DALI總線技術在智能照明控制系統的應用

金海升（衡水市建筑設計院， 河北 衡水 053000）

1 引言

現代化的建筑對照明的要求越來越高，不僅要求提供舒適的光照，而且不同的場合需要不同的照明環境。綠色照明需要科學設計和高效率、壽命長、安全及性能穩定的照明電器產品來實現。照明電器產品包括：電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材以及調光控制設備和控光器件。這里調光、控光主要指的是智能照明控制，傳統的照明控制一般采用手動開關控制，對于上述要求很難實現，而且線路十分復雜，操作非常繁瑣，并且存在許多無法解決的問題。隨著用戶要求的提高和技術的進步以及產品成本的降低，傳統的照明控制逐步被智能照明控制取代將成為一種趨勢。

2 智能照明控制系統總線介紹

熒光燈的調光控制方法是隨著電子鎮流器技術不斷創新發展而提高的，早期對帶有鐵芯鎮流器的熒光燈調光一般采用可控硅前沿相控調光器輸出直接調控熒光燈的亮度，鎮流器僅僅是串連在熒光燈回路中的一個負載，這種調光方法效率低，性能差，調光范圍窄，現今國內外很少用。近年來隨著高頻電子型鎮流器的出現，改變了鎮流器的技術性能，不少公司逐步推出效率高、性能好、調光范圍寬、智能化程度高的高頻可調光電子式熒光燈鎮流器，這種鎮流器作為熒光燈的ECG（電子控制裝置）已成為當今熒光燈調光控制的主流產品。

按鎮流器的控制線數目劃分，有二、三、四線三種，目前市場上最最廣泛的產品是“四線控制”鎮流器，調光控制器通過二條220V主電源線為鎮流器提供功率支持，二條超低電壓控制線可接口鎮流器實現開關、調光等各種功能性控制。

按控制接口控制信號性質可分成三種：

1) 1～10V模擬量接口

2) 數字信號接口（DSI）

3) 數字可尋址燈光接口（DALI）

1999 年，Philips、ORSAM(歐 司 朗)、Tridonic 等公司共同制定了DALI的工業標準，納入IEC929，保證不同的制造廠生產的DALI設備能全部兼容。表1給出了三種不同結構電子鎮流器的性能比較。

2.1 直流模擬量介紹

1～10V接口的控制信號是直流模擬量，信號極性有正負之分，按線性規則調節熒光燈的亮度，調光時一旦控制信號觸發，鎮流器啟動熒光燈，首先被激勵點燃到全亮，然后再按控制量要求調節到相應亮度，按IEC929標準，每個鎮流器的最大工作電流為1mA。

表1 三種不同接口電子鎮流器的性能比較表

2.2 DSI接口介紹

DSI接 口（Digital Signal interface）鎮 流 器 的控制信號是用數字信號曼徹斯特編碼（Manchester Code），信號沒有極性要求，信號在控制線上傳輸和同步方式比較可靠，調光按指數函數方式調光，這種鎮流器被觸發啟動后，熒光燈亮度可以從0開始調整到控制信號所指定的亮度，這對劇場類熒光燈調光應用十分適合，另外DSI還可以通過信號命令，在電子鎮流器內部對進入鎮流器的220V主電源進行開關切換控制，當熒光燈被關閉熄滅后，鎮流器可自動切斷220V主電源以節省能源消耗。還可省掉調光器經過開關控制的主電源線連接，而直接與220V主電源線連接，也可節省系統成本。

2.3 DALI總線介紹

DALI數字式可尋址燈光接口（Digital Addressable Lighting Interface）鎮流器，是當前最新型的可調光熒光燈鎮流器（見圖1）。

圖1 DALI系統圖

DALI是一個數據傳輸的協議，它定義了電子鎮流器與設備控制器之間的通信方式，它不是一種新的總線，但它支持開放式系統，設計應用DALI最初目標是為了優化一個智能型的燈光控制系統，企圖制定一個系統結構簡單，安裝方便，操作容易，功能優良的燈光控制系統，可用于一個房間內的燈光控制，還可以與大樓管理系統BMS（Building Manage System）接口DALI系統與BMS或者EIB、LON總線系統不同，不是將它擴展成具有各種復雜控制功能的系統，而僅僅是作為一個燈光控制子系統，通過網關（gateway）接口集成于智能建筑自動化管理系統BMS中，可接受BMS控制命令，或回收子系統的運行狀態參數。

集組合開關與調光控制于一體的DALI鎮流器，通過DALI接口連接到2芯控制線上，通過熒光燈調光控制器（作為Master）可對每個鎮流器（作為Slave）分別尋址，這意味調光控制器可對連在同一條控制線上的每個熒光燈的亮度分別進行調光，一個單段DALI數據控制線上可對64個鎮流器分別編址，每個鎮流器內可設置16個燈光場景，同一個鎮流器還可以編在一組或在多個組，最大編組數為16，于是一個DALI系統可控制多達1000個鎮流器。

DALI主要有以下基本控制功能：

·設定燈電路的發光電平值。

·遠程開關燈電路。

·存儲和調用預先設定的燈電路工作參數值。

·可以實現對每個電子鎮流器的尋址，并可以實現電子鎮流器的組尋址和廣播尋址。

·可以查詢每個電子鎮流器的工作狀態。

·可以查詢每個燈負載的工作狀態。

利用以上的有關信息可以判斷照明系統的有關工作狀態。

DALI接口構成燈光控制系統的主要特點是：簡單、可靠、功能優良。

1）通信結構簡單可靠，DALI接口通信協議由196bit位數組成，第1位是起始位，第2到第9位是地址位，第10到第17位是數據，第18、19位停止位，采用曼徹斯特編碼方式，傳輸速率1200 baud，控制線上高電平為16V?？刂凭€上的每個控制器在通信中作為MASTER，而控制線上的像鎮流器這樣的ECG只是響應MASTER的命令起SLAVE的作用，系統具有分布式智能功能。

2）安裝簡單方便，安裝DALI接口有2條主電源線，二條控制線，對線材無特殊要求，安裝時也無極性要求，只要求主電源線與控制線隔離開，控制線無需屏蔽，要注意的是當控制線上電流在250mA，線長300m時壓降不超過2V。

3）操作簡單容易，DALI鎮流器內部是智能型的，可自動處理燈絲預熱、點燃、調光、開關、故障檢測等功能，對用戶界面是十分友好的，用戶無需對此理解很深就能操作控制。如發送一個改變現行場景的命令，各個相關鎮流器根據現行亮度與場景要求亮度之差，各自計算調光速率以達到所有鎮流器都同步調光到要求的場景亮度，如發送查詢命令就可回收各鎮流器的運行狀態和參數。

DALI最初設計是用于一個房間內的燈光控制，現在采用DALI接口控制的各種設備相繼問世，控制功能也在不斷擴大和提高，控制的規模也在擴大。如今DALI接口已不僅僅限用于熒光燈鎮流器，各種鹵鎢燈，LED燈的電子變壓器也采用了DALI接口；控制設備還包括：光電傳感器、無線電接收器、繼電器開關輸入接口；各種按鍵控制面板包括LED顯示面板都已具有DALI接口，另外還可以將DSI轉換到DALI或從1～10V轉換到DALI以及與PC機通信的RS232與DALI的轉換控制器。這將使DALI的應用越來越廣，控制器從最小的一間辦公室擴大到多個房間的辦公大樓，從單個商店擴大到大的賓館。

3 WAGO-I/O-SYSTEM DALI產品性能簡介

德國萬可電子公司提供的DALI燈光場景控制系統專門用于DALI燈光及其他DALI設備的控制，可以提供亮度、燈光場景組合等控制效果，并且可以根據用戶的其他要求，在該控制系統中增加其他控制功能。

WAGO 750－641是DALI熒光燈調光控制器，相當于是一個網關（gateway），通過它可以將多段DALI子系統連接成一個規模較大的燈光控制系統，這個控制系統的主干網可以運行比DALI更高一級的協議，如以太網協議等。

圖2 WAGO DALI系統圖

WAGO的DALI控制系統還可以將DALI控制、0～10V調光控制、繼電器燈光回路控制等融于一體，對整個建筑物及局部區域燈光進行控制，從而更進一步的達到照明節能的效果。

同時WAGO的DALI控制系統還可以接入樓宇智能控制系統中，或者多個DALI控制系統形成網絡進行控制。

圖3 DALI實物圖

3.1 WAGO-I/O-SYSTEM DALI特點介紹

·每個DALI控制器可以連接1～5個DALI主站；

·每個DALI主站可以連接最多64個DALI從站設備；

·每個DALI主站最少可以提供4個場景開關選擇，可以根據用戶需要增加；

·可以增加Enocean無線開關場景選擇方式；

·場景開關也可以選用液晶觸摸屏代替，選用液晶觸摸屏，用戶可以根據自己的實際需求設置、存儲1～16組場景；

·每個DALI控制器預留與樓宇智能控制系統或其他控制器組網通訊的擴展功能；

· DALI控制器還可以增加對其他設備的控制功能，如對窗簾步進電機的控制等；

·每個DALI控制器最少預存4個場景，并且可以根據用戶需求增加或改變場景；

·提供集成的控制箱及簡單快捷的接線方式；

·僅需接入電源和DALI設備，即可實現控制功能，不需要其他任何設置；

· DALI控制器與場景開關（或觸摸屏）分離安裝，增強了房間的美觀性；

·可以將傳統的0～10V調光控制、繼電器回路控制等接入控制系統，形成統一控制；

·多個控制器形成的網絡控制系統，可以對整個建筑物形成整體或區域燈光控制，并可以選擇集中或區域本地控制等功能。

3.2 WAGO-I/O-SYSTEM DALI優點介紹

（1）高可靠性

系統采用了“分布式控制”的概念，既便于照明系統的中央監控，又避免了“中央集中式照明控制系統”可靠性差的致命弱點。由于采用預置信息“分布式控制”，當系統中某個模塊出現故障，只是與該模塊相關的功能失效，而不影響網絡其它模塊正常運行。從維護的觀點來看，這種“分布式控制”的概念，既有利于快速故障定位，又提高了大型照明控制系統的“容錯”水平。同時，由于采用高性能的開關器件，周密的電路保護措施使該產品即使在最惡劣的環境下都具有極高的可靠性。

（2）可觀的“節能”和“延長燈具壽命”效果

系統能對場地所有燈光根據需要預先設置，實現自動合理的能源管理功能。燈具損壞的致命原因是電網過電壓，電子產品對電網沖擊電壓和浪涌電壓的成功抑制和補償以及軟啟動和軟關閉技術的引入使燈具壽命延長，對昂貴燈具以及難安裝區域的燈具有特殊意義。由此可知，“節能”和“節燈”對減輕供電壓力，降低用戶運行費用，實現照明管理智能化都具有極大的經濟意義。下圖是調光的系統控制原理圖。

圖4 調光示意圖

（3）安裝簡便，操作直觀

電氣維修工程師僅需接受簡單的培訓，就能很快管理大型照明系統，并取代原有空氣開關或其它開關和保險絲，用操作直觀的控制面板取代原有手動開關，兩者之間可用價格低廉的數據總線實行低壓控制連接，改變了原有手動開關需接入強電線路的傳統設計方法，既安全又能簡化布線工程，而且系統的重組和今后的維護十分方便。

（4）網絡控制，便于管理升級

智能照明系統是基于網絡，利用網絡實現遠程控制、集中控制、無線遙控、電腦控制、定時控制、網絡控制等多種控制方式，并提供燈光軟啟、調光、亮度記憶、場景記憶等智能化操作和管理。

4 應用

4.1 控制功能

在杭州某四星級賓館智能樓宇控制系統設計中，選用了WAGO的IPC 以及 WAGO 750 系列產品，其控制系統可以完成以下功能：

·場景的預設、調用：通過燈光營造現場多種不同需求的動態場景氣氛；

·調光：根據用戶的個人要求、現場的需要設置個性化燈光效果；

·日照補償：在固定照度的條件下，利用自然光調高調低現場燈光，達到節能的目的；

·紅外、來人感應亮燈：燈光智能化的體現，適用于走廊、過道、入門場景；

·時間控制：通過預設時間開關、燈光燈光遙控；

具體功能可以做到如下：

1）自動開燈功能

當客戶打開房門，鑰匙燈立刻點亮，指導客戶插卡取電。當客戶插卡取電后，就進入了回家模式，根據情況和設定可以得到想要的燈光和電器的組合場景等。

同樣，利用運動檢測傳感器可以檢測房間內有無人，從而自動決定是否房間需要照明，一旦檢測到房間有人，自動接通照明裝置；人一旦離開房間在一定預先設定好的時間后（如5min），自動關閉照明，并可實現房間恒亮（照）度照明（如在有陽光的情況下，自動降低電照明的發光程度），也可以實現手動調光控制。

2）場景功能

只要輕按一個鍵，就可以得到想要的燈光和電器的組合場景，如回家模式、離家模式、會客模式、就餐模式、影院模式、夫妻夜話、夜起模式等。

以標準間為例，作為一個客人集中（唯一）活動的場所，一般配有吊燈、射燈、壁燈、筒燈等，可以用不同的燈光相互搭配產生不同的照明效果，如休閑、娛樂、電視、會客等場景模式供隨時選用。

例如：

設定會客模式為吊燈亮80%、壁燈亮60%、筒燈亮80%；

看電視場景為吊燈亮20%、壁燈亮40%、筒燈亮10%；

因為采用了調光控制，燈光的照度可以有一個漸變的過程，通過遙控器或通過面板的現場控制，可以隨心所欲地變換場景，營造一種溫馨、浪漫、幽雅的燈光環境。

3）燈光軟啟

開燈時，燈光緩緩的亮起，關燈時，燈光緩緩的熄滅，消除了光線驟變對眼睛的刺激，既保護眼睛，也減小電流對燈絲溫度的沖擊，延長了燈具的使用壽命，保護燈泡。

4）亮度調節

可以任意調節燈光的亮度，從而配合各種家庭場景設置，為客戶營造出更多更加溫馨和浪漫的場景氛圍。

5）記憶功能

電腦(或PLC)會自動記憶前一次開燈時設置的燈光效果，讓智能照明系統的操作更具人性化。

6）安全功能

在房間中的運動檢測傳感器，除了感知客人的進入，還可以感知未經過授權的人的進入。同時在控制臺，可以看到是否有人員在房內活動，做到安全防范。

4.2 控制系統圖

酒店標準間控制方案是將走道燈、床頭燈等需要控制的燈光全部接入到DALI系統，再將控制開關如插卡開關、門鈴信號、開燈信號等接入遠程I/O的開關量輸入點，也可將溫度調節器的模擬信號接入遠程I/O的模擬量的輸入點?？照{溫度控制可以由遠程I/O的開關量輸出點或模擬輸出點完成。

圖5是酒店標準間的控制系統圖，圖6為總線控制系統簡圖，可以根據要求增加和修改控制點。

對于整體，DALI 總線拓撲結構是不確定的，可以構成線型、樹型、星型或混合型。在酒店中可以采取任何形式的結構，具體采用哪種形式或是多種并存根據客房的分布設計。圖7給出系統拓撲圖。

5 結束語

隨著人們生活質量的提高和環境的改變，在未來的生活中，引入人類行為學、心理學的研究成果，在自動控制、計算機和通訊技術的基礎之上，按照人類行為心理需要，將生活中的各種功能系統，通過自動化產品，與外界相連通的集控制、監測、管理與交流于一體的居家智能化住房必定會很快進入平民百姓家。

圖5 酒店標準間控制系統圖

圖6 總線控制系統簡圖

圖7 DALI系統拓撲圖

[1] WAGO-I/O-SYSTEM IP20模塊化現場總線產品目錄[DB/OL]. 天津：萬可電子，2006.

[2] WAGO-I/O-SYSTEM 750－641手冊[DB/OL].天津：萬可電子，2006.