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《LED路灯的智能控制技术模式与应用前景》

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LED路灯的智能控制技术模式及应用前景研究

苏　航,肖　雪

（佳木斯大学　信息电子技术学院,黑龙江　佳木斯　154000）

［摘　要］在全球能源日趋紧张的当下,环保、节能成为各个国家发展过程中需要考虑的热点话题,LED路灯具有保证光照效率、节约能源、无污染等优点,逐渐成为城市路灯的照明方式.为了进一步提升LED路灯的节能效果,人们开始采用智能控制技术进行适时操控,本文则分析了LED路灯智能控制技术的模式及其未来的应用前景.

［关键词］LED路灯；道路照明；智能控制技术；应用前景

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.18.079

［中图分类号］TU113.666；TP273.5　　［文献标识码］A　　［文章编号］1673-0194（2018）18-0-03

道路照明对行人、行车司机的安全均起着重要的作用,相关资料显示我国路灯耗电总量占总电量的6%,因此道路照明系统节能具有非常大的潜力.近年来,随着人们环保意识的增强,节能、环保的LED路灯照明系统逐渐引起人们的关注,而随着智能控制技术的应用给LED路灯照明系统节能带来了全新的改革优化,而未来LED路灯在节能环保方面还应该向网络化、标准化和智能化的方向发展.

道路照明和节能的关系

城市道路照明与节能是一个整体,随着社会的发展以及生态城市加速建设,照明设施的管理难度不断提高,早期的道路照明管理方式开始与现阶段的管理要求脱节,为了满足节约能源和实现道路照明的人性化要求,催生出道路照明的无线监控管理系统.

国家发改委、建设部在2004年颁发了《关于加强城市照明管理促进节约用电工作的意见》,是我国城市照明工作的首个规范性文件,随后在“十一五”期间,城市道路照明节能被列为重点节能工程.目前,绿色照明设计是城市照明设计中的核心内容,即在满足照明质量的基础上,尽量节约用电量以期获得环保的效果.2009年,国家科技部开始在大中城市试点推行LED路灯,广东省政府成为试点的重点,目前该省的LED路灯照明系统已经更新至第3代光源,大幅缩减了电力资源的耗费情况.

LED路灯的优缺点

与传统光源相比,LED路灯具有确保光照效率、节约能源、使用寿命长、维护成本低和无毒无污染等优点,但也有诸多缺点,总体而言,合理设计和智能控制系统的能够扬长避短.LED路灯优缺点详见表1.

LED路灯照明智能控制技术

随着计算机技术、测控技术和无线通信技术的应用,城市照明无线监控管理系统的技术壁垒逐一被攻破.在进入新世纪之后,城市道路照明技术已经发展为集照明控制、照明设施管理、后期维修为一体的综合性城市照明无线监控管理系统.目前,较为常用的智能控制管理技术有电力线载波技术（PLC）、ZigBee技术等.

3.1 PLC技术

PLC技术是使用电力线载波完成信息传输的一种通信方式,使用该种技术在电力线上加载各种信号,利用电力线载波的物理特性进行信号传输,使用电力线调制解调器将不同信号进行分离处理,再将不同信号传送到相应的设备中.PLC技术的优点是无须再次架设路灯照明网络,只要之前铺设的电线能够正常运行便可实现数据传输.

电力载波LED路灯智能控制系统由主站控制中心、基站控制器、路灯控制器以及完成路灯网络和基站控制器间通讯过程的协议软件4个部分组成.图1是目前较为常用的以PLC为基础的LED智能控制系统,其特点是结合了码分多址（CDMA）和PLC方案.

3.2 ZigBee技术

ZigBee技术与PLC系统结构类似,但是该种系统的特点是自组织网,因此只要ZigBee子网络在整个网络模块的通信范围之中,那么彼此通过自动搜寻便可重新建立一个ZigBee网络.该控制系统是通过GPRS网络和ZigBee网络的连通来进行远程监控,所以该控制系统由ZigBee子网、监控中心以及GPRS、CDMA网络网关3个部分组成.见图2.

ZigBee是低功耗、短距离的无线通信技术,而GPRS是远距离无线通信技术,因此两种通信技术相互结合、相互补充,不仅能够拓宽控制范围,还能够让整个监控系统更加智能化和精确化.ZigBee网络是由65 000个无线数据传输模块组成的网络平台,在该平台中每个ZigBee网络数据传输模块都可以进行相互通信,网络节点间距标准为75 m,但是可依据需求进行无限扩展.在现代路灯照明控制系统中使用ZigBee技术,可以将所需要控制的子网络借助GPRS网关连成一个大型路灯网络,而处于整个网络的任何一个路灯均可以实行无线控制.

3.3 数字可寻址照明接口（DALI）技术

DALI协议技术是专门用于照明控制的协议,但是其也可以作为独立的系统控制路灯照明.基于DALI协议的智能照明控制系统是由系统主机、从机、智能终端、协调器和传感器阶段所组成的分布式控制体系.其中,系统主机为控制接收来自总线的数据信号；从机则为执行器,接收和解析信号指令,对灯具进行控制；传感器是输入设备,主要职能是采集环境变量,终端功能模块详见图3.

DALI系统具有开放性的特点,因此可以更方便和Lonworks、Luxmate等建筑物管理系统实现无缝连接,通过使用数字控制技术,借助DALI协议所形成的可寻址数字控制体系,在LED路灯照明控制中应用造价低廉、安装方便、能够实现主从控制系统的灵活级联.该系统非常适用于办公区、住宅等建筑物的智能照明控制,但却在路灯照明控制方面有明显的缺陷,相信随着技术壁垒的突破,DALI协议能够应用于道路LED照明控制系统中.

LED道路照明智能控制系统实例

4.1 项目概况

某市科技园区LED路灯试验段,共34盏LED路灯,分布于两条街道,A街道17盏,B街道17盏.

4.2 控制方案

该实验段所有LED路灯均使用智能控制系统,控制方案包括以下3个方面.①定时开关控制.预设为早上6∶00关灯,晚间19∶00开灯.智能控制系统支持远程集中调整开关灯时间,可以根据四季日照时间等设定开关灯时间.②间隔开关设置.A街道路灯拟使用分时段间隔开关设置实现节能,即在每日凌晨12∶00间隔开灯.③智能调光控制.B街道的LED路灯采用分时段调光控制方式实现节能,即每日凌晨12∶00—3∶00亮度调整为50%,3∶00—6∶00亮度调整为70%.

4.3 节能效果

结果显示,A街道采用间隔开关控制,虽然综合节能率可以达到25%,但是在牺牲照明效果和质量的前提下实现的,间隔照明容易给行人以及行车司机造成视觉盲区,容易引发危险.而B街道的智能调光控制系统虽然综合节电率为20%,但是在夜间19∶00—次日6∶00均保持照明设施的正常运行,而3个时段的灯光亮度调整也是经色温测试、人眼视觉测试后得到的最佳处理方式,确保了行人和行车司机的安全.

智能调光控制系统由主站服务器、集中控制器和单个灯具的控制器组成,采用PLC智能控制系统.目前,试验段投入使用了8个月,PLC控制系统完全正常,无线通信设备、控制功能正常运行,未出现系统误报或者无故报警情况.

城市道路照明智能控制系统的应用前景

随着智慧城市以及物联网等概念的提出,未来道路照明控制技术将会整合电子、控制和通信3方面的全新技术更好地服务民众.目前,随着智能技术的发展,道路照明控制系统已经打破了以往的观念,未来将会向智能化、规范化和网络化的方向进一步延伸.

5.1 智能化

照明控制技术由以往控制开关的机械化,发展至现在的自动化,而随着智慧城市、智能城市概念的提出,智能化道路照明控制系统将是未来的发展趋势.智能化照明系统及借助计算机技术、自动控制技术、网络通信技术和微电子技术等,完成可以用于需求、环境变化以及客观要求进行照明设置的最佳调控.在智能照明控制系统不断完善的过程中,控制系统中的设备数量也在逐渐增加,因此整个控制系统必须满足扩展性的基本需求,能够容纳更多的新模块和新设备.目前,北京市、上海市、深圳市等城市已经率先在道路照明控制智能化方面进行改革尝试,其所设计的道路智能控制系统不仅具备变频控制、功率控制、调光功能,还具有地理信息功能、气象联动、工况检测、故障自动反馈功能和系统自动升级维护功能等.由此可见,智能控制系统可以让道路照明更加智能化和人性化.

5.2 规范化

照明控制系统中所使用的设备非常多,因此不可能单由某一个供货商完成供货,但是各个厂家的产品之间兼容性较差会影响后续使用,所以规范化是实现道路照明智能控制的发展趋势.政府需要牵头统一规范道路照明设备厂家使用的端口和协议,让不同厂家生产的设备能够互通,加强企业间的合作,减少不必要的浪费.

5.3 网络化

智能控制系统与通信介质紧密相连,目前最常用的通信介质有GPRS、CDMA、PLC、光纤通信和现场总线等,但是各通信介质又有明显的优缺点,因此集成各介质的优点构建畅通的通信网络控制系统成为发展趋势.物联网是一种将感知技术、人工智能、网络技术以及自动化技术集合在一起的全新概念,物联网技术涉及了信息技术的各个方面,所以被人们称为第3次信息技术革命.未来的道路智能控制系统将会使用物联网技术,让控制构架更加方便,安全性更高,使用寿命更长,兼容性更好,更加方便管理和维修.

结　语

道路照明控制技术的发展是城市发展的基本需求,也是建设现代文明城市的需要,LED照明技术则是目前最节能的新光源.采用智能控制系统可以大幅提升节电效率,而随着智能控制技术的发展和应用,未来可以更好地应对能源危机问题.

主要参考文献

［1］彭依彧.LED路灯智能控制系统［J］.电子技术与软件工程,2017(17).

［2］慕永涛.浅谈城市LED路灯无线智能控制系统［J］.科学技术创新,2017(17).

［3］张玮.节能环保型智能LED路灯控制系统设计［J］.科技创新与应用,2016(34).

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