数字可寻址照明接口 第102部分

数字可寻址照明接口第102部分摘要简述了目前灯光和照明两类不同用途的几种主流总线控制技术，简单分析了其主要功能、区别及优缺点。由于IEC62386《数字可寻址照明接口》系列标准中所涉及的照明控制技术考虑了各种照明产品本身的具体特性，因而最适合普通照明应用。关键词灯光及照明控制总线协议IEC62386IntelligentizedLightingTechniquesandStandardforDigitalAddressableLightingInterface(Ⅰ)LiZili(GuangdongTestingInstituteforProductQualitySupervision，GuangdongGuangzhou510330)Abstract:Thepaperbrieflydescribesseveralkindsofmainstreambuscontroltechniquesforthedifferentpurposesofstagelamplightandlighting，andanalyzestheirmainfunctions，differences，advantagesanddisadvantages.Itisthemostsuitableintelligentizedlightingcontroltechniquesforgenerallighting，becauseIEC62386DigitalAddressableLightingInterfaceseriesstandardsdealwiththecharacteristicsofmanykindsofproductsthemselves.Keywords:stagelamplightandlightingcontrol;bus;protocol;IEC62386前言灯光及照明控制技术随着电子技术和计算机技术的发展而不断发展。20世纪60年代，为了提高控制精度和灵活性而出现的直接数字控制技术(DDC)随即被应用于自动照明控制;20世纪80年代末期及90年代，随着计算机网络技术在控制系统中发展应0，现场总线的工业控制技术很快发展成为主流技术。基于现场总线技术的智能灯光及照明控制系统是以现场总线为纽带把单个分散的灯具或测量装置联接起来，使之相互沟通信息，共同完成局部灯光及照明智能控制任务，并且0结合互联网技术可实现远程或更大范围的智能灯光及照明控制。智能灯光及照明控制适应了灯光及照明控制向分散化、网络化、智能化发展的方向。IEC62386《数字可寻址照明接口》系列标准的出台标志着全球智能照明新时代的开始。智能照明控制技术与迅猛发展的LED照明技术相结合将对照明产品及照明工程应用产生巨大的影响。同时，照明节能也从光源节能、灯控制器等部件节能、灯具节能发展到节能效果更明显的照明工程智能管理节能，这对照明行业的发展将产生重要的推动作用。0灯光及照明控制分类及控制方式1.1灯光及照明控制主要分为室内外灯光(包括舞台灯光)控制和室内外照明控制两类。1.2灯光及照明控制方式主要有传统灯光及照明控制方式、自动灯光及照明控制方式、智能灯光及照明控制方式。合理和正确地选用控制方式是实现灯光及照明实用性、舒适性、艺术性和节能性的有效手段。李自力:智能照明技术与《数字可寻址照明接口》标准371.2.1传统灯光及照明控制方式这类方式利用供电线路中的手动开关来人工控制灯光和照明灯具的通断;利用供电线路中的手动调节器来人工调节并实现灯光和照明灯具的调光控制。传统灯光及照明控制方式相对简单、直观。但由于整个系统中的手动开关、手动调节器分散而无法实现方便和有效地管理。1.2.2自动灯光及照明控制方式这类方式利用直接数字控制(DDC)技术来集中控制灯具的开关和调节，一般是由人工操作使控制中心发出信号，通过直接数字控制器来控制供电线路中执行器件的分合，实现灯具通断控制和调节。自动灯光及照明控制方式解决了传统控制方式的相对分散和无法方便而有效管理等问题。但是由于采用“点对点”的连线方式，使得系统需要有与灯具数量相当的控制线路，大量的布线成本使系统难以考虑高质量的调光控制功能。1.2.3智能灯光及照明控制方式基于现场总线技术的智能照明控制技术可根据不同区域的功能或用途、不同的时间、环境亮度来实现对灯光及照明设备的集中统一管理和监控，并结合现代照明技术、照明艺术科学地管理照明设备。智能照明控制系统可以是楼宇自动化系统的一个子系统，也可以不依赖于楼宇设备自动管理系统而独立运行。它不仅可以实现开关控制和调光控制，还可以预设许多照明场景，并根据时间、场所的功能、室内外照度自动调整场景，在照明参数指标方面达到实用要求的同时，使人在舒适并富有艺术气息的照明环境里学习、工作和生活。0室内外灯光(包括舞台灯光)控制系统和室内外照明控制系统2.1室内外灯光(包括舞台灯光)控制系统室内外灯光(包括舞台灯光)控制系统主要应用于舞厅、文艺晚会、体育盛会开闭幕式等场合。例如在08年奥运会、上海世博会、广州亚运会中都有大量应用。其中亚运会开闭幕式使用了2000多台探照灯、2000多台电脑灯等专业灯具及大量大型LED显示屏，在珠江两岸7km左右的区域打造了全球最大规模的灯光城市行为艺术。舞台类灯光控制系统的特点是控制的灯光灯具数量多，每台灯具功能多、变化快。主要控制功能包括开关、调光、调色(机械式电机带动，或RGB电子调色)、激光扫描、摇摆等;变化模式有隔行跳变、跑马方式、流水方式、渐亮渐暗、简单符号显示等;还可通过网络连接PC端软件将文字、FLASH动画、视频、图像等媒体信息表现出来。因此，可控节点多、功能变化多、控制速度快是它的基本要求;而很多场合对控制准确度要求并不高，例如探照灯的摇摆角度、调色色度偏差一点问题不大。另一方面，因为整个控制系统使用时间一般只有几个小时，为了达到视觉冲击震撼力和艺术效果而需要灯光时常快速变化，所以，舞台类灯光控制一般对节能不太关注。2.2室内外照明控制系统室内外照明控制系统的功能是使照明环境舒适，便于人们的学习、工作和生活。因此，它的照明控制特点是控制的照明灯具数量不多、每台灯具功能不多、相当长时间不变化。因此，系统可控节点要求不多(控制灯具多的整栋楼宇智能照明控制一般是通过多个子网互联而解决)、速度要求不高是它的基本特点。同时，对照明实用性、舒适性、节能性以及照明控制准确度(例如调光稳定度)要求高。0智能灯光控制系统和智能照明控制系统智能灯光控制和智能照明控制系统的组成方式主要有总线型、电力线载波型、无线网络型等。其典型控制总线协议主要有:DMX总线、i－bus总线、X－10总线、C－bus总线、HBS总线以及DALI总线等。3.1DMX总线DMX是Digitalmultiplex(数字多路复用)的英文缩写。DMX512协议最先是由USITT(美国剧院技术协会)发展而来的。DMX－512/1990协议的全称是“DMX－512/1990DigitalDataTransmissionStandardForDimmerAndControllers(调光器与控制台用数据传输标准)”。它是一种单向传输协议，不具备设备管理的功能，即只是控制台发出指令，调光器接收并执行指令，控制台不知各调光器是否接收到并正确执行指令。2000年的修订版DMA512A已能实现双向传输，即调光器可向控制台反馈自己的部分信息。DMX512主要用于并基本上主导了室内外舞台类灯光控制的大部分市场。当然也可以用于室内照明，但由于成本及功能等因素，室内照明应用很少。期DMX512是围绕工业标准EIA－485针对接口、电压、电流等的“电”端接口设计的。数据发送基于一种8位异步串行协议，带1个开始位(低电平)和2个停止位(高电平)，没有奇偶校验。因此1个数据帧有11位元。由于每一位的宽度是4μs，所以发送1个帧需要44μs的时间。发送1个连续的数据流，则会产生250kb/s的波特率。全数字DMX512调光系统基本包括:DMX512数字信号传输协议、数字触发器、数字调光台、数字信号解码处理器。(1)DMX512数字信号传输协议:以帧为单位，每帧数据由同步头和512个字节组成。按串行方式进行数据发送和接收，数据传输速率为250kb/s(比室内智能照明控制要求快百倍)。DMX512信号的同步头告诉接收设备:后面有512个字节(Byte)的串行数据发送过来，请做好接收准备工作。对于调光系统，每一个字节数据表示调光亮度值。用2位十六进制数表示(从OOH～FFH)，其中OOH表示100%，第1个字节表示第1路亮度值，第2个字节表示第2路亮度值，厖第512个字节表示第512路亮度值。DMX512信号的另外一个重要特性是信号差分输入工作模式。当干扰信号同时加在正信号线和负信号线上，采用信号差分输入时，输出端能滤除这类干扰信号，有效地提高系统的抗干扰能力。此外，数据传送距离每段可达1000m。总线尾端应接一个120Ω的电阻，否则可能会失配而发生数据紊乱。(2)数字触发器:有触发导通和触发关闭两种工作方式。触发关闭方式对电力系统的谐波干扰要比触发导通方式低，它是近年来研究出来的较为先进的触发方式。(3)数字调光台:电脑处理系统通过输入接口将推杆信息(如分控杆、集控杆、总控杆等)、按键信息(如记录场、集控、效果等)收集起来进行处理。处理结果通过输出接口转化为DMX512信号分别输出到相应的DMX信号输出口上，同时在显示器上显示出相应内容。(4)数字信号解码处理器:将512个串行数据接收并存入MCU的RAM存储缓冲区中。在时序节拍的控制下，数字信号解码器中的MCU根据电网的同步信号及RAM存储缓冲的调节亮度数据，输出触发脉冲控制晶闸管进行调光输出。以上是全数字DMX512调光系统基本配置。DMX512系统还可采用分布式、模块化的计算机网络技术控制系统。通讯接口采用计算机通讯中通用的EIA－485标准，采用光纤(网线)传输控制信号，向下通讯采用标准DMX512信号，可控制512个DMX通道;向上通讯基于TCP/IP方式，实现多个DMX512子系统的半网络化或全网络化大范围控制，并进一步实现更有效和更完善的灯光设备管理。3.2i－bus总线i－bus总线是基于EIB(EuropeanInstallationBus，欧洲安装总线)标准的两线网络。EIB是1990年起源于欧洲的一个现场总线协议标准，主要用于民用建筑中各类电气设备的智能化控制。EIB是一个开放的、综合性系统，覆盖楼宇家庭自动化的方方面面。它不依赖于特定的设备制造商，只遵循统一的标准。作为EIB的管理机构，EIBA(EuropeanInstallationBusAssociation，欧洲安装总线协会)已拥有包括ABB、SIEMENS等著名电气集团公司的近300家会员厂商，研发生产的各类功能模块达5000多种，占据欧洲楼宇、自动化设备80%的市场。目前EIB标准以其同类产品中绝对优势的市场占有率而成为事实上的欧洲标准。鉴于EIB在欧洲的楼宇自动化和家庭自控市场占有主导地位及其在北美的良好表现，该协议已被美国消费电子制造商协会(CEMA)吸收作为家庭自控的标准EIA－766。EIB系统是专用于建筑电气设备控制的现场总线技术，所以很多EIB系统也应用于智能照明控制系统。与前两代的集中式控制和集散式控制技术相比，EIB系统是一个安全分散的全分布式系统，在这个系统中没有主/从的设置，所有的现场设备包括面板按钮、开关驱动器、调光驱动器、定时器等都是系统中的一个节点。当根据需求设计和选择的应用程序被下载入全部元件模块中之后，各个元件就可以完全独立地进行工作。当有集中管理的需求时，作为中央管理单元的计算机也是作为总线系统中的一个节点参与管理工作。2000年8月在厦门国际会展中心EIB在中国第一次成功应用。北京首都国际机场T3航站楼智能照明控制采用了ABB公司的i－busEIB系统，共有包括普通照明和应急照明的回路56000个，其中调光回路550个，风机盘管620套，屋顶融雪装置430个，是目前世界上