基于DALI總線的智能燈光控制應(yīng)用

DALI是一種專門用于燈光控制的通信數(shù)字可尋址接口總線協(xié)議，它定義了電子鎮(zhèn)流器與控制器之間的通信協(xié)議。在現(xiàn)代燈光控制中以其數(shù)字可尋址的優(yōu)越性實(shí)現(xiàn)了主、控電路分離，即可在主供電回路改變時(shí)，控制回路不變，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)或某組燈具進(jìn)行單獨(dú)控制。DALI總線在數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃阅苌厦黠@優(yōu)于現(xiàn)在常用的采用模擬信號(hào)傳輸?shù)默F(xiàn)場直接控制器。

文章主要討論DALI總線在大型高端場所燈光控制中應(yīng)用。隨著社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，在對(duì)建筑功能上的要求也越來越高，同時(shí)也為滿足這些要求提供了更多解決方案。

當(dāng)前，作為建筑主要需求功能之一建筑燈光的智能化控制，已有長足的發(fā)展。針對(duì)燈光控制，國內(nèi)外公司推出許多不同的協(xié)議，如樓宇智能化通用協(xié)議BACnet和LonWorks協(xié)議；也有專用于燈光控制的DALI和DMX協(xié)議。

由于國內(nèi)的燈光照明很多都采用獨(dú)立的照明控制系統(tǒng)，故歐洲標(biāo)準(zhǔn)EIB（KNX）在國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛，應(yīng)用其他協(xié)議的相對(duì)較少，也有部分系統(tǒng)只由BA系統(tǒng)的DDC進(jìn)行控制。

國內(nèi)外許多公司在柔性燈光控制設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如邦奇公司DyNet控制系統(tǒng)；Leviton公司的Dimensions智能照明控制系統(tǒng)D3200、D4200、D8000型，是基于CAN總線的LCnet總線技術(shù)；銳高公司推出的luxCONTROL燈光控制系統(tǒng)；施耐德公司的C—Bus總線控制系統(tǒng)。每個(gè)公司都提供與所用總線協(xié)議相對(duì)應(yīng)的照明及照明控制設(shè)備，方便用戶選擇。

本文主要采用DALI協(xié)議和KNX/EIB協(xié)議并通過TCP/IP協(xié)議擴(kuò)展成一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)。

1、DALI總線協(xié)議簡介

DALI協(xié)議時(shí)是滿足智能化燈光控制需要的非專有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，是一種定義了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電子鎮(zhèn)流器與控制模塊之間進(jìn)行數(shù)字化通信的接口標(biāo)準(zhǔn)。

基于DALI協(xié)議組建的系統(tǒng)具有分布式智能模塊，各個(gè)智能化DALI模塊都具有數(shù)字控制和數(shù)字通信能力，地址和燈光場景信息等都存儲(chǔ)于各個(gè)DALI模塊的存儲(chǔ)器內(nèi)。DALI模塊通過DALI總線進(jìn)行數(shù)字通信、傳遞指令和狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)燈的開關(guān)、調(diào)光控制、系統(tǒng)的設(shè)置等功能。因此，DALI控制器位置改變時(shí)，燈具的主供電線路不需改變。

DALI協(xié)議是基于主從式控制模型建立起來的，控制人員通過主控制器操作整個(gè)系統(tǒng)。通過DALI接口連接到2芯控制線上，通過熒光燈調(diào)光控制器可以對(duì)每個(gè)鎮(zhèn)流器分別尋址，這就意味著調(diào)光控制器可對(duì)連接于同一條控制線上的每個(gè)熒光燈的亮度分別進(jìn)行調(diào)光。

1.1 DALI協(xié)議基本參數(shù)（表1）

1.2 DALI系統(tǒng)典型接線

DALI協(xié)議定義了電子鎮(zhèn)流器與控制器之間的數(shù)字通信，在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要目標(biāo)是建立一個(gè)結(jié)構(gòu)定義清晰的簡單系統(tǒng)，而非適用于功能強(qiáng)大較為復(fù)雜的智能化建筑系統(tǒng)。

因此，DALI照明系統(tǒng)接口器件安裝簡單方便，每個(gè)DALI單元除了主電源線外，只需要2條控制線，對(duì)線路材料無特殊要求，安裝時(shí)，也無極性要求，只要求主電源線與控制線隔離，控制線無需屏蔽，圖1為DALI的典型接線圖。

1.3 DALI協(xié)議可實(shí)現(xiàn)的功能

（1）開關(guān)：可以通過接通或斷開系統(tǒng)中的單個(gè)鎮(zhèn)流器、鎮(zhèn)流器組或所有鎮(zhèn)流器；

（2）調(diào)光：可以安裝可調(diào)光的DALI電子鎮(zhèn)流器，從而按需求將燈的亮度從100%調(diào)到1%，實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制；

（3）燈光場景控制：DALI協(xié)議也可以用于獲取電子鎮(zhèn)流器或燈的狀態(tài)。

1.4 DALI協(xié)議的缺點(diǎn)

（1）單網(wǎng)絡(luò)容量較小

由于DALI協(xié)議制定之初，旨在為簡單燈光控制系統(tǒng)提供一種簡單清晰的解決方案。

基于DALI所組建的系統(tǒng)單網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)僅64個(gè)，那就意味著，單網(wǎng)絡(luò)上最多可提供64個(gè)設(shè)備的接口。顯然，在僅利用DALI協(xié)議組建大型復(fù)雜的燈光控制系統(tǒng)是不合時(shí)宜的。

（2）初期投資大

DALI（Digital Addressable Lighting Interface）是數(shù)字式可尋址照明控制接口協(xié)議，在組建系統(tǒng)時(shí)必然要考慮設(shè)備之間通信的兼容性，這與模擬式現(xiàn)場直接控制器有截然不同的地方。

因此，在選擇設(shè)備中需要格外的注意，在構(gòu)建系統(tǒng)中必須配備與DALI兼容的電子鎮(zhèn)流器、傳感器、控制模塊，或用專用通訊模塊銜接各組成模塊。因而導(dǎo)致構(gòu)建DALI系統(tǒng)初期投資較大。

（3）調(diào)試繁瑣因?yàn)镈ALI系統(tǒng)內(nèi)每一個(gè)單元都設(shè)有獨(dú)立的地址，所以燈光調(diào)試工作就較為繁瑣。

（4）信息傳輸速率低

2、基于DALI協(xié)議的燈光控制系統(tǒng)組建

基于DALI協(xié)議組建的大型復(fù)雜的燈光控制系統(tǒng)，將DALI協(xié)議推廣到實(shí)際可行的工程實(shí)踐中來，必然要克服DALI系統(tǒng)單網(wǎng)絡(luò)容量小，設(shè)備兼容性差的特點(diǎn)。然而這些問題，在當(dāng)前的技術(shù)水平前，已得到了很好的解決。本文選用奧地利銳高公司和法國施耐德公司所生產(chǎn)的設(shè)備、組件構(gòu)筑基于DALI協(xié)議的三級(jí)照明控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.1 利用KNX/EIB協(xié)議擴(kuò)展

DALI系統(tǒng)由于DALI總線單網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)僅有64個(gè)，在復(fù)雜系統(tǒng)中需對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，本文中采用KNX/EIB協(xié)議對(duì)DALI系統(tǒng)進(jìn)行第一級(jí)擴(kuò)展。

（1）KNX/EIB簡介

EIB（ElectricalInstallationBus，電氣設(shè)備安裝總線）/KNX（Konnex的縮寫）是具有開放性、互操作性和靈活性的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。EIB協(xié)議基本參數(shù)如表2所示。

（2）DALI系統(tǒng)擴(kuò)展

EIB系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是支線結(jié)構(gòu)，一條支線可以接64個(gè)元件，每15條支線利用線路耦合器可以連接成為一個(gè)區(qū)域，每15個(gè)區(qū)域利用總線耦合器可以連接成為一個(gè)大EIB系統(tǒng)。

通過KNX/DALI網(wǎng)關(guān)將DALI總線擴(kuò)展連接為一整體，KNX/EIB網(wǎng)關(guān)作為DALI總線的主控制器。

再通過總線耦合器將EIB系統(tǒng)擴(kuò)展成一個(gè)大的EIB系統(tǒng)，這樣就能初步滿足大型復(fù)雜燈光控制系統(tǒng)構(gòu)建的需求。

為此，可選用施耐德公司生產(chǎn)的MTN680191型KNX/DALI網(wǎng)關(guān)、MTN680204型支線耦合器等一些列組件。同時(shí)施耐德公司也為DALI總線提供專用接口，如DCDALCI、DCDALCI2，可用于傳感器等設(shè)備與DALI總線建立通信。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 利用TCP/IP協(xié)議組建以太網(wǎng)

通過利用EIB總線擴(kuò)展后的DALI燈光控制系統(tǒng)，已基本滿足大型場所燈光控制的需求，而為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在此基礎(chǔ)上采用TCP/IP協(xié)議對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步升級(jí)。

（1）TCP/IP協(xié)議簡介

1957年為了確保軍事領(lǐng)域的科技領(lǐng)先，美國政府組建了高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA），隸屬于美國國防部。1969年，ARPA建立了因特網(wǎng)的前身—阿帕網(wǎng)（ARPANET）。它包含一組計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以及一組用來連接網(wǎng)絡(luò)和選擇網(wǎng)絡(luò)路由的協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,TCP/IP）。與OSI協(xié)議7層結(jié)構(gòu)模型不同，TCP/IP采用4層結(jié)構(gòu)，如表3所示。

（2）基于TCP/IP協(xié)議擴(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了便于實(shí)現(xiàn)燈光控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，本文中采用TCP/IP協(xié)議通過EIBnet/IP路由器擴(kuò)展EIB系統(tǒng)組建以太網(wǎng)。如圖3所示。

通過該控制網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)大型公共場所燈光控制。在應(yīng)用本網(wǎng)絡(luò)制定控制方案時(shí)，要注意劃分控制優(yōu)先級(jí)，根據(jù)需要由高到低一般劃分就地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、自動(dòng)控制等三級(jí)。是具體情況編制控制方案。

在通常情況下由EIB、DALI級(jí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場自動(dòng)控制；當(dāng)遇到突發(fā)事件可進(jìn)行手動(dòng)控制，遠(yuǎn)程手動(dòng)控制執(zhí)行時(shí)，自動(dòng)控制關(guān)閉；就地手動(dòng)控制執(zhí)行，遠(yuǎn)程手動(dòng)控制及自動(dòng)控制均關(guān)閉。整個(gè)控制系統(tǒng)，控制信息自上而下響應(yīng)，反饋信息自下而上傳遞。

結(jié) 語

該控制系統(tǒng)同其他所有智能化控制系統(tǒng)一樣，都依托現(xiàn)有的設(shè)備及組件。在構(gòu)建系統(tǒng)中設(shè)備、構(gòu)建的選擇直接會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。

本文所論述的系統(tǒng)是基于奧地利銳高公司及法國施耐德公司現(xiàn)有的設(shè)備、組件而構(gòu)建的模型。然而，縱使現(xiàn)在的技術(shù)已能夠具備組建該系統(tǒng)的能力，但并不意味著該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，它還存在很大的發(fā)展空間，隨著應(yīng)用的深入，更多的問題也將凸顯。尤其在硬件組成上，需要進(jìn)一步的發(fā)展，拿其中一點(diǎn)傳感器來說，現(xiàn)在已有很多組織機(jī)構(gòu)在研發(fā)無線傳感器在DALI系統(tǒng)中的應(yīng)用。