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公共照明系統廣泛采用高壓鈉燈（high pressure sodium lamp）或金屬鹵化物燈（metallic halide lamp），傳統照明系統經常采用電感鎮流器，照明燈具采用統一開關控制案。 隨著數字技術和網絡技術的發展，公共照明數字化和網絡化已經成為一種必然趨勢。節約能源、保證燈具壽命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保證城市夜間出行安全等，已經成為對公共照明系統的一項基本要求。本文將介紹基于鎮流器的全數字公共照明系統。該系統在國內首次實現了遠程單個路燈節點的任意監控，并重點介紹了系統的核心設備——組群控制器的作用、組成、工作原理是以及主要軟件結構框圖。路燈管理是城市管理中技術含量高、難度大的一項工作，反映一個城市的經濟實力、人文特色和現代文化水平。隨著社會文明的不斷發展、城市規模的急劇膨脹，城市照明已不僅局限于街道的照明，社會對亮燈率、開關燈的準確率、故障檢測的實時性和維修的及時性、路燈的節能要求也不斷增高，這樣集現代計算機技術、無線電通信、測控技術、路燈電力節能于一體的城市照明節能、自動監控與管理系統也就應運而生了。多年以來，我國的路燈的管理和控制手段主要采取以下手段：開關燈采取時控方式；故障巡檢依靠人工巡查的方式。隨著城市的擴大，路燈數量的迅速增長，這種控制方式在故障實時監控處理、按需控制、節能等方面已越來越不能適合城發展。因此對于路燈所采取的智能控制和節能措施已經非常有意義。　以深圳市為例。2002年統計的四區(羅湖、福田、南山、鹽田)路燈系統光源安裝總功率為10294KW，鎮流器損耗按光源安裝總功率18%計算，照明線路損耗按5%考慮，路燈每年亮燈小時數按4000小時計，則：路燈系統電氣安裝總容量為10294X（0.18+0.05）=12661千瓦。路燈系統每年耗電為12661X4000x10-4=5064.4萬度。年耗電5064.4萬度是什么概念呢？大亞灣核電站年發電能力約為140億度，5064.4萬度占其0.36%。由上可見，路燈系統的耗電相當可觀。正因為此，道路照明節電已成為日益受到重視的話題。近年來很多地區發生的日益嚴重的電荒，更使許多部門認識到這一當務之急。本文站在技術角度，分別從路燈布置方式、配電系統、燈具配件等方面，就如何以科學、合理的方式，實現道路照明系統節能，闡述個人的一點體會。

第一章   數字路燈照明系統

1.1路燈監控系統現狀

        路燈測控系統在中國城市建設中得到廣泛應用，在節省能源、美化城市、方便管理等方面有重要意義。目前我國路燈測控系統中大量使用的是數傳電臺、BB機、電話線、載波等傳輸方式。采用傳統數傳電臺的通訊模式，不僅需建造發射塔，而且覆蓋范圍非常有限，它地位固定，不能移動，且投資成本高，覆蓋范圍越廣，建造費用也越高。隨著城市建設不斷發展，建造的樓房起來越高，將阻礙發射塔和終端的通訊，而且，惡劣天氣的影響、其他干擾、巡視的困難，現路燈監控系統存在著許多弊端。隨著傳呼通訊使用者越來越少，BB機控制方式也面臨傳呼臺解散等問題。電話控制也有鋪設線路困難、運行費用高等難題。載波通訊需要路燈供電專用線路，在大多城市難以實現。

1.2數字路燈照明系統

圖1給出了數字路燈系統的系統組成原理圖。在該系統中，每個路燈節點采用全數字化電子鎮流器，可以實現0%、50%、80%、100%功率輸出，可以隨時發送路燈的電流、電壓信息，并具有開路、斷路和路燈老化報警功能。每一個路燈節點內包含一個電力載波通信（PLC）模塊，利用電力載波模塊實現路燈節點之間以及路燈節點與組群控制器之間信息通信。組群控制器采用雙CPU結構，負責日常系統的正常運行控制，并可以隨時響應上位管理計算機發出的指令。組群控制器與照明管理計算機通過GSM/GPRS短信方式實現正常情況下的通信。在組群控制器發生故障的情況下，照明管理計算機可以通過GSM/GPRS直接實現路燈線路的開關控制，實現系統安全雙保險。照明管理計算機采用地理信息系統（GIS）技術，實現圖形化動態實時監控管理。

1、該系統的主要性能特點

1）、通過電磁平衡效應，抑制電網突變以及開關瞬間電流的沖擊，平衡三相電壓，濾出三次、五次諧波，并利用氣體放電燈的特殊物理屬性，抑制能耗，提高用電效率，延緩燈具老化損壞。

2）、任意設定以及修改節電等級，轉換時段以及自動節電段數時間

3）、順序式電壓、電流上下限調節模式，即保證了設備的安全可靠，又獲得了最佳的節電效果。

4）、切換無火花控制。

5）、自動穩壓控制

6）、電壓、電流超限自診斷關燈保護控制。

7）、任何原因導致的動作失靈均可自動旁路運行保護控制。

8）、過流、過壓、過熱以及風扇故障旁路運行保護控制

9）、輸出電壓、（輸出電流）檢測顯示。

10）、友好的人機操作界面，中文顯示

2、技術參數

1）、輸入電壓：三相380V＋15％（單相：220V＋15％）

2）、輸出電壓：三相380V－15％（單相：220V－15％），

三相380V－20％（單相220V－20％）

3）、自動穩壓精度：<5V

4）、額定電流 30A～400A。規格分級任選

5）、過載能力：電流 120％，60秒

6）、極限電流： 150％，5秒

7）、相數：標準三相（特殊相數訂貨）

8）、絕緣電壓：機箱與帶電部分之間大于2KV

9）、對電網的污染度：MEI＝0，RFI＝0。正弦波畸變＝0

10）、轉換效率：98～99％

11）、節電等級：0～4級任意設定以及0～5級任意設定兩種

12）、節電率：根據燈具的結構不同以及照度的要求不同為16～40％

13）、每日可設定的時間段數：1～6段

14）、每日可設定的開、關燈次數：1～6次

15）、工作溫度：＋40o～＋80o，，環境溫度－20～＋45o

16）、散熱條件：自然風冷或風扇強制冷卻（中大功率）

17）、設計壽命：20年。

3、防護等級驗證

戶內式：裝置防護等級滿足GB4208-1993 IP20規定的要求。

戶外式：裝置防護等級滿足GB4208-1993 IP33規定的要求。

4、裝置工作環境為：

溫度范圍：-15℃～+75℃

海拔高度：＜2000米

濕度環境：＜80%

第二章 組群控制器工作原是與系統組成

2.1 工作原理

   在路燈測控系統中，街區路燈控制裝置即分控點，與設在路燈管理處的主控室，形成兩級分布式計算機測控系統。分控點以高性能的單片機、傳感器、接口等組成，為實時在線控制機，執行對路燈的開關控制，對路燈各支線的電流、電壓及線路狀態等參數的檢測，同時又可在無線通訊方式時擔任信號中繼作用。主控室是由高性能微機、通訊接口及設備、顯示器、模擬屏、打印機等組成的系統一般稱作上位機。位于主控室的上位機完成整個系統的數據集中處理和對各分控點統一發布命令的功能。

2．2 組群控制器系統組成

圖2給出了一種組群控制器設計方案。它包括CPU模塊、線路狀態檢測模塊、交流接觸器驅動模塊、后備電源模塊、時鐘模塊、控制策略模塊、電能計量模塊、溫濕度檢測模塊、GSM通信模塊和電力載波通信模塊。CPU模塊采用CPU結構。主微控制器采用高性能、8位、40引腳、具有8KBFlash、多路8位A/D的RISC單片機PIC16F877，負責與GSM通信模塊和電力載波模塊通信，與交流接觸器驅動控制，與實時時鐘的讀取和校準以及根據照明控制策略發送控制指令等功能。從微控制器采用與主微控制器同一系列的高性能8位、28引腳、多路8位A/D、具有4KB Flash的RISC單片機PIC16F873。該控制器負責管理電能計量模塊、后備電源及監控模塊、溫濕度監控模塊和線路狀態檢測模塊等。

系統構成：路燈監控系統主要由三部分構成，即主站、一級終端、二級終端。

1) 主站：由計算機、服務器、大屏幕投影顯示設備、專用通訊終端、SIM卡、路燈智能測控系統軟件、打印機組成。

2) 一級終端：由工控機、電能測量單片機、多路控制板、監控板、GPRS通訊模塊、(若要控制到每一盞需要擴展電力載波模塊)等組成，與路燈控制監控柜監控端相連。

3) 二級終端(可選)：由單片機、電力載波模塊(EPCW)和輸入輸出接口板組成，它安裝在每盞燈里。實現單盞燈開/關操作。實時監控每盞路燈的亮滅情況、電能負荷狀態、燈桿損壞報警，漏電報警等功能。

    2.3 雙CPU通信方法與RS-485通信

雖然PIC16F87x系列單片機外圍通信接口豐富，但是，整個系統通信復雜，接口資源仍然很緊張。主從CPU的可靠通信，是組群控制器可靠工作的關鍵之一。

根據資源分配，主微控制器PIC16F877與從微控制器PIC16F873采用SPI接口，并以主從方式通信。根據系統端口配置需要，PIC16F873采用硬件SPI接口方式，PIC16F877采用普通I/O口RB1～RB3來模擬硬件SPI口，即軟件SPI接口。PIC16F877的SPI硬件資源分配給E2PROM 24C64使用。PIC16F873的SPI接口工作在從模式下，PIC16F877需要選用一個普通I/O口（這里是RB4）與PIC16F873的SPI通信控制端RA4/SS相連，控制SI通信的發起與結束，如圖3所示。每次通信都是由PIC16F877發起，PIC16F873響應。

    電能計量模塊為單獨模塊，能夠測量供電線路的電壓、電流、功率、功率因數等參數，并具有標準的RS-485接口。為此，PIC16F873利用硬串口RC6/TX和RC7/RX，通過RS485接口變換，與電能計量模塊JP1相連。這里MAX485芯片作為485總線接口轉換芯片，用RC2作為RS-485總線通信輸入/輸出使能控制端，控制信號的讀入和送出。

2．4 交流接觸器控制與狀態保持

組群控制器的一項重要任務是通過固體繼電器SSR和交流接觸器實現照明線路供電控制。固體繼電器為DC3～24V輸入，AC220V輸出，其輸入由NPN型三極管9013驅動。由于系統實際運行過程中存在各種干擾，若則相關引腳很可能會出現跳變信號或三態，造成交流接觸器誤動作。因此“鎖定”復位前狀態，對保證系統可靠性非常重要。這里采用了由1個D觸發器、1個光耦、3個電阻和3個I/O引腳組成的采樣/保持電路，如圖4所示。D觸發器復位端R和置位端S分別接地，數據端D接CPU的數據控制端RE0，時鐘端CLK通過光耦TIP521接CPU的時鐘產生控制端RE1和RE2。保持電路的關鍵在于RE0、RE1、RE2單個引腳誤動作無法產生有效時鐘和控制指令。即使CPU發生復位，由RC0腳讀回固態繼電器當前工作狀態，并將RE0輸出（D觸發器輸入）置成該狀態，進而保證SSR不產生誤動作。電阻R32為上拉電阻，保證RE2出現三態時光耦不產生誤導通。電阻R33起限流作用。實際證明該電路是有效的。