№4 / 2019 / статья 5

Управляемый свет интернета вещей: Philips и протокол DALI 2.0

Виктор Чистяков (г. Малоярославец)

Маркировка новых LED-драйверов Xitanium аббревиатурой ”SR” свидетельствует об их работе по интерфейсу SR, разработанному на основе протокола DALI, и, как следствие, об их готовности к работе в составе смарт-сетей и умных технологических решений.

В настоящее время на рынке присутствует несколько стандартных протоколов управления освещением, а современные осветительные приборы обладают разнообразными функциональными возможностями, обеспечиваемыми за счет регулировки источников света по целому ряду параметров, в зависимости от внешних условий. Компания Philips разрабатывает различные компоненты и системы освещения с использованием технологий DALI.

История создания стандарта DALI

Работы по проектированию DALI (адресуемого цифрового интерфейса для систем освещения) начались в 1998 году, а уже в 1999 году появились первые устройства на базе нового управляющего интерфейса.

В качестве международного стандарта DALI был принят Международной Электротехнической Комиссией (МЭК или IEC) в 2002 году как IEC 60929, приложение «Е» (Annex E “Control Interface For Controllable Ballasts”). Стандарт быстро приобрел популярность и впоследствии был дополнен IEC 62386. В 2011 году доля устройств с поддержкой DALI на рынке Европы приблизилась к 55%.

Над совершенствованием нового стандарта работало сообщество известных производителей (Activity Group), включая компании Osram, Panasonic, Siemens, Helvar. В 2017 году Activity Group DALI была переименована в Digital Illumination Interface Alliance (DiiA). Сегодня DiiA занимается сертификацией и тестированием новой продукции, а также расширяет рамки применения протокола DALI-2, который регламентируется второй версией стандарта IEC 62386, впервые представленной в конце 2014 года. В настоящее время ассоциация учредителей МЭК продолжает развитие этого стандарта, и среди членов альянса DiiA – открытого глобального консорциума компаний, который стремится расширить рынок для применения решений по управлению освещением на основе технологии DALI – появляются новые участники

От DALI к DALI-2

Изначально технология DALI создавалась для управления ПРА (пуско-регулирующей аппаратурой) или электронными балластами люминесцентных ламп, а также с целью замены распространенного аналогового метода регулировки яркости управляющим сигналом в диапазоне 0…10 В.

Компания Philips выпускает широкий ассортимент светодиодных (LED) драйверов семейства Xitanium, которые предназначены для работы со светильниками внутреннего и наружного освещения промышленного, офисного и бытового назначения с поддержкой постоянного уровня освещенности и возможностью затемнения светового потока (dimming).

В отличие от аналоговых систем и благодаря большой амплитуде полезного сигнала на цифровую управляющую шину DALI не оказывают существенного влияния электромагнитные помехи из электрической сети 220 В, что важно для точного поддержания требуемых параметров освещенности.

Стандарт DALI предоставляет возможность индивидуальной адресации и настройки отдельных светильников на общей шине. Кроме  того, устройства DALI могут быть запрограммированы для группового использования. Таким образом обеспечивается превосходная гибкость управления системами освещения, которые могут конфигурироваться программно, не требуя проводных переключений. Используемые функции освещения в отдельных помещениях могут быть программно заархивированы с тем, чтобы можно было быстро настроить и оптимизировать освещение в другом помещении.

С цифровой шиной DALI не требуется дополнительных реле для включения светильников, что делает систему освещения экономически более выгодной. Устройства в сети DALI делятся на контроллеры (ведущие, или Master) и подчиненные (ведомые, или Slave) узлы. Контроллеры инициируют обмен по сети, а ведомые узлы лишь отвечают на запросы контроллеров. Одновременно можно подключать к шине до 64 ведомых устройств, таких как балласты, драйверы. Сеть может быть мультимастерной – с несколькими контроллерами.

Цифровая природа DALI и двунаправленная коммуникация позволяют устройствам сообщать о возникающем сбое или передавать контроллеру затребованный статус состояния и другую информацию. Контроллер на шине DALI использует три типа адресации: широковещательную, групповую и индивидуальную.

DALI не предъявляет особых требований к используемым кабелям. Не требуется даже соблюдения полярности для двух подключаемых проводов, так как на входе всех шинных устройств установлен выпрямительный мост. Двухпроводную шину DALI можно прокладывать рядом с силовыми кабелями и даже внутри 5-проводного силового кабеля 220 В. Устройства DALI гальванически развязаны между собой, поэтому могут запитываться от разных фаз сети.

Топология сети DALI может быть любой, даже смешанной, но без «кольца», не требуется установки терминаторов на концах линий. В качестве автономной системы освещения в одной линии DALI могут работать до 64 независимых устройств. Количество адресов в системе можно увеличить до 12800, используя для этого роутеры DALI (объединив вместе до 200 шин DALI). Шина DALI может быть использована в качестве составной части системы умного дома, подключаемого к ней через шлюзы DALI.

На рисунке 1 представлен драйвер Philips семейства Xitanium для использования со светодиодными светильниками внутри помещения. Эти выполненные в компактном корпусе модели отличаются высоким качеством в сочетании с рядом дополнительных функций, включая встроенный активный корректор коэффициента мощности (ККМ), возможность программирования выходного тока и освещенности по протоколу DALI. Предусмотрена гальваническая изоляция «вход-выход», защита от короткого замыкания, перегрузки, обрыва в цепи нагрузки.

Рис. 1. LED-драйвер Philips Xitanium 36W/m 0.3-1.05A 54V TD 230V

Рис. 1. LED-драйвер Philips Xitanium 36W/m 0.3-1.05A 54V TD 230V

После всех изменений, которые протокол DALI претерпел с момента своего появления на рынке, новый вариант – DALI-2, –  был призван восполнить имеющиеся пробелы первой версии. В ноябре 2014 года была опубликована новая версия стандарта IEC 62386 (DALI-2). Прежний стандарт был пересмотрен с целью упрощения применения интерфейса и включения ряда новых команд и функций. Но самое главное отличие DALI-2 состоит в стандартизации выпускаемых на рынок контроллеров и управляющих устройств, в том числе различных регуляторов, выключателей, датчиков присутствия и освещенности.

Среди множества улучшений и дополнений в DALI-2:

  • была улучшена совместимость устройств;
  • были уточнены и усовершенствованы технические спецификации стандарта (IEC 62386);
  • процедуры испытаний стали более тщательными;
  • дополнительные функции были удалены или перемещены в отдельные части стандарта;
  • впервые были стандартизованы устройства управления.

Сертификат DALI-2, в сравнении с первой версией DALI, гарантирует значительно улучшенную совместимость продуктов от разных поставщиков. Вместе с тем сохраняется и определенная обратная совместимость изделий DALI-2 с DALI.

Важным дополнением в DALI-2 стал контроль состояния устройств (включая контроллеры приложений и входные устройства), чего не было в оригинальной версии IEC 62386. В новой расширенной редакции стандарта DALI-2 также описаны устройства управления, например, панели и датчики. Со временем разделы стандарта DALI-2 обновляются и дополняются.

Для гарантии соответствия стандарту производимых изделий DALI-2 реализован процесс фирменного лицензирования. Таким образом заказчики смогут легко подобрать подходящие под свой проект изделия DALI-2 на главном сервере лицензирования DALI и убедиться в том, что изделия прошли тест на совместимость с DALI-2, и его результаты централизованно подтверждены.

Для решения предопределенных задач проекта в системе заказчика могут быть задействованы устройства в самых разных комбинациях: датчики присутствия и освещенности, релейные модули DALI, роутеры DALI, блоки питания DALI, кнопочные интерфейсы и прочее.

Полностью программируемые драйверы Philips Xitanium поддерживают все варианты регулировки яркости света и силы тока. Надежность системы значительно повышается при интеллектуальном мониторинге температуры светодиодного источника света. Разнообразие моделей в семействе обеспечивает максимальную гибкость в настройке рабочих параметров, что позволяет добиваться оптимальной эксплуатации в каждом отдельном случае. При замечательной работоспособности светодиодные драйверы Xitanium поддерживают постоянный выходной ток и значительно снижают затраты на электроэнергию.

Основные спецификации протокола DALI

Для передачи двоичных данных в DALI используют помехоустойчивый манчестерский код, в котором нули и единицы определяются по наличию падающего или растущего фронта импульса (рисунок 2), что позволяет на принимающей стороне однозначно определять начало и конец передаваемого бита без использования сигнала синхронизации.

Рис. 2. Принцип манчестерского кодирования

Рис. 2. Принцип манчестерского кодирования

Контроллеры посылают ведомым узлам на шине сообщения, оформленные в виде кадров. Каждый из них включает стартовый бит, байт адреса и байт данных (это может быть и команда) и, в завершение, два стоповых бита. В спецификации DALI2 дополнительно определен еще и 3-байтный кадр. Ответный кадр контроллеру состоит из стартового бита, байта данных и двух стоповых битов.

Крайне важным для успешной передачи данных физическим параметром является падение напряжения на линии между передающим и приемными устройствами DALI. Передача данных возможна лишь при падении напряжения по всей линии не более чем на 2 В. С этим ограничением связаны имеющиеся требования к максимальной длине и сечению кабелей, используемых для шины DALI. Для проводов сечением 1,5 мм²максимальная длина кабеля равняется 300 м, для проводов сечением 0,75 мм² максимальная длина сокращается до 100…150 м, а для 0,5 мм² – до 100 м. Также нужно учитывать сопротивление контактов.

Другим важным параметром является длительность падающего и растущего фронтов импульса при смене логических «0» и «1». На рисунке 3 показаны допустимые амплитуды логических уровней и длительности фронта и импульсов. Эти значения должны выдерживаться при любых типах и сечениях кабеля, а также во всех возможных температурных диапазонах работы системы DALI.

Рис. 3. Форма и основные параметры сигналов DALI

Рис. 3. Форма и основные параметры сигналов DALI

Источник питания для шины DALI может быть отдельным или встроенным в контроллер, он обычно рассчитан на максимальный ток 250 мА. Каждое подключенное к шине устройство не должно потреблять более 2 мА.

Сеть на базе шины DALI не имеет центрального процессора, то есть, она децентрализованная. Такая организация позволяет подключать в эту сеть любые устройства DALI. Такие устройства, как правило, имеют встроенную энергонезависимую память, что позволяет хранить различную информацию. В первую очередь это адрес устройства, информация об устройстве и состоянии подключенных к нему светильников, и целые наборы команд, именуемые также сценариями. Есть команды световых сцен. Их выполняют те устройства, у которых в памяти записан код посылаемой сцены.

DALI SR на базе DALI-2 как платформа к IoT

Очередной инновационной волной от альянса DiiA стала технология с аббревиатурой SR (Sensor Ready), способствующая дальнейшей эволюции DALI и его интеграции со сферой интернета вещей (IoT). Маркировка устройств DALI буквами ”SR”, свидетельствует о подготовке их к работе в составе смарт-сетей и умных технологических решений.

Интерфейс SR основан на архитектуре DALI. Новые спецификации, описывающие DALI совместно с SR, были недавно доработаны членами DiiA. Они позволяют использовать интеллектуальные драйверы для управления светодиодными светильниками, предоставляют статистику по работе, позволяют вести диагностику и учет. DALI SR также облегчает добавление в светильники датчиков и сетевых контроллеров освещения. DALI SR упрощает проектирование и обслуживание приборов освещения в составе сложных интеллектуальных систем для зданий и сооружений различного назначения.

Датчик с маркировкой SR, подключаемый к драйверу, имеющему сертификат SR, не требует отдельного источника питания. В семействах SR выпускаются сенсорные диммеры, выключатели и другие приборы с датчиками контроля касания, движения, ИК-излучения и прочих физических параметров. Отдельные датчики работают с беспроводными интерфейсами Bluetooth и Zigbee.

На рисунке 4 представлен миниатюрный пассивный инфракрасный (PIR) датчик присутствия EBMHS-IP-SR. Он способен обеспечивать автоматическое управление драйверами Philips Xitanium SR LED для уличных светильников и предоставляет дополнительное ручное управление через ИК-излучатель смартфона.

Рис. 4. Миниатюрный инфракрасный датчик EBMHS-IP-SR

Рис. 4. Миниатюрный инфракрасный датчик EBMHS-IP-SR

Таблица 1. Драйверы с поддержкой SR

Драйвер Изоляция Vвых, В Vвыхмакс, В
Xitanium 100W 0.25-0.7A 220V SR 230V 50…220 250
Xitanium 60W 0.08-0.35A 220V SR 230V 50…220 250
Xitanium 60W 0.08-0.35A 300V SR 230V 100…300 300
Xitanium 35W 0.08-0.35A 150V SR 230V 50…150 180
Xitanium 75W 0.7-2.0A 54V SR 230V + 27…54 60
Xitanium 36W 0.3-1A_54V SR 230V + 27…54 60

Все новые драйверы Philips SR (таблица 1) выполнены в корпусе размерами 360x30x21 мм. Они работают в расширенном диапазоне температур -40…60˚C. Высокая надежность подтверждается пятилетним сроком гарантии и длительным сроком службы – 100000 часов.

Благодаря интеграции источников питания для датчиков, измерителей энергии и систем диагностики внутри светильников (вместо размещения снаружи, как ранее) интерфейс SR упрощает проектирование, изготовление и установку системы освещения. Переход к беспроводному управлению позволяет минимизировать проводные соединения в системах освещения.

SR позволит поддерживать двустороннюю связь с IoT и световыми приложениями нового поколения. Протокол SR, как и DALI ранее, подстегнет новую волну инноваций и процветания отрасли.

Заключение

Интерфейс DALI оказался удачным решением для систем освещения, и в настоящее время поддерживается большинством известных производителей светотехнического оборудования и контроллеров. Теперь, благодаря сертификации устройств в формате DALI-2, повысилась надежность и значительно расширились возможности технологических решений в инфраструктуре освещения. DALI позволил решить реальные проблемы безопасности, связанные со скачками напряжения, кабельными соединениями и изоляцией светильников.

Литература

  1. DALI-2 versus DALI version-1
  2. Peter Duine. Sensor-Ready (SR) driving the (r)evolution of DALI into the IoT
  3. Драйверы «SensorReady»: Xitanium SR Открытый интерфейс для сетевых систем освещения
  4. Д.В. Сасс. Системы освещения с возможностью регулирования светового потока
  5. Диммируемые драйверы с поддержкой технологий DALI и PUSH
  6. Юрий Широков. Стандарты управления освещением. СТА №3/2014

Наши информационные каналы

О компании PHILIPS

Royal Philips – голландская компания с головным офисом в Нидерландах. Компания выпускает широкий спектр потребительских инновационных товаров в различных направлениях: Световые решения, Потребительские товары, Здравоохранение. В компании работает около 114000 сотрудников, а продажи продукции осуществляются в более чем 100 странах мира. На сегодняшний день история компании составляет уже более 120 лет. Компания занимает лидирующие позиции в современных энергоэффективных системах осв ...читать далее