全國服務熱線:

400-655-9879

?智能路燈控制系統如何實現城市節能及發展狀況

來源:ZhiGon智光照明作者:ZhiGon智光照明網址:http://www.sjcnd.com
文章附圖

智慧能源控制系統解決方案,如路燈智能控制系統、空調節能集中管理系統、供熱計量管理系統 、能源監測管理系統等。展會現場吸引了國內外照明行業、酒店行業、建筑行業、以及專業的工程商等客戶前來了解和咨詢各系統的應用和造價,其中路燈智能控制系統深受客戶青睞,客戶們對路燈系統如何實現節能?如何操作?非常感興趣,為此小編詳細扒一扒智能路燈控制系統如何實現城市節能及未來發展狀況。

智能路燈控制系統如何實現城市節能及發展狀況智能路燈控制系統如何實現城市節能及發展狀況


照明+互聯網實現路燈管理智能化


據國際氣候組織(The Climate Group)統計,全球路燈的保有量約為3.04億盞,并將在2025年達到3.52億盞。城市中隨處可見夜晚景觀照明、路燈照明及隧道照明,雖照亮了人們的生活,但巨大的能耗和高昂的維護費用一直是城市管理者追尋解決的問題。


在國家政策的指引下,各地在道路照明的改造中不斷嘗試新產品和新技術,實行了綠色照明新理念,特別是智慧城市的建設中,部分城市已經開啟了智慧路燈的示范應用,推動道路照明走向智能化發展,照明+互聯網為管理者實現路燈遠程統一管控、數據網絡化、系統節能化,在照明行業中又上升了一個臺階。


路燈智能控制系統實現節能


路燈智能控制系統采用電力線載波通信(PLC)技術 ,無需布線,通過現有路燈供電電力線對每盞路燈進行遠程監控和智能化管理,能實現遠程單燈控制、節能和智慧管理功能,延長燈具壽命,符合高效節能、安全、環保、舒適的綠色照明理念。


簡單來說,路燈智能控制系統由硬件及軟件組成。通過現有的路燈電力線,在燈具上安裝路燈節點控制器(單燈/雙燈控制器);在配電箱中安裝路燈集中器;在您所在辦公區或監控中心安裝軟件后臺。通過網絡,你只需要動動手指,便可實時監測每盞燈具的用電情況;在確保燈具能夠正常工作的條件下,調整燈具的亮度,減少由于視覺疲勞所造成的照明眩光,使燈光所發出的光線更加柔和,照明分布更加均勻,又可大幅度節省電能;同時根據環境變化及人車流量通過遠程操控對燈具進行調光設置、奇/偶數燈亮、定時開關燈、燈具故障報警反饋、燈具線纜異常報警等功能。除此之外,還能實現環境監測(PM2.5、溫濕度)、WIFI覆蓋、充電樁、信息發布、視頻監控等多種智慧城市功能。


基于PLC技術,節能控制器及集中器中內置PLC芯片和模塊,適應性強、高效傳輸、通信速率快、高度集成等特點,能在各種惡劣的電網環境和復雜的負載情況下穩定地工作,同時還將有效地延長燈具壽命和減少維護成本。

智能路燈控制系統如何實現城市節能及發展狀況智能路燈控制系統如何實現城市節能及發展狀況


控制器與集中器之間通過PLC進行數據傳輸,集中器通過網絡再將數據反饋到監控中心;當你對后臺進行任何操作,集中器將接收指令,再傳達給控制器實現操作。隨著網絡的智能化,便利化,軟件后臺可通過移動終端(手機、平板電腦)APP實現隨時查詢相關數據和遠程操作。

通過路燈智能控制系統實現了公共照明的信息化和智能化管理,達到降低運維成本和節能減排的效果,是智慧城市建設的典型應用。已廣泛地應用于城市道路照明控制、隧道照明控制、工業照明控制、商業照明控制等。


發展狀況:

一、照明控制系統發展歷程

光作為絕大多數生物的基礎需求,已經歷漫長的發展過程,從自然界取火、蠟燭、煤油燈、白熾燈、節能燈,到如今LED光源的使用,人類對光的需求越來越多樣化。傳統的照明控制主要針對光強和光分布進行控制,達到舒適或節能的目的,照明控制方法主要經歷了四個階段:

第一,分組控制。目前廣泛使用的控制方法,通過線束的方式,將若干個燈具并聯在一個或幾個開關回路,進行控制;

第二,區域控制。在教室、賓館、停車場等公共區域,人們將聲控、光感、人體紅外等傳感開關串接至傳統的分組控制回路,使用率較低時關閉某些回路,以達到節能的目的。

第三,集中控制。國內某些省份的路燈配電系統、隧道照明系統,以及廣泛使用的景觀照明及舞臺照明控制等采用了集中控制,特點是采用了數字通訊或控制系統。

第四,智能控制。如正在起步階段的智能家居、智能樓宇、智慧城市等項目,均包括智能照明控制的應用,特點是基于物聯網技術。

另外,在特種照明行業,利用生物的光生物特性,創造有利的光環境為人類生產生活服務,目前已經廣泛用于植物生長、漁業、防治病蟲害等,控制參數不僅僅局限于光強和光分布,已擴展至顏色、波長等,也需定制專用的照明控制系統。

隨著LED光源技術的發展,因其亮度、色溫、顏色、控制響應速度等在控制方面有獨特的優勢,搭乘物聯網技術發展的順風車,針對LED光源的照明控制系統近幾年正蓬勃地發展。


二、智能路燈控制系統發展現狀

由于政策大力扶持,加之市場廣闊、利潤相對較高等因素,市政領域LED照明成為各大LED應用廠商競相逐鹿的陣地。為避免同質化競爭,提升產品附加值和影響力,研究和發展智能路燈控制系統就成為他們的首選之一。經過幾年的發展,全國已經有數十家專門研發路燈控制系統的公司,國內外各大LED照明廠商也紛紛大力開展照明控制系統的研發,并在全國各地建成許多示范基地。

智能路燈控制系統如何實現城市節能及發展狀況智能路燈控制系統如何實現城市節能及發展狀況


1.系統功能需求挖掘

作為控制領域的新生產物,路燈控制系統的功能需求還在不斷挖掘中,目前主要以節能、便捷管理為主,已形成普遍共識的功能需求有:

路燈控制:采用全體、分組或單燈的方式進行路燈的遠程開、關和調光控制;

情景控制:可以設定路燈工作情景、控制策略,實現無人值守工作;

數據采集:對每盞路燈工作狀態、報警、工作電壓、電流、累計電量等進行采集并上傳至服務器;

路燈管理:對路燈反饋數據進行統計分析,產生維護報警和數據報表,報警內容可以及時通知相關維護人員;

地理信息系統(GIS):利用商用或免費的地理信息系統,實現路燈等相關設備的實時定位,提高可操作性。

另外,與大量客戶接觸后,部分客戶提出的需求如下:

配電箱控制:目前部分省市對配電箱采用了“三遙”控制,起到了示范作用。有客戶要求在路燈控制系統中加入配電箱電源遠程控制及電力參數監測功能,或將已有的配電箱控制系統集成至路燈系統中;

電纜失竊及偷電報警:某些地區電纜盜竊和偷電情況非常嚴重,客戶提出可以加入電纜失竊和偷電報警功能;

照度檢測及控制:檢測環境光亮度,進行自動調光;

活動檢測:分時段通過人體紅外傳感、圖像模式識別等方式識別是否有人員活動,分區域調節亮度;

擴展攝像頭功能:用于監控路燈運行狀態及有無人員破壞等。

未來可能產生和引導用戶使用的功能需求主要來自網絡規模和技術融合,如:

功能領域擴展:由于照明控制系統的終端節點數量大、分布廣,一旦形成規模后,可以用于城市環境監測、交通管理、治安等;

可見光通訊:利用LED光源的快速響應特性,可以進行可見光通訊,目前已經有多家研究機構和高等院校對此展開研究,并在一些領域產生一些應用,如果將這一技術應用用在路燈控制系統和路燈上,無疑將會產生更多的應用;

傳感器應用:傳感器技術的發展,將會給照明控制系統的功能帶來更大的擴展空間。


2. 路燈控制系統常用架構

路燈控制系統延續了物聯網的架構,由應用層、網絡層、感知層構成。

其中應用層由一系列軟件構成,目前多數公司采用B/S架構,也有公司采用C/S架構和組態軟件。一般包括:

數據采集和控制組件:用于連接網絡層設備,獲取數據或發送控制命令;

配置組件:用于進行系統平臺及數據庫初始化,設備列表的導入等;

管理組件:用戶通過該組件可以操作和查看路燈等設備,執行生成列表、報警等功能。

智能路燈控制系統如何實現城市節能及發展狀況智能路燈控制系統如何實現城市節能及發展狀況


網絡層在路燈控制系統中稱為集中器,一般采用ARM內核和Linux或VxWorks等操作系統,實現路由和一些簡單的控制、數據采集功能。

感知層主要由大量照明控制器構成,用于執行燈具的調光/開關操作和采集燈具數據等功能。如若需要,也可以擴展其它傳感器或執行器件,如照度儀、人體紅外傳感器、震動器等。


3.路燈控制系統設備及設計需求

在路燈控制系統中,部分設備需要重新定義和開發,如集中器和照明控制器。

其中集中器的基本功能需求如下:

第一,上行數據接口一般采用GPRS路由器或GPRS透傳模塊,同時配備網口,可以接入以太網或光端機,采用TCP/IP與應用層軟件進行通訊;第二,下行數據接口根據廠家實際需求,可以接入ZigBee無線通訊、電力載波、RS485等通訊模塊,與感知層設備進行通訊;第三,RS485通訊接口,用戶擴展功能模塊,如電表、照度傳感器等;第四,數字和模塊I/O若干,用于控制接觸器或采用相線電路電壓等;第五,輪詢功能,可以定期對所管理的感知層設備進行輪詢,并將輪詢結果上傳服務器;第六,可以脫機運行,當服務器網絡故障或不存在時,可以使用本地控制策略進行感知層設備控制。

照明控制器的基本功能需求如下:

第一,數據接口可以為ZigBee無線通訊、電力載波或RS485等通訊;第二,具有一路或多路開關功能,用于開關后級設備(如燈具);第三,具有一路或多路調光接口,如PWM、0~10V或4~20mA電流輸出等,用于后級燈具調光功能;第四,可以采集工作電流、電壓、累積電量等工作參數,并根據集中器要求上傳數據;第五,有過壓、過流、過溫等報警功能;

此外,集中器和照明控制器均為戶外使用,除要考慮其防水防塵等防護性能參數外,還要考慮高溫、外殼老化、防雷、靜電等相關參數的設定。使用環境必須適應路燈系統電力環境,還需滿足國家對電子產品強制標準要求。


4.路燈工程施工及系統數據庫初始化

相對于傳統的路燈系統,每盞(或幾盞)路燈會安裝一個照明控制器,且根據網絡規模,需要安裝若干集中器。無線控制器一般由于安裝位置對信號強度會有影響,安裝在燈具內部;而電力載波或RS485等對位置要求則不是很高,可以安裝至燈桿的維護窗內。一般無線集中器安裝至電桿或路燈上,而其它集中器可以安裝至路燈控制系統在工程施工需要增加的工作量有:

使用環境前期評估:如電壓是否穩定及諧波是否滿足要求;對于電力載波還需要檢測載波頻率附近是否干擾,無線通訊需要查看現場同頻無線干擾的情況及阻擋物的情況等;

網絡規劃:根據節點分布、網絡狀況、配電情況等,規劃集中器安裝位置等;

設備安裝:照明控制器和集中器的安裝,控制室設計等;

設備檢測及組網:檢測設備是否安裝正確,并記錄網絡驗收及維護;檢驗集中器和照明控制器的接線及安裝等是否符合規范,定期檢測節點連通率等。

其中組網過程,獲取大量路燈節點信息并輸入服務器數據庫中的工作量非常大,現有的系統基本為手動或半自動完成。


三、智能路燈控制系統當前存在問題及難點分析

1.相關行業標準缺乏

由于路燈照明控制行業發展時間不長,尚處于發展階段,各廠家在技術實現上還是百家爭鳴,無法實現互通,且產品功能和性能無法保證。當前需要規范的標準有:

系統架構規范:定義路燈控制系統主要功能、網絡總體架構和主要設備等;

基礎通訊協議:包括應用層與網絡層的協議和網絡層與感知層的協議;

集中器:規范集中器輸入電壓、功能定義、通訊接口、防護性能、電氣及機械參數等;

照明控制器等終端設備:規范照明控制器等設備的輸入電壓、控制輸出、接口、防護性能、電氣及機械參數等。

2.國內路燈電網施工質量和管理無法保證

國內很多路燈電網的施工采用層層轉包的方式,驗收也不夠規范,導致路燈控制器的使用環境比較惡劣,比如:電壓波動過大,某些地區的某些時段可以高達300多伏;線材或布線不符合相關標準,容易造成短路、相線斷或零線斷等,導致控制器損壞;個別地區有盜割電線或私接電的情況,造成三相不平衡,電壓波動過大,導致控制器損壞;電網接地不規范或路燈無接地等這些問題都給路燈控制系統的使用和推廣帶來很大的困難,且增加產品成本和維護成本。

3.技術成熟度仍需提高

主要體現在應用層軟件通用化、感知層通訊穩定性和可靠性、通訊協議優化和組網便捷性等。

4.路燈系統成本高

(1)產品成本高

導致目前產品成本較高的原因主要有:第一,用戶需求的不確定性使得需求頻繁變更,產品類型過多,開發和維護成本過高,技術風險大;第二,由于發展階段和產業結構所限,暫未形成較優化的系統功能和架構設計,部分功能冗余或效益不高;第三,國內路燈電網質量不良導致產品保護成本過高。

(2)施工及組網成本

路燈控制系統的施工有一定的繁雜度,需要對施工隊伍進行專門的培訓。組網技術目前還不夠成熟,浪費大量人力財力。

(3)維護成本

經過幾年的發展,產品的失效率已經大大降低,但由于照明控制器數量較大,還無法滿足要求,產品穩定性仍需進一步提高。另外,產品維護需動用工程車,會帶來附加費用。

5.路燈控制產業格局仍需調整和優化

目前直接進行路燈控制系統研發的企業較多,除專門研究控制系統的公司外,許多LED照明、電源、物聯網平臺及通訊公司也開相同的研究,導致重復投入和無序競爭。在市場發展引導下,這種格局必然會逐漸優化,進行分工和整合,如:

物聯網應用通用平臺的建設:隨著Java、C#和.NetFramework(尤其是WPF和SilverLight等)等開發工具的發展和逐步完善,B/S架構的系統逐步占領了路燈控制系統應用層平臺,但從長遠來看,專用的C/S架構與B/S架構相結合的物聯網通用平臺應該會是一種趨勢。通用平臺的使用可以參考工業控制中的組態軟件或SCADA系統,將控件、通訊組件和各種感知層器件模型化,通過簡單的組態或配置就可以很容易實現用戶所需的功能。

電源與通訊組件的整合:大功率LED照明燈具電源由于恒流、使用壽命、可靠性等原因在近幾年才真正的逐步完善,而系統所需要的通訊,如ZigBee無線、電力載波PLC等,雖然也經過了多年的積淀,有了一定的發展,但真正大規模應用的領域并不多。當兩者都比較成熟的時候,從技術復雜度和成本的角度考慮,必然會結合在一起。目前已經有部分通訊器件公司依托成熟的電源公司開始技術的融合,但由于干擾、散熱等原因,還沒有完全成熟。


四、智能路燈控制系統未來發展

隨著全世界和中國對節能、環保的要求和人類對光的需求日益復雜,LED照明對傳統白熾燈、節能燈等光源的替代基本已成定局,而如何進一步發揮LED照明的優勢,則依賴于照明控制技術的發展。物聯網技術尚處于發展階段,由于技術復雜、涉及行業廣泛,已形成眾多的技術孤島,而照明控制也必將成為其中的孤島之一。

在龐大的市場需求驅動之下,以燈具廠商為中心,聯合物聯網通訊技術廠商、電源廠商、物聯網應用層平臺開發商,已經初步形成產業規模。期望國家能夠盡快從全局角度理清思路,制定相關標準,融合各方面技術力量,促進路燈控制行業健康有序發展。


中山市智光照明科技有限公司是一家集研發、設計、生產、銷售、安裝、售后于一體的服務性專業戶外照明公司。

公司以環保節能,提倡綠色生活為己任,致力研發、生產以智能化控制、LED、太陽能、風能等系列節能產品。主要產品有:智能路燈、太陽能一體化LED路燈、太陽能燈、景觀燈、LED大功率路燈、風光互補路燈、高桿燈、球場燈、道路燈、庭院燈、草坪燈、壁燈、LED燈具等產品。

聯系我們

【中山智光照明科技有限公司】

聯 系 人   :林經理

聯系電話 :15307602227

固定電話 : 0750-89812996

企業 Q Q :2181415842

地       址  :中山市古鎮東岸北路368號B棟407室