Диммируемые драйверы с поддержкой технологий DALI и PUSH

Введение.

Данный материал посвящен краткому описанию технологии DALI и основным принципам построения сетей на основе этой технологии. Статья, в первую очередь, предназначена для первого знакомства с технологией и должна помочь получить опыт первого применения устройств и сетей на основе DALI.

Для читателей с опытом применения DALI от компании Аргос-Электрон хочу сообщить, что светодиодные драйверы нашего производства полностью соответствуют стандарту IEC 62386 часть 207, включая технологии самодиагностики. Это утверждение означает, что наше оборудование полностью совместимо с оборудованием всех известных производителей, имеющих сертификаты DALI. В этой статье вы не найдёте информации, противоречащей указанному стандарту (или других его разделов). А также наши приборы поддерживают стандарт PUSH (управление драйверами подачей сетевого напряжения на управляющие клеммы).

Общая информация о стандарте DALI.

DALI (Digital Addressable Lighting Interface) – цифровой адресный интерфейс, предназначенный для управления системами освещения более гибко, чем аналоговый интерфейс 1-10В. Если кратко, то интерфейс DALI позволяет: управлять всеми светильниками одновременно (как и в 1-10), индивидуально каждым светильником, группами светильников, вызывать сцены освещения, хранить в контроллерах светильников индивидуальные настройки, получать данные о работе светильников. При этом интерфейс использует всего два проводника без соблюдения полярности, которые могут объединять устройства в любой последовательности архитектурами «звезда», «шина» и смешанными. Достаточно высокая помехозащищённость интерфейса позволяет прокладывать коммуникации интерфейса с использованием управляющих жил в кабелях питания. Сам стандарт является открытым (т.е. документация доступна всем), что позволяет всем желающим производителям изготавливать устройства с технологией DALI. Стандарт имеет единое трактование – все устройства, поддерживающие стандарт DALI, совместимы между собой вне зависимости от производителя, страны изготовителя и т.п. Устройства, поддерживающие технологию DALI, как правило имеют в маркировке слово DALI; эмблема в виде слова DALI в овале означает, что устройство сертифицировано на соответствие стандарту в аккредитованной лаборатории.

лого DALI.png

Официальный логотип DALI (может быть размещён только на сертифицированном оборудовании)

Конструктивно интерфейс DALI представляет собой два проводника, соединяющие все устройства параллельно. Шина DALI должна быть обеспечена питанием от специального источника питания. Источник питания постоянного тока должен питать линию напряжением 11,5 – 20,5 Вольт, типовое значение 16 Вольт. Основная особенность этого источника питания – это наличие ограничения тока, порог ограничения не может быть более 250 мА. Все устройства, имеющие свое питание (например LED драйверы), могут потреблять от линии не более 2 мА; остальные устройства могут потреблять больше (полностью питаться от линии). 

Уровни напряжений в линии управления DALI.png

Уровни напряжений в линии управления DALI при различных логических состояниях. 

Информация по шине DALI передается импульсами, для которых определены логические состояния: «высокий уровень» (или «1») соответствует уровень напряжения от 9,5 до 22,5 вольт и низкий уровень (или «0») — от -6,5 до 6,5 Вольт. На рисунке вы можете видеть зону неопределённых значений (от 6,5 до 9,5 Вольт): если напряжение высокого или низкого уровня в какой-либо точке линии попадает в эту зону, сеть считается неисправной.  При передаче «нуля» передатчик закорачивает линию и пропускает через себя весь ток источника питания, суммарное сопротивление шины и ключа передатчика должно быть достаточно маленьким, чтобы напряжение на всём протяжении линии при этом было менее 6,5 вольт. При передаче «единицы» передатчик не нагружает линию. Между двумя самыми удалёнными точками сети не допускается падение напряжения более 2 вольт (напряжение в линии в любой точке не должно выходить за пределы интервала -6,5 – 22,5 Вольта). Так же присутствуют ограничения на длину фронтов импульсов. Всё это накладывает определённые требования на протяженность сети и тип провода, которым она выполнена. Стандарт рекомендует ориентироваться на следующую таблицу:

Длина линии Сечение медных жил кабеля
До 100 метров Не менее 0,5 мм2
От 100 до 150 метров Не менее 0,75 мм2
От 150 до 300 метров Не менее 1,5 мм2

Нетрудно посчитать, что при протяженности линии в 300 метров медного провода сечением 1,5 мм2 и токе в линии 0,25 ампера, падение напряжения в линии составит 1,9 вольта, а это не превышает граничные 2 вольта. Учитывая, что не все источники питания линии делают на максимальный регламентируемый ток 250 мА, мы можем несколько более гибко использовать шину. Если ток в линии будет ограничен на уровне 90 мА, то для него условие потери не более 2 вольт выполнится уже на линии протяжённостью не 300 метров, а 850 метров (проводом 1,5 мм2). Если в линии будут выполняться требования по длинам фронтов импульсов, то система будет работать и на такой дистанции. Для того, чтобы обеспечить гарантированно стабильную работу системы, используйте рекомендованные параметры линии и не превышайте дистанцию 300 метров. Для больших дистанций применяйте повторители сигнала (репитеры).

Форма импульсов в линии при передаче данных.png

Форма импульсов в линии при передаче данных.

Эффективная скорость передачи информации по шине составляет 1200 бит в секунду. Передача осуществляется в манчестерской кодировке, из-за чего реально в шине могут присутствовать скорости до 2400 импульсов в секунду (длительность импульса около 420 мкс). Фронты импульсов не должны быть длиннее 100 мкс.

Назначение выводов светодиодного драйвера с интерфейсом DALI.png

Назначение выводов светодиодного драйвера с интерфейсом DALI.

Разработчики стандарта, как вариант, предлагают для прокладки шины DALI применять пятижильный кабель, в котором часть жил использовать для питания светильников (PE, N, L) и ещё две жилы – как интерфейс DALI, с такими цветами жил для популярного кабеля: PE желто-зеленый, N синий, L коричневый, DA1 и DA2 белый и черный. Для защиты от ошибок монтажа стандарт рекомендует входные цепи устройств DALI исполнять устойчивыми к подаче сетевого напряжения. Драйверы Аргос-Электрон устойчивы к подаче сетевого напряжения на вход DALI, однако будьте внимательны – не все следуют этой рекомендации.  

Функционал технологии DALI.

В сетях DALI все устройства (кроме блока питания шины) можно разделить на два класса: устройства, которые генерируют команды управления (master), и устройства, выполняющие команды (slave). Подчинённые устройства в сети могут быть светильниками на основе ламп накаливания, люминесцентными, LED светильниками, преобразователями DALI/1-10, тиристорными диммерами и т.д. Большинство функций различных видов светильников схожи, а это означает, что в одной сети могут успешно работать источники света совершенно различных типов, и они буду совместно управляться по интерфейсу DALI.

Сейчас мы поговорим о LED драйверах. В составе LED светильника с DALI есть драйвер, в памяти которого можно хранить некоторые настройки работы светильника. Эти настройки можно изменить при помощи специального устройства в сети (обычно это преобразователь USB-DALI и компьютер). Как правило, при завершении монтажных работ системы освещения инженер-инсталлятор проводит настройку сети DALI и записывает настройки в драйверы, но перенастройка сети может быть произведена в любое время при эксплуатации системы. Вот примерный перечень возможных настроек:

- адрес устройства (позволяет обращаться к устройствам индивидуально);

- принадлежность устройства к группе (устройство может входить в любое количество групп с номерами от 0 до 15);

- яркость светильника в сцене (устройство может помнить свою яркость в любом количестве сцен с номерами от 0 до 15);

- минимальный и максимальный уровень яркости по шкале от 0 до 254 (позволяет добиться желаемой световой картины при всех уровнях яркости);

- уровень яркости при аварии сети DALI (уровень яркости при отсутствии питания шины);

- уровень яркости при включении (при наличии питания на шине);

- скорость изменения яркости при управлении;

- зависимость фактической яркости от кода яркости (линейная или экспоненциальная);

- настройки режимов самодиагностики.

В сети DALI команды могут быть адресованы не всем. Селективное управление может быть использовано диммерами и панелями управления с такими типами команд, как: широковещательные (т.е. всем); адресные (выполняются индивидуально); групповые (адресованы группе). Но есть и более тонкие инструменты управления, позволяющие разделить светильники по типам и т.п.

Управляющее устройство (диммер) в сети DALI может:

- управлять яркостью по шкале от 0 до 254 (широковещательно, группами, индивидуально);

- вызывать сцены освещения (ранее настроенные яркости светильников);

- включать и выключать светильники;

- запрашивать состояние светильника.

Стандарт DALI разрабатывается уже два десятка лет и до сих пор дополняется новыми функциями и типами устройств (уже эксплуатируются устройства стандарта DALI2 с расширенным набором функций). Стандартами описаны многие управляющие и исполняющие устройства. Но на данный момент всё ещё в разработке стандарты на некоторые типы датчиков и контроллеров.

Скажем несколько слов про управляющие устройства. Простейшее из них – это панель управления (человеко-машинный интерфейс) и датчики (например, присутствия или освещенности). Она может заключать в себе всего одну кнопку с одной функцией или целую группу органов управления и функций по управлению освещением (яркость, сцены и т.п.). Такие устройства чаще всего питаются от шины DALI и могут потреблять значительные токи (20 мА, например), что всегда нужно учитывать. Эти устройства не имеют адреса, не выполняют команды, а передают команды в момент управления ими человеком или согласно алгоритму действия. Количество таких устройств ограничено только энергопотреблением.

Сетью DALI может управлять программируемый контроллер или система на базе ПК, или сеть может быть подключена и к другим сетям управления, или к целой системе управления зданием (BMS) через конвертеры интерфейсов (и протоколов), например в KNX, LON, Modbus. Такие устройства позволяют не только производить управление, но и обеспечивать контроль технического состояния освещения.

Примеры сетей DALI

Попробуем разобраться с конструированием сетей DALI. Для этого начнём с малого и возьмём несколько светильников и диммер. Например, пять светильников потребляют от шины DALI I=5 х 2 мА = 10 мА и диммер потребляет 30 мА. Устройства управления, питающиеся от шины, имеют особенность кратковременно потреблять несколько больше номинального тока, после перехода шины из «нуля» в «единицу». Для расчётов вы можете: найти рекомендуемые параметры сети от производителя (если есть), измерить всё самим или «перезаложиться» раза в два относительно номинала. Пойдём третьим путём и будем считать, что диммер потребляет 60 мА. Итого общее потребление в сети - не более 70 мА. Выберем блок питания шины с номиналом тока от 70 до 250 мА (это обязательно должен быть блок питания именно для DALI). 

Простейшая сеть DALI.png

Простейшая сеть DALI из светодиодных светильников (на основе ИПС), панелей управления (диммеров), блока питания шины (DALI PS) и преобразователя интерфейса DALI – USB.

Новые драйверы не имеют настроек адреса, групп, сцен и т.д. Поэтому, когда мы соберём схему в нашей минисети, мы сможем управлять яркостью только широковещательно, то есть всеми сразу. Диммер настроим “отправлять команды широковещательно”, и всё должно работать. Не используя средства настройки сети, мы можем только изменять количество светильников и добавлять диммеры, которые будут управлять системой из разных мест. Возможность настраивать сеть позволит решать более сложные задачи.

Для настройки адресов драйверов (а также групп, сцен и остальных параметров) необходим USB-DALI преобразователь и ПК со специальным программным обеспечением (чаще всего поставляется с преобразователем). Все настройки производятся согласно стандарту DALI, и для их осуществления достаточно следовать инструкции к выбранному ПО, здесь драйверы Аргос не имеют особенностей. Драйверы могут быть настроены как уже в составе всей системы освещения, так и отдельно по одному. Но следует обратить внимание, что преобразователь USB-DALI, как правило, не оборудован источником питания шины DALI, и для нормального функционирования обмена по интерфейсу необходимо подключать внешний источник.

Рассмотрим применение групп. Допустим, у нас имеется зрительный зал кинотеатра с зонами освещения: зрители, проходы, сцена, вход. При настройке разобьём светильники на аналогичные группы: 1, 2, 3, 4 соответственно. Установим пять диммеров (на каждую группу по одному) и один общий — теперь между сеансами (например, во время уборки) мы можем задать общий уровень освещения для всего зала, а с началом сеанса отключить группу 1 и 3, а 2 сильно задиммировать. Группу 4 можно оставить на усмотрение персонала, проверяющего билеты, и установить этот диммер непосредственно возле них.

Сцены. В «нашем» кинотеатре все мероприятия периодически и полностью повторяются (уборка, начало сеанса, сеанс и т.д.). Для упрощения управления освещением применим сцены. Это означает, что в светильники мы запишем уровни яркости для всех типовых схем освещения, например сцена №1 «сеанс»: светильники над зрителями и сценой выключены, проходы освещены на 10%; №2 «окончание сеанса»: потолочные светильники 50% (что бы не слепить), проходы 80% и т.д. Если записать в драйверы достаточно большое время изменения яркости (маленькую скорость), то переход между сценами станет очень комфортным и незаметным. Теперь все необходимые манипуляции со светом во время работы выполняются с одной панели переключением 3-х - 5-ти сцен.  А диммер на входе мы оставим всё так же управлять освещением возле него.  

Подобных применений может быть масса, а возможность применения различных датчиков количество вариантов ещё значительно увеличивает.

Самодиагностика в DALI.

Драйвер DALI может отвечать на запрос статуса. На этот запрос возможно несколько различных ответов, например: «ОК», «холостой ход», «короткое замыкание» и т.д. (все ответы имеют однозначный, описанный стандартом числовой код). Эта функция позволяет удалённо производить контроль систем освещения без задействования персонала.

Для более подробной диагностики может быть применён более сложный метод. В этом случае драйверу отдаётся команда «начать автокалибровку». Выполняя эту команду, драйвер будет в течении нескольких минут автоматически менять яркость светильника во всём диапазоне и измерять электрические параметры светодиодного модуля. Измеренные параметры будут записаны как образцовые. В дальнейшем во время работы драйвер будет постоянно сравнивать текущее состояние с образцовым и при отклонении выдаст ошибку. Эта функция позволит отследить частичный выход из строя светодиодной панели (погасло несколько диодов), температурные перегрузки, выход драйвера из строя и прочее. Драйверы Аргос допускают отклонения основных параметров на 10% в каждую сторону, это позволяет не реагировать на изменения параметров светодиодной панели, связанные с изменениями температуры.

В заключение темы хочу обратить внимание на несколько важных аспектов работы сетей DALI.

При проектировании освещения всегда следите, чтобы количество драйверов в одном сегменте сети не превышало 64. Правильно выбирайте сечение проводов и блоки питания шины. Помните, что настройки сети хранятся в драйверах: перестановка светильников местами повлечёт за собой изменение работы освещения; при замене вышедшего из строя светильника новый необходимо настроить; продаваемые на вторичном рынке светильники или светильники, вернувшиеся от клиента, могут иметь такие настройки, что могут показаться вышедшими из строя.

Технология PUSH.

На базе технологии DALI развилась технология PUSH, которая в своей основе родилась и развивалась независимо от DALI, и была перенесена на новую платформу. Поскольку стандарт появился уже после появления подобных систем, не все считают необходимым его выполнять или выполнять полностью. Так, среди семейства этих технологий у различных производителей можно обнаружить массу названий типа: PUSH DIM, SWITCH CONTROL, SWITCH DIM, PUSH BUTTON и т.д. Все эти системы очень похожи, но могут работать немного отлично друг от друга, что может усложнить совместное использование устройств различных производителей. Не все устройства, работающие по подобной технологии, поддерживают DALI. Суть технологии расскажем на основе алгоритма работы нашего драйвера. 

Функциональное назначение выводов светодиодного драйвера при управлении PUSH.png

Функциональное назначение выводов светодиодного драйвера при управлении PUSH.

Управление устройствами осуществляется подачей на клеммы линии управления DALI напряжения питания сети переменного тока 230 Вольт. Для этого применяется коммутирующее устройство типа кнопки или реле, которое и подает на линию управления питание. При кратковременном однократном нажатии на кнопку (см. рисунок) выключенный драйвер включится, а при повторном – выключится снова. Продолжительное нажатие на кнопку приведёт к плавному изменению яркости светильника, повторное нажатие изменит направление регулирования. В процессе эксплуатации системы освещения могут возникать ситуации “рассинхронизации” светильников по причине, например, замены светильников, отключения некоторых светильников от сети и т.п. Для того, чтобы синхронизировать яркости светильников и направления регулирования, необходимо удерживать кнопку нажатой более 30 секунд – светильники установятся в одинаковую яркость. Если дважды коротко нажать на кнопку, яркость, установленная в данный момент, будет записана в память и будет устанавливаться при каждом включении драйвера в сеть.

Эта технология в некоторых случаях не уступает другим технологиям диммирования, но может быть значительно более выгодна экономически. На основе PUSH очень легко сделать систему коридорного освещения с проходными выключателями, но, в отличии от классической, количество выключателей не ограничено. При необходимости группового управления освещением с небольшим количеством групп система 1-10В предложит удобство за сравнительно небольшую стоимость реализации, а PUSH предложит возможность управления из нескольких мест (необходимо учитывать, что стоимость драйверов с DALI обычно выше, чем с 1-10). 

Схема управления группой светильников при помощи PUSH из нескольких мест.png 

Схема управления группой светильников при помощи PUSH из нескольких мест (в однофазной сети вверху и трёхфазной внизу)

Перед подачей сетевого напряжения на линию управления убедитесь, что в ней нет устройств, которые могут выйти из строя (USB-DALI, диммеры, блок питания DALI и т.п.).

Технологии DALI и PUSH настолько тесно связаны, что используют общие ресурсы. Записанная по технологии PUSH в драйвер яркость при включении, фактически является яркостью при аварийном включении DALI (яркость при включении без питания шины) – если драйвер переставить из сети PUSH в сеть DALI, он будет использовать эту настройку. Попытка передать данные DALI в сеть управления PUSH с высокой долей вероятности приведёт к выходу из строя модуля DALI. Поэтому после включения драйвер анализирует активность на линии управления и принимает решение в сети какого типа (DALI или PUSH) он находится и, если это сеть PUSH, на запросы DALI он отвечать не будет. Это означает, что если при наладке сети DALI вы ошибочно подали сетевое напряжение на линию управления (или ещё каким-либо образом получили на линии высокие значения переменного напряжения), то даже после исправления ошибки драйверы не будут отвечать, пока вы их не выключите (минимум на 20 секунд).

В связи с тем, что для PUSH и DALI используются одни и те же узлы и участки схем, вход управления драйвера, используемого в режиме PUSH, довольно чувствителен к помехам, которые могут быть наведены промышленным оборудованием и т.п. Это связано с тем, что, как было описано выше, пороговые уровни сигналов DALI находятся в районе десятка вольт, а линия управления слабо нагружена. В связи с этим мы рекомендуем для линии управления оба провода использовать отдельно от питания драйверов на всей длине линии, минимизировать длины проводов управления, выбирать коммутирующие устройства с минимальным дребезгом контактов. Для повышения помехоустойчивости линии управления предлагаем вам несколько вариантов схем, снижающих уровень помех.

Схема включения RC-фильтра в линию управления PUSH.png

Схема включения RC-фильтра в линию управления PUSH.

Схему RC-фильтра для интерфейса PUSH можно встретить в рекомендациях известных производителей драйверов, и она неплохо себя зарекомендовала. Как вариант улучшения помехозащищённости линии можно попробовать использовать маломощную лампу накаливания (лампочку для холодильника) в линии управления или оба решения одновременно.

Лампа накаливания шунтирует линию управления PUSH.png

Лампа накаливания шунтирует линию управления PUSH.

Заметим, что лампа будет загораться только в момент нажатия кнопки (кратковременно) и может быть размещена в коммутационной коробке или щите.

Необходимо упомянуть, что входы управления светодиодных драйверов нашего производства (и подавляющее большинство устройств других производителей) минимально защищены от импульсных помех электросети, не имеют защит от межфазного напряжения и обеспечены базовой гальванической изоляцией от сети (изоляция от выходных цепей обеспечена на напряжение не менее 2,5 кВ). Это означает, что если вы проектируете систему освещения с технологией PUSH, она будет монтироваться в промышленных помещениях, на улице и в других местах с высоким уровнем помех в сети, мы рекомендуем линию управления отдельно дополнительно защитить устройством УЗИП и реле напряжения. Драйвер остаётся работоспособен при выходе из строя цепей управления в драйвере, но перестаёт управляться.

В статье использовалась информация из Википедии и с официального сайта консорциума DALI. Ответы на часто задаваемые вопросы по работе наших драйверов с технологией DALI можно посмотреть по ссылке.

Адрес страницы www.argos-electron.ru/bitrix/urlrewrite.php
Текст с ошибкой*
Комментарий пользователя