本文討論了基于 G3-PLC 的自動化系統的優勢，并提供了一個減少隧道能耗和維護成本的真實系統示例。解釋了基本系統設計并討論了關鍵性能參數。介紹了針對PLC自動化優化的收發器。

介紹

道路照明、隧道照明、停車場照明和城市照明等多種形式的街道照明是電力的主要消耗者。事實上，據估計，所有戶外照明占當今全球用電量的19%。對于擁有大型設施的市政當局和企業來說，街道照明是運營費用的很大一部分。街道照明也是公共安全的重要組成部分。確保路燈可靠亮起，并為行人和車輛交通提供最佳照明水平，對于公共安全和運營商的責任至關重要。因此，對能源使用、運營可靠性和維護成本的任何改進都會為負責街道照明的組織帶來可觀的回報。當然，隨著能源使用量的降低，對環境有明顯的額外好處。

電力線通信 （PLC） 是街道照明網絡自動化的自然選擇。PLC使公司和市政當局能夠降低運營成本并提高安全性。G3-PLC 是一種基于 OFDM 的新型 PLC 系統，專為電網自動化而設計，可顯著擴展電力線通信的范圍、數據速率和性能。本文討論了基于 G3-PLC 的自動化系統的優勢，并提供了一個減少隧道能耗和維護成本的真實系統示例。解釋了基本系統設計并討論了關鍵性能參數。介紹了針對PLC自動化優化的收發器。

PLC系統承諾對環境和操作員有益

G3-PLC系統為增加路燈網絡的通信提供了簡單的解決方案。這種雙向通信可實現高級自動化：

基于位置、占星日歷和天氣條件的精確開/關時間

黎明/黃昏和深夜的節能調光

通過調光控制交通

流量監控

燈故障通知

基于溫度、電流、PF 或工作時間的燈維護通知

緊急開/關/強度控制

能耗實時監控

與無線通信系統相比，PLC具有一系列優勢。與無線一樣，不需要新電線。但是使用PLC，即使在地下，墻壁和角落周圍也能保持通信。通信信道歸運營商或公用事業公司所有，因此消除了共享帶寬的風險。PLC沒有視線限制，不受天氣影響。此外，由于PLC使用電力線，它可以檢測何時出現斷線及其大致位置。

隧道照明：真實世界的 PLC 示例

PLC的節省體現在能源使用和運營成本的降低上，這可能是巨大的。考慮一個新的PLC系統的例子。該技術目前由Nyx Hemera Technologies用于隧道照明。其隧道照明控制系統（TLACS）為熒光燈照明節省了25%的能源，并將維護成本降低了30%。通過在隧道入口和出口處使照明水平與外部相匹配，大大提高了安全性。

TLACS系統基于Maxim Integrated的OFDM PLC產品，即使信號電平低于噪聲，也能接收被長電力線嚴重衰減的信號。Maxim解決方案的尋址能力和高數據速率使Nyx Hemera Technologies能夠在單個系統中支持多達1022盞燈。TLACS 系統支持長達 3 公里的電線長度，并且由于它使用電力線，因此是模塊化的，易于安裝在現有照明系統上（圖 1）。

圖1.PLC技術方案。在Nyx Hemera Technologies的TLACS系統中，本地控制器集成了PLC，通過交流線路與網絡控制器通信，并使用標準DALI接口控制每個燈。

優化照明自動化系統

照明自動化系統的性能和容量取決于PLC系統的范圍、數據速率、抗噪性和布線能力。

典型的街道照明拓撲如下圖所示（圖 2）。具有 WAN 連接的集中器調制解調器（如光纖或 2G/3G 無線）與控制每個燈的調制解調器或節點網絡進行通信。PLC 調制解調器的范圍決定了集中器可以直接與之通信的節點數。節點數量越多，系統效率越高。

電力線上的通信范圍受幾個因素的影響：分支，它劃分信號的功率;衰減，隨頻率變化;和干擾，例如線路上的開關電源、電機和其他用電設備。由于電力線上的噪聲是動態的（即噪聲源隨時間推移而打開/關閉），因此抗噪性對于自動化系統保持其基本功能至關重要。通過在節點中加入路由功能，可以建立一個網狀網絡，允許與集中器連接的節點通過向集中器和更遠的節點轉發消息來擴展網絡。雖然網狀網絡可以極大地擴展單個集中器可以服務的網絡，但電力線數據速率決定了可以為所需服務保持的大小。由于用于街道照明的網狀網絡從網絡到集中器只有一個通道，因此所有轉發的消息都必須通過一個或多個共享鏈路傳輸，這成為系統瓶頸。

圖2.典型的自動化路燈網絡拓撲示例。

MAX2992為G3-PLC兼容收發器。它通過滿足 PLC 系統范圍、數據速率、抗噪性和路由要求的高級功能，為路燈自動化提供領先的性能。MAX2992采用IEEE? P1901.2低頻PLC預標準，符合ITU G.9955/G.9956 G3-PLC標準。使用 DBPSK、DQPSK 和 D8PSK 進行調制，可在 FCC 頻段（10kHz 至 487.5kHz）實現高達 300kbps 的數據速率。魯棒模式即使在信噪比（SNR）為-1dB時也能保持通信。收發器采用動態鏈路自適應，根據信道條件自動選擇最佳調制方案和數據速率。此外，自適應音調映射通過選擇噪聲最小的子頻段來避免干擾。這反過來又允許高階調制自動實現最高數據速率。自動關聯機制在添加或刪除節點時配置網狀網絡。在傳遞消息時，動態路由機制會識別并更新網絡中的最佳路由路徑。

街道照明網絡的容量和性能由電力線拓撲決定，包括變壓器的數量和位置、電力線上的條件、選擇的頻段和消息頻率。使用DB8PSK調制時，MAX2992在整個FCC頻段（10kHz至487.5kHz）的數據速率高達300kbps。FCC 頻段在美國和許多其他國家/地區使用。當通過電力線變壓器或長距離通信時，SNR會因衰減而降低。MAX2992自動切換到DQPSK，典型數據速率為150kbps。

路燈網絡的拓撲會影響通信范圍和網狀網絡配置。電力線上的分支既劃分PLC信號，從而縮小范圍，又在網格中創建額外的分支。此外，網絡管理是網絡性能的基礎。節點由集中器輪詢的網絡具有可預測的消息延遲;每個節點根據需要傳輸的網絡都會受到爭用的影響，這會產生可變的延遲。拓撲和線路條件會顯著影響網絡性能，因此很難估計特定網絡的容量和性能。因此，配置特定網絡應基于使用所需消息頻率和網絡管理系統的試驗中收集的數據。

在街道照明應用中，可預測的消息延遲通常優于可變消息延遲。在這種情況下，建議由集中器輪詢節點。使用輪詢方案時，每個集中器的節點數越大，發送到任何一個節點的消息之間的間隔就越長。照明自動化（如控制燈光調光或檢查流量級別）是計劃事件，允許在計劃中補償可預測的消息延遲。

實現收益

G3-PLC系統對大型網絡的優勢可以在以下計算中看到。將G3-PLC用于10kHz至490kHz的FCC頻段，點對點消息時間為.017秒，在此期間傳輸約180字節的有效載荷數據。對于一個由1000盞燈組成、平均間距為80米的大型網絡，總線路長度為80公里。

由于距離或變壓器會衰減PLC信號，集中器無法直接與每個節點通信。在這種情況下，G3-PLC 的網狀網絡功能使節點成為轉發器，將消息路由到集中器到每個節點/從集中器路由到每個節點。本例中使用了七個轉發器（表 1）。使用平均轉發延遲時間為 .005 秒和輪詢所有節點的單個集中器，集中器向每個燈發送一條消息的總時間為 10 分鐘。此間隔允許操作員激活燈或更改特定于每個燈位置的調光級別（例如，在山上、地下通道或山谷中）。即使必須訪問所有燈，最大延遲時間為 10 分鐘。如果需要向所有燈發送相同的命令，例如緊急“打開”命令，則可以使用廣播命令，該命令需要不到 .2 秒即可到達所有燈。

結論

路燈制造商、自動化集成商和通信 OEM 正在開發使用 PLC 部署自動化街道照明系統的解決方案，以節省電力、降低維護成本并為運營商和環境提供快速回報。MAX2992 PLC收發器可以自動關聯，選擇最佳路由路徑，通過變壓器通信，并支持IPv6組網。這些優化的功能大大簡化了自動化街道照明系統的部署。該設備提供領先的性能，可實現更大的網絡、額外的節省和更高的安全性。

審核編輯：郭婷