智能照明技术与_数字可寻址照明接口_标准_下_.pdf

33智能照明技术与 数字可寻址照明接口 标准(下)李自力(广东产品质量监督检验研究院，广东 广州510330)Intelligentized Lighting Techniques and Standards forDigital Addressable Lighting InterfaceLi Zili(Guangdong Testing Institute for Product Quality Supervision，Guangdong Guangzhou510330)(续上期)3.4C-Bus 总线C-Bus(Clipsal Bus 的简称)是澳洲奇胜(Clipsal)公司的总线协议。C-Bus 照明管理系统是可编程的照明 管 理 系 统。系 统 中 各 元 件 均 内 置 微 处 理 器(MCU)，并通过一对非屏蔽双绞线(UTP5)作为总线制架构，使系统的各单元可互相联系工作，对室内外照明及其他设施进行控制。采用两线制双绞线，一对线上既提供总线设备工作电源(15 36VDC)，又进行总线设备之间直接通讯，以数据讯号方式来传送、辨识及记忆信息，不需通过中央控制器。C-Bus 的传输协议为 CSMA/CD，通信速率为 916 kb/s，可设置成为线形、星形或树形拓扑结构，但不支持环网结构。子网为基本单位，每个子网最多容纳 100 个单元或者255 个控制回路，最大传输距离为 1 000 m。C-Bus 智能照明控制系统也是适合于高投入的大型高档场合，但它与 EIB 总线、X 10 协议一样没有深入考虑到具体灯具产品的内部层面。因而 C-Bus 也不适合于高质量的家庭和办公智能照明控制。C-Bus 智能照明控制系统典型的应用例子是悉尼奥运会主体育场的照明控制。3.5HBS 总线HBS(Home Bus System，家庭总线系统)总线是由日本一些知名企业包括日立、松下、三菱、东芝等联合提出的，并得到了日本政府和商会的支持。HBS协议规定了如何通过双绞线或同轴电缆实现家庭电器、电话、音频、视频装置的互连，着眼于家用电器的综合自动化。同时，HBS 协议也考虑了如何在家庭内获得远程服务，如在家购物、远程医疗和远程教学等。协议主要用于电器开关量以及简单模拟量的控制，采用专用总线，具有抗干扰强、响应速度快、开发成本及风险较低的特点。该协议主要考虑家庭应用，但与上述协议系统一样，没有深入考虑到具体灯具产品的内部层面，对高质量的智能照明控制来说目前还有很多不足。3.6DALI 数字化可寻址调光接口DALI 是 数 字 可 寻 址 照 明 接 口(DigitalAddressable Lighting Interface)的缩写。DALI 数字化可寻址调光接口最初是专为荧光灯电子镇流器设计的，也就是说是专门为普通照明灯具产品的部件而设计的，因而可置入到普通照明灯具中去。DALI 数字可寻址照明接口得到了国际主要芯片、灯具、镇流器制造商 OSRAM、PHILIPS、TRIDONIC 等的支持，逐渐发展起来，并于 1994 年列入 IEC 60929电子镇流器性能要求 标准。1999 年 PHILIPS 公司对 DALI 协议做了进一步的完善，并在德国汉诺威国际灯展上推出了基于 DALI 的系列产品。DALI 作为 IEC 60929 标准的一部分为照明部件提供通信规则，在欧洲已被各大镇流器厂商所采用。DALI 控制总线可以与智能楼宇控制系统的 EIB 以及场馆、工厂现场等标准总线实现无缝连接，是技术成熟、为业界广泛采用的照明控制技术。DALI 控制总线采用主 从结构，因此，作为从属结构并置入普通照明灯具产品内部的部件可以造价低廉。主控制设备发出调节灯具的控制命令，总线传输控制命令，作为从属装置的独立式控制装置或置入期灯具中的控制装置接收并执行命令。同时当主控制设备发出查询命令时，从属装置通过总线给主控制设备发出本身的状况信息。主控制设备根据从属装置的状况信息发出再操作命令。DALI 控制总线的一个接口最多能接 64 个可寻址的控制装置/设备，并最多能接 16 个可寻址组。通过网络技术可把多个接口互联来控制大量的接口和灯具。其 通 讯 协 议 采 用 异 步 串 行 协 议，信 息 速 率1 200bit/s。前向帧为主控制设备向控制装置或灯具发出的控制命令，是 1 个包括 1 个起动位、1 个 8 位地址的字节、1 个 8 位数据的字节和 2 个停止位的 19位数据;后向帧是从属装置向主控制装置发出的状态信息，是 1 个包括 1 个起动位、1 个 8 位数据的字节和 2 个停止位的 11 位数据。DALI 控制协议从两个方面来保证数据传输的正确性和指令执行的有效性。第一，使用了 Manchester编码格式。在 1 个 bit 的传输时间中点，从高电平向低电平的负跳变表示数据“0”，而从低电平向高电平的正跳变表示数据“1”;Manchester 编码实现了在物理层检验差错功能，节省了信道空间，加快了系统速度。第二，具有后向帧的反馈机制。主控制设备可以知道从属装置是否成功执行指令，系统中有多少灯工作，有何故障等。而 X 10 协议不具备应答功能，只是采用重传 机 制。EIB 和 C-Bus 协 议 采 用 链 路 层CRC 校验机制，会多占用数据位，降低效率。4IEC 62386 数字可寻址照明接口系列标准目前，IEC 62386 数字可寻址照明接口系列标准已发布了 10 个标准，涉及到系统、控制装置、荧光灯控制装置、固定应急照明控制装置、放电灯控制装置、低压卤钨灯控制装置、白炽灯用电源电压控制器、数字信号转变成直流电压控制装置、LED 模 块 控 制 装 置、开 关 功 能 控 制 装置。不久将要发布 3 个标准，涉及到控制设备、颜色控制装置、程序控制装置。下面对已发布的标准作简要分析。4.1IEC 62386 101:2009数字可寻址照明接口第 101 部分:一般要求 系统该标准规定了用于交流或直流电源上的电子照明设备所产生的数字信号的控制协议。其目的是由照明设备所产生的数字信号去控制标准化的控制接口，以期在同一管理架构体系下实现电子控制装置与照明控制设备多厂商之间的协调。标准主要规定了下述接口系统的要求。(1)规定系统采用主 从结构:电子控制装置只工作于从属模式，只能在要求时才传送信息;(2)给出了一些特性规范:1 个接口最多能接 64个可寻址的控制装置/设备，并最多能接 16 个可寻址组;采 用 异 步 起 止 传 输 协 议，信 息 速 率1 200bit/s等;(3)规定了电气要求:电压电流为接口端值;控制输出端标记;控制接口特性;控制输入端的绝缘系统;额定电压信号限值及逻辑关系;额定电流信号限值;信号上升和下降时间限值;(4)规定了接口电源要求:接口电源可独立，也可集成到控制装置/设备中;电源端标记;电源端的绝缘系统;额定电压范围;额定电流限值;时序要求;(5)规定传输协议的结构、时序、操作方法、变量声明、指令定义均引用系列标准中 IEC 62386 102的相应条款。4.2IEC 62386 102:2009数字可寻址照明接口第 102 部分:一般要求 控制装置该标准规定了用于交流或直流供电的电子照明设备所产生的数字信号的控制协议和测试方法。其目的是由照明设备所产生的数字信号去控制标准化的控制接口，以期在同一管理架构体系下实现电子控制装置与照明控制设备多厂商之间的合作。(1)主要规定了接口系统的要求，与第 101 部分相同;(2)详细规定了传输协议的结构;(3)详细规定了信息位、数据帧、帧时序的定时;(4)详细规定了运行方式，包括:对数调光曲线、电弧功率等级及精确度、电源接通、接口故障、最小最大亮度等级、响应时间和速率、出错状态下对指令的反应、灯预热和启动时的运行状态、存储器存取和映射;(5)详细规定了各种变量声明包括变量默认值、重置值、有效范围;(6)详细规定了指令定义包括:电弧功率控制指令、配置指令、查询指令、专用指令;(7)标准中大篇幅地描述了对 IEC 62386 200系列各控制装置的测试程序。李自力:智能照明技术与数字可寻址照明接口 标准(下)354.3IEC 62386 103:20XX 数字可寻址照明接口第 103 部分:一般要求 控制设备该标准是关于系统中主控设备的标准，目前还没发布。不久随着它的出台，也将带出一系列有关主控设备部件的系列标准。4.4IEC 62386 201:2009数字可寻址照明接口第 201 部分:控制装置的特殊要求 荧光灯(设备类型0)该标准所有条款引用了 IEC 62386 101 和 IEC62386 102 相应内容。其中第 10 章变量声明、第11 章指令的定义、第 12 章试验程序 补充了一些内容。另外，标准中没有明确提及的但需注意的几点是:(1)根据荧光灯的特点，可调光电子镇流器设计时需要考虑荧光灯是依靠放电电流来维持灯丝电子粉发射电子所需的正常工作温度的，任何较大的偏离都将严重损害灯管寿命。因此，可调光电子镇流器要么设计成不能较大范围深度调节灯电流(即调光)，要么设计成深度调光时一定要能给灯丝阴极提供辅助加热;(2)从节能角度来说，对于有阴极辅助加热的系统，使灯 管 功 率 下 降 至 2W 以 下 的 调 光 是 得 不 偿失的;(3)荧光灯电子镇流器调光设计一般在输出级层面采用 PWM(脉冲宽度调制)方法，使灯电流工作频率与扼流电感、电容组合的谐振频率产生偏离来实现调光。由于灯电流工作频率发生了较大范围的变化，灯具系统的 EMC 就更难以在全调光范围满足标准要求。因此，与调光联动的 EMC 及功率因数校正IC 模块的研发很重要。4.5IEC 62386 202:2009数字可寻址照明接口第 202 部分:控制装置的特殊要求 固定应急照明(设备类型 1)该标准所有条款引用了 IEC 62386 101 和 IEC62386 102 相应内容。第 3 章术语和定义、第 9章运行方式、第 10 章变量声明、第 11 章指令的定义、第 12 章试验程序 补充了较多内容。另外，标准中第 9 章运行方式 对各种亮度等级作出了很好的定义。4.6IEC 62386 203:2009数字可寻址照明接口第 203 部分:控制装置的特殊要求 放电灯(荧光灯除外)(设备类型 2)该标准所有条款引用了 IEC 62386 101 和 IEC62386 102 相应内容。第 3 章术语和定义、第 9章 运行方式、第 10 章变量声明 补充了少量内容;第 11 章 指令的定义、第 12 章试验程序 补充了较多内容。另外，标准中没有提及的但需注意的几点是:(1)根据 HID 放电灯的特点，可调光电子镇流器设计时需要考虑 HID 放电灯是依靠放电电流来维持灯丝电子粉发射电子所需正常工作温度的，而且它不能像荧光灯那样可提供辅助加热回路，因此，任何较大的灯电流偏离都将严重损害灯管甚至电子镇流器本身的寿命。所以，可调光电子镇流器应设计或由协议程序规定不能较大范围地深度调光;(2)金卤灯的调光设计电子镇流器比不调光的镇流器还更应注意考虑避免声频共振造成灯光闪烁;(3)HID 灯电子镇流器调光设计一般在输出级层面采用 PWM(脉冲宽度调制)方法，使灯电流工作频率与扼流电感、电容组合的谐振频率产生偏离来实现调光。由于灯电流工作频率发生了较大范围的变化，灯具系统的 EMC 就更难以在调光全范围满足标准要求。因此，与调光联动的 EMC 及功率因数校正IC 模块的研发很重要。4.7IEC 62386 204:2009数字可寻址照明接口第 204 部分:控制装置的特殊要求 低压卤钨灯(设备类型 3)该标准所有条款引用了 IEC 62386 101 和 IEC62386 102 相应内容。第 3 章术语和定义、第 9章 运行方式、第 10 章变量声明、第 11 章指令的定义、第 12 章试验程序 补充了较多内容。另外，标准中没有提及的但需注意的几点是:(1)低压卤钨灯的调光电子变压器设计多采用相位斩波法，应注意考虑避免共振造成灯光闪烁;(2)斩波法调光会产生大量的谐波，灯具系统的EMC 就更难以在调光全范围满足标准要求。因此，加强 EMC 设计很重要。4.8IEC 62386 205:2009数字可寻址照明接口第 205 部分:控制装置的特殊要求 白炽灯用电源电压控制器(设备类型 4)该标准所有条款引用了 IEC 62386 101 和 IEC62386 102 相应内容。第 3 章术语和定义、第 9期章运行方式、第 10 章变量声明、第 11 章指令的定义、第 12 章试验程序 补充了较多内容。另外，标准中没有提及的但需注意的是:(1)普通照明应用的白炽灯的调光电子控制器设计多采用相位斩波法，斩波法调光会产生大量的谐波，灯具系统的 EMC 就更难以在调光全范围满足标准要求。因此，加强 EMC 设计很重要。(2)目前全球禁止使用白炽灯的呼声越来越高，白炽灯属于不久将淘汰的产品，不适宜鼓励应用。4.9IEC 62386 206:2009数字可寻址照明接口第 206 部分:控制装置的特殊要求 数字信号转变成直流电压(设备类型 5)该标准是特殊要求，但也可以说是适用于那些内部采用模拟信号调光输入端口和其它模拟信号控制通断的输入端口的各种控制装置的通用标准。4.10IEC 62386 207:2009数字可寻址照明接口第 207 部分:控制装置的特殊要求 LED 模块(设备类型 6)该标准所有条款引用了 IEC 62386 101 和 IEC62386 102 相应内容。第 3 章术语和定义、第 9章运行方式、第 10 章变量声明、第 11 章指令的定义、第 12 章试验程序 补充了较多内容。另外，LED 作为电子器件，其特点非常适合于调光工作。因此，数字可寻址照明接口与 LED 的结合将对LED 的发展及照明产品的更新换代起到有力的促进作用。4.11IEC 62386 208:2009数字可寻址照明接口第 208 部分:控制装置的特殊要求 开关功能(设备类型 7)该标准是关于系统中各种开/关、通/断控制装置的特殊要求，例如某些灯具的机械位置调节控制等。所有条款引用了 IEC 62386 101 和 IEC 62386 102相应内容。第 3 章术语和定义、第 9 章运行方式、第 10 章变量声明、第 11 章 指令的定义、第12 章试验程序 补充了较多内容。4.12IEC 62386 209:2009数字可寻址照明接口第 209 部分:控制装置的特殊要求 颜色控制(设备类型 8)该标准是关于系统中需要进行颜色控制的各种控制装置的特殊要求，目前还没出台。4.13IEC 62386 210:2009数字可寻址照明接口第 210 部分:控制装置的特殊要求 程序装置(设备类型 9)该标准是系统中各种控制装置关于程序的特殊要求，目前还没出台。5结束语由以上 各 种 总 线 协 议 系 统 的 特 点 可 见，除 了DMX512 和 DALI 具体深入到灯具产品内部层面外，其它总线都是只到墙壁的连接器和插座等，没有深入考虑到具体灯具产品的层面。换句话说，没有按各种灯和照明终端产品 灯具的特点进行统一的标准化，也就不可能真正根据各种灯具和光源的特点开拓其功能。一方面，它们只能进行一般的通断控制和对少数类型灯具进行简单的相位斩波调光控制，在普通楼宇办公照明和普通家庭照明的智能化应用中有很大的局限性，也限制了它们进入广大的普通照明市场;另一方面，由于没有深入到具体灯具产品种类的层面，没有按各种照明终端产品 灯具的特点进行统一的标准化，当对很多气体放电灯灯具进行简单的输入电源调节以达到调光目的时，很容易出现灯光闪烁，损坏镇流器、控制器或灯管等，严重的甚至易出安全问题。虽然 DMX512 置入到了灯具产品内，但该系统主要为大型舞台类灯光灯具而设计，同样也不太适合普通楼宇办公照明和普通家庭照明的智能化应用。尽管 DALI 数字化可寻址调光接口已置入到了灯的控制装置或灯具产品中，但一些灯具用 DALI 数字化可寻址调光接口也没有更深入地考虑光源产品特点的层面，还有待改进，或者说标准把这些更深入的问题留给照明企业设计时考虑。但无论如何，作为普通楼宇办公照明和普通家庭照明的智能化、具体置入到灯控制装 置或 灯 具 层 面 的国际统 一 标 准 化 的 标 准:DALI 数字化可寻址调光接口标准是目前唯一的、最具发展前景的高质量的智能照明控制系统。DALI 数字化可寻址调光接口技术与 LED 照明技术的迅猛发展相结合将对照明产品及照明工程技术的更新换代产生巨大的推动作用。