2019-11-13
基于电力载波通信技术，可以构建一个实现路灯单灯控制 功能的智能路灯解决方案，现已成功应用在欧洲、美国、中国等众多城市。该系统的实施使得城市路灯管理部门可节省至少 50%的能耗，并降低了路灯系统的运营成本、提高路灯系统的服务效率。这种智能化的路灯系统还可以节约 30%的维护成本，是实现绿色、节能城市的重要手段。
电力线载波通信、智能路段服务器、自动中继通信技术
城市路灯照明是现代化城市的重要公共设施，路灯照明也因此成为一个城市电能支出的重要部分——高达 40%的电力消耗以及大量的维护和运营成本。虽然已经有一些解决方案， 比如按时隔一盏路灯关闭一盏路灯，或者在一个路灯区域的变压器端加装控制等等，这些方案实现了一定程度的节能效果，但是却存在一些不足的地方，比如路面照度不均匀，不能实现单个路灯的状态监测等。如今的城市需要更智能的路灯系统，在节省电力消耗、降低运营成本和减少碳排放的同时改善城市的环境。
我公司是提供智能路灯解决方案和设备的专业提供商，目前已为世界各地的 40 多座城市提供智能路灯单灯控制解决方案。将路灯转换成高效节能的智能化远程管理网络，能源消耗平均减少 30%。更重要的是，由于该平台具有开放性，因此可以用来连接其他城市能源管理系统。对现代化城市而言，我公司的智能路灯照明解决方案是迈向智能城市的第一步。
如图一所示的该系统具有性能可靠，易于升级的特点。该系统由三级部分构成：最低层每一路灯均包含一个基于电力线载波通信技术的智能单灯控制器；中间层的 SmartServer 智能路段服务器通过电力线载波和每一个路灯通信，同时可以通过 TCP/IP、GPRS 或 3G 等与城市路灯管理中心通信；作为上层的系统管理层，在路灯管理中心运行有路灯控制系统管理平台。
在每一个路灯中都嵌入一个基于电力载波芯片的智能控制器，这些路灯控制器和 SmartServer 智能路段服务器之间使用电力线载波进行通信，这样做不需要额外的通信线路，数据通信信道和路灯供电共用供电信道。每一个路灯单灯控制器均包含物理地址和逻辑地址，这便于和 GIS 地理信息系统匹配。
电力载波通信技术，现在已经被采纳为多个国家和国际组织的标准，包括：
该技术已有超过八千万的基于该技术的电力载波设备应用在世界各地的智能电网、工业控制、智能家庭、交通控制等领域，性能稳定可靠。
我司采用的电力载波的通信芯片为PL 3120/PL 3150，这两种芯片内置 ISO/IEC 14908控制网络协议，采用 BPSK 的调制方式传输信号，通信速率在 C 波段的情况下为 5.4 kbps。PL 3120/PL 3150 的 BPSK 技术称为二进制相移健控（Binary Phase Shift Keying）调制技术，当工作在 C 波段时有两个载波频率：第一载波频率为 132kHz，第二载波频率为 115kHz。第一载波频率具有更好的畸变纠正能力和更强大的数据包分辨能力和抗噪声能力，第二载波频率比第一载波频率的误差校正能力强。埃施朗公司把噪声抑制和畸变纠正的专利算法技术应用到数字信号处理（DSP）内核中。这些性能使得收发器可以纠正电力线信号中多种多样的干扰，包括脉冲噪声，连续音频噪声、相位畸变等。
智能路灯单灯控制器的结构如图二所示。其主要的构成部分有：PL 3120/PL 3150 智能电力线收发器，耦合电路，电源，整流器电路和灯具等组成。
路灯单灯控制器使用基于 ISO/IEC 14908 标准的电力载波通信技术与路灯区域控制器SmartServer 智能路段服务器通信，可以接受来自智能路段服务器的命令，包括灯的开/关， 以及亮度调节命令，并对灯具实施相应的控制。同时，单灯控制器还能够测量供电电压、电流、功率、功率因数、整流器温度、整流器运行时间以及消耗的电能等数据，并提供报警信息。这些数据可以由路灯管理中心的软件通过 SmartServer 智能路段服务器进行读取。
目前市场上有多家公司提供该类的智能路灯控制器可供用户选择，包括国内和国外的厂商。这样，在客户选择产品构建系统的时候，有较大的选择余地，用户从而可以得到最佳性价比的产品。
对于一个路灯系统来说，使用寿命可能长达 30 年，多种产品可以提供用户在以后系统的维护和升级中，可以使用不同公司的产品，而这些产品使用同样的通信技术和数据结构，不会产生兼容性的问题。这给最终用户带来的好处是，在整个系统的生命周期中系统的运营成本可以达到最低。每一个单灯路灯控制器中的应用程序，可以实现在线升级，这样同样的硬件可以通过软件升级来提供更加先进的功能。
SmartServer 智能路段服务器是实现路灯单灯控制系统的重要的硬件设备， 它安装在路灯区域控制箱中，使用 ISO/IEC 14908 的电力载波通信技术和路灯单灯控制器通信，与控制中心的通信可以使用 GPRS/3G、以太网、Wi-Fi 或者 ADSL 等。
SmartServer 智能路段服务器中内置多种功能，包括：
一般情况下，一个 SmartServer 智能路段服务器最多可以管理 300 个路灯单灯控制器。之所以能够构建基于电力载波的路灯单灯控制系统，智能路段服务器的自动中继管理功能在其中起到了不可或缺的作用。
简单来说，如图四所示，在电力线传输线上，假设 SmartServer 智能路段服务器连接有十二个单灯控制器，通信情况如下，SmartServer 智能路段服务器不能和最远的 12 号控制器进行通信，但是 SmartServer 智能路段服务器可以和 1-4 号单灯控制器通信，而 4 号单灯控制器可以和 5-8 单灯控制器通信，8 号单灯控制器可以和 9-12 单灯号控制器通信，这样 SmartServer 智能路段服务器，可以使用 4 号单灯控制器作为一级中继代理，和 8 单灯号控制器通信，8 号单灯控制器作为二级代理与 12 号单灯控制器通信，也就是说 SmartServer 智能路段服务器分别使用两级代理就实现和最远的 12 号单灯控制器的通信。
SmartServer 智能路段服务器最多支持 8 级中继代理。通过我们在国内的几个实际路灯路段的测量，最差的情况是 SmartServer 智能路段服务器使用了两级中继代理就实现与最远的测试节点的通信。
SmartServer 智能路段服务器内置的时序调度功能模块可以根据时间来实现对每一个单灯控制器开、关和亮度控制。该时序调度功能模块可以由中心监控软件进行配置。
SmartServer 智能路段服务器中嵌入实时操作系统，中央处理器为 MIPS32，时钟频率为 264MHz。内部的实时时钟可以自动与设定的时间服务器进行时间同步。内置的 Flash 存储器可以存储数月的历史数据。可以连接 Modbus 的设备、具有脉冲输出的计量表设备等， 另外还有两路数字输入和两路数字输出。
根据不同类型的路灯、景观灯控制要求，可以把路灯、景观灯分别设置成不同的功能组，每个灯杆也可设置成不同的功能组，灯头灯具也可进行编号，采用支路与单灯控制相结合的方式按预先设定方案自动进行控制。
19、卫星自动校时系统（GPS）运用全球卫星定位系统与计算机技术，实现对系统的准确校时，保证监控中心和监控终端时钟的准确性与一致性。 20、远程实时查询控制
可以通过互联网实现微机的远程实时查询，查询内容包括各终端的最新以及历史数据和故障情况，实现异地远程接入访问。也可通过互联网实现微机的远程控制。先进的BS的主站操作系统，可以使客户端操作更加方便、界面更美观、且客户端免维护。
可在手机上通过路灯软件查看任意监控终端及路灯的数据、状态及告警信息。也可在手机上实现对任意监控终端及路灯的控制。
21、投影显示功能系统具有投影功能，可以投影显示路灯监控数据信息。操作人员通过微机操作，可以很方便的显示各项路灯监控数据和图像。
22、监控终端断电运行功能监控终端内有不间断电源，具有断电运行功能，能在供电线路断电时及时告警，使有关部门在第一时间获知并抢修。
23、监控终端独立运行功能监控终端能够在通信中断的情况下，按照事先设定的运行方式实现独立运行。这个功能保证了监控中心出现故障，或者通信中断时，监控终端能够自行进行开关灯操作。避免了监控中心出现故障或者通信中断时，全系统瘫痪的严重后果。
24、短消息报警系统监控中心可以实现无人值守，系统可以通过预置若干个手机号码，以短消息方式，按照预先设定的告警模式，把报警的时间、地点、内容等相关信息发送至各相关人员的手机上。发送人员数量不限。
系统也可以根据用户的具体要求，通过短消息发送用户最需要了解的系统运行相关信息，如每天的实际开关灯时间，路灯亮灯时长以及每天的用电量等相关信息。
系统具有相关辅助功能，包括短信接收、发送、短信定时发送等功能。
25、远程抄表及自动计算用电量监控终端可以对路灯配电箱内安装的电子电表实现远程抄表，直接读取用电量数值，并发送到监控中心。
系统可以根据抄表结果自动准确的计算每个月的用电量。如果路灯配电箱内没有安装电子电表，系统自带交流采样功能，也可以准确计算每个月的用电量。
26、路灯地理信息系统（GIS）监控中心能够集成电子地图或平面扫描地图，可实现地图的多级缩放与平滑浏览，达到了图文并茂和使用方便的效果。并能够在地图上标注监控点的位置，通过地理系统指导路灯维护维修，实现路灯维护维修的合理化、及时化和科学化，提高了工作效率。
系统在地理信息的基础上可以实现资产管理，包括：配电柜的基本信息、电器的基本信息、厂家的基本信息、电缆的基本信息、光源的基本信息、灯具灯杆的基本信息等。
27、监控终端保护措施智慧监控管理软件的系统是一套采用现代计算机网络技术、物联网技术及多媒体信息压缩、解压技术实现的数字图形监控系统。该系统监控的视频、音频、告警、控制信号可传至网络内的每一个节点，用户可以利用计算机网络在不同地点同时监视、控制远程某一或某些场所，同时具有动态感知、视频存储、告警管理等功能；如下图：
作为一个通用化监控平台，系统由如下一些模块组成：
该模块是系统的设备驱动层，整个系统通过该模块完成与编解码器的通信。应用层的设备无关指令通过该模块翻译成设备相关指令，通过网络传输层，完成对设备的各种控制与交互。
该模块是视频监控系统的核心，用以完成对大容量媒体流以及透明数据的管理。
媒体流包括两个方面的内容：一个是实时的视音频流；一个是文件流。
数据管理包含两个方面的内容：存储和转发。
软件通过一套高效和强壮的流处理机制完成存储和转发的统一资源调度，从而使得系统的处理能力得到极大的提高。
连接管理接口是媒体控制接口的核心。每个连接由源和目的唯一标识。一个连接表示了一个数据传输通道。系统为每个连接创建专门的处理任务。连接相互独立，有效的避免了系统故障的扩散。
每个连接可以附加一个存储请求和若干的转发请求。存储和转发共享数据，独立运行。数据的共享可以节约网络带宽。数据的并行处理保障了系统的效率和强壮性。
所有客户端和服务器的通信都要经过该模块的翻译和处理。通过该接口，客户端和服务器可以完成各种控制信令的交互。
客户端管理接口又可以细分为如下的几个模块：
系统采用分布式多叉树服务器架构，用以分担整个系统的网络和计算压力。服务器管理模块负责在各个服务器之间传递和同步服务器状态，协调各个服务器的工作上下文。
该模块是包括如下一些组成部分：
基于电力载波通信技术的路灯单灯控制系统是一个集成化的解决方案，可以实现节约能源成本，降低系统维护成本，同时构建一个完备的监控网络，依托该网络可以实时获取环境数据，实现对网络上任意设备的控制。主要的效益包括：
基于电力载波技术的路灯单灯控制系统，是一种成熟的路灯解决方案，在世界各国很多城市得到广泛应用。该系统可以有效避免现有一些系统的不足，且很好地解决了未来系统的升级换代问题，是一个解决城市路灯绿色照明的有效方案。
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