Översikt av ljusregleringsprotokoll

De finns flera olika sätt att styra belysningskomponenter, så kallade protokoll. De vanligaste trådbundna teknikerna som förekommer är fasimpuls, 1–10V, DSI, DALI-2 och DMX. Den nya trådlösa tekniken har utvecklats snabbt med protokoll såsom Bluetooth Low Energy – BLE. Protokollen är inte kompatibla med varandra om inte överbryggande system används (exempelvis BMS eller gateways).

Fasimpuls
Fasimpuls är den enklaste ljusstyrningen. I fasimpulsapplikationer används nätspänningen som styrsignal via tryckknapp i kombination med nolledaren. Detta är den enklaste formen av ljusstyrning: okomplicerat, kostnadseffektivt och dessutom användarvänligt.

Fasimpuls är inte ett standardiserat protokoll, vilket innebär att man inte ska blanda driftdon av olika fabrikat i samma styrning. För ljusreglering och tändning och släckning från flera styrpaneler krävs endast enkla tryckknappar av standardtyp som parallellkopplas.

1–10V (Analog signal)
Notera att antalet driftdon som kan anslutas till potentiometerns 1–10V-krets respektive brytfunktion avgörs av potentiometerns specifikation. Vid installation krävs korrekt polaritet (+/-) och man måste också ta hänsyn till spänningsfallet som ökar med ledningslängden. Alla armaturer kopplade till 1-10V-kretsen styrs som en ljusgrupp men dimringsvärdet avtar med ledningslängden.

DSI-buss (Digital Serial Interface)
DSI-bussen är ”den digitala versionen av 1-10V” dvs alla armaturer kopplade till DSI-kretsen styrs som en ljusgrupp. Fördelarna med DSI är att den digitala styrsignalen störs ej ut och att ett identiskt dimringsvärde skickas till alla armaturer. Det innebär att alla armaturer får samma ljusnivå oberoende ledningslängden (upp till max 2V spänningsfall, 300m).
DSI-bussen är opolariserad vilket underlättar installationen.

Ljusregleringens kvalitet säkerställs genom en logaritmisk ljusregleringskurva som linjäriserar styrningen för ögat.

DSI bygger på en central styrmodul som finns i olika utföranden för närvarodetektering, dagsljuskompensering, scenariobelysning, fjärrkontroll, gateway från överordnade system.

En vanlig gateway är DALI-DSI som används för att reducera antalet DALI adresser i stora grupper av armaturer som ska styras gemensamt som en ljusgrupp.

DALI-2 (Digital Addressable Lighting Interface version 2)
Det standardiserade DALI gränssnittet (2002) definierar ett protokoll för digital kommunikation mellan driftdonen i ett belysningssystem och i det uppgraderade DALI-2 (2019) definieras även gränssnittet mellan styrenheter. Det nya DALI-2 protokollet innebär även uppgradering av vissa parametrar i driftdonen.

I grunden medger DALI-2 individuell adressering av 64 driftdon (armaturer) per DALI-2 krets samt fri konfigurering av 16 ljusgrupper och 16 ljusscener.

DALI-2 standarden är utvecklad av ledande tillverkare av belysningskomponenter och ägs och regleras numera av en oberoende organisation, DiiA som äger specifikationen för DALI-2 komponenter. Målsättningen är att DALI-2 specifikationerna möjliggör kompatibilitet mellan olika tillverkare. För att en komponent ska få märkas med DALI-2 krävs att komponenten har genomgått tester enligt DiiA med godkänt resultat. Alla DALI-2 godkända komponenter listas på DiiA hemsida och får märkas med DALI-2 logotype. (www.dali-alliance.org/)

Installationen av de opolariserade styrledarna till DALI-2 driftdonen och DALI-2 styrmodulerna kan utföras med fri topologi (t ex parallell- eller stjärnkoppling) och de kan dras i samma kablage eller kanalisation som strömförsörjningen. Konfigureringen av armaturerna avseende belysningsgrupper och systemets funktion med tillhörande styrpaneler görs först efter att den fysiska elinstallationen slutförts. Detta garanterar maximal flexibilitet och full frihet vid ombyggnad och ny planering av exempelvis ett kontorslandskap.

Alla armaturer i en DALI-2 grupp tar emot exakt samma störningsfria digitala signal och erhåller därmed samma dimringsvärde (1–100 %). DALI-2 protokollet innebär en tvåvägskommunikation med driftdonen vilket möjliggör att statusmeddelanden, såsom aktuell ljusnivå, defekt ljuskälla etc. kan läsas av.

Genom ett stort urval av DALI-2 styrlösningar från flera fabrikat kan de flesta applikationer lösas, till exempel:

• närvarodetektering och dagsljuskompensering
• scenariobelysning
• sekvenser och tidsbaserade ljushändelser
• fjärrkontrollstyrning
• mjukvarubaserad konfiguration
• ingångsenheter för externa funktioner
• paneler och pekskärmar
• gateways från överordnade system

Not 1: Första DALI protokollet definierar endast det mottagande gränssnittet. Det innebär att styrkomponenter av olika fabrikat är inte nödvändigtvis kompatibla och ska därför inte användas i samma DALI-system.

Not 2: Andra DALI-2 standarden definierar däremot både det mottagande och det skickande gränssnittet.

I DALI-2 måste man ha minst en så kallad Application Controller som samordnar signaler från sensorer, tryckknappar, touchpaneler, schemastyrning, logiska villkor och sköter prioriteringen av dessa styrsignaler.

Not 3: Äldre DALI-armaturer och nya DALI-2 armaturer kan styras av både DALI eller DALI-2 styrenheter, men de äldre DALI-armaturerna i en anläggning kommer inte reagera på de nya DALI-2 parametrarna. Ett exempel är parametern Fadetime som definierar tiden mellan två ljusscener. I DALI är Fadetime max 90 sekunder men i DALI-2 är Fadetime max 60 min.

Not 4: Man kan inte blanda styrenheter DALI med DALI-2 i samma system. Det kommer inte att fungera.

Vid behov av större installationer kan man använda sig av DALI-2 Application Controllers som kan hantera flera DALI-2 bussar som kan sammankopplas via det lokala IP-nätverket. På detta sätt kan ett DALI-2 system byggas ut efter behovet. Detta ger en transparent struktur på belysningsanläggningen och möjlighet till integration med andra styrsystem i byggnaden eller anläggningen.

D4i (DALI-2 for IoT)
D4i är ett nytt tillägg till DALI-2 standarden, med fokus på kommunikationen mellan komponenterna inuti en armatur. Förenklat kan man säga att man byggt in en enklare styrenhet inuti D4i-drivern samt specificerat hur sensorer och noder ska kommunicera direkt med drivern.

En D4i-driver strömförsörjer även sensorer och noder direkt istället för via en extern strömförsörjning. Standarden specificerar även hur data sparas i drivern samt hur datan kan rapporteras.

D4i ger enklare armaturdesign genom inbyggd strömförsörjning och kan stödja upp till 2 enheter, så som sensorer och kommunikationsnoder. Drivern har även inbyggd energimätning samt kan förse detaljerad information kring enhetens användning, status samt adderade funktioner som tex. data från en luftsensor.
En D4i-certifierad driver får märkas med D4i´s logotype och finns listad på DiiA’s hemsida.

Bakgrunden till D4i är att det finns ett ökat behov av digitalisering med uppkopplade system och datainsamling för nya tekniska innovativa funktioner och lösningar för byggnader och städer – Smart City Solutions.

Då IoT bygger på data och insamling av data har man inom D4i utvecklat nya funktioner i driftdonet. Via noden kan armaturen kopplas upp trådlöst via exempelvis ett RF-meshnätverk till en gateway som i sin tur är kopplad till ett överordnat Building Management System eller för utomhusbelysning i staden till ett Smart City System.

Det överordnade systemet kan nyttja de nya funktionerna för drift, övervakning och planerat underhåll.

DMX digital multiplex
DMX är ett digitalt kommunikationsprotokoll för trådbunden ljusstyrning, vilket framförallt tidigare har använts mest inom teater och musikbranschen men även inom arkitektur där kravet på komplexa belysningslösningar/styrning är stort.

Fördelen med DMX-protokollet är dess hastighet där DMX skickar data med 250 000 bps. DMX hanterar även upp till 512 unika adresser och dessutom är det möjligt att styra DMX trådlöst. Det finns heller ingen begränsning på hur många anslutna enheter som kan kopplas till ett DMX protokoll, eftersom flera enheter kan använda sig av samma adress.

Det finns möjlighet till 2-vägskommunikation via s.k. RDM (Remote Device Management) vilket förenklar t.ex. felsökning av installerad anläggning. DMX Kopplas endast i serie, d v s stjärnkoppling är inte tillåtet. Max specificerat kabellängd är 1200m per DMX-buss med max 32 enheter kopplade på samma slinga. Gateways finns att tillgå mellan DMX och DALI. Protokollen är inte 1:1 kompatibla med varandra, så det är bara delmängder som går att översätta. Det finns även gateways mellan 1–10V, 0–10V, KNX samt DSI gentemot DMX och vice versa.

TRÅDLÖSA PROTOKOLL

Idag finns det flertalet olika protokoll med trådlös styrning, några av de vanligaste är; Bluetooth Low Energy (BLE), ZigBee, Z-Wave, Thread, NB-IoT, Wi-Fi. Nedan kommer några att presenteras lite mer i detalj.

Bluetooth Low Energy – BLE

Bluetooth Low Energy är den snabbast växande radiotekniken på marknaden och används i allt ifrån trådlösa hörlurar, högtalare, klockor och mobiltelefoner har nu även gjort sitt intåg inom belysning. Tekniken som sådan drivs på av utvecklingen av framför allt mobiltelefoner och dess tillbehör, och idag är vi uppe i BLE 5.x. Varje generation har fört med sig förbättringar inom dataöverföring och energianvändning. Inom belysning används BLE i en mängd olika applikationer, allt från enkla styrningar av en enskild armatur till enklare standalone-system. Det stora genombrottet för BLE kom med BLE-mesh-nätverk, där varje enskild nod agerar individuellt samtidigt som det är en del av ett större nätverk. Fördelen med mesh-nätverk är att en nod kan falla bort utan att det påverkar resten av nätverket, så det finns inga s.k. single points of failure. Detta innebär att styrsystemet finns i varje enskild nod istället för i en central punkt, vilket gör det mindre sårbart.

Bluetooth Low Energy kan nyttja flera olika protokoll och de flesta kan på produktnivå interagera med de vanligaste förekommande standarderna som tex. DALI, 1-10V, bakkantsdimring eller andra styrlösningar, så det är idag relativt enkelt att förvandla en traditionell armatur till en trådlös.  Vid nyproduktion av en armatur finns det idag flertalet drivers med BLE integrerat direkt i elektroniken.

ZigBee
Zigbee Alliance grundades 2002 och Zigbee är en öppen standard och är en av de största globala trådlösa protokollen med >300 medlemsföretag. Tekniken används i flera applikationer i allt från hem till industri och med många olika produkter som ex belysningskomponenter, temperatur, låsning m.m.

Zigbee mesh säkerställer stabiliteten i närverket av komponenter där varje enskild nod agerar individuellt samtidigt som det är en del av ett större nätverk.

För belysningsstyrning finns det många komponenter med Zigbee tekniken inbyggd som exemelvis tryckknappar, gateways, sensorer (närvaro och dagsljusstyrning), LED drivare, konvertrar etc. men också ljuskällor som är avsedda för styrning direkt via Zigbee.

Mer information finns https://zigbeealliance.org/

Enocean
Enocean är en teknik som används i trådlösa tryckknappar som konverterar rörelseenergin i knapptrycket till en radiosignal som kan fångas upp av olika system, tex. BLE-lösningar. Det möjliggör helt trådlösa och batterilösa tryckknappar för belysningsanläggningar, BMS-system, smarta hem och IoT-lösningar.

Fastighetsautomationssystem (BMS)
I byggnader med samordningsönskemål mellan olika delar och funktioner används ett s k BMS (Building Management System). Det överordnade systemet möjliggör att man kan använda vissa komponenter till flera olika uppgifter, till exempel kan en närvarodetektor styra både belysning och ventilation. Fastighetsautomation ger en flexibel och förhållandevis transparent struktur av byggnadens önskade funktioner och dess komponenter. Några av de vanligaste förekommande systemen är KNX, BACnet och Modbus. Ett LED-driftdon i en armatur kan inte styras direkt från BMS. En modern belysningsanläggning med DALI-2 armaturer kan integreras via gateways, det vill säga via en signalomvandlare från exempelvis KNX till DALI.