基于Echelon公司电力载波通信技术的路灯单灯控制解决方案.pdf

P 基于E c h e l o n 公 司电力载波通信技 术的路灯单灯控制解决方案 S t r e e t Li g h t Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n Ec h e l o n Po we r Li n e Te c h no l o g y 刘 永 生 ( 美国E c h e l o n 公司北京代表处，北京市 1 0 0 0 2 7 ) 【 摘要】 【 关键 词】 Li u Yo n g s h e n g ( R e p r e s e n t a t i v e o f E c h e l o n C o r p ， B e i j i n g 1 0 0 0 2 7 ) 基于美国E c h e lo n公司的电力载波通信技术，可以构建一个实现单个路灯控制功能的路灯解决 方案，该解决方案已经应用在欧洲的很多城市。系统的实施，使得城市路灯管理部门降低了路 灯系统的运营成本，提高了路灯系统的服务效率。这种路灯系统可以节省5 0 的能源支出，节 约3 0 的维护成本支出，是实现绿色、节能城市的重要手段。 电力线载波通信 iL o n 智能服务器 自动中继通信技术 S O A P 接口 S L V管理软件 地理信息系统 Ab s t r a c t ： T h e p a p e r i n t r o d u c e s a s t r e e t l i g h t c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n E c h e l o n p o we r l i n e t e c h n o l o g y I n t h i s s y s t e m， e v e r y s t r e e t l i g h t i s e mb e d d e d a p o we r l i n e c o mmu n i c a t i o n c h i p a n d c a n b e c o n t r o l l e d i n d e p e n d e n t l y Th i s s o l u t i o n h a s b e e n u s e d i n ma n y c i t i e s i n E u r o p e T h e s y s t e m c a n s a v e u p t o 5 0 E n e r g y a n d a s s o c i a t e d CO2 E mi s s i o n s ， r e d u c e ma i n t e n a n c e c o s t s ， e n h a n c e t h e q u a l i t y o f t h e l i g h t i n g s e r v i c e e t c I t S a g o o d s o l u t i o n f o r b u i l d i n g a g r e e n a n d e n e r g y s a vi ng c i t y Ke y wo r ds ：Po we r Li n e Ca r r i e r Co mmu ni c a t i o n Te c hno l o g y i Lo n Sma r t S e r ve r Re pe a t i n g T e c hn ol ogy SOAP I n t e r f a c e St r e e t l i g h t Vi s i o n S of t wa r e GI S 引言 城市路灯照明 ，是现代化城市 的重要公共设 施 ，路灯 照 明因此成 为一个 城市 电能支 出的重要 部 分。但是没有实现控制的路灯却存在大量能源浪费的 情况 ，虽然有一些解决方案 ，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 ，而基于美 国E c h e l o n 公 司电力载波通信技术的路灯单灯 控制系统 ，能够实现 最佳节能，保持路面照度均匀，实现单灯状态监控， 有效降低维护成本等，是构建绿色路灯照明，实现节 能型城市的有效手段 。 1 基于E c h e l o n 公司 电力载波技术 的路灯单灯控制系 统 图1 为基于E c h e l o n 公司电力载 波技术 的路灯单灯 控制系统 的结构框图。 采用这样的系统 ，能够为城市路灯管理机构或 路灯维护公 司带来节能和节省维护成本 的效果 ，同时 也能够提高服务质量，并对提升公共安全方而有一定 收稿 日期：2 0 1 0 0 2 2 5 作者简介 ：刘永生 ，男 ，高级应 用工程师 ，硕 士，任职于 美国埃 施朗公 司北京办事处 ，主要从事L o n w o r k s 技术的售后 支持工作。 图1基于E c h e l o n 公 司电力载波技 术 的路灯单灯控制系统结构框 图 该系统具有性能可靠，易于升级的特点。 系统主要 的构成部分包括 ： 1 ) 使用基于标准的电力载波技术的路灯单灯控 制器 2) i L o n 智能服务器 3 )基于S O AP 接 口的监控中心软件 1 1单灯智能控制器 在每一个 路灯 中 ，都嵌 入一个基 于美 国E c h e l o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公 司 电力载波 芯 片 的智 能控 制 器 ，在路灯 控 制器 和 i L o n 智能服务器之间使用电力线载波进行通信 ，这样 做的好处是，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。每一个单灯控制器均包含 物理地址和逻辑地址 ，这便 于和GI S 系统匹配 。 美国E c h e l o n 公司的电力载波通信技术 ，现在已 经被采纳为多个 国家和 国际组织 的标 准 ，包括 ： 1 )国际标准 ，I S O I E C 1 4 9 0 8 ， 2 )欧洲标准 ，E N 1 4 9 0 8 ， 3 )中国国家标准性指导 文件 ，GB Z 2 0 1 7 7 ， 4)美 国国家标准 ，A NS I C E A7 0 9 已有 超过 三 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 。 美 国E c h e l o n 公 司的 电力载 波的通信 芯片 为 P L 3 1 2 0 P L 3 1 5 0 ，这两种芯片 内置I S O 1 4 9 0 8 控制 网络 协议 ，采用B P S K的调制方式传输信号 ，通信速率在 C波段 的情况下 为5 4 k b p s 。 P L 3 1 2 0 P L 3 1 5 0 的B P S K 技 术 ，称 为二进 制相移 健控 ( B i n a r y P h a s e S h i f t Ke y i n g) 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 1 3 2 k H z ，第二载波频率为1 1 5 k Hz 。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 。E c h e l o n 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( Ds P ) 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 。 智能路灯控制器的结构如图2 所示。其主要的构 成部分有 ：P L 3 1 2 0 P L 3 1 5 0 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 。 -T - 图2 电力载波智能路灯控制器结构框图 单灯 控制器使用 基于I S O 1 4 9 0 8 标 准 的电力载波 通信技术与路灯区域控制器i L o n 智能服务器通信，可 以接受来 自智能服务器中心控制软件的命令，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，该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 以由中心控制软件通过i L o n 智能服务器进行读取。 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3 O 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 。 智 能路灯 控制 器 可 以根 据需 要 ，安装 在路 灯杆 的顶部或底部。当控制器检测到报警时，能够提供报 警信息供i L o n 智能服务器和中心监控软件，从而为后 续的工作提供依据。 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 。 1 2路灯 区域控制设备i L o n 智能服务器 i L o n 智能服 务器如 图3 所示 ，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I S O 1 4 9 0 8 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GP R S mo d e m、以太 网 、wi F i 网络或者AD S L mo d e m等。 图3 i L o n 智能服务器 i L o n 智能服务器 中内置多种功能 ，包 括 ： 时序调度功能， 报警功能 类 型转换功 能 内部实时时钟 根据经纬度 、日历时钟计算 日出 、日落时间 的天文位置功能 使用电力线载波中继技术管理与各个单灯控制 器 的通信 通过S O A P 接口实现与控制中心的通信等 仪 暑 仪 表 符 准 化 与 计 l 3 9 面而 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m A p p 一 般情况下 ，一个i L o n 智能服务器最多可以管 理2 0 0 个单灯路灯控制器。 之所以能够构建基于电力载波的路灯单灯控制 系统 ，智能服务器 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4 所示，在电力线传输线上，假 设i L o n 智能服务器连接有十二个个单灯控制器，通信 情况如下，i L o n 智能服务器不能和最远的1 2 号控制器 进行通信 ，但是i L o n 智能服务器可以和l 一 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 1 2 单灯号控制器通信 ， 这样 i L o n 智能服务 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1 2 号单灯控制器通信 ，也就是说 i L o n 智能服务器分别使用两级代理就实现和最远的1 2 号单灯控制器的通信。 图4 i L o n 智能服务器 电力线 自动中继示意图 i L o n 智能服务器最多支持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i L o n 智能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。 i L o n 智能服务器 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 。 i L o n 智能服务器中嵌入实时操作系统，中央处理 器为MI P S 3 2 ，时钟频率为2 6 4 MH z 。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F l a s h 存储器可以存储数月的历史数据。可以连接 Mo d B US 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。 1 3监控 中心软件 监控中心软件可以通过G P R S mo d e m、以太网、 Wi F i 网络或者AD S L Mo d e m实现与i L o n 智能服务器 的通信 ，通信接口支持标准的S O A P 接口，用户可以 使用支持S O A P 接口的开发软件开发监控中心软件。 目前，法国S t r e e t l i g h t V i s i o n( S L V) 公司开发的 成套软件是应用比较广泛的中心监控软件。 S t r e e t l i g h t Vi s i o n 监控软件 由三部分组成 ： S t r e e t l i g h t v i s i o n 设计软件，数据采集软件和网页发布 软件 。 1 )S t r e e t l i g h t v i s i o n 设计软件，实现全部的配置 功能，包括：配置i L o n 智能服务器，配置和启动该智 能服务器所连接的每一个单灯控制器，为不同分组的 单灯控制器定义 、配置时序调度 ，在设备安装后实时 对i L o n 智能服务器和单灯控制器进行测试。设定i L o n 智能服务器与S t r e e t l i g h t V i s i o n M2 M数据采集软件和 We b P o r t a l 软件的通信等 ，这些配置全通过网页的方 式实现 。 2 1 S t r e e t l i g h t v i s i o n 数据采集 软件 ( M2 M D a t a C o l l e c t )，对于中心的S t r e e t l i g h t v i s i o n 软件所管理的 成千上万的i L o n 智能服务器发来的数据进行过滤、汇 集并记 录 IJ S Q L 数据库中。 3 ) S t r e e t l i g h t v i S i o n 网页 发 布 软 件 ( We b P o r t a 1 )，基于采集 到的数据 ，为最终用户 提供有意 义的、专门针对路灯应用的网页界面，实现用户对所 管理路灯系统的监测和控制。根据设定的时序实现对 路灯的开 、 关和亮度调节控制 ，可以在任何时间、 任何地点实现监控。网页可以提供的内容包括：单个 路灯故障显示，报警信息显示 ，在地图上显示所有 的路灯历史数据 ，进行实时监控 ，分析能量消耗数 据和所实现的节能数据 ，察看灯具使用寿命以及更 多的其他功能。此外 ，还能够和用户地理信息系统 ( G I S)、能量计费系统、维护服务系统、用电需求 响应系统等实现数据共享。 S t r e e t l i g h t V i s i o n 软件提供基于We b S e r v i c e s 插 件和应用程序接 口 ( A P I )，这为用户将S t r e e t l i g h t V i s i o n 软件与已有的地理信息系统 ( G I S)或维护服 务系统软件的集成提供了便利的手段。 2 最新应用案例 最新的应用案例包括 ： 爱尔兰，都柏林 ( D u b l i n) 路灯项 目，目前已经 安装超过3 0 0 0 盏路灯 ， U 2 0 1 0年底 ，计划安装1 0 0 0 0 盏 ，投资收益率为5 年 。 葡萄牙的波尔图 ( P o r t o ) 路灯项 目，已安装3 0 0 盏，计划安装1 0 0 0 0 盏，投资回报率4 年。 3 实现的效果节能和好处 基于美 国E c h e l o n 公司的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 ( 下转 第4 5 页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 应 麻 乌 虿 谤 原 料罐 从 厂房一 、二层之 间楼板 穿过 ，在 楼 板 的钢结构面焊接一块高强度 的钢板 。钢板 与称 重模 块 底 部用螺栓连接 。钢板尺寸如 图4 。 钢板 图4 钢板尺寸图 安装秤重模块 时需 要注意以下事项 。 f 1 ) 称重模 块上支耳偏 斜而 引起与水平线 的夹 角 不 能大于0 5 0，基 座支 架结构扭转或偏斜而引起与水 平线的夹角不能大于0 5 0。 ( 2 ) 模块基座支架结构偏斜 ( 挠度 ) 一致。 f 3 ) 支撑罐体的楼层应有足够的承载力及刚度 ， ( 4 ) 罐体的进 、出口应尽量采用软连接。 ( 5 ) 每只模块 应有独立的接地 。 ( 6 ) 安装 完后 必须进 行标定。 4 结束语 由于秤重模块精度高，秤重系统在涂料行业的 定量配比工艺流程中已得到广泛的应用。立邦公司在 广州 的涂料 车间正 是按照上述方案设计的 ，经过调试 运行 ，证实配比精度高，能更好的保证涂料的质量。 参考文献 1 】 王向卫 称重模 块计量用于涂料制造的配料的 优势 中国涂料 ，2 0 0 6 ，2 1 ( B 0 5 ) ：6 2 唐进 电子称重模块在化工企业的应用 中国 计量 ，1 9 9 9 ，( 9 ) ：4 7 4 8 3 陆伯勤 电子称重 技术 和 自动称重 系统 的进 展 自动化博览 ，1 9 9 9 ，( 1 ) ：1 - 6 4 李泳平 浅谈称重传感器的选型和现场调试 煤 ，2 0 0 7 ，1 6 ( 8 ) ：5 2 - 5 3 5 刘凤 在线称重仪的应用 石油化工 自动化 ， 2 0 0 8 ，4 4 ( 1 ) ：7 3 - 7 6 基础挠度 变形小于3 ram。 口 ( 上接 第4 O 页) 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 ： 降低能耗5 0 ，从而实现降低C O， 的排放，单 灯 控制 ，实现按需照明 。 自动识别单灯 的报警 和故 障 ，减少人员夜 间巡 逻 。 有效减少市民的抱怨电话 ，可以根据单个路灯 的使用 时间数据 ，实现灯具的预维护 ，使得路灯时刻 工作在最佳状态 。 增加 安全防范功能 ，单灯状态 监控 ，可 以实现 快 速故障灯具 的处理 ，远程实现对任何灯具 的亮度进 行控制 ，保持重点区域的亮度，提升重点区域的安全 性 。 降低 光污染 。 解决责任难题，提供每一个路灯的每天的运行 数据 以供分析 。 降低安装成本 ，半天的培训就可以让安装人员 掌握安装方法 。 降低现场维护的次数和由此带来的能源消耗与 C O ， 的排放，可以使用地图对任何一盏灯进行维护。 实现7 2 4 , H 监控 ，通过S L V软件，可以在 网络上的任意工作站控制和现实任意路灯的运行数据 的显示和状态 。 标准的通信和数据接口，支持多个厂家的路灯 控制器 ，有效降低成本支出，用户可以选取满足需求 的最佳 的产 品供应商 。 基 于标 准 的技 术 ，能够 有效 实现 对 未来 的兼 容 ，保持 系统 的生命力 ，不会产生 由于技术 的落后导 致一系列 的问题 出现 。 与现有的信息系统的集成，将路灯报警集成到 现有的维护平台的地理信息系统中( GI S ) ，或者集成 到能源供应商 的需求 响应工具 中 。 4 结论 基于美国E c h e l o n 公司的电力载波通信技术的路 灯单灯控制系统 ，是一种成熟的路灯解决方案 ，在欧 洲很多城市得到应用 。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。 参考资料 1 www e c h e l o n c o m i Lo n S ma r t S e r v e r Us e r S g u i d e 2 h t t p ： l l www s t r e e t l i g h t mo n i t o r i n g c o m 口 仪 蠢 仪 表 觥 屿 计 f 4 3 面而 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m