DALI总线技术在智能照明控制系统的应用

金海升（衡水市建筑设计院， 河北 衡水 053000）

1 引言

现代化的建筑对照明的要求越来越高，不仅要求提供舒适的光照，而且不同的场合需要不同的照明环境。绿色照明需要科学设计和高效率、寿命长、安全及性能稳定的照明电器产品来实现。照明电器产品包括：电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材以及调光控制设备和控光器件。这里调光、控光主要指的是智能照明控制，传统的照明控制一般采用手动开关控制，对于上述要求很难实现，而且线路十分复杂，操作非常繁琐，并且存在许多无法解决的问题。随着用户要求的提高和技术的进步以及产品成本的降低，传统的照明控制逐步被智能照明控制取代将成为一种趋势。

2 智能照明控制系统总线介绍

荧光灯的调光控制方法是随着电子镇流器技术不断创新发展而提高的，早期对带有铁芯镇流器的荧光灯调光一般采用可控硅前沿相控调光器输出直接调控荧光灯的亮度，镇流器仅仅是串连在荧光灯回路中的一个负载，这种调光方法效率低，性能差，调光范围窄，现今国内外很少用。近年来随着高频电子型镇流器的出现，改变了镇流器的技术性能，不少公司逐步推出效率高、性能好、调光范围宽、智能化程度高的高频可调光电子式荧光灯镇流器，这种镇流器作为荧光灯的ECG（电子控制装置）已成为当今荧光灯调光控制的主流产品。

按镇流器的控制线数目划分，有二、三、四线三种，目前市场上最最广泛的产品是“四线控制”镇流器，调光控制器通过二条220V主电源线为镇流器提供功率支持，二条超低电压控制线可接口镇流器实现开关、调光等各种功能性控制。

按控制接口控制信号性质可分成三种：

1) 1～10V模拟量接口

2) 数字信号接口（DSI）

3) 数字可寻址灯光接口（DALI）

1999 年，Philips、ORSAM(欧 司 朗)、Tridonic 等公司共同制定了DALI的工业标准，纳入IEC929，保证不同的制造厂生产的DALI设备能全部兼容。表1给出了三种不同结构电子镇流器的性能比较。

2.1 直流模拟量介绍

1～10V接口的控制信号是直流模拟量，信号极性有正负之分，按线性规则调节荧光灯的亮度，调光时一旦控制信号触发，镇流器启动荧光灯，首先被激励点燃到全亮，然后再按控制量要求调节到相应亮度，按IEC929标准，每个镇流器的最大工作电流为1mA。

表1 三种不同接口电子镇流器的性能比较表

2.2 DSI接口介绍

DSI接 口（Digital Signal interface）镇 流 器 的控制信号是用数字信号曼彻斯特编码（Manchester Code），信号没有极性要求，信号在控制线上传输和同步方式比较可靠，调光按指数函数方式调光，这种镇流器被触发启动后，荧光灯亮度可以从0开始调整到控制信号所指定的亮度，这对剧场类荧光灯调光应用十分适合，另外DSI还可以通过信号命令，在电子镇流器内部对进入镇流器的220V主电源进行开关切换控制，当荧光灯被关闭熄灭后，镇流器可自动切断220V主电源以节省能源消耗。还可省掉调光器经过开关控制的主电源线连接，而直接与220V主电源线连接，也可节省系统成本。

2.3 DALI总线介绍

DALI数字式可寻址灯光接口（Digital Addressable Lighting Interface）镇流器，是当前最新型的可调光荧光灯镇流器（见图1）。

图1 DALI系统图

DALI是一个数据传输的协议，它定义了电子镇流器与设备控制器之间的通信方式，它不是一种新的总线，但它支持开放式系统，设计应用DALI最初目标是为了优化一个智能型的灯光控制系统，企图制定一个系统结构简单，安装方便，操作容易，功能优良的灯光控制系统，可用于一个房间内的灯光控制，还可以与大楼管理系统BMS（Building Manage System）接口DALI系统与BMS或者EIB、LON总线系统不同，不是将它扩展成具有各种复杂控制功能的系统，而仅仅是作为一个灯光控制子系统，通过网关（gateway）接口集成于智能建筑自动化管理系统BMS中，可接受BMS控制命令，或回收子系统的运行状态参数。

集组合开关与调光控制于一体的DALI镇流器，通过DALI接口连接到2芯控制线上，通过荧光灯调光控制器（作为Master）可对每个镇流器（作为Slave）分别寻址，这意味调光控制器可对连在同一条控制线上的每个荧光灯的亮度分别进行调光，一个单段DALI数据控制线上可对64个镇流器分别编址，每个镇流器内可设置16个灯光场景，同一个镇流器还可以编在一组或在多个组，最大编组数为16，于是一个DALI系统可控制多达1000个镇流器。

DALI主要有以下基本控制功能：

·设定灯电路的发光电平值。

·远程开关灯电路。

·存储和调用预先设定的灯电路工作参数值。

·可以实现对每个电子镇流器的寻址，并可以实现电子镇流器的组寻址和广播寻址。

·可以查询每个电子镇流器的工作状态。

·可以查询每个灯负载的工作状态。

利用以上的有关信息可以判断照明系统的有关工作状态。

DALI接口构成灯光控制系统的主要特点是：简单、可靠、功能优良。

1）通信结构简单可靠，DALI接口通信协议由196bit位数组成，第1位是起始位，第2到第9位是地址位，第10到第17位是数据，第18、19位停止位，采用曼彻斯特编码方式，传输速率1200 baud，控制线上高电平为16V。控制线上的每个控制器在通信中作为MASTER，而控制线上的像镇流器这样的ECG只是响应MASTER的命令起SLAVE的作用，系统具有分布式智能功能。

2）安装简单方便，安装DALI接口有2条主电源线，二条控制线，对线材无特殊要求，安装时也无极性要求，只要求主电源线与控制线隔离开，控制线无需屏蔽，要注意的是当控制线上电流在250mA，线长300m时压降不超过2V。

3）操作简单容易，DALI镇流器内部是智能型的，可自动处理灯丝预热、点燃、调光、开关、故障检测等功能，对用户界面是十分友好的，用户无需对此理解很深就能操作控制。如发送一个改变现行场景的命令，各个相关镇流器根据现行亮度与场景要求亮度之差，各自计算调光速率以达到所有镇流器都同步调光到要求的场景亮度，如发送查询命令就可回收各镇流器的运行状态和参数。

DALI最初设计是用于一个房间内的灯光控制，现在采用DALI接口控制的各种设备相继问世，控制功能也在不断扩大和提高，控制的规模也在扩大。如今DALI接口已不仅仅限用于荧光灯镇流器，各种卤钨灯，LED灯的电子变压器也采用了DALI接口；控制设备还包括：光电传感器、无线电接收器、继电器开关输入接口；各种按键控制面板包括LED显示面板都已具有DALI接口，另外还可以将DSI转换到DALI或从1～10V转换到DALI以及与PC机通信的RS232与DALI的转换控制器。这将使DALI的应用越来越广，控制器从最小的一间办公室扩大到多个房间的办公大楼，从单个商店扩大到大的宾馆。

3 WAGO-I/O-SYSTEM DALI产品性能简介

德国万可电子公司提供的DALI灯光场景控制系统专门用于DALI灯光及其他DALI设备的控制，可以提供亮度、灯光场景组合等控制效果，并且可以根据用户的其他要求，在该控制系统中增加其他控制功能。

WAGO 750－641是DALI荧光灯调光控制器，相当于是一个网关（gateway），通过它可以将多段DALI子系统连接成一个规模较大的灯光控制系统，这个控制系统的主干网可以运行比DALI更高一级的协议，如以太网协议等。

图2 WAGO DALI系统图

WAGO的DALI控制系统还可以将DALI控制、0～10V调光控制、继电器灯光回路控制等融于一体，对整个建筑物及局部区域灯光进行控制，从而更进一步的达到照明节能的效果。

同时WAGO的DALI控制系统还可以接入楼宇智能控制系统中，或者多个DALI控制系统形成网络进行控制。

图3 DALI实物图

3.1 WAGO-I/O-SYSTEM DALI特点介绍

·每个DALI控制器可以连接1～5个DALI主站；

·每个DALI主站可以连接最多64个DALI从站设备；

·每个DALI主站最少可以提供4个场景开关选择，可以根据用户需要增加；

·可以增加Enocean无线开关场景选择方式；

·场景开关也可以选用液晶触摸屏代替，选用液晶触摸屏，用户可以根据自己的实际需求设置、存储1～16组场景；

·每个DALI控制器预留与楼宇智能控制系统或其他控制器组网通讯的扩展功能；

· DALI控制器还可以增加对其他设备的控制功能，如对窗帘步进电机的控制等；

·每个DALI控制器最少预存4个场景，并且可以根据用户需求增加或改变场景；

·提供集成的控制箱及简单快捷的接线方式；

·仅需接入电源和DALI设备，即可实现控制功能，不需要其他任何设置；

· DALI控制器与场景开关（或触摸屏）分离安装，增强了房间的美观性；

·可以将传统的0～10V调光控制、继电器回路控制等接入控制系统，形成统一控制；

·多个控制器形成的网络控制系统，可以对整个建筑物形成整体或区域灯光控制，并可以选择集中或区域本地控制等功能。

3.2 WAGO-I/O-SYSTEM DALI优点介绍

（1）高可靠性

系统采用了“分布式控制”的概念，既便于照明系统的中央监控，又避免了“中央集中式照明控制系统”可靠性差的致命弱点。由于采用预置信息“分布式控制”，当系统中某个模块出现故障，只是与该模块相关的功能失效，而不影响网络其它模块正常运行。从维护的观点来看，这种“分布式控制”的概念，既有利于快速故障定位，又提高了大型照明控制系统的“容错”水平。同时，由于采用高性能的开关器件，周密的电路保护措施使该产品即使在最恶劣的环境下都具有极高的可靠性。

（2）可观的“节能”和“延长灯具寿命”效果

系统能对场地所有灯光根据需要预先设置，实现自动合理的能源管理功能。灯具损坏的致命原因是电网过电压，电子产品对电网冲击电压和浪涌电压的成功抑制和补偿以及软启动和软关闭技术的引入使灯具寿命延长，对昂贵灯具以及难安装区域的灯具有特殊意义。由此可知，“节能”和“节灯”对减轻供电压力，降低用户运行费用，实现照明管理智能化都具有极大的经济意义。下图是调光的系统控制原理图。

图4 调光示意图

（3）安装简便，操作直观

电气维修工程师仅需接受简单的培训，就能很快管理大型照明系统，并取代原有空气开关或其它开关和保险丝，用操作直观的控制面板取代原有手动开关，两者之间可用价格低廉的数据总线实行低压控制连接，改变了原有手动开关需接入强电线路的传统设计方法，既安全又能简化布线工程，而且系统的重组和今后的维护十分方便。

（4）网络控制，便于管理升级

智能照明系统是基于网络，利用网络实现远程控制、集中控制、无线遥控、电脑控制、定时控制、网络控制等多种控制方式，并提供灯光软启、调光、亮度记忆、场景记忆等智能化操作和管理。

4 应用

4.1 控制功能

在杭州某四星级宾馆智能楼宇控制系统设计中，选用了WAGO的IPC 以及 WAGO 750 系列产品，其控制系统可以完成以下功能：

·场景的预设、调用：通过灯光营造现场多种不同需求的动态场景气氛；

·调光：根据用户的个人要求、现场的需要设置个性化灯光效果；

·日照补偿：在固定照度的条件下，利用自然光调高调低现场灯光，达到节能的目的；

·红外、来人感应亮灯：灯光智能化的体现，适用于走廊、过道、入门场景；

·时间控制：通过预设时间开关、灯光灯光遥控；

具体功能可以做到如下：

1）自动开灯功能

当客户打开房门，钥匙灯立刻点亮，指导客户插卡取电。当客户插卡取电后，就进入了回家模式，根据情况和设定可以得到想要的灯光和电器的组合场景等。

同样，利用运动检测传感器可以检测房间内有无人，从而自动决定是否房间需要照明，一旦检测到房间有人，自动接通照明装置；人一旦离开房间在一定预先设定好的时间后（如5min），自动关闭照明，并可实现房间恒亮（照）度照明（如在有阳光的情况下，自动降低电照明的发光程度），也可以实现手动调光控制。

2）场景功能

只要轻按一个键，就可以得到想要的灯光和电器的组合场景，如回家模式、离家模式、会客模式、就餐模式、影院模式、夫妻夜话、夜起模式等。

以标准间为例，作为一个客人集中（唯一）活动的场所，一般配有吊灯、射灯、壁灯、筒灯等，可以用不同的灯光相互搭配产生不同的照明效果，如休闲、娱乐、电视、会客等场景模式供随时选用。

例如：

设定会客模式为吊灯亮80%、壁灯亮60%、筒灯亮80%；

看电视场景为吊灯亮20%、壁灯亮40%、筒灯亮10%；

因为采用了调光控制，灯光的照度可以有一个渐变的过程，通过遥控器或通过面板的现场控制，可以随心所欲地变换场景，营造一种温馨、浪漫、幽雅的灯光环境。

3）灯光软启

开灯时，灯光缓缓的亮起，关灯时，灯光缓缓的熄灭，消除了光线骤变对眼睛的刺激，既保护眼睛，也减小电流对灯丝温度的冲击，延长了灯具的使用寿命，保护灯泡。

4）亮度调节

可以任意调节灯光的亮度，从而配合各种家庭场景设置，为客户营造出更多更加温馨和浪漫的场景氛围。

5）记忆功能

电脑(或PLC)会自动记忆前一次开灯时设置的灯光效果，让智能照明系统的操作更具人性化。

6）安全功能

在房间中的运动检测传感器，除了感知客人的进入，还可以感知未经过授权的人的进入。同时在控制台，可以看到是否有人员在房内活动，做到安全防范。

4.2 控制系统图

酒店标准间控制方案是将走道灯、床头灯等需要控制的灯光全部接入到DALI系统，再将控制开关如插卡开关、门铃信号、开灯信号等接入远程I/O的开关量输入点，也可将温度调节器的模拟信号接入远程I/O的模拟量的输入点。空调温度控制可以由远程I/O的开关量输出点或模拟输出点完成。

图5是酒店标准间的控制系统图，图6为总线控制系统简图，可以根据要求增加和修改控制点。

对于整体，DALI 总线拓扑结构是不确定的，可以构成线型、树型、星型或混合型。在酒店中可以采取任何形式的结构，具体采用哪种形式或是多种并存根据客房的分布设计。图7给出系统拓扑图。

5 结束语

随着人们生活质量的提高和环境的改变，在未来的生活中，引入人类行为学、心理学的研究成果，在自动控制、计算机和通讯技术的基础之上，按照人类行为心理需要，将生活中的各种功能系统，通过自动化产品，与外界相连通的集控制、监测、管理与交流于一体的居家智能化住房必定会很快进入平民百姓家。

图5 酒店标准间控制系统图

图6 总线控制系统简图

图7 DALI系统拓扑图

[1] WAGO-I/O-SYSTEM IP20模块化现场总线产品目录[DB/OL]. 天津：万可电子，2006.

[2] WAGO-I/O-SYSTEM 750－641手册[DB/OL].天津：万可电子，2006.