智能照明技術與《數(shù)字可尋址照明接口》標準
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1 前言
燈光及照明控制技術隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展而不斷發(fā)展。20世紀60年代,為了提高控制精度和靈活性而出現(xiàn)的直接數(shù)字控制技術(DDC)隨即被應用于自動照明控制;20世紀80年代末期及90年代,隨著計算機網(wǎng)絡技術在控制系統(tǒng)中發(fā)展應用,集散控制(DCS)很快主導工業(yè)控制領域。隨后為了實現(xiàn)集散控制系統(tǒng)與控制器、傳感器之間的通信,現(xiàn)場總線的工業(yè)控制技術很快發(fā)展成為主流技術。基于現(xiàn)場總線技術的智能燈光及照明控制系統(tǒng)是以現(xiàn)場總線為紐帶把單個分散的燈具或傳感測量裝置聯(lián)接起來,使之相互溝通信息,共同完成局部燈光及照明智能控制任務,并進一步結合互聯(lián)網(wǎng)技術可實現(xiàn)遠程或更大范圍的智能燈光及照明控制。智能燈光及照明控制適應了燈光及照明控制向分散化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展的方向。
《數(shù)字可尋址照明接口》IEC62386系列國際標準的出臺標志著全球智能照明新時代的開始。智能照明控制技術與迅猛發(fā)展的LED照明技術相結合將對照明產品及照明工程應用產生巨大的影響。同時,照明節(jié)能也從光源節(jié)能、燈控制器等部件節(jié)能、燈具節(jié)能發(fā)展到節(jié)能效果更明顯的照明工程智能管理節(jié)能,這對照明行業(yè)的發(fā)展將產生巨大的推動作用。
2 燈光及照明控制分類及控制方式
(1)燈光及照明控制主要分為室內外燈光(包括舞臺燈光)控制和室內外照明控制兩類。
(2)燈光及照明控制方式
燈光及照明控制方式主要有傳統(tǒng)燈光及照明控制方式、自動燈光及照明控制方式、智能燈光及照明控制方式。合理和正確地選用控制方式是實現(xiàn)燈光及照明實用性、舒適性和藝術性的有效手段,是節(jié)約能源的有效措施。
1)傳統(tǒng)燈光及照明控制方式
利用供電線路中的手動開關來人工控制燈光和照明燈具的通斷;利用供電線路中的手動調節(jié)器人工調節(jié)并實現(xiàn)燈光和照明燈具的調光控制。傳統(tǒng)燈光及照明控制方式相對簡單、直觀。但由于整個系統(tǒng)的燈具及手動開關、手動調節(jié)器比較分散而無法實現(xiàn)方便和有效的管理。
2)自動燈光及照明控制方式
利用直接數(shù)字控制(DDC)技術集中控制燈具的開關和調節(jié)。一般是由人工操作使控制中心發(fā)出信號,通過直接數(shù)字控制器控制供電線路中執(zhí)行器件的分合,實現(xiàn)燈具通斷控制和調節(jié)。自動燈光及照明控制方式解決了傳統(tǒng)控制方式的相對分散和無法方便而有效管理等問題。但是由于采用“點對點”的連線方式,使系統(tǒng)需要有與燈具數(shù)量相當?shù)目刂凭€路,因而大量的布線成本使系統(tǒng)難以考慮高質量的調光控制功能。
3)智能燈光及照明控制方式
基于現(xiàn)場總線技術的智能照明控制技術可根據(jù)不同區(qū)域的功能或用途、不同的時間、環(huán)境亮度實現(xiàn)對燈光及照明設備集中統(tǒng)一管理與監(jiān)控的功能,并結合現(xiàn)代照明技術、照明藝術,科學的管理照明設備。
智能照明控制系統(tǒng)可以是樓宇自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng),也可以不依賴于樓宇設備自動管理系統(tǒng)而獨立運行。它不僅可以實現(xiàn)開關控制和調光控制,還可以預設許多照明場景,并根據(jù)時間、場所的功能、室內外照度自動調整場景,使得不僅在照明參數(shù)指標方面達到實用要求,而且還可使人在舒適并富有藝術氣息的照明環(huán)境里學習、工作和生活。
3 室內外燈光(包括舞臺燈光)控制系統(tǒng)和室內外照明控制系統(tǒng)
(1)室內外燈光(包括舞臺燈光)控制系統(tǒng)
室內外燈光(包括舞臺燈光)控制特點主要是應用于室內舞廳、室內外文藝晚會、體育盛會開閉幕式等大型活動。例如2008年奧運會、2010年上海世博會、2010年廣州亞運會都有大量應用。其中亞運會開閉幕式共使用了2000多臺探照燈、2000多臺電腦燈等專業(yè)燈具及大量的大型LED顯示屏。涉及到珠江兩岸約7km的區(qū)域,打造了全球最大規(guī)模的燈光城市行為藝術。
舞臺類燈光控制系統(tǒng)特點是控制的燈光燈具數(shù)量多、每臺燈具功能多、變化快。主要控制功能包括開關、調光、調色(機械式電機帶動或RGB電子調色)、激光掃描、搖擺等;變化模式有隔行跳變、跑馬方式、流水方式、漸亮漸暗、簡單符號顯示等多組模式;通過網(wǎng)絡連接PC端軟件將文字、FLASH動畫、視頻、圖像等媒體信息表現(xiàn)出來。因此,可控節(jié)點多、功能變化多、控制速度快是它的基本要求。相反很多場合對控制準確度要求并不高,例如探照燈的搖擺角度、調色色度偏差等問題。另一方面,因為整個燈光活動時間只有幾個小時,為了達到視覺沖擊震撼力和藝術效果而需要燈光時常快速變化。所以,舞臺類燈光控制一般對節(jié)能不太關注。
(2)室內外照明控制系統(tǒng)
室內外照明控制系統(tǒng)的特點是要求照明環(huán)境舒適,便于人們的學習、工作和生活。因此,它的照明控制特點是控制的照明燈具數(shù)量不多、每臺燈具功能不多、相當長時間不變化。由此,系統(tǒng)可控節(jié)點要求不多(控制燈具多的整棟樓宇智能照明控制一般是通過多個子網(wǎng)互聯(lián)而解決)、速度要求不高是它的基本特點。同時,對照明實用性、舒適性要求高,對照明控制的準確度(如調光穩(wěn)定要求高),對照明節(jié)能也要求高。
4 智能燈光控制系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)
智能燈光控制和智能照明控制系統(tǒng)的組成方式,主要有總線型、電力線載波型、無線網(wǎng)絡型等。其典型控制總線協(xié)議主要有:DMX總線、i-bus總線、X-10總線、C-bus總線、HBS總線以及DALI總線等。
(1)DMX總線
DMX是digital multiplex(數(shù)字多路復用)的英文縮寫。DMX512協(xié)議最先是由USITT(美國劇院技術協(xié)會)發(fā)展而來的。DMX-512/1990協(xié)議的全稱是《DMX-512/1990 Digital Data Transmission Standard For Dimmer And Controllers(調光器與控制臺用數(shù)據(jù)傳輸標準)》。它是一種單向傳輸?shù)膮f(xié)議,不具備設備管理的功能,即只是控制臺發(fā)出指令,調光器接收并執(zhí)行指令。控制臺不知各調光器是否接收到并正確執(zhí)行指令。2000年的修訂版DMA512A已能實現(xiàn)雙向傳輸,即調光器可向控制臺反饋自己的部分信息。DMX512主要用于并基本上主導了室內外舞臺類燈光控制的大部分市場。當然也可以用于室內照明,但由于成本及功能等因素,室內照明應用很少。
DMX512是圍繞工業(yè)標準EIA485屬于接口、電壓、電流等的“電”端的接口設計的。數(shù)據(jù)發(fā)送基于一種8位異步串行協(xié)議,帶一個開始位(低電平)和兩個停止位(高電平),沒有奇偶校驗。因此,一個數(shù)據(jù)幀有11位元。由于每一位的寬度是4微秒,所以發(fā)送一個幀需要44微秒的時間。發(fā)送一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流,則會產生250kb/s的波特率。全數(shù)字DMX512調光系統(tǒng)基本包括:DMX512數(shù)字信號傳輸協(xié)議、數(shù)字觸發(fā)器、數(shù)字調光臺、數(shù)字信號解碼處理器。
1)DMX512數(shù)字信號傳輸協(xié)議:以幀為單位,每幀數(shù)據(jù)由同步頭和512個字節(jié)組成。按串行方式進行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收,數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kbit/秒(比室內智能照明控制要求快百倍)。DMX512信號的同步頭告訴接收設備:后面有512個字節(jié)(byte)的串行數(shù)據(jù)發(fā)送過來,請做好接收準備工作。對于調光系統(tǒng)。每一個字節(jié)數(shù)據(jù)表示調光亮度值。用二位十六進制數(shù)表示(從OOH-FFH),其中OOH表示100%,第一個字節(jié)表示第一路亮度值。第二個字節(jié)表示第二路亮度值,以此類推第512個字節(jié)表示第512路亮度值。
DMX512信號的另外一個重要特性是信號差分輸入工作模式。當干擾信號同時加在正信號線和負信號線上,采用信號差分輸入時,輸出端能濾除這個類干擾信號,有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。此外,數(shù)據(jù)傳送距離每段可達1000m.總線尾端應接一個120Ω的電阻,否則可能會失配而發(fā)生數(shù)據(jù)紊亂。
2)數(shù)字觸發(fā)器:有兩種工作方式,一為觸發(fā)導通方式;一為觸發(fā)關閉方式。觸發(fā)關閉方式對電力系統(tǒng)的諧波干擾要比觸發(fā)導通方式低。這是近年來研究出來的較為先進的觸發(fā)方式。
3)數(shù)字調光臺:電腦處理系統(tǒng)通過輸入接口將推桿信息(如分控桿、集控桿、總控桿等)。按鍵信息(如記錄場、集控、效果等)收集起來進行處理。處理結果通過輸出接口轉化為DMX512信號分別輸出到相應的DMX信號輸出口上,同時在顯示器上顯示出相應內容。
4)數(shù)字信號解碼處理器:將512個串行數(shù)據(jù)接收并存入MCU的RAM存儲緩沖區(qū)中。在時序節(jié)拍的控制下,數(shù)字信號解碼器中的MCU根據(jù)電網(wǎng)的同步信號及RAM存儲緩沖的調節(jié)亮度數(shù)據(jù),輸出觸發(fā)脈沖控制晶閘管進行調光輸出。
以上是全數(shù)字DMX512調光系統(tǒng)基本配置。DMX512系統(tǒng)還可采用分布式、模塊化的計算機網(wǎng)絡技術控制系統(tǒng),通訊接口采用計算機通訊中通用的EIA-485標準,采用光纖(網(wǎng)線)傳輸控制信號。向下通訊采用標準DMX512信號,可控制512個DMX通道;向上通訊基于TCP/IP方式,實現(xiàn)多個DMX512子系統(tǒng)的半網(wǎng)絡化或全網(wǎng)絡化大范圍控制。并進一步實現(xiàn)更有效和更完善的燈光設備管理。
(2)i-bus總線
i-bus總線是基于EIB(歐洲安裝總線)標準的兩線網(wǎng)絡。EIB是European Installation Bus的縮寫。EIB是1990年起源于歐洲的一個現(xiàn)場總線協(xié)議標準,主要用于民用建筑中各類電氣設備的智能化控制。EIB是一個開放的、綜合性系統(tǒng),覆蓋樓宇家庭自動化的。它不依賴于特定的設備制造商,只遵循統(tǒng)一的標準。作為EIB的管理機構,EIBA(European Installation Bus Association)協(xié)會己擁有包括ABB、SIEMENS等著名電氣集團公司近300家會員廠商,研發(fā)生產的各類功能模塊達5000多種,占據(jù)歐洲樓宇、自動化設備80%的市場。目前,EIB標準以其同類產品中絕對優(yōu)勢的市場占有率而成為事實上的歐洲標準。鑒于EIB在歐洲的樓宇自動化和家庭自控市場占有主導地位,及其在北美的良好表現(xiàn),該協(xié)議已被美國消費電子制造商協(xié)會(CEMA)吸收作為家庭自控的標準EIA-766.
EIB系統(tǒng)是專用于建筑電氣設備控制的現(xiàn)場總線技術,所以很多EIB系統(tǒng)也應用于智能照明控制系統(tǒng)。與前兩代的集中式控制和集散式控制技術相比,EIB系統(tǒng)是一個安全分散的全分布式系統(tǒng),在這個系統(tǒng)中沒有主/從的設置,所有的現(xiàn)場設備包括面板按鈕、開關驅動器、調光驅動器、定時器等都是系統(tǒng)中的一個節(jié)點。當根據(jù)需求設計和選擇的應用程序被下載入全部元件模塊中去之后,各個元件就可以完全獨立地進行工作。當有集中管理的需求時,作為中央管理單元的計算機也是作為總線系統(tǒng)中的一個節(jié)點參與管理工作。2000年8月,廈門國際會展中心是EIB在中國的第一次成功應用。北京首都國際機場T3航站樓智能照明控制采用了ABB公司的i-busEIB系統(tǒng),共有包括普通照明和應急照明回路總共56000個,其中調光回路550個,風機盤管620套,屋頂融雪裝置430個等,是目前世界上最大的EIB/KNX智能照明系統(tǒng)案例之一。
EIB通訊協(xié)議支持通訊介質分段組合的網(wǎng)絡,包括雙絞線、輸電線、無線傳輸。最大傳輸距離可分別長達1000m、600m、300m。網(wǎng)絡采用了域(Domain)、區(qū)(Area)、線(Line)的分層的結構。每一條Line上最多可以連接255個設備;一個Area內最多可容納15條Line;而一個Domain則可容納15個Area.連接通過特殊的線耦合器(Line Coupler)和區(qū)耦合器(Area Coupler)實現(xiàn)。相應的設備的地址也分為區(qū)地址(4位)、線地址(4位)和設備地址(8位)。控制信號與系統(tǒng)在設備間通過數(shù)據(jù)幀傳輸。基本數(shù)據(jù)格式由EIB協(xié)議規(guī)定,一個數(shù)據(jù)幀可攜帶多達14字節(jié)的數(shù)據(jù),包括控制碼、地址碼、操作碼、校正碼四部分內容。
由上可知,由于沒有采用主/從結構的設置,在現(xiàn)場的每個節(jié)點設備包括面板按鈕、開關驅動器、調光驅動器、定時器等都是平等地位。也就是說,每個節(jié)點設備都可作為從屬設置;或者只要內置適合的軟件,在一定程度上每個節(jié)點設備都有可能作為主設置去控制其它從屬節(jié)點設備。因此,每個節(jié)點設備都會相對很復雜,成本很高。這適用于如飛機場這類可投資上千萬元的高檔場合燈光及照明控制系統(tǒng)應用。而對于一般家庭和辦公照明智能控制就非常昂貴了。另一方面,面板按鈕、開關驅動器、調光驅動器、定時器等節(jié)點智能設備,只能對連接在上面的燈具產品的輸入端進行控制和調節(jié)。因此,除了對白熾燈和低壓石英燈燈具進行相位斬波調光比較適合外,對于其它氣體放電燈燈具的調光控制不適合甚至無法應用。因此,EIB總線協(xié)議比較難實現(xiàn)高質量的智能照明控制比較困難。
(3)X-10電力線載波總線
X-10總線是利用電力線載波技術來實現(xiàn)照明電燈等家用電器控制的規(guī)范。它不需要另外布置控制線,易用價廉是它的最大特點,適合于家庭特別是舊房照明改造應用。美國X-10公司生產和銷售的X-10產品在北美取得了巨大的商業(yè)成功。目前,數(shù)百萬至上千萬美國家庭在使用X-10產品。
X-10信號是根據(jù)電力線信號正負過零點處120kHz脈沖信號出現(xiàn)與否來進行傳輸。信號幀頭標識符為1110,該標識符僅以真值形式傳送,其余每個信號分別以真值和補碼兩種形式在交流電的零相位時開始傳送。為了與三相交流電的過零點相一致,這些數(shù)據(jù)幀必須連續(xù)傳送三次。X-10系統(tǒng)由發(fā)送控制器和多個接收控制器組成,各控制器可設定不同編碼以示區(qū)別。使用時,發(fā)送控制器和接收控制器可插入室內不同的電源插座(注意不是置入最終端家用電器產品),家用電器設備插接在這些接收控制器上。用戶可在與控制器相連的鍵盤輸入控制命令和接收控制器編碼,實現(xiàn)家用電器及照明設備的遠程控制。控制命令由120kHz脈沖串組成,在1ms時間內,有脈沖表示為“1”,無脈沖則表示為“0”,電源頻率過零點同步。
每個X-10數(shù)據(jù)包包含有標識符、房間編碼和單元/功能編碼,共22bit.目前已開發(fā)出電力線路通信的嵌入式芯片、雙向和三向通信組件、具有電腦接口的組件及相應軟件等。
另一方面,X-10的面板按鈕、開關驅動器、調光驅動器、定時器等節(jié)點智能設備,只能對連接其上的燈具產品的輸入端進行控制調節(jié),因此除對白熾燈和低壓石英燈燈具的相位斬波調光還比較適合外,對于其它氣體放電燈燈具的調光控制難以應用、甚至無法應用。
此外,X-10的反映速度慢(傳送一個指令需零點幾秒)、抗干擾性能差(信號加載在電力線中傳送)的缺點。而我國電網(wǎng)質量不好、干擾大的問題等比較嚴重,這給X-10在我國的推廣應用帶來實質性的困難。因此,X-10產品在我國的應用例子并不多。
[NT:PAGE] (4)C-Bus總線
C-Bus照明管理系統(tǒng)是可編程的照明管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中各元件均內置微處理器(MCU),并通過一對非屏蔽雙絞線(UTP5)作為總線制架構,使系統(tǒng)的各單元可互相聯(lián)系工作,對室內外照明及其它設施進行控制。即采用兩線制雙絞線,一對線上既提供總線設備工作電源(15~36VDC),又進行總線設備之間直接通訊,以數(shù)據(jù)訊號方式來傳送、辨識及記憶信息,不須通過中央控制器。C-Bus的傳輸協(xié)議為CSMA/CD,通信速率為916kb/s.可設置成為線形、星形或樹形拓撲結構,但不支持環(huán)網(wǎng)結構。子網(wǎng)為基本單位,每個子網(wǎng)最多容納100個單元或者255個控制回路,最大傳輸距離為1000m.C-Bus智能照明控制系統(tǒng)也是適合于投資大的大型高檔場合,但它與EIB總線、X-10協(xié)議一樣沒有深入考慮到具體燈具產品內部的層面。因而C-Bus也不適合于高質量的家庭和辦公智能照明控制。C-Bus智能照明控制系統(tǒng)典型的應用是在悉尼奧運會主體育場。
(5)HBS總線
HBS的全稱是家庭總線系統(tǒng)(Home Bus System),它是由日本一些知名企業(yè),包括日立(Hitachi)、松下(Mutsushita)、三菱(Mitsubishi)、東芝(Toshiba)等聯(lián)合提出的,并得到了日本政府和商會的支持。HBS協(xié)議規(guī)定了如何通過雙絞線或同軸電纜實現(xiàn)家庭電器、電話、音頻、視頻裝置的互連,著眼于家用電器的綜合自動化。同時,HBS協(xié)議也考慮了如何在家庭內獲得遠程服務,如在家購物、遠程醫(yī)療和遠程教學等。協(xié)議主要用于電器開關量以及簡單模擬量的控制,采用專用總線,具有抗干擾強、響應速度快、開發(fā)成本及風險較低的特點。該協(xié)議以家庭為主來考慮,但與上述協(xié)議系統(tǒng)一樣,沒有深入考慮到具體燈具產品內部的層面,對高質量的智能照明控制來說目前也比較遙遠。
(6)DALI數(shù)字化可尋址調光接口
DALI是數(shù)字可尋址照明接口(Digital Addressable Lighting Interface)的縮寫。DALI數(shù)字化可尋址調光接口最初是專為熒光燈電子鎮(zhèn)流器設計的。即專門為普通照明燈具產品的部件而設計的,因而可置入到普通照明燈具中去。DALI數(shù)字可尋址照明接口得到了國際主要芯片、燈具、鎮(zhèn)流器制造商OSRAM、PHILIPS、TRIDONIC等的支持而發(fā)展起來的。并于1994年列入IEC60929《電子鎮(zhèn)流器性能要求》標準。1999年Philips公司對DALI協(xié)議做了進一步的完善工作,并在德國漢諾威國際燈展上推出了基于DALI的系列產品。DALI作為IEC 60929 標準的一部分為照明部件提供通信規(guī)則。目前在歐洲DALI作為一個標準已經(jīng)被各鎮(zhèn)流器大廠商所采用。DALI控制總線可以和智能樓宇控制系統(tǒng)的EIB以及場館、工廠現(xiàn)場等標準總線實現(xiàn)無縫連接,是技術成熟,為業(yè)界廣泛采用的照明控制技術。
DALI控制總線采用主-從結構。因此,作為從屬結構并置入普通照明燈具產品內部的部件可以造價低廉。主控制設備發(fā)出調節(jié)燈具的控制命令,總線傳輸控制命令,作為從屬裝置的獨立式控制裝置或置入燈具中的控制裝置接收并執(zhí)行命令。同時當主控制設備發(fā)出查詢命令時,從屬裝置通過總線給主控制設備發(fā)出本身的狀況信息。主控制設備根據(jù)從屬裝置的狀況信息發(fā)出再操作命令。
DALI控制總線的一個接口最多能接64個可尋址的控制裝置/設備,并最多能接16個可尋址組。通過網(wǎng)絡技術可把多個接口互聯(lián)后可控制很多接口和燈具。其通訊協(xié)議采用異步串行協(xié)議,信息速率為1200bit/s.前向幀為主控制設備向控制裝置或燈具發(fā)出控制命令,由一個包括一個起動位、一個8位地址的字節(jié)、一個8位數(shù)據(jù)的字節(jié)和兩個停止位組成的19位數(shù)據(jù)。后向幀是從屬裝置向主控制裝置發(fā)出的狀態(tài)信息,由一個包括一個起動位、一個8位數(shù)據(jù)的字節(jié)和兩個停止位組成的11位數(shù)據(jù)。
DALI控制協(xié)議從兩個方面來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和指令執(zhí)行的有效性。第一,使用了Manchester編碼格式。在一個bit的傳輸時間中點,從高電平向低電平的負跳變表示數(shù)據(jù)“0”,而從低電平向高電平的正跳變表示數(shù)據(jù)“1”;Manchester編碼實現(xiàn)了在物理層差錯檢驗功能,節(jié)省了信道空間,加快了系統(tǒng)速度。第二,具有后向幀的反饋機制。主控制設備可以知道從屬裝置是否成功執(zhí)行指令,系統(tǒng)中有多少燈工作,燈是否有故障等。而X-10協(xié)議不具備應答,只是采用重傳機制。EIB和C-BUS協(xié)議采用鏈路層CRC校驗機制,會多占用數(shù)據(jù)位,降低效率。
5 IEC62386數(shù)字可尋址照明接口系列標準
目前,IEC62386數(shù)字可尋址照明接口系列標準已發(fā)布了10個標準,涉及到《系統(tǒng)》、《控制裝置》、《熒光燈控制裝置》、《固定應急照明控制裝置》、《放電燈控制裝置》、《低壓鹵鎢燈控制裝置》、《白熾燈用電源電壓控制器》、《數(shù)字信號轉變成直流電壓控制裝置》、《LED模塊控制裝置》、《開關功能控制裝置》。不久將要發(fā)布3個標準,涉及到《控制設備》、《顏色控制裝置》、《程序控制裝置》。
(1)《數(shù)字可尋址照明接口第101部分:一般要求系統(tǒng)》IEC62386-101:2009
該標準規(guī)定了用于交流或直流電源上的電子照明設備所產生的數(shù)字信號的控制協(xié)議。其目的是由照明設備所產生的數(shù)字信號去控制標準化的控制接口,以其在同一管理架構體系下實現(xiàn)電子控制裝置與照明控制設備多廠商之間的協(xié)調。標準主要規(guī)定了下述接口系統(tǒng)的要求。
1)標準規(guī)定系統(tǒng)采用主-從結構:電子控制裝置只工作于從屬模式,只能在要求時才傳送信息。
2)標準給出了一些特性規(guī)范:一個接口最多能接64個可尋址的控制裝置/設備,并最多能接16個可尋址組;采用異步起-止傳輸協(xié)議,信息速率1200bit/s等。
3)標準規(guī)定了電氣要求:電壓電流為接口端值;控制輸出端標記;控制接口特性;控制輸入端的絕緣系統(tǒng);額定電壓信號限值及邏輯關系;額定電流信號限值;信號上升和下降時間限值;
4)標準規(guī)定了接口電源要求包括:接口電源可獨立,也可集成到控制裝置/設備中;電源端標記;電源端的絕緣系統(tǒng);額定電壓范圍;額定電流限值;時序要求等;
5)標準規(guī)定了傳輸協(xié)議的結構、時序、操作方法、變量聲明、指令定義均引用系列標準IEC62386-102中的相應條款。
(2)《數(shù)字可尋址照明接口第102部分:一般要求 控制裝置》IEC62386-102:2009
該標準規(guī)定了用于交流或直流供電的電子照明設備所產生的數(shù)字信號的控制協(xié)議和測試方法。其目的是由照明設備所產生的數(shù)字信號去控制標準化的控制接口,以其在同一管理架構體系下實現(xiàn)電子控制裝置與照明控制設備多廠商之間的合作。
1)標準主要規(guī)定了接口系統(tǒng)的要求與第101部分相同。
2)標準詳細規(guī)定了傳輸協(xié)議的結構。
3)標準詳細規(guī)定了信息位、數(shù)據(jù)幀、幀時序的定時。
4)標準詳細規(guī)定了運行方式包括:對數(shù)調光曲線、電弧功率等級及精確度、電源接通、接口故障、最小最大亮度等級、響應時間和速率、出錯狀態(tài)下對指令的反應、燈預熱和啟動時的運行狀態(tài)、存儲器存取和映射。
5)標準詳細規(guī)定了各種變量聲明包括變量默認值、重置值、有效范圍。
6)標準詳細規(guī)定了指令定義包括:電弧功率控制指令、配置指令、查詢指令、專用指令。
7)標準中大篇幅地描述了對IEC 62386-200系列各控制裝置的測試程序。
(3)《數(shù)字可尋址照明接口第103部分:一般要求控制設備》IEC62386-103:20XX該標準是關于系統(tǒng)中主控設備的標準,目前還沒發(fā)布。將來不久隨著它的出臺,也將帶出一系列有關主控設備部件的系列標準。
(4)《數(shù)字可尋址照明接口第201部分:控制裝置的特殊要求熒光燈(設備類型0)》IEC62386-201:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應內容。其中第10章《變量聲明》、第11章 《指令的定義》、第12章《試驗程序》補充了一些內容。另外,標準中沒有明確提及的、但需注意的幾點是:
1)根據(jù)熒光燈的特點,可調光電子鎮(zhèn)流器設計時需要考慮:熒光燈是依靠放電電流來維持燈絲電子粉發(fā)射電子所需的正常工作溫度的,任何較大的偏離都將嚴重損壞燈管壽命。因此,可調光電子鎮(zhèn)流器應設計成不能較大范圍深度調節(jié)燈電流(即調光),或者深度調光時要設計成能給燈絲陰極提供輔助加熱。
2)從節(jié)能角度來說,有陰極輔助加熱的系統(tǒng)使燈管功率下降至2W以下的調光是得不償失的。
3)熒光燈電子鎮(zhèn)流器調光設計一般在輸出級層面采用PWM(脈沖寬度調制)方法,使燈電流工作頻率與扼流電感、電容組合的諧振頻率產生偏離來實現(xiàn)調光的。由于燈電流工作頻率發(fā)生了較大范圍的變化,燈具系統(tǒng)的EMC就更難以在全調光范圍滿足標準要求。因此,與調光聯(lián)動的EMC及功率因數(shù)校正IC模塊的研發(fā)很重要。
(5)《數(shù)字可尋址照明接口第202部分:控制裝置的特殊要求固定應急照明(設備類型1)》IEC62386-202:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應內容。第3章《術語和定義》、第9章《運行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗程序》補充了較多內容。另外,標準中第9章《運行方式》對各種亮度等級作出了很好的定義。
(6)《數(shù)字可尋址照明接口第203部分:控制裝置的特殊要求放電燈(熒光燈除外)(設備類型2)》IEC62386-203:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應內容。第3章《術語和定義》、第9章《運行方式》、第10章《變量聲明》補充了少量內容;第11章《指令的定義》、第12章《試驗程序》補充了較多內容。另外,標準中沒有提及的但需注意的幾點內容是:
1)根據(jù)HID放電燈的特點,可調光電子鎮(zhèn)流器設計時需要考慮:HID放電燈是依靠放電電流來維持燈絲電子粉發(fā)射電子所需正常工作溫度的,而且它不能像熒光燈那樣可提供輔助加熱回路。因此,任何較大的燈電流偏離都將嚴重損壞燈管甚至電子鎮(zhèn)流器本身的壽命。所以,可調光電子鎮(zhèn)流器應設計或由協(xié)議程序規(guī)定不能較大范圍的深度調光。
2)金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的調光設計比不調光的還更應注意考慮避免聲頻共振造成燈光閃爍。
3)HID燈電子鎮(zhèn)流器調光設計一般在輸出級層面采用PWM(脈沖寬度調制)方法,使燈電流工作頻率與扼流電感、電容組合的諧振頻率產生偏離來實現(xiàn)調光。由于燈電流工作頻率發(fā)生了較大范圍的變化,燈具系統(tǒng)的EMC就更難以在調光全范圍滿足標準要求。因此,與調光聯(lián)動的EMC及功率因數(shù)校正IC模塊的研發(fā)很重要。
(7)《數(shù)字可尋址照明接口第204部分:控制裝置的特殊要求低壓鹵鎢燈(設備類型3)》IEC62386-204:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應內容。第3章《術語和定義》、第9章《運行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗程序》補充了較多內容。另外,標準中沒有提及的但需注意幾點是:
1)低壓鹵鎢燈調光的電子變壓器設計多采用相位斬波法,應注意考慮避免共振造成燈光閃爍。
2)斬波法調光會產生大量的諧波,燈具系統(tǒng)的EMC就更難以在調光全范圍滿足標準要求。因此,加強EMC設計很重要。
(8)《數(shù)字可尋址照明接口第205部分:控制裝置的特殊要求白熾燈用電源電壓控制器(設備類型4)》IEC62386-205:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應內容。第3章《術語和定義》、第9章《運行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗程序》補充了較多內容。另外,標準中沒有提及的但需注意的是:
1)普通照明應用的白熾燈調光的電子控制器設計多采用相位斬波法,斬波法調光會產生大量的諧波,燈具系統(tǒng)的EMC就更難以在調光全范圍滿足標準要求。因此,加強EMC設計很重要。
2)目前全球禁止使用白熾燈的呼聲越來越高,白熾燈屬于不久將淘汰的產品,不適宜鼓勵應用。
(9)《數(shù)字可尋址照明接口第206部分:控制裝置的特殊要求數(shù)字信號轉變成直流電壓(設備類型5)》IEC62386-206:2009該標準是特殊要求,但也可以說是適用于那些內部采用模擬信號調光輸入端口和其它模擬信號控制通斷的輸入端口的各種控制裝置的通用標準。
(10)《數(shù)字可尋址照明接口第207部分:控制裝置的特殊要求LED模塊(設備類型6)》IEC62386-207:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應內容。第3章《術語和定義》、第9章《運行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗程序》補充了較多內容。另外,LED作為電子器件其特點非常適合于調光工作。因此,數(shù)字可尋址照明接口與LED的結合將對LED的發(fā)展及照明產業(yè)的更新?lián)Q代起到有力的促進作用。
(11)《數(shù)字可尋址照明接口第208部分:控制裝置的特殊要求開關功能(設備類型7)》IEC62386-208:2009該標準是關于系統(tǒng)中各種開/關、通/斷控制裝置的特殊要求,例如某些燈具的機械位置調節(jié)控制等。所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應內容。第3章《術語和定義》、第9章《運行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗程序》補充了較多內容。
(12)《數(shù)字可尋址照明接口第209部分:控制裝置的特殊要求顏色控制(設備類型8)》IEC62386-209:2009該標準是關于系統(tǒng)中需要進行顏色控制的各種控制裝置的特殊要求,目前還沒出臺。
(13)《數(shù)字可尋址照明接口第210部分:控制裝置的特殊要求程序裝置(設備類型9)》IEC62386-210:2009該標準是系統(tǒng)中各種控制裝置關于程序的特殊要求,目前還沒出臺。
6 結束語
從以上各種總線協(xié)議系統(tǒng)可見,除了DMX512和DALI具體深入到燈具產品內部層面外,其它總線都是只到墻壁的連接器和插座等,沒有深入考慮到具體燈具產品的層面。換句話說沒有按各種燈光和照明終端產品—燈具的特點進行統(tǒng)一的標準化。也就不可能真正根據(jù)各種燈具和光源的特點開拓其功能。所以,一方面它們只能進行一般的通斷控制和對少數(shù)類型燈具進行簡單的相位斬波調光控制。因此,在普通公寓樓辦公照明和普通家庭照明的智能化應用中有很大的局限性。反過來,又限制了它們進入廣大的普通照明市場。另一方面,由于沒有深入到具體燈具產品種類的層面,沒有按各種照明終端產品—燈具的特點進行統(tǒng)一的標準化。當對很多氣體放電燈燈具進行簡單的輸入電源調節(jié)以達到調光目的時,很容易出現(xiàn)燈光閃爍,損壞鎮(zhèn)流器、控制器或燈管等,嚴重的甚至容易出安全問題。
雖然DMX512置入到了燈具產品內,但該系統(tǒng)主要為大型舞臺類燈光燈具而設計,很多功能主要考慮的是一些電機實現(xiàn)機械調節(jié)控制,而沒有更多的從程序指令上考慮電子控制。這同樣也不太適合普通樓辦公照明和普通家庭照明的智能化應用。盡管DALI數(shù)字化可尋址調光接口已置入到了燈的控制裝置或燈具產品中,但一些燈具用DALI數(shù)字化可尋址調光接口也沒有更深入地考慮光源產品特點的層面,還有待改進或者標準把這些更深入的問題留給了照明企業(yè)設計時再考慮。但無論如何,作為普通樓辦公照明和普通家庭照明的智能化、具體置入到燈控制裝置或燈具層面的國際統(tǒng)一標準化的標準:DALI數(shù)字化可尋址調光接口標準是目前、最具發(fā)展前景的高質量的智能照明控制系統(tǒng)。DALI數(shù)字化可尋址調光接口技術與LED照明技術的迅猛發(fā)展相結合將對照明產品及照明工程應用的更新?lián)Q代產生巨大的推動作用。
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