智能照明技術(shù)與《數(shù)字可尋址照明接口》標(biāo)準(zhǔn)![]() ![]() 核心提示:1 前言 燈光及照明控制技術(shù)隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。20世紀(jì)60年代,為了提高控制精度和靈活性而出現(xiàn)的
1 前言
燈光及照明控制技術(shù)隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。20世紀(jì)60年代,為了提高控制精度和靈活性而出現(xiàn)的直接數(shù)字控制技術(shù)(DDC)隨即被應(yīng)用于自動照明控制;20世紀(jì)80年代末期及90年代,隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制系統(tǒng)中發(fā)展應(yīng)用,集散控制(DCS)很快主導(dǎo)工業(yè)控制領(lǐng)域。隨后為了實(shí)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)與控制器、傳感器之間的通信,現(xiàn)場總線的工業(yè)控制技術(shù)很快發(fā)展成為主流技術(shù)?;诂F(xiàn)場總線技術(shù)的智能燈光及照明控制系統(tǒng)是以現(xiàn)場總線為紐帶把單個(gè)分散的燈具或傳感測量裝置聯(lián)接起來,使之相互溝通信息,共同完成局部燈光及照明智能控制任務(wù),并進(jìn)一步結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程或更大范圍的智能燈光及照明控制。智能燈光及照明控制適應(yīng)了燈光及照明控制向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向。
《數(shù)字可尋址照明接口》IEC62386系列國際標(biāo)準(zhǔn)的出臺標(biāo)志著全球智能照明新時(shí)代的開始。智能照明控制技術(shù)與迅猛發(fā)展的LED照明技術(shù)相結(jié)合將對照明產(chǎn)品及照明工程應(yīng)用產(chǎn)生巨大的影響。同時(shí),照明節(jié)能也從光源節(jié)能、燈控制器等部件節(jié)能、燈具節(jié)能發(fā)展到節(jié)能效果更明顯的照明工程智能管理節(jié)能,這對照明行業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生巨大的推動作用。
2 燈光及照明控制分類及控制方式
?。ǎ保艄饧罢彰骺刂浦饕譃槭覂?nèi)外燈光(包括舞臺燈光)控制和室內(nèi)外照明控制兩類。
?。?)燈光及照明控制方式
燈光及照明控制方式主要有傳統(tǒng)燈光及照明控制方式、自動燈光及照明控制方式、智能燈光及照明控制方式。合理和正確地選用控制方式是實(shí)現(xiàn)燈光及照明實(shí)用性、舒適性和藝術(shù)性的有效手段,是節(jié)約能源的有效措施。
1)傳統(tǒng)燈光及照明控制方式
利用供電線路中的手動開關(guān)來人工控制燈光和照明燈具的通斷;利用供電線路中的手動調(diào)節(jié)器人工調(diào)節(jié)并實(shí)現(xiàn)燈光和照明燈具的調(diào)光控制。傳統(tǒng)燈光及照明控制方式相對簡單、直觀。但由于整個(gè)系統(tǒng)的燈具及手動開關(guān)、手動調(diào)節(jié)器比較分散而無法實(shí)現(xiàn)方便和有效的管理。
2)自動燈光及照明控制方式
利用直接數(shù)字控制(DDC)技術(shù)集中控制燈具的開關(guān)和調(diào)節(jié)。一般是由人工操作使控制中心發(fā)出信號,通過直接數(shù)字控制器控制供電線路中執(zhí)行器件的分合,實(shí)現(xiàn)燈具通斷控制和調(diào)節(jié)。自動燈光及照明控制方式解決了傳統(tǒng)控制方式的相對分散和無法方便而有效管理等問題。但是由于采用“點(diǎn)對點(diǎn)”的連線方式,使系統(tǒng)需要有與燈具數(shù)量相當(dāng)?shù)目刂凭€路,因而大量的布線成本使系統(tǒng)難以考慮高質(zhì)量的調(diào)光控制功能。
3)智能燈光及照明控制方式
基于現(xiàn)場總線技術(shù)的智能照明控制技術(shù)可根據(jù)不同區(qū)域的功能或用途、不同的時(shí)間、環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)對燈光及照明設(shè)備集中統(tǒng)一管理與監(jiān)控的功能,并結(jié)合現(xiàn)代照明技術(shù)、照明藝術(shù),科學(xué)的管理照明設(shè)備。
智能照明控制系統(tǒng)可以是樓宇自動化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng),也可以不依賴于樓宇設(shè)備自動管理系統(tǒng)而獨(dú)立運(yùn)行。它不僅可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制和調(diào)光控制,還可以預(yù)設(shè)許多照明場景,并根據(jù)時(shí)間、場所的功能、室內(nèi)外照度自動調(diào)整場景,使得不僅在照明參數(shù)指標(biāo)方面達(dá)到實(shí)用要求,而且還可使人在舒適并富有藝術(shù)氣息的照明環(huán)境里學(xué)習(xí)、工作和生活。
3 室內(nèi)外燈光(包括舞臺燈光)控制系統(tǒng)和室內(nèi)外照明控制系統(tǒng)
(1)室內(nèi)外燈光(包括舞臺燈光)控制系統(tǒng)
室內(nèi)外燈光(包括舞臺燈光)控制特點(diǎn)主要是應(yīng)用于室內(nèi)舞廳、室內(nèi)外文藝晚會、體育盛會開閉幕式等大型活動。例如2008年奧運(yùn)會、2010年上海世博會、2010年廣州亞運(yùn)會都有大量應(yīng)用。其中亞運(yùn)會開閉幕式共使用了2000多臺探照燈、2000多臺電腦燈等專業(yè)燈具及大量的大型LED顯示屏。涉及到珠江兩岸約7km的區(qū)域,打造了全球最大規(guī)模的燈光城市行為藝術(shù)。
舞臺類燈光控制系統(tǒng)特點(diǎn)是控制的燈光燈具數(shù)量多、每臺燈具功能多、變化快。主要控制功能包括開關(guān)、調(diào)光、調(diào)色(機(jī)械式電機(jī)帶動或RGB電子調(diào)色)、激光掃描、搖擺等;變化模式有隔行跳變、跑馬方式、流水方式、漸亮漸暗、簡單符號顯示等多組模式;通過網(wǎng)絡(luò)連接PC端軟件將文字、FLASH動畫、視頻、圖像等媒體信息表現(xiàn)出來。因此,可控節(jié)點(diǎn)多、功能變化多、控制速度快是它的基本要求。相反很多場合對控制準(zhǔn)確度要求并不高,例如探照燈的搖擺角度、調(diào)色色度偏差等問題。另一方面,因?yàn)檎麄€(gè)燈光活動時(shí)間只有幾個(gè)小時(shí),為了達(dá)到視覺沖擊震撼力和藝術(shù)效果而需要燈光時(shí)??焖僮兓?。所以,舞臺類燈光控制一般對節(jié)能不太關(guān)注。
?。?)室內(nèi)外照明控制系統(tǒng)
室內(nèi)外照明控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是要求照明環(huán)境舒適,便于人們的學(xué)習(xí)、工作和生活。因此,它的照明控制特點(diǎn)是控制的照明燈具數(shù)量不多、每臺燈具功能不多、相當(dāng)長時(shí)間不變化。由此,系統(tǒng)可控節(jié)點(diǎn)要求不多(控制燈具多的整棟樓宇智能照明控制一般是通過多個(gè)子網(wǎng)互聯(lián)而解決)、速度要求不高是它的基本特點(diǎn)。同時(shí),對照明實(shí)用性、舒適性要求高,對照明控制的準(zhǔn)確度(如調(diào)光穩(wěn)定要求高),對照明節(jié)能也要求高。
4 智能燈光控制系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)
智能燈光控制和智能照明控制系統(tǒng)的組成方式,主要有總線型、電力線載波型、無線網(wǎng)絡(luò)型等。其典型控制總線協(xié)議主要有:DMX總線、i-bus總線、X-10總線、C-bus總線、HBS總線以及DALI總線等。
?。?)DMX總線
DMX是digital?。恚酰欤簦椋穑欤澹〝?shù)字多路復(fù)用)的英文縮寫。DMX512協(xié)議最先是由USITT(美國劇院技術(shù)協(xié)會)發(fā)展而來的。DMX-512/1990協(xié)議的全稱是《DMX-512/1990?。模椋纾椋簦幔臁。模幔簦帷。裕颍幔睿螅恚椋螅螅椋铮睢。樱簦幔睿洌幔颍洹。疲铮颉。模椋恚恚澹颉。粒睿洹。茫铮睿簦颍铮欤欤澹颍螅ㄕ{(diào)光器與控制臺用數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn))》。它是一種單向傳輸?shù)膮f(xié)議,不具備設(shè)備管理的功能,即只是控制臺發(fā)出指令,調(diào)光器接收并執(zhí)行指令??刂婆_不知各調(diào)光器是否接收到并正確執(zhí)行指令。2000年的修訂版DMA512A已能實(shí)現(xiàn)雙向傳輸,即調(diào)光器可向控制臺反饋?zhàn)约旱牟糠中畔?。DMX512主要用于并基本上主?dǎo)了室內(nèi)外舞臺類燈光控制的大部分市場。當(dāng)然也可以用于室內(nèi)照明,但由于成本及功能等因素,室內(nèi)照明應(yīng)用很少。
DMX512是圍繞工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EIA485屬于接口、電壓、電流等的“電”端的接口設(shè)計(jì)的。數(shù)據(jù)發(fā)送基于一種8位異步串行協(xié)議,帶一個(gè)開始位(低電平)和兩個(gè)停止位(高電平),沒有奇偶校驗(yàn)。因此,一個(gè)數(shù)據(jù)幀有11位元。由于每一位的寬度是4微秒,所以發(fā)送一個(gè)幀需要44微秒的時(shí)間。發(fā)送一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流,則會產(chǎn)生250kb/s的波特率。全數(shù)字DMX512調(diào)光系統(tǒng)基本包括:DMX512數(shù)字信號傳輸協(xié)議、數(shù)字觸發(fā)器、數(shù)字調(diào)光臺、數(shù)字信號解碼處理器。
1)DMX512數(shù)字信號傳輸協(xié)議:以幀為單位,每幀數(shù)據(jù)由同步頭和512個(gè)字節(jié)組成。按串行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收,數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kbit/秒(比室內(nèi)智能照明控制要求快百倍)。DMX512信號的同步頭告訴接收設(shè)備:后面有512個(gè)字節(jié)(byte)的串行數(shù)據(jù)發(fā)送過來,請做好接收準(zhǔn)備工作。對于調(diào)光系統(tǒng)。每一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)表示調(diào)光亮度值。用二位十六進(jìn)制數(shù)表示(從OOH-FFH),其中OOH表示100%,第一個(gè)字節(jié)表示第一路亮度值。第二個(gè)字節(jié)表示第二路亮度值,以此類推第512個(gè)字節(jié)表示第512路亮度值。
?。模停兀担保残盘柕牧硗庖粋€(gè)重要特性是信號差分輸入工作模式。當(dāng)干擾信號同時(shí)加在正信號線和負(fù)信號線上,采用信號差分輸入時(shí),輸出端能濾除這個(gè)類干擾信號,有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。此外,數(shù)據(jù)傳送距離每段可達(dá)1000m.總線尾端應(yīng)接一個(gè)120Ω的電阻,否則可能會失配而發(fā)生數(shù)據(jù)紊亂。
2)數(shù)字觸發(fā)器:有兩種工作方式,一為觸發(fā)導(dǎo)通方式;一為觸發(fā)關(guān)閉方式。觸發(fā)關(guān)閉方式對電力系統(tǒng)的諧波干擾要比觸發(fā)導(dǎo)通方式低。這是近年來研究出來的較為先進(jìn)的觸發(fā)方式。
3)數(shù)字調(diào)光臺:電腦處理系統(tǒng)通過輸入接口將推桿信息(如分控桿、集控桿、總控桿等)。按鍵信息(如記錄場、集控、效果等)收集起來進(jìn)行處理。處理結(jié)果通過輸出接口轉(zhuǎn)化為DMX512信號分別輸出到相應(yīng)的DMX信號輸出口上,同時(shí)在顯示器上顯示出相應(yīng)內(nèi)容。
4)數(shù)字信號解碼處理器:將512個(gè)串行數(shù)據(jù)接收并存入MCU的RAM存儲緩沖區(qū)中。在時(shí)序節(jié)拍的控制下,數(shù)字信號解碼器中的MCU根據(jù)電網(wǎng)的同步信號及RAM存儲緩沖的調(diào)節(jié)亮度數(shù)據(jù),輸出觸發(fā)脈沖控制晶閘管進(jìn)行調(diào)光輸出。
以上是全數(shù)字DMX512調(diào)光系統(tǒng)基本配置。DMX512系統(tǒng)還可采用分布式、模塊化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)控制系統(tǒng),通訊接口采用計(jì)算機(jī)通訊中通用的EIA-485標(biāo)準(zhǔn),采用光纖(網(wǎng)線)傳輸控制信號。向下通訊采用標(biāo)準(zhǔn)DMX512信號,可控制512個(gè)DMX通道;向上通訊基于TCP/IP方式,實(shí)現(xiàn)多個(gè)DMX512子系統(tǒng)的半網(wǎng)絡(luò)化或全網(wǎng)絡(luò)化大范圍控制。并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更有效和更完善的燈光設(shè)備管理。
(2)i-bus總線
?。椋猓酰罂偩€是基于EIB(歐洲安裝總線)標(biāo)準(zhǔn)的兩線網(wǎng)絡(luò)。EIB是European Installation?。拢酰蟮目s寫。EIB是1990年起源于歐洲的一個(gè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),主要用于民用建筑中各類電氣設(shè)備的智能化控制。EIB是一個(gè)開放的、綜合性系統(tǒng),覆蓋樓宇家庭自動化的。它不依賴于特定的設(shè)備制造商,只遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。作為EIB的管理機(jī)構(gòu),EIBA(European?。桑睿螅簦幔欤欤幔簦椋铮睢。拢酰蟆。粒螅螅铮悖椋幔簦椋铮睿﹨f(xié)會己擁有包括ABB、SIEMENS等著名電氣集團(tuán)公司近300家會員廠商,研發(fā)生產(chǎn)的各類功能模塊達(dá)5000多種,占據(jù)歐洲樓宇、自動化設(shè)備80%的市場。目前,EIB標(biāo)準(zhǔn)以其同類產(chǎn)品中絕對優(yōu)勢的市場占有率而成為事實(shí)上的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。鑒于EIB在歐洲的樓宇自動化和家庭自控市場占有主導(dǎo)地位,及其在北美的良好表現(xiàn),該協(xié)議已被美國消費(fèi)電子制造商協(xié)會(CEMA)吸收作為家庭自控的標(biāo)準(zhǔn)EIA-766.
?。牛桑孪到y(tǒng)是專用于建筑電氣設(shè)備控制的現(xiàn)場總線技術(shù),所以很多EIB系統(tǒng)也應(yīng)用于智能照明控制系統(tǒng)。與前兩代的集中式控制和集散式控制技術(shù)相比,EIB系統(tǒng)是一個(gè)安全分散的全分布式系統(tǒng),在這個(gè)系統(tǒng)中沒有主/從的設(shè)置,所有的現(xiàn)場設(shè)備包括面板按鈕、開關(guān)驅(qū)動器、調(diào)光驅(qū)動器、定時(shí)器等都是系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)根據(jù)需求設(shè)計(jì)和選擇的應(yīng)用程序被下載入全部元件模塊中去之后,各個(gè)元件就可以完全獨(dú)立地進(jìn)行工作。當(dāng)有集中管理的需求時(shí),作為中央管理單元的計(jì)算機(jī)也是作為總線系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)參與管理工作。2000年8月,廈門國際會展中心是EIB在中國的第一次成功應(yīng)用。北京首都國際機(jī)場T3航站樓智能照明控制采用了ABB公司的i-busEIB系統(tǒng),共有包括普通照明和應(yīng)急照明回路總共56000個(gè),其中調(diào)光回路550個(gè),風(fēng)機(jī)盤管620套,屋頂融雪裝置430個(gè)等,是目前世界上最大的EIB/KNX智能照明系統(tǒng)案例之一。
EIB通訊協(xié)議支持通訊介質(zhì)分段組合的網(wǎng)絡(luò),包括雙絞線、輸電線、無線傳輸。最大傳輸距離可分別長達(dá)1000m、600m、300m。網(wǎng)絡(luò)采用了域(Domain)、區(qū)(Area)、線(Line)的分層的結(jié)構(gòu)。每一條Line上最多可以連接255個(gè)設(shè)備;一個(gè)Area內(nèi)最多可容納15條Line;而一個(gè)Domain則可容納15個(gè)Area.連接通過特殊的線耦合器(Line?。茫铮酰穑欤澹颍┖蛥^(qū)耦合器(Area?。茫铮酰穑欤澹颍?shí)現(xiàn)。相應(yīng)的設(shè)備的地址也分為區(qū)地址(4位)、線地址(4位)和設(shè)備地址(8位)。控制信號與系統(tǒng)在設(shè)備間通過數(shù)據(jù)幀傳輸。基本數(shù)據(jù)格式由EIB協(xié)議規(guī)定,一個(gè)數(shù)據(jù)幀可攜帶多達(dá)14字節(jié)的數(shù)據(jù),包括控制碼、地址碼、操作碼、校正碼四部分內(nèi)容。
由上可知,由于沒有采用主/從結(jié)構(gòu)的設(shè)置,在現(xiàn)場的每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括面板按鈕、開關(guān)驅(qū)動器、調(diào)光驅(qū)動器、定時(shí)器等都是平等地位。也就是說,每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備都可作為從屬設(shè)置;或者只要內(nèi)置適合的軟件,在一定程度上每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備都有可能作為主設(shè)置去控制其它從屬節(jié)點(diǎn)設(shè)備。因此,每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備都會相對很復(fù)雜,成本很高。這適用于如飛機(jī)場這類可投資上千萬元的高檔場合燈光及照明控制系統(tǒng)應(yīng)用。而對于一般家庭和辦公照明智能控制就非常昂貴了。另一方面,面板按鈕、開關(guān)驅(qū)動器、調(diào)光驅(qū)動器、定時(shí)器等節(jié)點(diǎn)智能設(shè)備,只能對連接在上面的燈具產(chǎn)品的輸入端進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。因此,除了對白熾燈和低壓石英燈燈具進(jìn)行相位斬波調(diào)光比較適合外,對于其它氣體放電燈燈具的調(diào)光控制不適合甚至無法應(yīng)用。因此,EIB總線協(xié)議比較難實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的智能照明控制比較困難。
(3)X-10電力線載波總線
?。兀保翱偩€是利用電力線載波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)照明電燈等家用電器控制的規(guī)范。它不需要另外布置控制線,易用價(jià)廉是它的最大特點(diǎn),適合于家庭特別是舊房照明改造應(yīng)用。美國X-10公司生產(chǎn)和銷售的X-10產(chǎn)品在北美取得了巨大的商業(yè)成功。目前,數(shù)百萬至上千萬美國家庭在使用X-10產(chǎn)品。
?。兀保靶盘柺歉鶕?jù)電力線信號正負(fù)過零點(diǎn)處120kHz脈沖信號出現(xiàn)與否來進(jìn)行傳輸。信號幀頭標(biāo)識符為1110,該標(biāo)識符僅以真值形式傳送,其余每個(gè)信號分別以真值和補(bǔ)碼兩種形式在交流電的零相位時(shí)開始傳送。為了與三相交流電的過零點(diǎn)相一致,這些數(shù)據(jù)幀必須連續(xù)傳送三次。X-10系統(tǒng)由發(fā)送控制器和多個(gè)接收控制器組成,各控制器可設(shè)定不同編碼以示區(qū)別。使用時(shí),發(fā)送控制器和接收控制器可插入室內(nèi)不同的電源插座(注意不是置入最終端家用電器產(chǎn)品),家用電器設(shè)備插接在這些接收控制器上。用戶可在與控制器相連的鍵盤輸入控制命令和接收控制器編碼,實(shí)現(xiàn)家用電器及照明設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。控制命令由120kHz脈沖串組成,在1ms時(shí)間內(nèi),有脈沖表示為“1”,無脈沖則表示為“0”,電源頻率過零點(diǎn)同步。
每個(gè)X-10數(shù)據(jù)包包含有標(biāo)識符、房間編碼和單元/功能編碼,共22bit.目前已開發(fā)出電力線路通信的嵌入式芯片、雙向和三向通信組件、具有電腦接口的組件及相應(yīng)軟件等。
另一方面,X-10的面板按鈕、開關(guān)驅(qū)動器、調(diào)光驅(qū)動器、定時(shí)器等節(jié)點(diǎn)智能設(shè)備,只能對連接其上的燈具產(chǎn)品的輸入端進(jìn)行控制調(diào)節(jié),因此除對白熾燈和低壓石英燈燈具的相位斬波調(diào)光還比較適合外,對于其它氣體放電燈燈具的調(diào)光控制難以應(yīng)用、甚至無法應(yīng)用。
此外,X-10的反映速度慢(傳送一個(gè)指令需零點(diǎn)幾秒)、抗干擾性能差(信號加載在電力線中傳送)的缺點(diǎn)。而我國電網(wǎng)質(zhì)量不好、干擾大的問題等比較嚴(yán)重,這給X-10在我國的推廣應(yīng)用帶來實(shí)質(zhì)性的困難。因此,X-10產(chǎn)品在我國的應(yīng)用例子并不多。
?。?)C-Bus總線
C-Bus照明管理系統(tǒng)是可編程的照明管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中各元件均內(nèi)置微處理器(MCU),并通過一對非屏蔽雙絞線(UTP5)作為總線制架構(gòu),使系統(tǒng)的各單元可互相聯(lián)系工作,對室內(nèi)外照明及其它設(shè)施進(jìn)行控制。即采用兩線制雙絞線,一對線上既提供總線設(shè)備工作電源(15~36VDC),又進(jìn)行總線設(shè)備之間直接通訊,以數(shù)據(jù)訊號方式來傳送、辨識及記憶信息,不須通過中央控制器。C-Bus的傳輸協(xié)議為CSMA/CD,通信速率為916kb/s.可設(shè)置成為線形、星形或樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),但不支持環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。子網(wǎng)為基本單位,每個(gè)子網(wǎng)最多容納100個(gè)單元或者255個(gè)控制回路,最大傳輸距離為1000m.C-Bus智能照明控制系統(tǒng)也是適合于投資大的大型高檔場合,但它與EIB總線、X-10協(xié)議一樣沒有深入考慮到具體燈具產(chǎn)品內(nèi)部的層面。因而C-Bus也不適合于高質(zhì)量的家庭和辦公智能照明控制。C-Bus智能照明控制系統(tǒng)典型的應(yīng)用是在悉尼奧運(yùn)會主體育場。
?。?)HBS總線
?。龋拢拥娜Q是家庭總線系統(tǒng)(Home?。拢酰蟆。樱螅簦澹恚?,它是由日本一些知名企業(yè),包括日立(Hitachi)、松下(Mutsushita)、三菱(Mitsubishi)、東芝(Toshiba)等聯(lián)合提出的,并得到了日本政府和商會的支持。HBS協(xié)議規(guī)定了如何通過雙絞線或同軸電纜實(shí)現(xiàn)家庭電器、電話、音頻、視頻裝置的互連,著眼于家用電器的綜合自動化。同時(shí),HBS協(xié)議也考慮了如何在家庭內(nèi)獲得遠(yuǎn)程服務(wù),如在家購物、遠(yuǎn)程醫(yī)療和遠(yuǎn)程教學(xué)等。協(xié)議主要用于電器開關(guān)量以及簡單模擬量的控制,采用專用總線,具有抗干擾強(qiáng)、響應(yīng)速度快、開發(fā)成本及風(fēng)險(xiǎn)較低的特點(diǎn)。該協(xié)議以家庭為主來考慮,但與上述協(xié)議系統(tǒng)一樣,沒有深入考慮到具體燈具產(chǎn)品內(nèi)部的層面,對高質(zhì)量的智能照明控制來說目前也比較遙遠(yuǎn)。
?。?)DALI數(shù)字化可尋址調(diào)光接口
?。模粒蹋墒菙?shù)字可尋址照明接口(Digital?。粒洌洌颍澹螅螅幔猓欤濉。蹋椋纾瑁簦椋睿纭。桑睿簦澹颍妫幔悖澹┑目s寫。DALI數(shù)字化可尋址調(diào)光接口最初是專為熒光燈電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)的。即專門為普通照明燈具產(chǎn)品的部件而設(shè)計(jì)的,因而可置入到普通照明燈具中去。DALI數(shù)字可尋址照明接口得到了國際主要芯片、燈具、鎮(zhèn)流器制造商OSRAM、PHILIPS、TRIDONIC等的支持而發(fā)展起來的。并于1994年列入IEC60929《電子鎮(zhèn)流器性能要求》標(biāo)準(zhǔn)。1999年Philips公司對DALI協(xié)議做了進(jìn)一步的完善工作,并在德國漢諾威國際燈展上推出了基于DALI的系列產(chǎn)品。DALI作為IEC?。叮埃梗玻埂?biāo)準(zhǔn)的一部分為照明部件提供通信規(guī)則。目前在歐洲DALI作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被各鎮(zhèn)流器大廠商所采用。DALI控制總線可以和智能樓宇控制系統(tǒng)的EIB以及場館、工廠現(xiàn)場等標(biāo)準(zhǔn)總線實(shí)現(xiàn)無縫連接,是技術(shù)成熟,為業(yè)界廣泛采用的照明控制技術(shù)。
?。模粒蹋煽刂瓶偩€采用主-從結(jié)構(gòu)。因此,作為從屬結(jié)構(gòu)并置入普通照明燈具產(chǎn)品內(nèi)部的部件可以造價(jià)低廉。主控制設(shè)備發(fā)出調(diào)節(jié)燈具的控制命令,總線傳輸控制命令,作為從屬裝置的獨(dú)立式控制裝置或置入燈具中的控制裝置接收并執(zhí)行命令。同時(shí)當(dāng)主控制設(shè)備發(fā)出查詢命令時(shí),從屬裝置通過總線給主控制設(shè)備發(fā)出本身的狀況信息。主控制設(shè)備根據(jù)從屬裝置的狀況信息發(fā)出再操作命令。
?。模粒蹋煽刂瓶偩€的一個(gè)接口最多能接64個(gè)可尋址的控制裝置/設(shè)備,并最多能接16個(gè)可尋址組。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可把多個(gè)接口互聯(lián)后可控制很多接口和燈具。其通訊協(xié)議采用異步串行協(xié)議,信息速率為1200bit/s.前向幀為主控制設(shè)備向控制裝置或燈具發(fā)出控制命令,由一個(gè)包括一個(gè)起動位、一個(gè)8位地址的字節(jié)、一個(gè)8位數(shù)據(jù)的字節(jié)和兩個(gè)停止位組成的19位數(shù)據(jù)。后向幀是從屬裝置向主控制裝置發(fā)出的狀態(tài)信息,由一個(gè)包括一個(gè)起動位、一個(gè)8位數(shù)據(jù)的字節(jié)和兩個(gè)停止位組成的11位數(shù)據(jù)。
DALI控制協(xié)議從兩個(gè)方面來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和指令執(zhí)行的有效性。第一,使用了Manchester編碼格式。在一個(gè)bit的傳輸時(shí)間中點(diǎn),從高電平向低電平的負(fù)跳變表示數(shù)據(jù)“0”,而從低電平向高電平的正跳變表示數(shù)據(jù)“1”;Manchester編碼實(shí)現(xiàn)了在物理層差錯(cuò)檢驗(yàn)功能,節(jié)省了信道空間,加快了系統(tǒng)速度。第二,具有后向幀的反饋機(jī)制。主控制設(shè)備可以知道從屬裝置是否成功執(zhí)行指令,系統(tǒng)中有多少燈工作,燈是否有故障等。而X-10協(xié)議不具備應(yīng)答,只是采用重傳機(jī)制。EIB和C-BUS協(xié)議采用鏈路層CRC校驗(yàn)機(jī)制,會多占用數(shù)據(jù)位,降低效率。
5 IEC62386數(shù)字可尋址照明接口系列標(biāo)準(zhǔn)
目前,IEC62386數(shù)字可尋址照明接口系列標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布了10個(gè)標(biāo)準(zhǔn),涉及到《系統(tǒng)》、《控制裝置》、《熒光燈控制裝置》、《固定應(yīng)急照明控制裝置》、《放電燈控制裝置》、《低壓鹵鎢燈控制裝置》、《白熾燈用電源電壓控制器》、《數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成直流電壓控制裝置》、《LED模塊控制裝置》、《開關(guān)功能控制裝置》。不久將要發(fā)布3個(gè)標(biāo)準(zhǔn),涉及到《控制設(shè)備》、《顏色控制裝置》、《程序控制裝置》。
(1)《數(shù)字可尋址照明接口第101部分:一般要求系統(tǒng)》IEC62386-101:2009
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于交流或直流電源上的電子照明設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)字信號的控制協(xié)議。其目的是由照明設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)字信號去控制標(biāo)準(zhǔn)化的控制接口,以其在同一管理架構(gòu)體系下實(shí)現(xiàn)電子控制裝置與照明控制設(shè)備多廠商之間的協(xié)調(diào)。標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了下述接口系統(tǒng)的要求。
1)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定系統(tǒng)采用主-從結(jié)構(gòu):電子控制裝置只工作于從屬模式,只能在要求時(shí)才傳送信息。
2)標(biāo)準(zhǔn)給出了一些特性規(guī)范:一個(gè)接口最多能接64個(gè)可尋址的控制裝置/設(shè)備,并最多能接16個(gè)可尋址組;采用異步起-止傳輸協(xié)議,信息速率1200bit/s等。
3)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電氣要求:電壓電流為接口端值;控制輸出端標(biāo)記;控制接口特性;控制輸入端的絕緣系統(tǒng);額定電壓信號限值及邏輯關(guān)系;額定電流信號限值;信號上升和下降時(shí)間限值;
4)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了接口電源要求包括:接口電源可獨(dú)立,也可集成到控制裝置/設(shè)備中;電源端標(biāo)記;電源端的絕緣系統(tǒng);額定電壓范圍;額定電流限值;時(shí)序要求等;
5)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了傳輸協(xié)議的結(jié)構(gòu)、時(shí)序、操作方法、變量聲明、指令定義均引用系列標(biāo)準(zhǔn)IEC62386-102中的相應(yīng)條款。
?。?)《數(shù)字可尋址照明接口第102部分:一般要求 控制裝置》IEC62386-102:2009
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于交流或直流供電的電子照明設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)字信號的控制協(xié)議和測試方法。其目的是由照明設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)字信號去控制標(biāo)準(zhǔn)化的控制接口,以其在同一管理架構(gòu)體系下實(shí)現(xiàn)電子控制裝置與照明控制設(shè)備多廠商之間的合作。
1)標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了接口系統(tǒng)的要求與第101部分相同。
2)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了傳輸協(xié)議的結(jié)構(gòu)。
3)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了信息位、數(shù)據(jù)幀、幀時(shí)序的定時(shí)。
4)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了運(yùn)行方式包括:對數(shù)調(diào)光曲線、電弧功率等級及精確度、電源接通、接口故障、最小最大亮度等級、響應(yīng)時(shí)間和速率、出錯(cuò)狀態(tài)下對指令的反應(yīng)、燈預(yù)熱和啟動時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)、存儲器存取和映射。
5)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了各種變量聲明包括變量默認(rèn)值、重置值、有效范圍。
6)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了指令定義包括:電弧功率控制指令、配置指令、查詢指令、專用指令。
7)標(biāo)準(zhǔn)中大篇幅地描述了對IEC 62386-200系列各控制裝置的測試程序。
?。?)《數(shù)字可尋址照明接口第103部分:一般要求控制設(shè)備》IEC62386-103:20XX該標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于系統(tǒng)中主控設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn),目前還沒發(fā)布。將來不久隨著它的出臺,也將帶出一系列有關(guān)主控設(shè)備部件的系列標(biāo)準(zhǔn)。
(4)《數(shù)字可尋址照明接口第201部分:控制裝置的特殊要求熒光燈(設(shè)備類型0)》IEC62386-201:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應(yīng)內(nèi)容。其中第10章《變量聲明》、第11章 《指令的定義》、第12章《試驗(yàn)程序》補(bǔ)充了一些內(nèi)容。另外,標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確提及的、但需注意的幾點(diǎn)是:
1)根據(jù)熒光燈的特點(diǎn),可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮:熒光燈是依靠放電電流來維持燈絲電子粉發(fā)射電子所需的正常工作溫度的,任何較大的偏離都將嚴(yán)重?fù)p壞燈管壽命。因此,可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器應(yīng)設(shè)計(jì)成不能較大范圍深度調(diào)節(jié)燈電流(即調(diào)光),或者深度調(diào)光時(shí)要設(shè)計(jì)成能給燈絲陰極提供輔助加熱。
2)從節(jié)能角度來說,有陰極輔助加熱的系統(tǒng)使燈管功率下降至2W以下的調(diào)光是得不償失的。
3)熒光燈電子鎮(zhèn)流器調(diào)光設(shè)計(jì)一般在輸出級層面采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)方法,使燈電流工作頻率與扼流電感、電容組合的諧振頻率產(chǎn)生偏離來實(shí)現(xiàn)調(diào)光的。由于燈電流工作頻率發(fā)生了較大范圍的變化,燈具系統(tǒng)的EMC就更難以在全調(diào)光范圍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。因此,與調(diào)光聯(lián)動的EMC及功率因數(shù)校正IC模塊的研發(fā)很重要。
?。?)《數(shù)字可尋址照明接口第202部分:控制裝置的特殊要求固定應(yīng)急照明(設(shè)備類型1)》IEC62386-202:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應(yīng)內(nèi)容。第3章《術(shù)語和定義》、第9章《運(yùn)行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗(yàn)程序》補(bǔ)充了較多內(nèi)容。另外,標(biāo)準(zhǔn)中第9章《運(yùn)行方式》對各種亮度等級作出了很好的定義。
?。?)《數(shù)字可尋址照明接口第203部分:控制裝置的特殊要求放電燈(熒光燈除外)(設(shè)備類型2)》IEC62386-203:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應(yīng)內(nèi)容。第3章《術(shù)語和定義》、第9章《運(yùn)行方式》、第10章《變量聲明》補(bǔ)充了少量內(nèi)容;第11章《指令的定義》、第12章《試驗(yàn)程序》補(bǔ)充了較多內(nèi)容。另外,標(biāo)準(zhǔn)中沒有提及的但需注意的幾點(diǎn)內(nèi)容是:
1)根據(jù)HID放電燈的特點(diǎn),可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮:HID放電燈是依靠放電電流來維持燈絲電子粉發(fā)射電子所需正常工作溫度的,而且它不能像熒光燈那樣可提供輔助加熱回路。因此,任何較大的燈電流偏離都將嚴(yán)重?fù)p壞燈管甚至電子鎮(zhèn)流器本身的壽命。所以,可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器應(yīng)設(shè)計(jì)或由協(xié)議程序規(guī)定不能較大范圍的深度調(diào)光。
2)金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的調(diào)光設(shè)計(jì)比不調(diào)光的還更應(yīng)注意考慮避免聲頻共振造成燈光閃爍。
3)HID燈電子鎮(zhèn)流器調(diào)光設(shè)計(jì)一般在輸出級層面采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)方法,使燈電流工作頻率與扼流電感、電容組合的諧振頻率產(chǎn)生偏離來實(shí)現(xiàn)調(diào)光。由于燈電流工作頻率發(fā)生了較大范圍的變化,燈具系統(tǒng)的EMC就更難以在調(diào)光全范圍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。因此,與調(diào)光聯(lián)動的EMC及功率因數(shù)校正IC模塊的研發(fā)很重要。
?。?)《數(shù)字可尋址照明接口第204部分:控制裝置的特殊要求低壓鹵鎢燈(設(shè)備類型3)》IEC62386-204:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應(yīng)內(nèi)容。第3章《術(shù)語和定義》、第9章《運(yùn)行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗(yàn)程序》補(bǔ)充了較多內(nèi)容。另外,標(biāo)準(zhǔn)中沒有提及的但需注意幾點(diǎn)是:
1)低壓鹵鎢燈調(diào)光的電子變壓器設(shè)計(jì)多采用相位斬波法,應(yīng)注意考慮避免共振造成燈光閃爍。
2)斬波法調(diào)光會產(chǎn)生大量的諧波,燈具系統(tǒng)的EMC就更難以在調(diào)光全范圍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。因此,加強(qiáng)EMC設(shè)計(jì)很重要。
(8)《數(shù)字可尋址照明接口第205部分:控制裝置的特殊要求白熾燈用電源電壓控制器(設(shè)備類型4)》IEC62386-205:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應(yīng)內(nèi)容。第3章《術(shù)語和定義》、第9章《運(yùn)行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗(yàn)程序》補(bǔ)充了較多內(nèi)容。另外,標(biāo)準(zhǔn)中沒有提及的但需注意的是:
1)普通照明應(yīng)用的白熾燈調(diào)光的電子控制器設(shè)計(jì)多采用相位斬波法,斬波法調(diào)光會產(chǎn)生大量的諧波,燈具系統(tǒng)的EMC就更難以在調(diào)光全范圍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。因此,加強(qiáng)EMC設(shè)計(jì)很重要。
2)目前全球禁止使用白熾燈的呼聲越來越高,白熾燈屬于不久將淘汰的產(chǎn)品,不適宜鼓勵(lì)應(yīng)用。
?。?)《數(shù)字可尋址照明接口第206部分:控制裝置的特殊要求數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成直流電壓(設(shè)備類型5)》IEC62386-206:2009該標(biāo)準(zhǔn)是特殊要求,但也可以說是適用于那些內(nèi)部采用模擬信號調(diào)光輸入端口和其它模擬信號控制通斷的輸入端口的各種控制裝置的通用標(biāo)準(zhǔn)。
(10)《數(shù)字可尋址照明接口第207部分:控制裝置的特殊要求LED模塊(設(shè)備類型6)》IEC62386-207:2009所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應(yīng)內(nèi)容。第3章《術(shù)語和定義》、第9章《運(yùn)行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗(yàn)程序》補(bǔ)充了較多內(nèi)容。另外,LED作為電子器件其特點(diǎn)非常適合于調(diào)光工作。因此,數(shù)字可尋址照明接口與LED的結(jié)合將對LED的發(fā)展及照明產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代起到有力的促進(jìn)作用。
?。ǎ保保稊?shù)字可尋址照明接口第208部分:控制裝置的特殊要求開關(guān)功能(設(shè)備類型7)》IEC62386-208:2009該標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于系統(tǒng)中各種開/關(guān)、通/斷控制裝置的特殊要求,例如某些燈具的機(jī)械位置調(diào)節(jié)控制等。所有條款引用了IEC62386-101和IEC62386-102相應(yīng)內(nèi)容。第3章《術(shù)語和定義》、第9章《運(yùn)行方式》、第10章《變量聲明》、第11章《指令的定義》、第12章《試驗(yàn)程序》補(bǔ)充了較多內(nèi)容。
(12)《數(shù)字可尋址照明接口第209部分:控制裝置的特殊要求顏色控制(設(shè)備類型8)》IEC62386-209:2009該標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于系統(tǒng)中需要進(jìn)行顏色控制的各種控制裝置的特殊要求,目前還沒出臺。
?。?3)《數(shù)字可尋址照明接口第210部分:控制裝置的特殊要求程序裝置(設(shè)備類型9)》IEC62386-210:2009該標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)中各種控制裝置關(guān)于程序的特殊要求,目前還沒出臺。
6 結(jié)束語
從以上各種總線協(xié)議系統(tǒng)可見,除了DMX512和DALI具體深入到燈具產(chǎn)品內(nèi)部層面外,其它總線都是只到墻壁的連接器和插座等,沒有深入考慮到具體燈具產(chǎn)品的層面。換句話說沒有按各種燈光和照明終端產(chǎn)品—燈具的特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化。也就不可能真正根據(jù)各種燈具和光源的特點(diǎn)開拓其功能。所以,一方面它們只能進(jìn)行一般的通斷控制和對少數(shù)類型燈具進(jìn)行簡單的相位斬波調(diào)光控制。因此,在普通公寓樓辦公照明和普通家庭照明的智能化應(yīng)用中有很大的局限性。反過來,又限制了它們進(jìn)入廣大的普通照明市場。另一方面,由于沒有深入到具體燈具產(chǎn)品種類的層面,沒有按各種照明終端產(chǎn)品—燈具的特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)對很多氣體放電燈燈具進(jìn)行簡單的輸入電源調(diào)節(jié)以達(dá)到調(diào)光目的時(shí),很容易出現(xiàn)燈光閃爍,損壞鎮(zhèn)流器、控制器或燈管等,嚴(yán)重的甚至容易出安全問題。
雖然DMX512置入到了燈具產(chǎn)品內(nèi),但該系統(tǒng)主要為大型舞臺類燈光燈具而設(shè)計(jì),很多功能主要考慮的是一些電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械調(diào)節(jié)控制,而沒有更多的從程序指令上考慮電子控制。這同樣也不太適合普通樓辦公照明和普通家庭照明的智能化應(yīng)用。盡管DALI數(shù)字化可尋址調(diào)光接口已置入到了燈的控制裝置或燈具產(chǎn)品中,但一些燈具用DALI數(shù)字化可尋址調(diào)光接口也沒有更深入地考慮光源產(chǎn)品特點(diǎn)的層面,還有待改進(jìn)或者標(biāo)準(zhǔn)把這些更深入的問題留給了照明企業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)再考慮。但無論如何,作為普通樓辦公照明和普通家庭照明的智能化、具體置入到燈控制裝置或燈具層面的國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)準(zhǔn):DALI數(shù)字化可尋址調(diào)光接口標(biāo)準(zhǔn)是目前、最具發(fā)展前景的高質(zhì)量的智能照明控制系統(tǒng)。DALI數(shù)字化可尋址調(diào)光接口技術(shù)與LED照明技術(shù)的迅猛發(fā)展相結(jié)合將對照明產(chǎn)品及照明工程應(yīng)用的更新?lián)Q代產(chǎn)生巨大的推動作用。 |
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