標題: ZIGBEE與載波在路燈控制上的應用優缺點 [打印本頁]
作者: qq8426030 時間: 2014-7-14 15:27
標題: ZIGBEE與載波在路燈控制上的應用優缺點
ZIGBEE與電力載波在路燈控制上的應用優缺點
隨著時代的發展,城市現代化建設步伐不斷加快,對城市道路照明的需求也不斷增加,而能源的供需矛盾也越來越突出;同時,全球氣候變暖,節能減排和綠色環保成為了全球社會的共識。在這樣的背景之下,各地政府的“十城萬盞”政策項目也轟轟烈烈的展開著。隨著城市化建設步伐的加快,城市建設的發展對道路及景觀照明的控制節能提出了新的要求,這使得城市照明管理的難度越來越大,運營成本也越來越高。目前國內照明管理普遍實現的集中控制,已不能滿足照明管理部門對城市照明的控制、節能、故障監測、亮燈率等方面提出的更高的管理要求。這就迫切的需要一種更現代化的管理系統平臺,來使照明管理部門提高管理效率的同時又可以有效降低運行成本。單燈控制有很多種實現方式,目前流行的有電力載波通信(PLC)技術和Zigbee無線通信技術兩種方式。今天我們就來說說這兩種技術上特點:
一、概念上理解:
電力線載波技術即指利用現有的路燈傳輸電力的線路作為通信信道來傳輸數字信號,通過LC諧振電路和功率放大電路將信號調制到高頻載波上進行傳輸的一種通信方式。即路燈之間僅使用現有的電力線作為基礎架構,就可以實現數據的通信,不需要重新做任何的布線和修改,是利用高壓電力線在電力載波領域通常指35kV及以上電壓等級中壓電力線指10kV電壓等級或低壓配電線380/220V用戶線作為信息傳輸媒介進行語音或數據傳輸的一種特殊通信方式,對輸電線也沒有任何特殊的要求。
Zigbee通訊技術是利用電磁波信號進行數字信號通信,需在一個路燈段內每一個路燈桿上的路燈鎮流器中都內置一個Zigbee無線通信模塊,電磁波信號構成一個無線通信子網在自由空間中傳播,是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議。ZigBee協議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網絡層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規定,不需要物理連接線。
二、系統圖上理解: 電力載波系統示意圖:
雷鳥科技ZIGBEE技術系統圖:
三、系統實現的功能:
1、根據經緯度精確計算出每天的日出日落時間。進而計算出每天的開關燈精確時間。對路燈運行進行合理、可靠的控制:達到節省用照明系統20%-50%用電量。
2、對路燈全年的開關時間,可以按照:臨時、周、節假日、經緯度等方式進行設計。 3、對路燈開關燈控制可按設計的時間進行合理控制:根據經緯度計算每天的日出日落時間,實現全年365天每天精確的開關燈時間,可以把全年節假日的特殊開關燈時間進行設置,有突發事件時,可以設置臨時時間方案。使城市照明更具人性化。 4、對路燈運行狀態進行全自動的監控。
5、自動和手動遙控系統可以根據不同類型的路燈與景觀燈控制要求,把全市路燈、景觀燈分成若干個組,采用時控方案,自動開/關全市全夜燈、半夜燈、市政景觀燈、樓宇景觀燈;也可以手動對各種燈型進行遙控開/關操作?刂颇J娇梢匀我馓砑。根據不同控制模式控制不同回路。
6、定時自動上報,手動迅測操作者可隨時手動巡測各監控終端的電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數等各種監測數據。上述參數定時上報。參數變化量取值范圍可以手動設置。達到變化值,下位機自動上報變化值。
7、自動計算亮燈率能根據電壓、電流、有功功率和功率因數的變化自動進行亮燈率估算。為了保證亮燈率的統計,數據采集精度優于1%。
8、查詢打印可以對各監控終端任意定時數據和年、月、日統計數據進行查詢,顯示的表格。
9、控制方案根據不同類型的路燈、景觀燈控制要求,可以把路燈、景觀燈分別設置成不同的功能組,分別用經緯度 和節假日 的的時間控制方式進行控制。有突發時間時可設置臨時時間方案
四、兩種技術的對比:
電力線載波技術的存在的缺點:
1、配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用,所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區域范圍內傳送;(路燈本身就在同一個變壓器之間存在,所以此問題不存在) 2、三相電力線(主要為了)間有很大信號損失(10 dB -30dB)。通訊距離很近時, 電力載波芯片不同相間可能會收到信號。一般電力載波信號只能在單相電力線上傳輸;(影響不大 解決方案:配電箱每個相加一個電力線載波模塊,量不大,成本不高)
3、不同信號藕合方式對電力載波信號損失不同,藕合方式有線-地藕合和線-中線藕合。線-地藕合方式與線-中線藕合方式相比,電力載波信號少損失十幾dB,但線-地藕合方式不是所有地區電力系統都適用;
4、電力線存在本身固有的脈沖干擾。目前使用的交流電有50HZ和60HZ(OFDM也確實存在),其周期為20ms和16.7ms,在每一交流周期中,出現兩次峰值,兩次峰值會帶來兩次脈沖干擾,即電力線上有固定的100HZ或120HZ脈沖干擾(OFDM是 5~95kHZ,不屬于同一頻段),干擾時間約2ms,因此干擾必須加以處理。有一種利用波形過0點的短時間內進行數據傳輸的方法(純FSK傳輸方法,過0點傳輸方法),但由于過0點時間短,實際應用與交流波形同步不好控制,現代通訊數據幀又比較長,所以難以應用;
5、電力線對載波信號造成高削減。當電力線上負荷很重時,線路阻抗可達1歐姆以下,造成對載波信號的高削減。實際應用中,當電力線空載時,點對點載波信號可傳輸到幾公里。但當電力線上負荷很重時,只能傳輸幾十米。 具體區別如下圖:
項目
電力線載波技術 速度慢 實施性 Zigbee無線通訊技術 缺陷:1、無線傳輸,
有接收天線,帶來安裝問題,燈無處安裝,國內現象路燈人為破壞非常嚴重,天線一定要在外面信號才不會被屏蔽,但帶來破壞危險;裝電線桿下面很難保證破壞,上面要單獨拉出安裝費用;燈罩外面的話安裝需另外費用且高空作業需工程車(野外租車費平均一個燈桿要一百五十元),且
有安裝調試維護等標準限制,安裝維護費用高2、成本問題,LED非兩類 單桿單燈 單桿雙燈(絕大部分) 需兩個無線模塊但只需一個電力載波模塊 3、天氣干擾,負離子多,對無線信號干擾
安裝成本 高。需安裝單燈控制器集中控制器和電力設備 低,需安裝單燈控制器集中控制器
傳輸方式
電力線傳播
2.4G無線電傳播;2.4G屬于高頻,很多人在使用,干擾源多,深圳地鐵癱瘓,手機打開wifi人太多
抗干擾性 大、受環境變化影響;也存在干擾
小、易受同頻無線電影響; 保密性 低,通訊易破壞 高,通訊經過加密 信息容量 帶寬有限 帶寬有限 限制
無限制
無限制
同功率傳輸質量
接線不好的話會有脈沖干擾 本身來講在傳輸當中 同頻波出現時候會干擾 不同頻率無干擾
空曠環境信號好
穩定性 差,傳輸信息衰減嚴重 穩定
傳輸距離
近,受電力阻抗作用
遠,相近節點可組網傳輸
凡是通訊都難免避開頻率干擾;FSK功率集中但太單一一旦出現干擾就癱瘓;OFDM九十多個子信號分散傳輸,力量不如FSK信號功率集中,但受干擾程度小
結束語:深圳市雷鳥科技有限公司自主研發的ZIGBEE路燈控制系統,已經能夠有效地對路燈的工作狀態進行節能監控。實踐證明,它具有造價低廉,安裝簡單,傳輸線路廣泛等優點。不但可以節能,還可以實時檢測每盞燈的運行狀態,可以在最短時間內發現故障,使得故障能夠得到及時處理。單燈控制系統的應用加強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,值得推廣使用。
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