项目名称： 基于PLBUS电力线通信的智慧路灯集中器与控制器方案

Project of Intelligent Street Lighting Concentrator and Controller based on PLBUS

申报单位： 深圳市力合微电子股份有限公司

综合介绍或申报理由：

力合微电子作为中国电力线通信物理层国家标准GB/T31983.31-2017《低压窄带电力线通信第31部分：窄带正交频分复用电力线通信物理层规范》执笔单位，基于该标准推出PLBUS电力线通信技术协议，采用自主研发PLBUS电力线通信芯片、模块。2017年《应用于城市路灯接入的低压电力线通信协议》标准立项，此标准也是由力合微电子主导执笔，目前已经完成公开征询意见、进入国标委批准阶段，预计2021年上半年将颁布。此标准规定了应用于城市路灯接入的低压电力线载波通信的物理层、媒体访问控制子层（MAC）、网络子层（NWK）、应用支持层（APS）协议，其适用于利用路灯低压供电线路作为通信媒介与路灯进行通信和数据交换，实施路灯管理、信息采集和控制等应用。其中物理层直接引用GB/T31983.31-2017标准，其通信性能已经在该标准制订过程中与国际同类技术，比如G3-PLC和PRIME-PLC进行了充分多的对比测试，性能优越，且具有我国自主知识产权，相关发明专利10余项。2018年力合微开发的路灯集中器与路灯控制器的电力线通信接口符合《应用于城市路灯接入的低压电力线通信协议》标准，目前已经广泛应用于智慧路灯照明控制领域。

项目宣传视频：

主要技术参数：

一、 PLBUS路灯控制器 采用力合微高性能电力线通信芯片和模块，遵循PLBUS协议，符合《城市路灯电力线通信》国家标准技术。通过电力线通信实现对路灯的开关、调光、灯用电信息（电能、电压、电流、功率、功率因数等）采集、灯开关状态检测、过流、过压、欠压异常事件报警等功能，也可以配合相关传感器，实现漏电流检测、灯杆倾斜检测、门磁状态检测等扩展功能。

—电力线通信：符合国家标准《应用于城市路灯接入低压电力线通信协议》

—输入回路：~220V/50Hz±20%

—输出回路：~220V/50Hz±20% 最大功率400W

—灯控信号：一路或两路PWM 0-10V调光信号输出

—用电信息测量精度：有功2.0

—工作环境：工作温度－40℃～＋70℃，相对湿度10～100%，大气压力63.0kPa～108.0kPa

—密封式结构设计，防水防紫外线阻燃材料，达到IP65防护标准

二、 PLBUS路灯集中控制器 采用力合微高性能电力线通信芯片和模块，遵循PLBUS协议，符合《城市路灯电力线通信》国家标准技术。LMEF600路灯集中器是路灯控制系统主站与路灯控制器的信息交互的网关，对本地灯控器节点进行管理和通信。主站通过网关可实时/定时对路灯实现单灯/分组/广播地开关、调光、用电信息采集、工作状态监测、异常事件上报以及回路开关控制、总负荷计量等功能。

—采用ARM9+Linux2.6嵌入式平台

—下行电力线通信：符合国家标准《应用于城市路灯接入低压电力线通信协议》

—上行通信可支持2G/4G移动通信技术和以太网，支持程序远程升级

—本地具备RS485总线接口，可扩展485接口各类传感器

—6路回路开关控制 —最大可管理1024个路灯控制器

—计量精度：有功1.0，无功2.0

—本地键盘操作，160X160点阵单色LCD液晶

—工作环境：工作温度-40℃~+70℃；相对湿度≤95%，大气压力63.0kPa～108.0kPa

与国内外同类产品或同类技术的比较情况：

一、此方案符合首个国有自主知识产权的路灯电力线通信《应用于城市路灯接入低压电力线通信协议》国家标准，其物理层直接引用力合微电子起草的GB/T31983.31-2017《低压窄带电力线通信物理层规范》，遵循PLBUS协议。

二、相对总线（如；485总线）通信路灯控制系统，此方案通过路灯供电线路进行数据传输和控制，无需布线；

三、相对无线（如：Zigbee）通信路灯控制系统，此方案通过路灯供电线路进行通信，不受路灯灯杆金属屏蔽，通信更可靠；

四、与国际上同类的G3-PLC和PRIME-PLC技术相比，具有以下几个主要优点:

1、支持基于工频电压过零时隙传输技术,可以躲避交流电压高峰的周期性强干扰,在LED路灯背景下,相对连续传输模式通信性能可以提高10-20dB。

2、子载波采用相干调制，相对于G3-PLC和PRIME-PLC采用差分调制技术通信性能优3 dB。

3、采用盲路由+源路由双路由机制,既有动态路由的信道动态适应性,又有静态路由的高效性的特点。无需组网初始化,即装即用。支持灯端事件主动上报，灯控器地址信息无需录入，支持自动搜索。

经济评价分析：

计划在未来5年内将本文件的低压电力线载波通信技术推广不少于10个城市的路灯管理项目，相关产品市场销售数量不少于50万台，累计销售业绩不低于1个亿，预计可以给当地路灯管理部门每年节约电费25000万度，以0.68元/度预计每年可节约17000万元电费，再将人工巡检和其他节约的管理成本（预计4400万元）计算在内，可每年共降低运行管理费用不低于2亿元。 另外，该标准技术还可以广泛应用于高速公路路灯、隧道灯、以及各种工业照明和商业照明具有非常广泛的市场前景。

技术及工艺创新要点：

创新点是该方案采用力合微电子高性能电力线通信芯片与模块，遵循PLBUS协议，通过路灯电源线实现数据传输与通信，免布线。方案符合首个具有国有自主知识产权的路灯电力线通信国家标准《应用于城市路灯接入低压电力线通信协议》。

实际运用案例和用户评价意见：

为了验证国家标准技术在城市路灯应用场景的可行性、实用性，在深圳市灯光环境管理中心大力支持下，2020年8月份在深圳高新南北二道进行了基于国标路灯试点，进行基于该标准开发的智慧路灯控制系统的低压电力线通信技术、系统运行稳定性、可靠性、业务支撑等多方面能力验证。

一、系统主要是从四个个方面来检验：

1.在路灯照明管理系统中通信链路的技术检验，本系统采用的是国家准备颁布的城市路灯低压电力线通信协议，作为路灯控制系统的通信模式，所有路灯控制体系是在载波通信技术下进行；

2.在国标通信协议下的路灯管理基本功能实现；

3.路灯管理中面向路灯漏电管理的业务的实现；

4.路灯管理中面向路灯设备资产管理的业务实现； 目前项目系统运行三个月，各路灯以及线路供电正常，路灯实时用电量，故障检测，北斗定位路灯状态，以及设备数据完整性等，以下为运行两周路灯管理系统上页面截图：

1) 安装之后通过下发调光策略，主站通过日读取路灯用电信息，与之前安装之前对比，路灯用电量明显减小。主站每日读取每盏路灯用电量和开灯时长统计；

2) 路灯正常下运行状态，路灯电压、电流、功率、用电量以及运行时长；

3) 通过系统后半夜将路灯亮度调至60%，达到节能效果；

4) 通过内嵌到灯控器的力合微北斗定位芯片和力合微智慧路灯管理软件相结合,系统可动态获取灯杆实时的地理位置信息，可为运营部门后期对于灯杆的资产管理提供技术支撑手段。

二、总结 通过本试点实施，达到了本项目的预期阶段性目标：

1、在9月22日国标送审会上呈现了现场运行情况，获得了专家认可，专家组希望国标标准技术能够推动行业进步，提高行业管理水平，实实在在能够落地，得到普及、推广、应用。

2、通过本试点验证基于力合微开发这套国标PLC技术的智能路灯管理系统，能够支持路灯灯光开关和调光控制、路灯亮灯时间统计、路灯用电能信息采集和分析、漏电报警、通过灯控器内嵌力合微北斗定位芯片和力合微智慧路灯管理软件相结合可动态获取灯杆实时的地理信息可为运营部门后期对于灯杆的资产管理提供技术支撑手段。 截至目前为止，基于该标准技术的路灯控制器已经先后在广东深圳、广州增城、湖南常德、天津八里台、江汉大学、北京中国人民大学等多地安装运行已达上万盏灯，未来随着标准正式颁布，将加大示范和推广力度。

获奖、专利情况：

相关技术应用专利情况：

1) 一种基于时隙传输的OFDM电力线载波通信方法 ZL 201510270968.0 已授权

2) 基于OFDM调制的电力线载波通信系统前导信号生成方法 ZL 201510271999.8 已授权

3) 一种基于OFDM调制的电力线载波通信系统帧同步信号生成方法ZL 201510272471.2 已授权

4) 一种面向物联网的电力载波通信的网络层协议 202010192961.2 申请中未授权

5) 一种组网及路由建立方法 202010192946.8 申请中未授权

6) 自适应盲中继的路由方法 202010224304.1 申请中未授权

申报单位介绍：

力合微电子是清华力合旗下专业的Fabless集成电路设计企业，专注于物联网通信技术及专用芯片开发，公司秉承“用自己的芯，做天下事，使生活更美好”的理念，在电力线通信、数字无线通信、电力线/无线多模通信、MESH网络、数字信号处理等领域推出核心技术和芯片，为物联网“最后1公里”通信连接提供芯片、模块、终端及应用解决方案。公司是国家电网电力线通信主要芯片厂家，同时，公司于2020年在科创板成功上市。产品广泛应用在智慧路灯控制、智慧能效管理、智能照明、智慧城市、智能家电等工业及消费物联网领域。

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