這并不難！用電腦或手機控制道路照明
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、運用和發(fā)展提供了有力的保障。
隧道和道路照明的特點與要求
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與要求：
燈具節(jié)點數(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，隧道的業(yè)主和設(shè)計、運營、養(yǎng)護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，尤其是加強段照明的燈具實施按需調(diào)光，達到消除白洞、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，運算出天文時鐘，自動的在日落時開燈，日出時關(guān)燈。按需調(diào)光，達到節(jié)能降耗的目的。
能夠迅速、實時地掌握所有燈具的工作狀態(tài)，對異常狀態(tài)及時報警，達到提高安全性，并且降低維護成本的目的。
支持自動調(diào)光和時控調(diào)光、手動調(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)動按照PWM占空比調(diào)節(jié)輸出電流達到調(diào)節(jié)亮度的目的。
優(yōu)點是PWM接口電源驅(qū)動價格較低，缺點是只能回路調(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)動沒有智能保護機制；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，每個燈具上的Dali電源有獨立的地址會對發(fā)給自己的命令做出調(diào)光、回傳參數(shù)等響應(yīng)。
優(yōu)點是Dali協(xié)議成熟可靠并且是公開的，缺點是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)時間很長；接口電路只能采用模擬電路設(shè)計，沒有成熟、可靠、低價的芯片支持；總線鋪設(shè)工作量大。
3、RS485總線
采用雙絞線傳遞RS485信號，每個燈具上的電源驅(qū)動有獨立的地址會對發(fā)給自己的命令做出調(diào)光、回傳參數(shù)等響應(yīng)。
優(yōu)點是RS485總線通信技術(shù)已使用30年，有豐富的、低價的、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，每個燈具上的電源驅(qū)動有獨立的地址會對發(fā)給自己的命令做出調(diào)光、回傳參數(shù)等響應(yīng)。
優(yōu)點是不需要鋪設(shè)控制線，缺點是目前常用的窄帶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，每個燈具上的電源驅(qū)動有獨立的地址，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)點是不需要鋪設(shè)控制線；通信速率較高可達到250Kbps；區(qū)域控制器安裝位置可隨意指定，所需數(shù)量較少；缺點是區(qū)域控制器和電源驅(qū)動需安裝一根天線。
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)計單位、隧道照明維護保養(yǎng)單位、施工單位和主要燈具設(shè)計生產(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，達到降低施工難度和成本的目的。
3、需支持單燈控制，達到針對不同類型、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，達到靈活分組，迅速調(diào)光的功能
5、需支持場景調(diào)光，達到根據(jù)外界環(huán)境參數(shù)自動調(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、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，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)的地方標準。
3年來使用此控制協(xié)議的實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工程，忻州高速改造工程，銀雙隧道改造工程等項目。
累計控制節(jié)點數(shù)量達到3萬多盞，實施中包含了總線通信和無線通信兩種方式。功能強大，效果穩(wěn)定，取得了業(yè)主認可。
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?？刂浦行牡姆?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、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、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，將有效實現(xiàn)節(jié)能降耗，降低運營和養(yǎng)護成本；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營實現(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)濟效益。
