基于DALI总线的智能灯光控制应用

DALI是一种专门用于灯光控制的通信数字可寻址接口总线协议，它定义了电子镇流器与控制器之间的通信协议。在现代灯光控制中以其数字可寻址的优越性实现了主、控电路分离，即可在主供电回路改变时，控制回路不变，并可实现对某个或某组灯具进行单独控制。DALI总线在数据传输的可靠性能上明显优于现在常用的采用模拟信号传输的现场直接控制器。

文章主要讨论DALI总线在大型高端场所灯光控制中应用。随着社会发展和技术进步，在对建筑功能上的要求也越来越高，同时也为满足这些要求提供了更多解决方案。

当前，作为建筑主要需求功能之一建筑灯光的智能化控制，已有长足的发展。针对灯光控制，国内外公司推出许多不同的协议，如楼宇智能化通用协议BACnet和LonWorks协议；也有专用于灯光控制的DALI和DMX协议。

由于国内的灯光照明很多都采用独立的照明控制系统，故欧洲标准EIB（KNX）在国内应用最为广泛，应用其他协议的相对较少，也有部分系统只由BA系统的DDC进行控制。

国内外许多公司在柔性灯光控制设计领域有着完整的系统设计，如邦奇公司DyNet控制系统；Leviton公司的Dimensions智能照明控制系统D3200、D4200、D8000型，是基于CAN总线的LCnet总线技术；锐高公司推出的luxCONTROL灯光控制系统；施耐德公司的C—Bus总线控制系统。每个公司都提供与所用总线协议相对应的照明及照明控制设备，方便用户选择。

本文主要采用DALI协议和KNX/EIB协议并通过TCP/IP协议扩展成一个工业以太网。

1、DALI总线协议简介

DALI协议时是满足智能化灯光控制需要的非专有标准协议，是一种定义了实现现代电子镇流器与控制模块之间进行数字化通信的接口标准。

基于DALI协议组建的系统具有分布式智能模块，各个智能化DALI模块都具有数字控制和数字通信能力，地址和灯光场景信息等都存储于各个DALI模块的存储器内。DALI模块通过DALI总线进行数字通信、传递指令和状态信息，实现灯的开关、调光控制、系统的设置等功能。因此，DALI控制器位置改变时，灯具的主供电线路不需改变。

DALI协议是基于主从式控制模型建立起来的，控制人员通过主控制器操作整个系统。通过DALI接口连接到2芯控制线上，通过荧光灯调光控制器可以对每个镇流器分别寻址，这就意味着调光控制器可对连接于同一条控制线上的每个荧光灯的亮度分别进行调光。

1.1 DALI协议基本参数（表1）

1.2 DALI系统典型接线

DALI协议定义了电子镇流器与控制器之间的数字通信，在制定标准时，主要目标是建立一个结构定义清晰的简单系统，而非适用于功能强大较为复杂的智能化建筑系统。

因此，DALI照明系统接口器件安装简单方便，每个DALI单元除了主电源线外，只需要2条控制线，对线路材料无特殊要求，安装时，也无极性要求，只要求主电源线与控制线隔离，控制线无需屏蔽，图1为DALI的典型接线图。

1.3 DALI协议可实现的功能

（1）开关：可以通过接通或断开系统中的单个镇流器、镇流器组或所有镇流器；

（2）调光：可以安装可调光的DALI电子镇流器，从而按需求将灯的亮度从100%调到1%，实现调光控制；

（3）灯光场景控制：DALI协议也可以用于获取电子镇流器或灯的状态。

1.4 DALI协议的缺点

（1）单网络容量较小

由于DALI协议制定之初，旨在为简单灯光控制系统提供一种简单清晰的解决方案。

基于DALI所组建的系统单网络最大节点仅64个，那就意味着，单网络上最多可提供64个设备的接口。显然，在仅利用DALI协议组建大型复杂的灯光控制系统是不合时宜的。

（2）初期投资大

DALI（Digital Addressable Lighting Interface）是数字式可寻址照明控制接口协议，在组建系统时必然要考虑设备之间通信的兼容性，这与模拟式现场直接控制器有截然不同的地方。

因此，在选择设备中需要格外的注意，在构建系统中必须配备与DALI兼容的电子镇流器、传感器、控制模块，或用专用通讯模块衔接各组成模块。因而导致构建DALI系统初期投资较大。

（3）调试繁琐因为DALI系统内每一个单元都设有独立的地址，所以灯光调试工作就较为繁琐。

（4）信息传输速率低

2、基于DALI协议的灯光控制系统组建

基于DALI协议组建的大型复杂的灯光控制系统，将DALI协议推广到实际可行的工程实践中来，必然要克服DALI系统单网络容量小，设备兼容性差的特点。然而这些问题，在当前的技术水平前，已得到了很好的解决。本文选用奥地利锐高公司和法国施耐德公司所生产的设备、组件构筑基于DALI协议的三级照明控制网络系统。

2.1 利用KNX/EIB协议扩展

DALI系统由于DALI总线单网络最大节点仅有64个，在复杂系统中需对其进行扩展，本文中采用KNX/EIB协议对DALI系统进行第一级扩展。

（1）KNX/EIB简介

EIB（ElectricalInstallationBus，电气设备安装总线）/KNX（Konnex的缩写）是具有开放性、互操作性和灵活性的现场总线标准。EIB协议基本参数如表2所示。

（2）DALI系统扩展

EIB系统的基本结构是支线结构，一条支线可以接64个元件，每15条支线利用线路耦合器可以连接成为一个区域，每15个区域利用总线耦合器可以连接成为一个大EIB系统。

通过KNX/DALI网关将DALI总线扩展连接为一整体，KNX/EIB网关作为DALI总线的主控制器。

再通过总线耦合器将EIB系统扩展成一个大的EIB系统，这样就能初步满足大型复杂灯光控制系统构建的需求。

为此，可选用施耐德公司生产的MTN680191型KNX/DALI网关、MTN680204型支线耦合器等一些列组件。同时施耐德公司也为DALI总线提供专用接口，如DCDALCI、DCDALCI2，可用于传感器等设备与DALI总线建立通信。其基本结构如图2所示。

2.2 利用TCP/IP协议组建以太网

通过利用EIB总线扩展后的DALI灯光控制系统，已基本满足大型场所灯光控制的需求，而为了实现远程控制，在此基础上采用TCP/IP协议对系统进行进一步升级。

（1）TCP/IP协议简介

1957年为了确保军事领域的科技领先，美国政府组建了高级研究计划局（ARPA），隶属于美国国防部。1969年，ARPA建立了因特网的前身—阿帕网（ARPANET）。它包含一组计算机通信网络标准协议，以及一组用来连接网络和选择网络路由的协议，即传输控制协议/网络协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,TCP/IP）。与OSI协议7层结构模型不同，TCP/IP采用4层结构，如表3所示。

（2）基于TCP/IP协议扩展系统结构

为了便于实现灯光控制系统的远程监控，本文中采用TCP/IP协议通过EIBnet/IP路由器扩展EIB系统组建以太网。如图3所示。

通过该控制网络，可以实现大型公共场所灯光控制。在应用本网络制定控制方案时，要注意划分控制优先级，根据需要由高到低一般划分就地手动控制、远程手动控制、自动控制等三级。是具体情况编制控制方案。

在通常情况下由EIB、DALI级实现现场自动控制；当遇到突发事件可进行手动控制，远程手动控制执行时，自动控制关闭；就地手动控制执行，远程手动控制及自动控制均关闭。整个控制系统，控制信息自上而下响应，反馈信息自下而上传递。

结 语

该控制系统同其他所有智能化控制系统一样，都依托现有的设备及组件。在构建系统中设备、构建的选择直接会影响到整个系统的结构组成。

本文所论述的系统是基于奥地利锐高公司及法国施耐德公司现有的设备、组件而构建的模型。然而，纵使现在的技术已能够具备组建该系统的能力，但并不意味着该项技术已经成熟，它还存在很大的发展空间，随着应用的深入，更多的问题也将凸显。尤其在硬件组成上，需要进一步的发展，拿其中一点传感器来说，现在已有很多组织机构在研发无线传感器在DALI系统中的应用。