Для cпециализированного журнал BMS («Building Management System») генеральным директором «ВаДиАрт» Дмитрием Сасс подготовлена статья о современных тенденциях в управлении освещением, в которой подробно описана технология управления освещением по протоколу DALI.
В последние годы системы освещения с возможностью регулирования светового потока стали часто применяться в российских коммерческих зданиях. Я сам не проводил и не видел маркетинговых исследований на эту тему, заслуживающих доверия. Однако, личный опыт реализации собственных проектов и участие в большом количестве проектов по созданию систем освещения в качестве консультанта позволяют выделить тренды, согласно которым, во-первых, происходит постоянный рост светотехнических инсталляций с диммированием освещения и, во-вторых, в структуре технологий, применяемых для регулирования светового потока, растет доля использования цифровых интерфейсов управления за счет снижения доли аналоговых.
При этом, в рамках сформировавшейся в последнее десятилетие тенденции к росту рынка технологий, основанных на открытых стандартах, происходит заметный рост светотехнических инсталляций с применением для управления освещением технологии DALI.
В 2011 году в Европе рыночная доля устройств DALI, предназначенных для диммирования люминесцентных ламп, составила около 55% (по данным официальной статистики ZVEI (Zentralverband der Elektrotechnik und Elektronikindustrie) – Ассоциации немецких производителей электротоваров и электроники). Это показывает, что DALI стало стандартом для профессионального освещения в Европе. В России пока продажи диммируемых светильников с DALI-ЭПРА меньше, чем с ЭПРА, управляемым по 1-10 V. Однако тенденция на увеличение доли DALI явно прослеживается и в России, и у этой тенденции есть достаточно очевидные и фундаментальные предпосылки, заложенные в философии создания и реализации технологии стандарта DALI.
Итак, что же такое DALI?
Аббревиатура DALI означает «Digital Addressable Lighting Interface», и это стандарт, описывающий физический и логический уровни связи между устройствами для управления освещением.
Предшественником DALI можно считать аналоговый интерфейс 1-10 V и DSI – «Digital Signal Interface». Стандарт DSI был разработан компанией «Тридоник» («Tridonic») в 1991 году на замену аналоговому интерфейсу 1-10 V, который в то время использовался для управления уровнем светового потока ламп пропорционально величине постоянного напряжения в диапазоне 0…10 В. При значении напряжения менее 1V лампы отключаются, а в диапазоне от 1V до 10V регулируются пропорционально напряжению. В соответствии с этим стандартом до сих пор производятся различные устройства управления для светильников: диммеры для ламп накаливания, ЭПРА для регулирования люминесцентных ламп и LED-драйверы для светодиодных источников света.
Стандарт DALI разрабатывался, как альтернатива проприоритарному протоколу DSI, и унаследовал от него физический уровень передачи сигнала. При передаче широковещательных телеграмм в шину DALI или в шину DSI их будут получать и исполнять команды как DALI-, так и DSI-устройства. У многих производителей в ассортименте присутствуют устройства, способные работать с DALI- и DSI-системами.
Например, датчики присутствия производства компании «ESYLUX» «PD-C360I/24 DALI» или «PD-C360I/8 DALI». Это упрощенные DALI-устройства, которые могут отправлять только «Broadcast»-команды. Для корректной работы этих датчиков со светильниками, оснащенными DALI- или DSI-ЭПРА, не нужно использовать блоки питания и производить адресацию ЭПРА-светильников, но с их помощью можно синхронно регулировать световой поток тридцати светильников и поддерживать заданный уровень освещенности. Однако эти устройства не могут работать в полноценной DALI-инсталляции и их сложно интегрировать в BMS-здания.
Работа по разработке стандарта DALI началась в 1998 году. В 1999 году на рынке появились первые DALI-устройства. Спецификация DALI на первом этапе развития технологии описывалась в стандарте IEC 60929 приложение «Е» (Annex E «Control interface for controllable ballasts»).
В настоящее время система DALI описывается международным стандартом IEC 62386-101 (Digital addressable lighting interface – Part 101: General requirements – System) и IEC 62386-102 (Digital addressable lighting interface – Part 102: General requirements – Control gear).
В США также применяются практически аналогичные по содержанию стандарты:
«NEMA STANDARD PUBLICATION 243-2004. Digital Addressable Lighting Interface (DALI) Control Devices Protocol. PART 1-2004. General Requirements»;
«NEMA STANDARD PUBLICATION 243-2004. Digital Addressable Lighting Interface (DALI) Control Devices Protocol. PART 2-2004. Specific Commands for Control Devices».
В июне 2014 года ожидается публикация обновленных стандартов, описывающих протокол DALI. Выйдут доработанные версии IEC 62386-101 и IEC 62386-102. Дополнительно выйдет новый стандарт IEC 62386-103 «General requirements – Control devices», в котором будут описаны общие требования к устройствам управления. В дальнейшем требования к устройствам управления будут детализировать в серии стандартов 3хх.
В конце 2013 года в планах рабочей группы AG DALI (Digital Addressable Lighting Interface Activity Group of ZVEI, Division Luminaires) присутствовали четыре стандарта серии 3хх:
— 301 – Выключатели и бинарные входы (Push buttons and binary inputs). В настоящее время стандарт подготовлен и находится в стадии проекта для обсуждения и голосования;
— 302 – Роторные и слайдерные диммеры (Rotaries and sliders). В настоящее время стандарт находится в разработке;
— 303 – Датчики присутствия (Presence detectors). В настоящее время стандарт готовится к рассмотрению на следующих совещаниях рабочей группы;
— 304 – Датчики освещенности (Light sensor). В настоящее время проводится анкетирование компаний-членов DALI с целью определения функций, которые необходимо стандартизировать.
Я специально подробно описал существующую на сегодняшний день ситуацию со стандартизаций DALI-устройств, чтобы заложить основу для ответов на вопросы, связанные с подбором различных устройств в DALI-инсталляции.
На семинарах и лекциях для проектировщиков меня часто просят рассказать, как спроектировать кабельные трассы под различное DALI-оборудование: датчики движения и датчики присутствия, выключатели и сенсоры освещенности. Однако ситуация на сегодняшний день такова, что выполнить эту задачу практически невозможно. Не может быть сегодня полноценного DALI-датчика присутствия, потому что сегодня нет стандарта, в котором были бы подробно описаны функции и спецификации этих устройств.
Можно сделать DALI-контроллер, который будет выполнять функции датчика, но это не имеет большого смысла по экономическим причинам, за исключением нишевого, упрощенного DALI-решения, например, как у компании «ESYLUX». Производителям проще предусмотреть подключение к DALI-контроллеру датчиков присутствия и датчиков освещенности по проприоритарным протоколам или по открытым стандартам: KNX, LON и т.д. Поэтому до публикации стандарта IEC 62386-103 рассчитывать на появление на рынке широкого ассортимента полноценных DALI-устройств управления и DALI-сенсоров сложно. Но и после публикации летом 2014 года стандарта IEC 62386-103 возможна неполная совместимость новых типов DALI-устройств от разных производителей. Эта проблема будет решаться по мере публикации дополнений к стандарту IEC 62386 серии 3хх.
На сегодняшний день полностью унифицированными по способу подключения и полностью совместимыми между собой и различными DALI-контролерами могут быть только DALI-устройства разных производителей для управления источниками света: ЭПРА для люминесцентных ламп и газоразрядных ламп высокого давления, трансформаторы для галогенных ламп и LED-драйвера, – все те устройства, функции и спецификации которых описаны в стандартах IEC 62386-101 и IEC 62386-102. А на сегодняшний день в стандартах описаны требования и спецификации к DALI-контроллерам (устройствам, передающим в шину команды и получающим статусы от светильников) и к монтируемым в светильниках DALI-устройствам управления лампами. Сейчас стандарт делит управляемые DALI-устройства на шесть типов:
На данном этапе развития технологии мы можем спокойно использовать перечисленные выше типы DALI-устройств разных производителей и быть абсолютно уверенными в их совместимости между собой и в совместимости с DALI-контроллерами.
Поэтому, проектируя кабельные трассы под DALI-светильники, не привязанные к определенному производителю, проектировщик может ошибиться только с количеством DALI-устройств на одном шлейфе шины, отходящей от щита, где расположен DALI-контроллер. Обычно в одном DALI-светильнике установлено одно DALI-устройство для управления лампами, но на практике часто бывает в одном светильнике установлено два, три и даже четыре DALI-устройства. При существующем в стандарте DALI ограничении в 64 управляемых устройства, подключенных к одной линии, ситуация с увеличением количества DALI-устройств относительно проектного, приводит к необходимости увеличения количества линий и, соответственно, контроллеров DALI. При условии достаточных резервов по длине шлейфов линий DALI эта ситуация не приводит к значительным проблемам, если, конечно, не считать трагедией увеличение бюджета на раздел автоматизации управления освещением.
В случае недостатка проводов ситуация может развиваться со значительно более тяжелыми последствиями для сроков сдачи объекта и его бюджета. Допустим, что в проекте заложены для управления ста пятьюдесятью светильниками три DALI-линии, каждая из которых представляет собой шлейф с подключенными пятьюдесятью светильниками, выходящий из шита управления. Чаще всего светильники привозят на объект и начинают устанавливать в стадии окончания чистовой отделки. И в этот момент, когда все стало чисто и красиво, когда монтажников уже заставляют работать в белых перчатках, чтобы не нарушать идиллию чистых стен и потолков, именно в этот период, при установке и подключении светильников, выясняется, что в них установлено по три ЭПРА DALI.
Выражаясь проще, DALI-устройств у нас стало четыреста пятьдесят вместо ста пятидесяти. И чтобы система заработала, нам нужно еще не менее четырех контроллеров DALI, столько же DALI-блоков питания и, что обычно бывает самым сложным на этом этапе работ, нужно еще протянуть не менее четырех линий из щита управления.
Конечно, существует недокументированная в инструкциях и стандартах DALI возможность назначить ЭПРА DALI в светильниках одинаковые адреса для нескольких устройств. Например, в каждом светильнике для трех ЭПРА назначить один адрес. Но в описанном случае этот способ не поможет, т.к. кроме ограничения по количеству устройств на линии, в стандарте DALI есть ограничение по максимальному току на линии в 250 мА. И, даже используя очень качественные и дорогие DALI-блоки питания, достаточно сложно добиться стабильной работы системы при физическом подключении к одной линии более ста DALI-устройств. Кроме того, подключение к одной линии устройств больше, чем прописано в стандарте, является нарушением рекомендаций по инсталляции системы DALI, и при проведении со стороны заказчика грамотного и профессионального аудита сдаваемых систем обязательно возникнут вполне обоснованные претензии к организации, осуществляющей монтажные и пуско-наладочные работы.
Действенной мерой защиты от проблем, описанных в предыдущем абзаце, является увеличение количество шлейфов для DALI-линий, приходящих в щит управления. Конечно, более простым и надежным решением всех проблем было бы предоставление проектировщикам (на этапе проектирования кабельных трасс DALI) точных технических характеристик светильников, которые будут устанавливаться на объекте. Но в нашей российской действительности это происходит настолько редко, что поступление светильников на объект и начало подключения к ним линий DALI можно сравнить с игрой в русскую рулетку.
Нормальный человек, который не сталкивался ранее с технологией DALI, прочитав написанное выше, может подумать: «Что за люди используют DALI? Наверное, это какие-то светотехники-экстремалы? Зачем создавать сложности, чтобы потом их преодолевать?».
Но возможности, которые открывает использование технологии DALI в светотехнических инсталляциях, в конечном итоге, значительно перевешивают трудности, возникающие из-за технических ограничений технологии и неполной, на сегодняшний день, стандартизации применяемых в светотехнических инсталляциях устройств.
Для меня основным мотивом при написании данной статьи было желание донести до специалистов, занимающихся проектированием систем управления освещением, объективную информацию, полученную из собственного опыта, о потенциальных сложностях, ожидающих проектировщика при проектировании DALI-системы управления освещением. Именно поэтому я не буду сейчас подробно презентовать преимущества DALI, поскольку я уверен, что Вам приходилось читать много маркетинговых и рекламных материалов на эту тему, в которых очень подробно и увлекательно описаны преимущества использования DALI.
Я опишу несколько причин, по которым мне нравится использовать DALI для управления освещением в коммерческих зданиях. Я специально акцентирую ваше внимание на том, что речь идет именно о коммерческих зданиях, так как преимущества использования DALI в коттеджах и квартирах не столь очевидны.
Итак, попробую резюмировать основные преимущества:
Можно отдельно проектировать электрические сети системы освещения от системы управления освещением. При проектировании системы DALI нет необходимости делить светильники на группы освещения. Это можно сделать позже, при программировании системы. В одну логическую группу можно объединять даже светильники, подключенные на разные фазы. Это позволяет спроектировать и смонтировать систему освещения без каких-либо данных о делении светильников на группы освещения и уже на последнем этапе выполнить настройку системы. Далее, в процессе эксплуатации и возможных реконструкций здания, можно изменять количество и состав групп освещения простым перепрограммированием системы.
Один DALI-светильник может одновременно относиться к 16-ти группам освещения и к 16-ти световым сценам. В устройствах DALI предусмотрены следующие настройки, которые сохраняются даже при длительном отключении питания:
Стандарт DALI обеспечивает значительно более простой монтаж по сравнению с другими цифровыми интерфейсами управления освещением и даже по сравнению с аналоговым интерфейсом 1-10V:
— Не нужно соблюдать полярность +/- DALI-линии управления. Лично для меня это очень важный фактор, так как при пуско-наладке систем с управлением 1-10V или KNX очень много времени уходит на поиск неправильных подключений.
— Линия управления DALI и сетевой провод могут быть проложены не просто рядом, а в одном кабеле. Например, можно применить кабель 5х1,5, и три жилы использовать для подключения светильников к питающей сети 230V, а две оставшиеся – для подключения шины управления. Все подключения можно выполнять шлейфом или звездой или использовать смешанную топологию.
Система DALI позволяет контролировать и получать информацию о состоянии ламп и аппаратов (например, неисправность лампы, положение светорегулятора и т.д.).
На рынке представлено большое количество DALI-шлюзов в самые разные системы управления и протоколы передачи данных: KNX, LON, Modbas, Ethernet, – и многие другие.
Это далеко не полный перечень приятных и полезных особенностей систем управления освещением, построенных на DALI. Дополнительно к выше изложенным четырем пунктам считаю полезным прояснить вопрос экономики бюджета проекта. В последние пять лет стоимость DALI ЭПРА заметно снизилась, и сейчас существует крайне незначительная разница между ценами на ЭПРА DALI и ЭПРА с 1-10V. Стоимость системы управления освещением на DALI становится ниже, чем при применении 1-10 V (начиная, примерно, с десяти групп диммируемых светильников с люминесцентными лампами). Если рассматривать управление освещением на объектах с сотнями или тысячами диммируемых светильников с люминесцентными лампами, то вариант применения DALI выглядит очень выгодным с экономической точки зрения. Кроме этого, применение DALI дает ощутимую экономию при эксплуатации за счет сокращения трудовых затрат на визуальную диагностику исправности ламп в светильниках.
Для лучшего понимания особенностей работы устройств DALI полезно знать, каким образом происходит передача управляющих телеграмм в шине.
Шина передачи данных DALI состоит из двух проводов. Для корректной работы линии и передачи данных необходим блок питания DALI. При передаче данных используется импульсно-кодовая модуляция. Логическим «0» является диапазон напряжений от –6,5V до 6,5V, а логической «1» является диапазон напряжений от 9,5V до 22,5V. Диапазон от 6,5V до 9,5V не определен, как полезный сигнал.
На рисунке 1 схематично показаны уровни напряжения, соответствующие логическим уровням «0» и «1». Шина DALI обеспечивает эффективную скорость передачи данных 1.200 bit/s.
Рис. 1
Крайне важным физическим параметром для передачи данных является падение напряжения на линии между передающим и приемными устройствами в линии DALI. Нормальная передача данных возможна при падении напряжения не более чем на 2V. Из этого требования вытекают имеющиеся требования к длинам и сечению кабелей, используемых для DALI-шины. Кроме величины падения напряжения, важным параметром является время роста и снижения напряжения при смене логических «0» и «1». На рисунке 2 показаны допустимые временные интервалы логических уровней и время их смены. Эти значения должны выдерживаться при любых типах и сечениях кабеля, а также при всех возможных температурных диапазонах работы системы DALI.
Рис. 2
Однако, чтобы проектировать DALI-системы управления освещением, совершенно не обязательно досконально знать физический и логический уровни передачи данных в шине. Достаточно выполнять несложные рекомендации при проектировании и монтаже системы управления. Постараюсь сейчас их кратко изложить.
1. Необходимо соблюсти рекомендации по длине и сечению кабеля в линиях DALI и убедиться, что к каждому светильнику подведены два провода шины DALI.
Длина кабеля Минимальное сечение кабеля Менее 100 м 0.5 мм От 100 до 150 м 0.75 мм Более 150 метров 1.5 мм
* Максимальное расстояние от DALI-контроллера до самого удаленного DALI-устройства не должно превышать 300 метров.
** При выборе сечения кабеля 1,5 мм2 и выше необходимо убедиться, что кабель данного сечения можно коммутировать в клеммы применяемых DALI-устройств или предусмотреть в проекте дополнительные клеммы и провода для осуществления коммутации.
2. Необходимо убедиться, что количество управляемых устройств DALI на одной линии не превышает 64 штуки, и количество контроллеров на линии также не превышает 64 штуки. При этом желательно сделать количество шлейфов от одного контроллера с запасом, чтобы при ошибочном предоставлении данных о количестве ЭПРА DALI в светильниках можно было увеличить количество DALI-контроллеров в щите без дополнительной прокладки проводов.
3. Необходимо убедиться, что на каждую DALI-линию предусмотрен специальный DALI-блок питания. На блоках питания для DALI присутствует маркировка «DALI», напряжение 16-18V DC, и, что очень важно, у них есть ограничение по максимальному току в 250 мА. Желательно использовать БП, сертифицированный для DALI (на них обязательно должен быть логотип «DALI»). На блоках питания, произведенных для работы в DALI, но не сертифицированных, присутствует надпись «DALI», но нет логотипа. Скорее всего, устройство без логотипа DALI будет нормально работать, так как спецификации DALI являются открытыми, и любой производитель может производить вполне надежные и качественные устройства по этим спецификациям. Наличие логотипа DALI на изделиях говорит о том, что производитель сертифицировал данные устройства в одной из специально аккредитованных лабораторий, и что конструкция этого изделия проверена на соответствие стандарту. Официальный логотип «DALI AG» изображен на рисунке 3.
Рис. 3
4. Необходимо убедиться, что на каждую линию предусмотрены не менее одного DALI-контроллера или одного канала контроллера, если применены шлюзы с несколькими выходами на DALI-линии.
5. Необходимо убедиться, что светильники, используемые в проекте, имеют интерфейс DALI.
Выполнив эти несложные рекомендации при проектировании DALI-системы управления освещением, можно обеспечить гарантию работоспособности системы при условии соблюдения рекомендаций по монтажу, которых не так много:
Это основные требования, которые необходимо соблюдать при монтаже системы DALI. Кроме этих требований, конечно, необходимо соблюдать требования и рекомендации производителей светильников и различного DALI-оборудования.
Перед началом программирования и настройки системы DALI необходимо составить с заказчиком техническое задание, в котором, как минимум, необходимо отразить следующие нюансы настройки системы:
В этих семи пунктах перечислен минимальный, по моему мнению, набор данных для начала настройки системы DALI, который необходимо согласовать с заказчиком.
Также необходимо понимать, какие команды для управления освещением мы можем использовать. Я сейчас не буду перечислять все команды, которые можно использовать в DALI-системах, а остановлюсь на основных, которые чаще всего используются:
В заключении повествования хочется отметить, что DALI – это не альтернатива KNX, LON или какой-либо системе автоматизации. DALI – это органичное дополнение для KNX, LON и многих других открытых и проприоритарных систем, стандартов и протоколов, выводящее управление световыми инсталляциями на новый уровень.
Предложение на рынке различных DALI-контроллеров и шлюзов позволяет управлять системой освещения на DALI практически из любой системы управления автоматизации, визуализировать на iPad и прочих интернет-планшетах. Например, очень легко осуществляется интеграция DALI и KNX с помощью широкого ассортимента шлюзов KNX-DALI, которые присутствуют в ассортименте таких производителей, как: «ABB», «GIRA», «Berker», «Jung», «Schneider Electric» и многи
