摘 要：依托重点工程背景，基于数字电力载波和数字控制技术，自主成功研发了成套单点多控的照明控制系统，并首次成功用于世界上最长的跨海大桥工程。本文主要介绍智能单灯照明控制系统在杭州跨海大桥上的应用。
关键词：杭州湾跨海大桥 路灯照明 单灯控制 研究与应用
1 现状及发展趋势
随着中国公路交通网的飞速发展，对道路照明的要求越来越高，道路照明不仅仅是交通安全和行人方便的需要，也是对社会治安减少犯罪率的需要。在此情况下需要使用大量的路灯，但随着世界性的能源紧张，我国的用电缺口越来越大，国家提出了绿色照明节能减排的重要指示，我司积极响应国家号召结合自身优势，如何在道路照明上节能并保障交通安全和行人的方便，又起到降低犯罪率的需求，综合各种需求因素开发了智能单灯照明控制系统。
2 智能单灯照明控制系统总体设计
2.1 系统结构
智能照明控制系统由路灯远程控制中心的软件操作系统、智能路段控制器、智能终端控制模块等三部分组成。
2.2 系统控制原理及组成：
图1 系统结构原理图
1）远程控制中心（计算机和控制软件）
本公司自主开发的远程智能照明单灯控制系统，具有操作简便、界面直观、控制灵活、自动巡检、地图故障显示、历史记录、数据统计、查询、功能扩展、方案设置等多种功能。
2）智能路段控制器
路段控制采用嵌入式软件系统，具有电力监控功能、多种传输接口、扩展功能强大、可脱机使用、对终端进行实时控制、自动检测、故障返回、电器使用状况的数据采集、信息收发、回路或单灯任意设置、在线系统功能升级、气象联动等多种功能。
智能路灯控制器安装简单方便，一般不用配专柜，可直接装在低压配电柜或路灯开关柜（箱）中。
3） 智能终端控制模块
终端控制模块采用嵌入式软件，实现对照明设备或者其他相关设备进行分别控制。功能特点：产品扩展性强、模块可单点多控、具有自动稳压功能、故障上报、单灯控制、过压过流保护、应急自动保护、防雷等功能，可节能降耗延长光源寿命。
单灯智能控制模块安装简单方便，只要安装在灯具或灯杆内，也可安装离灯具20米以内其它任何合适地点。
2.3 系统特点及适用范围
整个系统维护方便、扩展性强、操作简便、安装灵活。结合终端智能控制模块的扩展端口，可将不同种类的光源集于一体进行分别控制，在建设期可减少照明回路的电缆和回路控制设备的投资费用。在运行中自动保护功能可节约大量易损件的更换和电能损耗。强大的扩展功能为今后的需求变化提供了灵活的配置，脱离了线缆的束缚，灵活利用本系统模块化设计和端口的扩展性，可节约大量的人力、物资、电能，在实际使用中通过本系统的智能调光和系统模块的优化组合，提高了节能效率，最大节能可达60%以上，可减少管理成本和运行成本。系统的应用直接带来了极大的社会效益和经济效益。
适用范围：城市道路照明、高层建筑泛光照明、广场照明、远距离跨海桥梁照明、智能楼宇照明等。
3 在杭州湾跨海大桥工程的应用
杭州湾跨海大桥北起浙江省嘉兴市海盐郑家埭，南至宁波慈溪市水路湾，全长36公里，是世界上最长的跨海大桥。大桥是沿海大通道，沈海高速的重要干线。大桥的建成缩短宁波至上海间的陆路运输距离120余公里。大桥的建设对浙江省、长三角南翼地区的整体发展将产生巨大影响。
3.1 杭州湾跨海大桥运营环境特点
杭州湾气象复杂多变、台风、龙卷风、雷暴及突发性小范围灾害性天气时有发生。经统计，每年大雾天数在30天左右。
杭州湾自然条件有以下特点：
1）海域宽阔、台风多、潮差大、流速急，具有典型的海洋性气候特征；
2）环境的腐蚀作用严重；
3.2 杭州湾跨海大桥工程的路灯照明设计方案及需求分析
大桥的路灯照明设计以科技节能、降耗、施工方便、经济实用的管理理念出发，结合大桥全长36公里内出现的局部多变的复杂气候环境，依据道路照明的需求做到按时所需、局部开启等方式，杜绝浪费，实现单灯控制对任一灯具开启/关闭/调节的有效管理，与大桥的其他灯光相互协调即实现照明的需求又吻合大桥的智能化程度，同时也展示了世界最长的跨海大桥宏伟美观的现代智能化大桥的风采。
图2 杭州湾大桥照明实景图
3.3 系统设计
照明控制系统由路灯控制中心（包括控制设备、服务器、大屏幕投影显示设备等）、智能路灯控制器、智能终端控制器及通讯系统等组成。
监控中心：智能单灯照明控制系统主机一台，控制软件一套；
照明配电箱：智能单灯照明控制系统路段控制器36台；
路灯控制终端：全线每杆路灯配备一台智能终端控制器，共1844台。
3.4 功能实现
该系统对多种灯类具有兼容性（如：高压钠灯、雾灯、白炽灯、电机等）。路灯控制采用智能照明监控方式，由监控中心通过通讯线路实现远程控制，每个路灯段安装一块终端控制模块，可以对各个路灯进行单独控制、集中控制、亦可有选择的无序控制。
1）地理位置显示功能：数字网络式监控、通过通讯系统传输、可在软件界面上显示任一控制点的工作状态、地理位置；
2）变频功能：降低冲击电流、保护线路、提高光源寿命、降低电能消耗；
3）自动/人工调光功能：根据环境需求、在控制中心可人工操作或自动运行；
4）即时控制功能：如出现恶劣气候或其他原因，中心可对全线或单一路灯监控点及每个路灯和雾灯实行指令操作；
5）系统异常和故障报警：当出现电源故障或单灯故障能自动报警并作相应记录；
6）统计分析与查询功能：故障统计分析、故障排除记录统计分析、历史查询等功能；
7）系统维护与管理功能：用户添加、修改用户权限的设定、数据库维护、数据备份与恢复、数据库的修复、历史数据维护、日志的查询与维护、系统操作日志管理。
3.5 系统特点：
1）远程实时智能单灯控制：路灯监控管理中心，远程实时智能监控管理区域的每个终端。其优点是：
a）监控中心直接监控到每只灯，实现每个单灯按需要任意组合开启、关闭和调节功率；
b）监控中心可对每个单灯进行工作状态实时检测、故障准确定位、减少维护费用；
c）自动稳压功能，可在电压170V-255V内安全使用，克服电网长距离供电电压波动对照明设施的影响，光源寿命延长约1.5倍；
路段采用电力线载波通讯，不需要附设控制电缆。
2）节能性：根据不同时间段所照明道路的行人和车辆流量、治安和交通安全等因素，合理调整路灯的运行功率，采用节能模式全程运行，节电可达35%以上，结合系统的综合应用，最高节电可达60%以上；
3）高可靠性：PLC专用调制解调芯片、依据国家照明电器的行业标准、具有超强的抗干扰、抗噪声和抗衰落能力，有效的保证了通讯网络的可靠性。
在个别设备出现故障的情况下系统仍能稳定运行，不影响或者少影响照明系统的正常运行；
4）可扩展性：硬件采用模块化设计，软件采用组态化设计，使得系统扩展、升级均不必改变现有设备的状态。系统还可同时控制多种不同的对象（如：高压钠灯、节能灯、航空障碍灯、航道灯、景观灯等）；
5）智能化：针对不同的照度要求，可预置不同的照度数据，电力监控与节能模块的整体设计也可气象对接，可以控制到回路、也可以控制到单灯，实现路灯按照不同的采集数据进行自动控制；
6）环保性：对电网不产生谐波干扰、对环境无电磁污染、不影响灯具及光源的使用寿命，真正做到既节能又省钱。
4 结语
杭州湾跨海大桥路灯自2008年5月通车以来，智能单灯照明控制系统对大桥交通安全的可靠稳定运行发挥了重要作用，达到了预期的设计目标，满足了照明的需求，实现了节能降耗的目的，延长光源、电器的寿命、减少了回路电缆的铺设、减少了施工工程量，给运行维护提供了极大的便利，取得了良好的社会效益和经济效益。