智能路灯控制综合系统发展浅析.docx

智能路灯控制系统发展浅析一、照明控制系统发展历程光作为绝大多数生物基础需求，已经历漫长发展过程，从自然界取火、蜡烛、煤油灯、白炽灯、节能灯，到现在LED光源使用，人类对光需求越来越多样化。传统照明控制关键针对光强和光分布进行控制，达成舒适或节能目标，照明控制方法关键经历了四个阶段：第一，分组控制。现在广泛使用控制方法，经过线束方法，将若干个灯具并联在一个或多个开关回路，进行控制;第二，区域控制。在教室、宾馆、停车场等公共区域，大家将声控、光感、人体红外等传感开关串接至传统分组控制回路，使用率较低时关闭一些回路，以达成节能目标。第三，集中控制。中国一些省份路灯配电系统、隧道照明系统，和广泛使用景观照明及舞台照明控制等采取了集中控制，特点是采取了数字通讯或控制系统。第四，智能控制。如正在起步阶段智能家居、智能楼宇、智慧城市等项目，均包含智能照明控制应用，特点是基于物联网技术。另外，在特种照明行业，利用生物光生物特征，发明有利光环境为人类生产生活服务，现在已经广泛用于植物生长、渔业、防治病虫害等，控制参数不仅仅局限于光强和光分布，已扩展至颜色、波长等，也需定制专用照明控制系统。伴随LED光源技术发展，因其亮度、色温、颜色、控制响应速度等在控制方面有独特优势，搭乘物联网技术发展顺风车，针对LED光源照明控制系统近几年正蓬勃地发展。二、智能路灯控制系统发展现实状况因为政策大力扶持，加之市场宽广、利润相对较高等原因，市政领域LED照明成为各大LED应用厂商竞相逐鹿阵地。为避免同质化竞争，提升产品附加值和影响力，研究和发展智能路灯控制系统就成为她们首选之一。经过几年发展，全国已经有数十家专门研发路灯控制系统企业，中国外各大LED照明厂商也纷纷大力开展照明控制系统研发，并在全国各地建成很多示范基地。1.系统功效需求挖掘作为控制领域新生产物，路灯控制系统功效需求还在不停挖掘中，现在关键以节能、便捷管理为主，已形成普遍共识功效需求有：路灯控制：采取全体、分组或单灯方法进行路灯远程开、关和调光控制;情景控制：能够设定路灯工作情景、控制策略，实现无人值守工作;数据采集：对每盏路灯工作状态、报警、工作电压、电流、累计电量等进行采集并上传至服务器;路灯管理：对路灯反馈数据进行统计分析，产生维护报警和数据报表，报警内容能够立即通知相关维护人员;地理信息系统(GIS)：利用商用或无偿地理信息系统，实现路灯等相关设备实时定位，提升可操作性。另外，和大量用户接触后，部分用户提出需求以下：配电箱控制：现在部分省市对配电箱采取了“三遥”控制，起到了示范作用。有用户要求在路灯控制系统中加入配电箱电源远程控制及电力参数监测功效，或将已经有配电箱控制系统集成至路灯系统中;电缆失窃及偷电报警：一些地域电缆偷窃和偷电情况很严重，用户提出能够加入电缆失窃和偷电报警功效;照度检测及控制：检测环境光亮度，进行自动调光;活动检测：分时段经过人体红外传感、图像模式识别等方法识别是否有些人员活动，分区域调整亮度;扩展摄像头功效：用于监控路灯运行状态及有没有些人员破坏等。未来可能产生和引导用户使用功效需求关键来自网络规模和技术融合，如：功效领域扩展：因为照明控制系统终端节点数量大、分布广，一旦形成规模后，能够用于城市环境监测、交通管理、治安等;可见光通讯：利用LED光源快速响应特征，能够进行可见光通讯，现在已经有多家研究机构和高等院校对此展开研究，并在部分领域产生部分应用，假如将这一技术应用用在路灯控制系统和路灯上，无疑将会产生更多应用;传感器应用：传感器技术发展，将会给照明控制系统功效带来更大扩展空间。2. 路灯控制系统常见架构路灯控制系统延续了物联网架构，由应用层、网络层、感知层组成。其中应用层由一系列软件组成，现在多数企业采取B/S架构，也有企业采取C/S架构和组态软件。通常包含：数据采集和控制组件：用于连接网络层设备，获取数据或发送控制命令;配置组件：用于进行系统平台及数据库初始化，设备列表导入等;管理组件：用户经过该组件能够操作和查看路灯等设备，实施生成列表、报警等功效。网络层在路灯控制系统中称为集中器，通常采取ARM内核和Linux或VxWorks等操作系统，实现路由和部分简单控制、数据采集功效。感知层关键由大量照明控制器组成，用于实施灯具调光/开关操作和采集灯具数据等功效。如若需要，也能够扩展其它传感器或实施器件，如照度仪、人体红外传感器、震动器等。3.路灯控制系统设备及设计需求在路灯控制系统中，部分设备需要重新定义和开发，如集中器和照明控制器。其中集中器基础功效需求以下：第一，上行数据接口通常采取GPRS路由器或GPRS透传模块，同时配置网口，能够接入以太网或光端机，采取TCP/IP和应用层软件进行通讯;第二，下行数据接口依据厂家实际需求，能够接入ZigBee无线通讯、电力载波、RS485等通讯模块，和感知层设备进行通讯;第三，RS485通讯接口，用户扩展功效模块，如电表、照度传感器等;第四，数字和模块I/O若干，用于控制接触器或采取相线电路电压等;第五，轮询功效，能够定时对所管理感知层设备进行轮询，并将轮询结果上传服务器;第六，能够脱机运行，当服务器网络故障或不存在时，能够使用当地控制策略进行感知层设备控制。照明控制器基础功效需求以下：第一，数据接口能够为ZigBee无线通讯、电力载波或RS485等通讯;第二，含有一路或多路开关功效，用于开关后级设备(如灯具);第三，含有一路或多路调光接口，如PWM、010V或420mA电流输出等，用于后级灯具调光功效;第四，能够采集工作电流、电压、累积电量等工作参数，并依据集中器要求上传数据;第五，有过压、过流、过温等报警功效;另外，集中器和照明控制器均为户外使用，除要考虑其防水防尘等防护性能参数外，还要考虑高温、外壳老化、防雷、静电等相关参数设定。使用环境必需适应路灯系统电力环境，还需满足国家对电子产品强制标准要求。4.路灯工程施工及系统数据库初始化相对于传统路灯系统，每盏(或几盏)路灯会安装一个照明控制器，且依据网络规模，需要安装若干集中器。无线控制器通常因为安装位置对信号强度会有影响，安装在灯具内部;而电力载波或RS485等对位置要求则不是很高，能够安装至灯杆维护窗内。通常无线集中器安装至电杆或路灯上，而其它集中器能够安装至路灯控制系统在工程施工需要增加工作量有：使用环境前期评定：如电压是否稳定及谐波是否满足要求;对于电力载波还需要检测载波频率周围是否干扰，无线通讯需要查看现场同频无线干扰情况及阻挡物情况等;网络计划：依据节点分布、网络情况、配电情况等，计划集中器安装位置等;设备安装：照明控制器和集中器安装，控制室设计等;设备检测及组网：检测设备是否安装正确，并统计网络验收及维护;检验集中器和照明控制器接线及安装等是否符合规范，定时检测节点连通率等。其中组网过程，获取大量路灯节点信息并输入服务器数据库中工作量很大，现有系统基础为手动或半自动完成。三、智能路灯控制系统目前存在问题及难点分析1.相关行业标准缺乏因为路灯照明控制行业发展时间不长，尚处于发展阶段，各厂家在技术实现上还是百家争鸣，无法实现互通，且产品功效和性能无法确保。目前需要规范标准有：系统架构规范：定义路灯控制系统关键功效、网络总体架构和关键设备等;基础通讯协议：包含应用层和网络层协议和网络层和感知层协议;集中器：规范集中器输入电压、功效定义、通讯接口、防护性能、电气及机械参数等;照明控制器等终端设备：规范照明控制器等设备输入电压、控制输出、接口、防护性能、电气及机械参数等。2.中国路灯电网施工质量和管理无法确保中国很多路灯电网施工采取层层转包方法，验收也不够规范，造成路灯控制器使用环境比较恶劣，比如：电压波动过大，一些地域一些时段能够高达300多伏;线材或布线不符合相关标准，轻易造成短路、相线断或零线断等，造成控制器损坏;部分地域有盗割电线或私接电情况，造成三相不平衡，电压波动过大，造成控制器损坏;电网接地不规范或路灯无接地等这些问题全部给路灯控制系统使用和推广带来很大困难，且增加产品成本和维护成本。3.技术成熟度仍需提升关键表现在应用层软件通用化、感知层通讯稳定性和可靠性、通讯协议优化和组网便捷性等。4.路灯系统成本高(1)产品成本高造成现在产品成本较高原因关键有:第一，用户需求不确定性使得需求频繁变更，产品类型过多，开发和维护成本过高，技术风险大;第二，因为发展阶段和产业结构所限，暂未形成较优化系统功效和架构设计，部分功效冗余或效益不高;第三，中国路灯电网质量不良造成产品保护成本过高。(2)施工及组网成本路灯控制系统施工有一定繁杂度，需要对施工队伍进行专门培训。组网技术现在还不够成熟，浪费大量人力财力。(3)维护成本经过几年发展，产品失效率已经大大降低，但因为照明控制器数量较大，还无法满足要求，产品稳定性仍需深入提升。另外，产品维护需动用工程车，会带来附加费用。5.路灯控制产业格局仍需调整和优化现在直接进行路灯控制系统研发企业较多，除专门研究控制系统企业外，很多LED照明、电源、物联网平台及通讯企业也开展相同研究，造成反复投入和无序竞争。在市场发展引导下，这种格局肯定会逐步优化，进行分工和整合，如：物联网应用通用平台建设：伴随Java、C#和.Net Framework(尤其是WPF和SilverLight等)等开发工具发展和逐步完善，B/S架构系统逐步占领了路灯控制系统应用层平台，但从长远来看，专用C/S架构和B/S架构相结合物联网通用平台应该会是一个趋势。通用平台使用能够参考工业控制中组态软件或SCADA系统，将控件、通讯组件和多种感知层器件模型化，经过简单组态或配置就能够很轻易实现用户所需功效。电源和通讯组件整合：大功率LED照明灯具电源因为恒流、使用寿命、可靠性等原因在近几年才真正逐步完善，而系统所需要通讯，如ZigBee无线、电力载波PLC等，即使也经过了多年积淀，有了一定发展，但真正大规模应用领域并不多。当二者全部比较成熟时候，从技术复杂度和成本角度考虑，肯定会结合在一起。现在已经有部分通讯器件企业依靠成熟电源企业开始技术融合，但因为干扰、散热等原因，还没有完全成熟。四、智能路灯控制系统未来发展伴随全世界和中国对节能、环境保护要求和人类对光需求日益复杂，LED照明对传统白炽灯、节能灯等光源替换基础已成定局，而怎样深入发挥LED照明优势，则依靠于照明控制技术发展。物联网技术尚处于发展阶段，因为技术复杂、包含行业广泛，已形成众多技术孤岛，而照明控制也必将成为其中孤岛之一。在庞大市场需求驱动之下，以灯具厂商为中心，联合物联网通讯技术厂商、电源厂商、物联网应用层平台开发商，已经初步形成产业规模。期望国家能够立即从全局角度理清思绪，制订相关标准，融合各方面技术力量，促进路灯控制行业健康有序发展。