序調度功能模塊可以根據時間來實現對每一個單燈控制器開、關和亮度控制。該時序調度功能模塊可以由中心監(jiān)控軟件進行配置。
SmartServer 智能路段服務器中嵌入實時操作系統(tǒng)，中央處理器為 MIPS32，時鐘頻率為 264MHz。內部的實時時鐘可以自動與設定的時間服務器進行時間同步。內置的 Flash 存儲器可以存儲數月的歷史數據?？梢赃B接 Modbus 的設備、具有脈沖輸出的計量表設備等， 另外還有兩路數字輸入和兩路數字輸出。
根據不同類型的路燈、景觀燈控制要求，可以把路燈、景觀燈分別設置成不同的功能組，每個燈桿也可設置成不同的功能組，燈頭燈具也可進行編號，采用支路與單燈控制相結合的方式按預先設定方案自動進行控制。
19、衛(wèi)星自動校時系統(tǒng)（GPS）運用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)與計算機技術，實現對系統(tǒng)的準確校時，保證監(jiān)控中心和監(jiān)控終端時鐘的準確性與一致性。 20、遠程實時查詢控制
可以通過互聯網實現微機的遠程實時查詢，查詢內容包括各終端的最新以及歷史數據和故障情況，實現異地遠程接入訪問。也可通過互聯網實現微機的遠程控制。先進的BS的主站操作系統(tǒng)，可以使客戶端操作更加方便、界面更美觀、且客戶端免維護。
可在手機上通過路燈軟件查看任意監(jiān)控終端及路燈的數據、狀態(tài)及告警信息。也可在手機上實現對任意監(jiān)控終端及路燈的控制。
21、投影顯示功能系統(tǒng)具有投影功能，可以投影顯示路燈監(jiān)控數據信息。操作人員通過微機操作，可以很方便的顯示各項路燈監(jiān)控數據和圖像。
22、監(jiān)控終端斷電運行功能監(jiān)控終端內有不間斷電源，具有斷電運行功能，能在供電線路斷電時及時告警，使有關部門在第一時間獲知并搶修。
23、監(jiān)控終端獨立運行功能監(jiān)控終端能夠在通信中斷的情況下，按照事先設定的運行方式實現獨立運行。這個功能保證了監(jiān)控中心出現故障，或者通信中斷時，監(jiān)控終端能夠自行進行開關燈操作。避免了監(jiān)控中心出現故障或者通信中斷時，全系統(tǒng)癱瘓的嚴重后果。
24、短消息報警系統(tǒng)監(jiān)控中心可以實現無人值守，系統(tǒng)可以通過預置若干個手機號碼，以短消息方式，按照預先設定的告警模式，把報警的時間、地點、內容等相關信息發(fā)送至各相關人員的手機上。發(fā)送人員數量不限。
系統(tǒng)也可以根據用戶的具體要求，通過短消息發(fā)送用戶最需要了解的系統(tǒng)運行相關信息，如每天的實際開關燈時間，路燈亮燈時長以及每天的用電量等相關信息。
系統(tǒng)具有相關輔助功能，包括短信接收、發(fā)送、短信定時發(fā)送等功能。
25、遠程抄表及自動計算用電量監(jiān)控終端可以對路燈配電箱內安裝的電子電表實現遠程抄表，直接讀取用電量數值，并發(fā)送到監(jiān)控中心。
系統(tǒng)可以根據抄表結果自動準確的計算每個月的用電量。如果路燈配電箱內沒有安裝電子電表，系統(tǒng)自帶交流采樣功能，也可以準確計算每個月的用電量。
26、路燈地理信息系統(tǒng)（GIS）監(jiān)控中心能夠集成電子地圖或平面掃描地圖，可實現地圖的多級縮放與平滑瀏覽，達到了圖文并茂和使用方便的效果。并能夠在地圖上標注監(jiān)控點的位置，通過地理系統(tǒng)指導路燈維護維修，實現路燈維護維修的合理化、及時化和科學化，提高了工作效率。
系統(tǒng)在地理信息的基礎上可以實現資產管理，包括：配電柜的基本信息、電器的基本信息、廠家的基本信息、電纜的基本信息、光源的基本信息、燈具燈桿的基本信息等。
27、監(jiān)控終端保護措施智慧監(jiān)控管理軟件的系統(tǒng)是一套采用現代計算機網絡技術、物聯網技術及多媒體信息壓縮、解壓技術實現的數字圖形監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)監(jiān)控的視頻、音頻、告警、控制信號可傳至網絡內的每一個節(jié)點，用戶可以利用計算機網絡在不同地點同時監(jiān)視、控制遠程某一或某些場所，同時具有動態(tài)感知、視頻存儲、告警管理等功能；如下圖：
作為一個通用化監(jiān)控平臺，系統(tǒng)由如下一些模塊組成：
該模塊是系統(tǒng)的設備驅動層，整個系統(tǒng)通過該模塊完成與編解碼器的通信。應用層的設備無關指令通過該模塊翻譯成設備相關指令，通過網絡傳輸層，完成對設備的各種控制與交互。
該模塊是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，用以完成對大容量媒體流以及透明數據的管理。
媒體流包括兩個方面的內容：一個是實時的視音頻流；一個是文件流。
數據管理包含兩個方面的內容：存儲和轉發(fā)。
軟件通過一套高效和強壯的流處理機制完成存儲和轉發(fā)的統(tǒng)一資源調度，從而使得系統(tǒng)的處理能力得到極大的提高。
連接管理接口是媒體控制接口的核心。每個連接由源和目的唯一標識。一個連接表示了一個數據傳輸通道。系統(tǒng)為每個連接創(chuàng)建專門的處理任務。連接相互獨立，有效的避免了系統(tǒng)故障的擴散。
每個連接可以附加一個存儲請求和若干的轉發(fā)請求。存儲和轉發(fā)共享數據，獨立運行。數據的共享可以節(jié)約網絡帶寬。數據的并行處理保障了系統(tǒng)的效率和強壯性。
所有客戶端和服務器的通信都要經過該模塊的翻譯和處理。通過該接口，客戶端和服務器可以完成各種控制信令的交互。
客戶端管理接口又可以細分為如下的幾個模塊：
系統(tǒng)采用分布式多叉樹服務器架構，用以分擔整個系統(tǒng)的網絡和計算壓力。服務器管理模塊負責在各個服務器之間傳遞和同步服務器狀態(tài)，協(xié)調各個服務器的工作上下文。
該模塊是包括如下一些組成部分：
基于電力載波通信技術的路燈單燈控制系統(tǒng)是一個集成化的解決方案，可以實現節(jié)約能源成本，降低系統(tǒng)維護成本，同時構建一個完備的監(jiān)控網絡，依托該網絡可以實時獲取環(huán)境數據，實現對網絡上任意設備的控制。主要的效益包括：
基于電力載波技術的路燈單燈控制系統(tǒng)，是一種成熟的路燈解決方案，在世界各國很多城市得到廣泛應用。該系統(tǒng)可以有效避免現有一些系統(tǒng)的不足，且很好地解決了未來系統(tǒng)的升級換代問題，是一個解決城市路燈綠色照明的有效方案。
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