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這并不難!用電腦或手機(jī)控制道路照明
2015-07-24 
        

        近年來隨著隧道和道路建設(shè)逐步發(fā)展與成熟,照明作為必要功能之一,越來越受到重視,對照明效果的要求也越來越高。智能控制系統(tǒng)逐漸被引入隧道和道路的管理系統(tǒng)中,體現(xiàn)出了巨大的節(jié)能降耗效果與顯著的成本優(yōu)勢。

        隨著光源從傳統(tǒng)光源向LED光源的發(fā)展,公共照明也隨之變得更豐富,更可靠。LED能夠?qū)φ{(diào)光做出快速響應(yīng),LED光通量和前向電流成近似正比的關(guān)系,而且調(diào)光對LED壽命無影響,這些LED的特性為照明的智能化控制、運(yùn)用和發(fā)展提供了有力的保障。

        隧道和道路照明的特點(diǎn)與要求

        隧道和道路照明,尤其是高速公路隧道照明有如下顯著特點(diǎn)與要求:

        燈具節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大一般為數(shù)千盞甚至上萬盞;管理區(qū)域大,少則一公里,多則近百公里;施工安裝和維護(hù)難度大,成本高;照明與行車安全相關(guān),需要高可靠性和穩(wěn)定性;需要集中控制。

        基于以上幾點(diǎn),隧道的業(yè)主和設(shè)計(jì)、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)等單位都對照明提出了智能控制的需求。

        此外,伴隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,人們對控制系統(tǒng)也產(chǎn)生了新的性能期望和要求:

        能在電腦或電子設(shè)備上可視的、簡單、快捷地控制所有照明燈具

        對隧道燈具,尤其是加強(qiáng)段照明的燈具實(shí)施按需調(diào)光,達(dá)到消除白洞、黑洞效應(yīng)的目的,并且能夠節(jié)能降耗。

        對道路燈具,按照燈具安裝區(qū)域的經(jīng)緯度,運(yùn)算出天文時(shí)鐘,自動(dòng)的在日落時(shí)開燈,日出時(shí)關(guān)燈。按需調(diào)光,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

        能夠迅速、實(shí)時(shí)地掌握所有燈具的工作狀態(tài),對異常狀態(tài)及時(shí)報(bào)警,達(dá)到提高安全性,并且降低維護(hù)成本的目的。

        支持自動(dòng)調(diào)光和時(shí)控調(diào)光、手動(dòng)調(diào)光等多種控制模式。

        隧道及道路照明常用智能控制方案介紹

        智能控制成為了隧道及道路照明的一項(xiàng)課題。近年來常用的智能控制方案有如下幾種:

        1、回路控制(PWM或模擬信號)

        采用雙絞線傳遞PWM信號,PWM接口的驅(qū)動(dòng)按照PWM占空比調(diào)節(jié)輸出電流達(dá)到調(diào)節(jié)亮度的目的。

        優(yōu)點(diǎn)是PWM接口電源驅(qū)動(dòng)價(jià)格較低,缺點(diǎn)是只能回路調(diào)光,不能單燈調(diào)光;沒有數(shù)據(jù)通信不能掌控?zé)艟郀顟B(tài);電源驅(qū)動(dòng)沒有智能保護(hù)機(jī)制;區(qū)域控制器的擺放位置受到限制,且數(shù)量需求較大;雙絞線鋪設(shè)工作量較大。

        2、Dali總線

        采用雙絞線傳遞Dali信號,每個(gè)燈具上的Dali電源有獨(dú)立的地址會對發(fā)給自己的命令做出調(diào)光、回傳參數(shù)等響應(yīng)。

        優(yōu)點(diǎn)是Dali協(xié)議成熟可靠并且是公開的,缺點(diǎn)是Dali協(xié)議主要適合與幾十盞燈的室內(nèi)照明控制,用在幾千盞燈具的隧道內(nèi)會導(dǎo)致區(qū)域控制器的數(shù)量大大增加;通信速度很慢只有1.2Kbps,會導(dǎo)致控制命令的響應(yīng)時(shí)間很長;接口電路只能采用模擬電路設(shè)計(jì),沒有成熟、可靠、低價(jià)的芯片支持;總線鋪設(shè)工作量大。

        3、RS485總線

        采用雙絞線傳遞RS485信號,每個(gè)燈具上的電源驅(qū)動(dòng)有獨(dú)立的地址會對發(fā)給自己的命令做出調(diào)光、回傳參數(shù)等響應(yīng)。

        優(yōu)點(diǎn)是RS485總線通信技術(shù)已使用30年,有豐富的、低價(jià)的、成熟可靠、多種性能規(guī)格的接口芯片;單根總線通信距離長,可達(dá)到1200米,因此可大大減少隧道現(xiàn)場使用的區(qū)域控制器數(shù)量;總線通信速率較高,一般為9.6Kbps~115.2Kbps,缺點(diǎn)是總線鋪設(shè)工作量較大。

        4、電力載波(PLC)

        利用電力線傳遞數(shù)字信號,每個(gè)燈具上的電源驅(qū)動(dòng)有獨(dú)立的地址會對發(fā)給自己的命令做出調(diào)光、回傳參數(shù)等響應(yīng)。

        優(yōu)點(diǎn)是不需要鋪設(shè)控制線,缺點(diǎn)是目前常用的窄帶PLC通信速率為5.4Kbps以下,速度較慢;電網(wǎng)噪聲尤其是脈沖噪聲對PLC干擾很大;PLC不能跨變壓器實(shí)現(xiàn),因此區(qū)域控制器的數(shù)量也不少。

        5、無線

        遵循IEEE802.15.4協(xié)議,利用無線射頻傳遞數(shù)字信號,每個(gè)燈具上的電源驅(qū)動(dòng)有獨(dú)立的地址,會對發(fā)給自己的命令做出調(diào)光、回傳參數(shù)等響應(yīng)。

        優(yōu)點(diǎn)是不需要鋪設(shè)控制線;通信速率較高可達(dá)到250Kbps;區(qū)域控制器安裝位置可隨意指定,所需數(shù)量較少;缺點(diǎn)是區(qū)域控制器和電源驅(qū)動(dòng)需安裝一根天線。

        智能控制通信協(xié)議的主要需求

        所有的智能控制方案都離不開通信協(xié)議的支持,控制系統(tǒng)中通信協(xié)議是所有功能的基石。但無論國外還是國內(nèi),目前在道路照明領(lǐng)域卻并沒有成熟、可靠、功能強(qiáng)大的主流通信協(xié)議。

        針對以上情況,鳴志于2010年開始拜訪和調(diào)研相關(guān)的隧道照明設(shè)計(jì)單位、隧道照明維護(hù)保養(yǎng)單位、施工單位和主要燈具設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠商。在整合了各家的需求后,我們針對隧道照明智能控制的通信協(xié)議,總結(jié)歸納出了一些主要需求:

        1、協(xié)議需兼容多種通信方式,包括總線通信,無線通信,電力載波通信等,以方便用戶針對不同環(huán)境選擇合適的通信載體。

        2、協(xié)議需支持盡可能多的地址分配,以減少現(xiàn)場集中控臺的數(shù)量,達(dá)到降低施工難度和成本的目的。

        3、需支持單燈控制,達(dá)到針對不同類型、不同功能、不同廠商燈具可分別調(diào)光的功能。

        4、需支持組播調(diào)光,廣播調(diào)光,達(dá)到靈活分組,迅速調(diào)光的功能

        5、需支持場景調(diào)光,達(dá)到根據(jù)外界環(huán)境參數(shù)自動(dòng)調(diào)光功能

        6、需支持雙向通信,查詢每盞燈具電壓,電流,溫度等狀態(tài),并以此判斷照明狀況功能。

        7、需支持對通信鏈路監(jiān)測和判斷功能,以判斷是否有節(jié)點(diǎn)不在控制區(qū)域內(nèi)。

        8、協(xié)議需支持在線升級功能,最大程度的降低客戶的后期維護(hù)、升級成本。

        9、協(xié)議需簡單可靠,適合于低成本的硬件設(shè)計(jì)方案。

        針對以上研究和調(diào)研結(jié)果,結(jié)合鳴志在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的研發(fā)經(jīng)驗(yàn),我們在2011年受上海市建交委的委托,會同LED照明工作小組及其他單位意見,一起設(shè)計(jì)出了適合隧道照明領(lǐng)域的智能控制通信協(xié)議LCP-SH。

        此協(xié)議為開放協(xié)議,經(jīng)過兩次上海建交委組織的專家評審會議審核,已成為上海地區(qū)的隧道照明控制系統(tǒng)的地方標(biāo)準(zhǔn)。

        3年來使用此控制協(xié)議的實(shí)際案例包括上海大連路隧道燈光改造工程,甬臺溫高速塘嶺隧道燈光改造工程,廣東省廣珠西三期國家高速,上海申長路智能控制試點(diǎn)工程,忻州高速改造工程,銀雙隧道改造工程等項(xiàng)目。

        累計(jì)控制節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到3萬多盞,實(shí)施中包含了總線通信和無線通信兩種方式。功能強(qiáng)大,效果穩(wěn)定,取得了業(yè)主認(rèn)可。

        LCP-SH與其他現(xiàn)存燈光控制協(xié)議對比

        

        

        遵循LCP-SH協(xié)議的控制系統(tǒng)典型配置

        在隧道中,LCP-SH協(xié)議的控制系統(tǒng)典型配置如下圖所示。控制中心的服務(wù)器和隧道現(xiàn)場的區(qū)域控制器通過以太網(wǎng)連接,由于隧道距離長,一般使用隧道內(nèi)的光纜作為傳輸介質(zhì)。

        

        區(qū)域控制器與智能驅(qū)動(dòng)、單燈控制器、照度監(jiān)測儀、車流檢測儀等設(shè)備依靠RS485總線或者射頻無線連接,傳遞數(shù)字信號,此信號遵循LCP-SH協(xié)議。

        在道路照明中,LCP-SH協(xié)議的控制系統(tǒng)典型配置如下圖所示??刂浦行牡姆?wù)器和道路現(xiàn)場的區(qū)域控制器通過無線運(yùn)營商的數(shù)字通信服務(wù)連接;區(qū)域控制器與智能驅(qū)動(dòng)、單燈控制器、照度監(jiān)測儀、車流檢測儀等設(shè)備依靠射頻信號或者PLC通信連接,傳遞數(shù)字信號,此信號遵循LCP-SH協(xié)議。此配置可以大大減少道路控制系統(tǒng)的電纜鋪設(shè)成本和施工周期,降低施工難度。

        

        控制軟件和數(shù)據(jù)庫安裝在服務(wù)器上,用戶可使用電腦或手持終端通過以太網(wǎng)登錄到服務(wù)器上,通過對服務(wù)器上軟件的操作,可視化、簡單、迅速的完成對道路上所有燈具的監(jiān)控和管理。

        結(jié)語

        隨著智能控制系統(tǒng)在隧道和道路照明中的應(yīng)用,將有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,降低運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)成本;此外,合理的照明控制,將有效提升照明效果,從而保證行車的舒適度和安全性。

        智能控制系統(tǒng)的廣泛使用,將有助于隧道和道路運(yùn)營實(shí)現(xiàn)真正的安全、高效、節(jié)能、低耗,帶來更大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

        
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