遠(yuǎn)程分布式照度儀在城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

廣州正力通用電氣有限公司 劉志祖

遠(yuǎn)程分布式照度儀在城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

廣州正力通用電氣有限公司 劉志祖

將城市的照明管理分成不同區(qū)域和路段，并按照不同區(qū)域和路段的性質(zhì)及重要程度，依據(jù)分布式照度儀的實(shí)測(cè)照度，結(jié)合城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)域和路段按不同的光照度實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控開(kāi)關(guān)燈的功能。

分布式照度儀；城市照明自動(dòng)化監(jiān)控

在城市照明領(lǐng)域，目前應(yīng)用比較廣泛的是采用時(shí)控法和光控法對(duì)城市照明進(jìn)行開(kāi)關(guān)燈控制。

所謂的時(shí)控法，是以時(shí)間為唯一的開(kāi)關(guān)燈依據(jù)，不論在任何季節(jié)條件下均只能在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行開(kāi)關(guān)燈，它有如下缺點(diǎn)：1.隨著季節(jié)或氣候的變化，需要人工干預(yù)來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)燈時(shí)間；2.在陰雨天光照度不足的情況下不能提前開(kāi)燈，給市民出行活動(dòng)帶來(lái)不便，同時(shí)在晴朗天氣的情況下已經(jīng)開(kāi)了燈但光照度仍然充足，不能提前關(guān)燈，造成浪費(fèi)電力；3.絕大多數(shù)的時(shí)控設(shè)備的時(shí)鐘走時(shí)精度不高，造成開(kāi)關(guān)燈的時(shí)間誤差。

所謂的光控法，是以照度儀實(shí)測(cè)的光照度滿(mǎn)足預(yù)設(shè)的開(kāi)關(guān)燈條件來(lái)控制路燈的開(kāi)關(guān)。目前光控法廣泛采用了在監(jiān)控中心區(qū)域安裝照度儀來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)監(jiān)控區(qū)域的開(kāi)關(guān)燈，它有如下缺點(diǎn)：1.照度儀的量程大（0－20000Lux），在光控開(kāi)關(guān)燈的照度敏感區(qū)域（0-100Lux）內(nèi)的照度測(cè)量誤差較大；2.整個(gè)監(jiān)控區(qū)域只安裝一套照度儀來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)監(jiān)控區(qū)域的控制，造成管理的粗放，對(duì)季節(jié)性的短時(shí)雷雨暴風(fēng)天氣應(yīng)對(duì)能力差；3.沒(méi)有冗余控制，在光線(xiàn)不足的白天或有強(qiáng)光照射的夜晚，可能發(fā)生誤動(dòng)作；4.城市夜晚景觀燈的建設(shè)對(duì)光控在市區(qū)的使用影響很大。

遠(yuǎn)程分布式照度儀在城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，克服了以上兩種傳統(tǒng)城市照明控制方法的不足。該系統(tǒng)采用時(shí)控和光控相結(jié)合的路燈控制方案，在正常情況下采用時(shí)控進(jìn)行開(kāi)關(guān)燈，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)分布式照度儀的實(shí)測(cè)照度值來(lái)決定區(qū)域或路段路燈的開(kāi)關(guān)，即能在陰雨天自動(dòng)延長(zhǎng)照明時(shí)間，在晴好天氣自動(dòng)縮短照明時(shí)間，又能在在特殊情況下（如日食等特殊情況）也可以實(shí)現(xiàn)白天亮燈，這些措施可滿(mǎn)足市民對(duì)道路照明的需求，又避免了路燈的無(wú)畏開(kāi)啟，減少了開(kāi)燈時(shí)間，從而節(jié)約了大量的電能，可以產(chǎn)生較好的社會(huì)效益。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

遠(yuǎn)程分布式照度儀在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的三遙功能。整個(gè)系統(tǒng)由前臺(tái)分布式照度儀系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、后臺(tái)城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)三個(gè)部分組成。前臺(tái)分布式照度儀系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量照度值與預(yù)設(shè)值的開(kāi)關(guān)燈限制比較，達(dá)到開(kāi)關(guān)燈條件后，將開(kāi)關(guān)燈指令通過(guò)通訊系統(tǒng)發(fā)送到后臺(tái)城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)預(yù)設(shè)區(qū)域和路段的照明控制點(diǎn)發(fā)送遙控開(kāi)關(guān)燈指令來(lái)實(shí)現(xiàn)分區(qū)域和路段的開(kāi)關(guān)燈控制功能。該系統(tǒng)使城市照明管理更加精確、人性化，即通過(guò)合理的控制開(kāi)關(guān)燈實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，又能滿(mǎn)足不同區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)對(duì)照度值的要求，使城市照明管理向數(shù)字化、科技化、精細(xì)化管理邁進(jìn)。

二、分布式照度儀系統(tǒng)

分布式照度儀系統(tǒng)主要由照度采集探頭、照度處理器、數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）三個(gè)部分組成。照度采集探頭主要功能是實(shí)時(shí)測(cè)量外界照度值，并且通過(guò)與照度處理器連接的485通訊線(xiàn)路，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸斩忍幚砥?，照度處理器最多能夠連接8個(gè)照度采集探頭；照度處理器的主要功能是存儲(chǔ)照度采集探頭的實(shí)測(cè)照度值，并且根據(jù)預(yù)設(shè)值在照度處理器內(nèi)部的相關(guān)參數(shù)，分析出是否滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)燈條件情況；數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）主要起到前臺(tái)分布式照度儀與后臺(tái)城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)之間的雙向通訊作用，即分布式照度儀系統(tǒng)即可主動(dòng)報(bào)告開(kāi)關(guān)燈指令，又可以接受后臺(tái)城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的遙控指令。

圖一 分布式照度儀在城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)圖

然而，城市照明的質(zhì)量關(guān)系到民生的意義重大，任何誤操作都是不能被接受，因此，有必要采取相關(guān)技術(shù)措施，來(lái)確保分布式照度儀系統(tǒng)在城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中能夠穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。

1.照度采集探頭的低量程和高精度

在城市照明的實(shí)際應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)燈的照度值一般在20—50Lux左右。目前市場(chǎng)上的照度儀由于測(cè)量范圍寬，一般在0—20000Lux左右，這樣在50Lux左右的照度時(shí)誤差非常大，造成對(duì)城市照明的控制精度差。因此照度采集探頭設(shè)計(jì)的量程范圍為0—200Lux，同時(shí)選用的照度傳感模塊線(xiàn)性度高，受外界溫度等環(huán)境影響小，照度值的處理采用溫度補(bǔ)償，更是進(jìn)一步的提高了照度采集探頭的精度，保證照度值的準(zhǔn)確性、可靠性，有利于決策、分析。

2.冗余技術(shù)和投票表決程序

分布式照度儀系統(tǒng)中，采用了廣泛應(yīng)用于航天和軍工方面的冗余技術(shù)，即每個(gè)照度處理器均可連接最多八個(gè)照度采集探頭，避免了單個(gè)照度采集探頭的故障對(duì)城市照明的誤動(dòng)作而造成重大惡劣的影響。同時(shí)照度處理器內(nèi)部集成智能的投票表決程序，該程序的原則是多數(shù)通過(guò)，即照度采集探頭的照度值，當(dāng)多數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的開(kāi)關(guān)燈條件時(shí)，將觸發(fā)開(kāi)關(guān)燈程序。

圖二 分布式照度儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.閉鎖技術(shù)

該技術(shù)的應(yīng)用基于的前提是：在白天的時(shí)候，天空的亮度可能會(huì)因?yàn)闅庀笤蚨儼担欢谝雇淼臅r(shí)候，天空的亮度不會(huì)因?yàn)闅庀笤蚨兞痢Ｕ斩忍幚砥髦锌稍O(shè)置一段閉鎖時(shí)間區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)部，可以達(dá)到光控開(kāi)燈條件，但是不會(huì)發(fā)生光控關(guān)燈條件。在實(shí)際應(yīng)用中，可將當(dāng)天的開(kāi)燈時(shí)間區(qū)域設(shè)置為閉鎖時(shí)間，那么在夜晚的時(shí)候，不會(huì)因?yàn)殚W電以及城市照明的燈光直接射到照度采集探頭上而觸發(fā)關(guān)燈程序。該技術(shù)解決了分布式照度儀系統(tǒng)在夜晚受到外部條件影響的問(wèn)題。

4.通訊模塊化以及通訊高成功率

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通訊技術(shù)也越來(lái)越成熟。在城市照明自動(dòng)化監(jiān)控領(lǐng)域，從傳統(tǒng)的虛擬專(zhuān)用電話(huà)網(wǎng)絡(luò)，到后來(lái)廣泛應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)電、GSM、GPRS、CDMA等通訊網(wǎng)絡(luò)，以及現(xiàn)在新興而趨于成熟的3G網(wǎng)絡(luò)，可供選擇的通訊網(wǎng)絡(luò)很多。分布式照度儀系統(tǒng)需要與城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)之間通訊，主要由數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）完成該功能。照度處理器與DTU之間采用RS232接口，因此用戶(hù)可以根據(jù)已經(jīng)建成的城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)所使用的通訊系統(tǒng)，來(lái)選擇相應(yīng)的DTU模塊，用以適應(yīng)已經(jīng)建成的城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。為了保證照度儀系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)要求DTU具有高的在線(xiàn)率以及通訊成功率。

三、技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)

1.技術(shù)參數(shù)

1）照度采集探頭量程范圍：0－200Lux；

2）照度采集探頭精度誤差≤1%；

3）工作電源：180V-250V（AC）；

4）功耗：≤3W；

5）通訊正確率：≥99.9%；

6）耐壓：3000V（AC），1分鐘；

7）系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)間精度達(dá)每年±1分鐘；

8）環(huán)境溫度：-30℃～+80℃（滿(mǎn)足南北方不同環(huán)境的需要）。

2.性能指標(biāo)

1）照度處理器與照度采集探頭之間采用RS485總線(xiàn)通訊。

2）照度處理器可設(shè)置、查詢(xún)各照度采集探頭的各項(xiàng)設(shè)定和數(shù)據(jù)。

3）照度處理器收到照度采集探頭發(fā)出的照度值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行智能判斷處理，達(dá)到開(kāi)關(guān)燈條件時(shí)，通過(guò)DTU發(fā)送指令到監(jiān)控中心。

4）開(kāi)關(guān)燈的決策依據(jù)按照投票表決多數(shù)優(yōu)先的原則進(jìn)行。

四、總結(jié)

遠(yuǎn)程分布式照度儀采用了傳感技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)、微控制器技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其結(jié)合城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，能滿(mǎn)足不同區(qū)域、不同路段對(duì)光照度的不同要求，使城市照明的開(kāi)關(guān)燈控制更加精確、更加合理、更加人性化。即能通過(guò)合理的控制開(kāi)關(guān)燈實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，又能滿(mǎn)足不同區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)對(duì)照度值的要求，真正實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

劉志祖（1984—），男，湖北人，現(xiàn)供職于廣州正力通用電氣有限公司，研究方向：城市照明自動(dòng)化監(jiān)控管理、城市照明智能節(jié)能裝置、城市照明線(xiàn)路監(jiān)測(cè)防盜。