基于3G网络的照明智能控制系统的应用

刘友泉，沈友国，缪华勇

（1.杭州市亮灯监管中心，杭州 310000；2.杭州瑞琦信息技术有限公司，杭州 310012；3.杭州市电力局路灯管理所，杭州310012）

城市在不断的发展，照明控制的范围也在不断扩大，各个被控地点的协同控制及相关数据监测的复杂性也大大增加，照明控制进入了新的智能控制阶段。照明智能控制系统将计算机技术、网络通信技术、自动控制技术等融合于一体，根据环境的变化、紧急需求等诸多条件自动采集系统所需的各种信息，并对所采集的信息进行分析和判断，对分析结果进行存储、显示、传输，最终达到最佳的控制效果。

采用照明智能控制系统不仅可以更科学、更经济地照明，而且提高了城市照明的管理水平，可以减少意外和人为损坏后维护不及时而造成的危险，实现城市照明的数字化和自动化，使城市路灯管理达到先进水平。

1 照明智能控制系统的特点

1.1 按需亮灯更灵活

现在很多城市的照明采用分散式的时控，在开关箱内安装就地时空装置，按照事先设置好的时间进行开关灯，这样的方式无法及时和灵活地调整开关灯时间，也不能反馈现场照明的实际情况，只能依靠市民、城管和维护人员现场巡检来反馈信息。随着城市规模的扩大，这样的控制方式已经无法适应城市社会的发展和需求。当碰到重大节假日、日全食、应急情况等需要提前（临时）亮灯时，则需投入大量的人力物力去现场更改开关灯时间。

照明智能控制系统能及时根据需求来亮灯，可以根据季节、周策略、特殊节假日策略来组合进行亮灯，除此之外还能根据光感的亮度来进行亮灯（关灯），达到科学和经济照明的目的。控制中心可显示现场的亮灯情况以及各个开关箱的电压、电流、开关状态和亮灯率，如果出现异常则有声音报警或者短信报警。

1.2 系统结构更科学

照明智能控制系统由一个中心和多个开关箱控制点组成，能集中对每个终端进行远程控制和管理。同时，可以根据管理部门的要求设置多个分中心，不同中心只能控制和管理本区块的开关箱。

系统分为：采集数据层、无线通信层、逻辑处理层、表现界面层，采用BS和CS系统相结合的架构。采用CS架构可以提高通信的处理速度，而用户操作界面采用BS架构，可以方便异地接入，只要能上Internet网，就可以根据用户权限接入系统。

1.3 采用3G通信技术

3G是3rd Generation的缩写，指第三代移动通信技术，3G定位于移动数据和移动多媒体业务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2 Mbps、384 kbps以及144 kbps的传输速度。随着3G技术的发展，3G通信已渐渐成为许多行业产品通信的首选。

由于3G通信具有安装方便，抗干扰能力强等特点，成为照明智能控制系统的首选通信手段。采用3G无线网络通信技术，弥补了Gprs/CDMA通信带宽无法有效传输大数据包（视频数据）的问题。利用3G一直在线，传输速率快，传输距离远、数据传输安全可靠等优点，3G Modem设备通电后在10 s内即可登录到服务器并且实现和终端的通信，运营商可以将SIM卡与IP绑订，这样只能在指定的IP之间进行数据传输，能更好地保证数据的安全性。应用于照明智能控制系统中的通信结构如图1所示。

图1 3G通信结构示意

2 系统的组成及功能

2.1 监控中心

控制中心有通信服务器、数据服务器、3G视频解码器、防火墙、路由器和交换机、工作站等组成。通过通信网络与终端3G Modem进行通信，采集现场电压、电流、有功、无功、功率因数、开关状态等数据，根据需要智能控制现场灯的开关。经过中心数据服务平台的逻辑处理，推送给用户客户端显示，经过用户确认是否将报警信息通过GSM Modem向维护人员发送所订阅的报警短信，便于维护。

通信服务和数据服务是整个系统的核心，可采用双机热备来提高系统安全性。当其中一台服务器出现故障时，可以自动切换运行，使得系统的可靠性更高。通信服务支持单通信方式或混合通信模式，可以自动择优通道进行通信。

2.2 控制终端

每个开关箱都由1个3G Modem和1个控制终端组成，3G Modem和控制终端之间采用232串口或者485通信。控制终端采用板卡式的设计，含有主板、通信板、采集板、开关量板、电源板、接口板，这些板卡都带热插拔功能，在通电情况下，可以更换其中任何1块板卡，便于维护人员方便快捷地进行维护。除此之外还有显示面板，可以在显示面板上直接查询终端的任何数据，包括历史数据。

电源采用三相供电设计，当任意一相或二相没电，仍能正常工作。设备具备独立工作能力，当运营商网络出现故障的情况下，终端可以根据前一天预先设置好的时间进行亮灯，具有独立的时钟计时。

2.3 系统主要功能

照明智能控制系统完全可以取代传统的时控，主要功能有：数据自动采集（图片）、卫星系统对终端自动对时、策略管理、权限管理、数据库备份（本地或异地）、报警异常处理、手自动开关灯、电能表接入、视频接入、亮度采集、信息发布和备忘录等功能。系统还包含地理信息系统，可以进行故障地定位、车辆定位。

以往城市照明依靠事先设定的时间亮灯，但如果出现阴雨天能见度偏低，需要提前亮灯来保证交通安全时，只能靠人为观察亮灯。每个人对亮度的衡量没有统一的标准，所以无法较为准确的进行亮灯。安装了亮度采集系统后，可以设置某个亮度值作为标准，当采集到的亮度值小于标准值时，可以设置直接亮灯或者系统提醒人工确认的方式进行亮灯，图2为实际的亮度采集曲线。

图2 亮度采集曲线

3 系统应用效果

照明智能控制系统已投入杭州城市照明管理中，运行平稳正常，取得了良好的效果。系统具以下主要优点：

（1）节约维护费用。智能照明控制系统取代传统的时控，能自动巡检出有故障的就地照明开关箱，节省大量去现场巡查的人力和物力，在去现场维护之前便知道故障位置，大大缩短了维护时间。

（2）节约电费支出。安装了智能照明控制系统后更能体现出按需照明，因为系统可以根据亮度值和季节时间相结合亮灯，可以在到达亮灯时间内而亮度值较高时不亮灯，从而减少电费的开支，达到节能的目的。

（3）亮灯监督检查。监督没有审批单（通电单）亮灯和接触器故障亮灯的情况，一旦现场亮灯后，监控中心能及时发现照明故障并报警，使故障能得到及时跟踪处理。

（4）实现自动电费计算。系统可定时抄读照明用电值，能统计出一个月或者一天的用电数据（峰值和谷值），根据单价计算出一定时间内的照明费用。

（5）快速和光感结合开关灯。可以实现照明管理的智能化，如果有临时亮灯任务或是天气突变，系统能及时而快速开关灯。如果处于自动状态时，系统可以根据亮度值自动开关灯。

4 结语

智能照明控制系统采用完善的3G网络作为终端与服务通信的桥梁，通信速度比GSM、GPRS快，弥补了这类通信方式的不足，终端设备支持五遥功能（遥测、遥信、遥控、遥调、遥视），系统运行稳定，节能效果明显，值得在大中小城市照明系统中推广应用。

[1]赵晓秋.3G/B3G网络核心技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]张少军.楼宇自动化与智能控制技术[M].北京：中国电力出版社，2011.