照明控制系统中电力线通信技术应用分析

2023-06-02罗濛

灯与照明 2023年3期

罗濛

（国网陕西省电力有限公司商洛供电公司，陕西商洛 726000）

1 新型照明系统控制技术的应用价值分析

1.1 解决传统控制模式应用中的问题

照明系统最初主要依靠手动控制达到系统启闭效果。这种控制方式容易受到人为因素的影响。若控制人员缺乏及时手动控制意识，会导致电力资源的浪费。同时，手动控制具有一定的随机性，无法保证在产生电力资源应用需求时，随时启动照明系统，发挥照明系统作用。除此之外，在传统手动开关应用的背景下，手动多次调整的操作导致开关区域的损耗程度进一步加大[1]，这种损耗程度会随着时间的增长而逐步提升。因此，采用手动控制方式容易导致开关区域出现磨损或性能损耗，控制系统的应用寿命相应缩短，在一定程度上，这也是资源浪费，因此，采用更智能和便捷的控制系统非常重要[2]。

1.2 适应现阶段智能控制系统的应用要求

从现阶段建筑内部的照明系统和机电自动化系统应用需求上来讲，随着自动化程度的提升。在住宅建筑或办公建筑内部，电力资源的运行应用系统在智能化和自动化程度上都有显著提升。若仍然应用手动控制的方式对照明系统进行控制，则与整体上趋于自动化和智能化发展的系统功能存在缺乏匹配性的问题。另外，人工方式与自动化方式的兼容程度也会受到影响。一部分不能实现智能化自动化控制的照明系统，无法引入到现代建筑实体中得到充分应用，体现了照明系统在控制环节的技术滞后性[3]。因此，引入先进的技术提升照明系统控制的精准性和便捷性，是现阶段照明控制系统完善建设的主要方向。

2 电力线通信技术支持下的照明控制系统设计原则

2.1 操作便捷性原则

照明控制系统的操作便捷性不仅影响系统运行的效率，对于用户来说更加便捷的操作方式也能提高用户的认同感。对于现阶段建筑实体建设逐步追求智能性和自动化的基本要求而言，从照明控制系统的宏观角度提高整个系统运行的灵活性，同时确保照明控制方式的便捷性，是保持照明控制技术先进性的重要方法，也是确保电力资源最大化应用的基础条件[4]。

2.2 应用安全性原则

照明系统应用中的安全隐患也是系统应用中应当关注的要点问题。只有照明系统的运行安全状态达到一定的水平，照明系统在运行时能够基于出现的安全隐患和小型故障进行自主识别和处理，才能够最大化提高安全保障力度。尤其是在日常住宅建筑内部应用的照明系统。更应当具备智能化的故障分析或小型故障处理功能。以便保障系统运行长期处在安全稳定的状态下。即使部分故障无法直接由系统自行处理，系统内部也应当设置故障预警功能。以便结合故障点位故障严重程度及时启动预警装置，通过及时预警，为进一步做好照明系统的检修分析提供依据。

2.3 设计科学性原则

现阶段照明系统在住宅或其他建筑实体内的应用功能具有复杂多样的特征，因此，照明系统的整个结构设计也应结合具体应用功能和应用需求进行科学设计。一方面保证照明系统的设计能满足综合性大规模建筑主体的应用需求，另一方面，通过线路的及时改造合并或相应保护装置，监控装置的匹配设置，提升照明系统控制工作效果。在最大化利用有限资源的基础上，获得最佳的照明系统控制状态。

3 电力线通信技术支持下的照明控制系统应用要点分析

3.1 优化照明控制结构设计

结构的优化设计是发挥出照明控制系统作用的重要基础条件。在电力线通信技术应用的背景下，照明控制系统的基本结构需要结合电力通信技术的软硬件模块进行有效构建。具体来说，在此种技术的支持下，照明控制系统的基本结构包括智能化节点、继电器输入端口、中心控制器区域3部分。这3个区域在发挥控制作用时有联动关系。通常情况下，首先发挥中心控制器的作用，通过其内部的电力线载波模块功能，促使电力线传输的信号转换解析，转变为可在PC端识别的信号。与此同时，控制器的信号也需要同步转换为电力线载波信号。信号转换完成后，方可实现进一步的信号传输。经过转换的信号可在电力线的支持下传至各个控制节点区域。在融入电力线技术后，只要结合电力资源传输终端的内部结构进行改造优化，就能使终端照明设备接收到电力线传输的载波信号，从而达到控制照明设备启闭的目标。一般通过改装灯具开关面板、添加电力载波模块达到改造目标，使其能正常接收载波信号。接收到信号后，照明控制系统才能有效发挥其作用。在控制照明系统时，智能化的节点具有一对多的应用特性，主要表现为一个独立的智能节点可控制多个不同的继电器输入端，而继电器输出端则对应相应的照明设备。在具体发挥控制作用时，整个控制系统可形成一个独立网络，只要应用中心控制器为不同节点分配对应的地址，即可达到节点控制效果。这种点对点的控制方式，能精准锁定照明设备的开关区域。同时，这种智能节点的功能也具有丰富性特征，可适应不同输出端照明设备和电力资源应用设备的应用需求。具体来说，除了照明系统中的灯具设备外，电表、水表和家用电器也都能基于电力线通信技术实现集中性的启闭控制。由此可见，电力线通信技术具有非常广泛的应用性，同时适应于复杂的照明控制系统功能要求，这也是此技术得到认同和应用的主要原因。

3.2 优化软件与硬件设计

优化软件和硬件设计是确保整体照明控制系统作用正常发挥的重要基础条件。系统的优化设计能够优化照明控制系统的应用功能，对软件和硬件设计在具体设计环节所需要把握的要点有明确的要求。

3.2.1 硬件设计分析

从硬件设计的角度上来说，应用电力线通信技术实现硬件设计时，应做好电力线载波模块设计、控制器设计、继电器输入模块设计。在设计电力线载波模块时，需要应用专门的设计系统和数字调制调节方式对信号传输状态进行调节。此种传输方式抗干扰性能较为优越，且具有高度的灵敏性，能够支持远距离的通信传输，串口和用户的MCU通信也能有效实现。这时，各智能节点的控制效果也会得到优化。另外，由于电噪音对载波通信的效果会产生一定的影响，对电源这一硬件进行选择时，也要注重选取低噪音电源。除此之外，电力线载波模块在运行时，需要独立设置EID地址，确保地址设计的差异性，保证出厂应用的电力线载波模块均对应独立的通信地址，避免地址重复导致通信状态紊乱现象。对控制器进行设计时，需要结合不同的职能节点科学选择对应的控制器，并且有效控制电压水平。一般情况下，应用3.3 V的电压实现对控制器的有效供电。串口选取i2C串口和接口，在控制器与电力线载波模块连接时，选择直接连接通信的方式合理设置波特率，一般需达到9 600 bps。其他的串口直接连接继电器的输出模块。继电器接点具有高容量特征，可适应高水平的电压。同时，一般不设置公共端口。基于此，可直接实现对中度水平的功率和小功率进行负载驱动。例如，电磁阀、交流接触器都可应用继电器实现控制。

3.2.2 软件设计分析

软件设计基于不同的软件功能和软件设备类型，在设计要点上需要进行精准控制和分析。软件设计的要点主要包括电力通信协议设计、独立建筑软件设计、节点程序设计3个方面。

电力通信协议的设计要点包括：1）严格遵照通信协议，参照标准实施改造设计。通信协议设计时需寻找科学的参照标准，一般需参照 X10载波协议进行电力通信协议的设计；2）系统内部的通信协议设计要注重合理性和及时性。在照明控制系统中，总线与照明控制系统的矛盾是需要解决的具体问题；3）要确保通信协议设计效果符合应用要求。在设计通信协议时，以单片机作为载体进入到通信系统中，等待信号发出。PC机器会发出系统码命令和地址码等一系列信息。在信息发出后，电力线上的杂波信号对系统主机的运行状态造成一定影响，到了单播通信阶段，智能节点需要对中央控制器的信息进行回复。在广播通信过程中，智能节点则不需要回复中央控制器的信息。照明系统若进一步扩大，就需要对RTU信息帧做出一定程度的改进，避免出现传输信息混乱或传输信息准确性不足的现象。

对独立建筑实体内部的软件设计工作，在要点上也有非常明确的要求。在对基于整体的建筑实体进行照明控制系统软件设计时，数据采集传输的效果、控制程度、信号输出状态等是需要把握的重点内容。在具体设计工作落实中，系统内部需设计标准光照值。结合超出标准光照值的实际情况，控制照明系统的启闭状态。一旦超过标准工作值，可以通过自动化控制系统闭合开关。若照明强度水平低于标准光照值时，则开启系统。同时，空间内是否存在人员活动也可作为照明系统是否启动的主要设计参照标准。若照明空间无人员活动，则可闭合照明开关及时节约电力资源。

在智能节点程序的优化设计环节，需结合智能节点控制的对象有针对性地优化设计。具体来说，智能节点程序在控制对象上主要包括继电器控制、调光设备控制、串行通信状态控制。在设计时，可将软件系统模块划分为接受任务和执行命令两个环节。不同环节的数据请求和命令执行状态，都可基于电力线通信技术进行精准调节。只要智能节点能够将自身的地址信息和状态信息传送至电力线区域，就可达到利用此技术进行应用功能调节的目标。