ZIGBEE与载波在路灯控制上的应用优缺点

ZIGBEE与电力载波在路灯控制上的应用优缺点

随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，对城市道路照明的需求也不断增加，而能源的供需矛盾也越来越突出；同时，全球气候变暖，节能减排和绿色环保成为了全球社会的共识。在这样的背景之下，各地政府的“十城万盏”政策项目也轰轰烈烈的展开着。随着城市化建设步伐的加快，城市建设的发展对道路及景观照明的控制节能提出了新的要求，这使得城市照明管理的难度越来越大，运营成本也越来越高。目前国内照明管理普遍实现的集中控制，已不能满足照明管理部门对城市照明的控制、节能、故障监测、亮灯率等方面提出的更高的管理要求。这就迫切的需要一种更现代化的管理系统平台，来使照明管理部门提高管理效率的同时又可以有效降低运行成本。单灯控制有很多种实现方式，目前流行的有电力载波通信（PLC）技术和Zigbee无线通信技术两种方式。今天我们就来说说这两种技术上特点：

一、概念上理解：

电力线载波技术即指利用现有的路灯传输电力的线路作为通信信道来传输数字信号，通过LC谐振电路和功率放大电路将信号调制到高频载波上进行传输的一种通信方式。即路灯之间仅使用现有的电力线作为基础架构，就可以实现数据的通信，不需要重新做任何的布线和修改，是利用高压电力线在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级中压电力线指10kV 电压等级或低压配电线380/220V用户线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式，对输电线也没有任何特殊的要求。

Zigbee通讯技术是利用电磁波信号进行数字信号通信，需在一个路灯段内每一个路灯杆上的路灯镇流器中都内置一个Zigbee无线通信模块，电磁波信号构成一个无线通信子网在自由空间中传播，是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE ，不需要物理连接线。

二、系统图上理解：

电力载波系统示意图：

雷鸟科技ZIGBEE技术系统图：

三、系统实现的功能：

1、根据经纬度精确计算出每天的日出日落时间。进而计算出每天的开关灯精确时间。

对路灯运行进行合理、可靠的控制：达到节省用照明系统20%-50%用电量。

2、对路灯全年的开关时间，可以按照：临时、周、节假日、经纬度等方式进行设计。

3、对路灯开关灯控制可按设计的时间进行合理控制：根据经纬度计算每天的日出日落

时间，实现全年365天每天精确的开关灯时间，可以把全年节假日的特殊开关灯时间进行设置，有突发事件时，可以设置临时时间方案。使城市照明更具人性化。

4、对路灯运行状态进行全自动的监控。

5、自动和手动遥控系统可以根据不同类型的路灯与景观灯控制要求，把全市路灯、景

观灯分成若干个组，采用时控方案，自动开/关全市全夜灯、半夜灯、市政景观灯、楼宇景观灯；也可以手动对各种灯型进行遥控开/关操作。控制模式可以任意添加。根据不同控制模式控制不同回路。

6、定时自动上报，手动迅测操作者可随时手动巡测各监控终端的电压、电流、有功功

率、无功功率和功率因数等各种监测数据。上述参数定时上报。参数变化量取值范围可以手动设置。达到变化值，下位机自动上报变化值。

7、自动计算亮灯率能根据电压、电流、有功功率和功率因数的变化自动进行亮灯率估

算。为了保证亮灯率的统计，数据采集精度优于1%。

8、查询打印可以对各监控终端任意定时数据和年、月、日统计数据进行查询，显示的

表格。

9、控制方案根据不同类型的路灯、景观灯控制要求，可以把路灯、景观灯分别设置成

不同的功能组，分别用经纬度和节假日的的时间控制方式进行控制。有突发时间时可设置临时时间方案

四、两种技术的对比：

电力线载波技术的存在的缺点：

1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送；（路灯本身就在同一个变压器之间存在，所以此问题不存在）

2、三相电力线（主要为了）间有很大信号损失（10 dB -30dB）。通讯距离很近时，电力载波芯片不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输；（影响不大解决方案：配电箱每个相加一个电力线载波模块，量不大，成本不高）

3、不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同，藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用；

4、电力线存在本身固有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50HZ和60HZ（OFDM也确实存在），其周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰（OFDM是 5~95kHZ，不属于同一频段），干扰时间约2ms，因此干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法（纯FSK传输方法，过0点传输方法），但由于过0点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用；

5、电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。

具体区别如下图：

凡是通讯都难免避开频率干扰；FSK功率集中但太单一一旦出现干扰就瘫痪；OFDM九十多个子信号分散传输，力量不如FSK信号功率集中，但受干扰程度小

结束语：深圳市雷鸟科技有限公司自主研发的ZIGBEE路灯控制系统，已经能够有效地对路灯的工作状态进行节能监控。实践证明，它具有造价低廉，安装简单，传输线路广泛等优点。不但可以节能，还可以实时检测每盏灯的运行状态，可以在最短时间内发现故障，使得故障能够得到及时处理。单灯控制系统的应用加强了城市照明管理的手段和方法，提高了城市照明管理的工作效率，值得推广使用。