DALI - światło ujarzmione
| TechnikaWymagania co do elastyczności i stopnia integracji systemów automatyki budynków, które stawiane są obecnie przez użytkowników oraz integratorów, są coraz wyższe. Dotyczy to między innymi sterowania oświetleniem – od nowoczesnej instalacji tego typu wymaga się nie tylko estetyki i funkcjonalności.
Musi ona cechować się łatwością rekonfiguracji oraz możliwością współpracy z innymi urządzeniami wchodzącymi automatyki budynku – takimi jak systemy bezpieczeństwa, klimatyzacji i monitoringu. Dla wielu osób instalacja oświetleniowa to nic więcej jak sieć połączeń elektrycznych i przełączników. Rozważając nowoczesne rozwiązania przeznaczone dla dużych budynków o charakterze komercyjnym, takich jak np. biurowce lub zakłady przemysłowe, stwierdzenie to jest całkowicie błędne.
Pomimo, że powszechnie stosuje się już sterowane sygnałem napięciowym 0÷10V, stateczniki lamp wyładowczych nie są ani tanie, ani łatwe w instalacji. Coraz częściej sterowanie oświetleniem pomieszczeń opiera się na cyfrowych protokołach komunikacyjnych i zintegrowanych systemach komputerowych. Jedną z nowych, wciąż rozwijających się technologii jest DALI. Nazwa ta jest skrótem od angielskiego Digital Addressable Light Interface i w wolnym tłumaczeniu oznacza adresowalny cyfrowy interfejs sterowania oświetleniem.
Co to jest technologia DALI
Technologia ta powstała w latach 90. ubiegłego wieku jako owoc współpracy kilku producentów urządzeń oświetleniowych i jest otwartym standardem umożliwiającym wytwarzanie przez różnych producentów w pełni kompatybilnych ze sobą urządzeń. Samo DALI jest tylko i wyłącznie standardem określającym metody komunikacji między elementami końcowymi sieci (czyli interfejsami oprawek oświetleniowych) a systemem sterującym i nie jest zależne od konkretnych rozwiązań technologicznych. Aktualnie praktycznie każdy większy producent opraw oświetleniowych ma już w swojej ofercie urządzenia wspierające interfejs DALI i najprawdopodobniej prędzej czy później staną się one powszechnie stosowanym rozwiązaniem.
Podstawową cechą DALI jest prostota konstrukcji i instalacji. Sieć komunikacyjna składa się z dwóch niskonapięciowych linii, które spełniają jednocześnie funkcje przewodów sygnałowych i zasilających. Istotnym faktem jest ich całkowita niezależność od instalacji zasilającej same lampy. Wysoki współczynnik SNR (Signal to Noise Ratio) oraz niewielka prędkość transmisji daje bardzo dużą odporność sieci DALI na zakłócenia zewnętrzne. Dzięki temu nie jest wymagane stosowanie wyszukanych środków zabezpieczających i doboru przewodów sygnałowych, które bez problemu mogą być układane równolegle z kablami zasilającymi instalacji elektrycznej budynku.
Przewody sterujące odbiornikami przyłączane są równolegle bezpośrednio do tzw. pętli DALI i nie wymagają zachowania odpowiedniej polaryzacji. Za włączanie i zmianę jasności świecenia lamp odpowiadają tylko i wyłącznie inteligentne układy wykonawcze, które podłączone są do sieci elektrycznej. Nie ma konieczności prowadzenia dodatkowych przewodów instalacji elektrycznej do włączników i regulatorów oświetlenia, jak ma to miejsce w tradycyjnych rozwiązaniach. Sterowanie odbywa się za pomocą jednej linii sygnałowej połączonej z konsolą sterowniczą, komputerem lub siecią budynku.
Każda pojedyncza sieć DALI może składać się z maksymalnie 64 indywidualnie adresowanych urządzeń, które mogą zostać przyporządkowane do każdej z 16 zdefiniowanych grup. Dodatkowo w indywidualnej pamięci każdego z nich można przechowywać 16 wcześniej przypisanych programów pracy. Dzięki otwartej architekturze okablowania, przyłączanie dodatkowych urządzeń nie stanowi problemu. Daje to bardzo szerokie możliwości sterowania pozwalające operatorowi na indywidualną kontrolę każdego z przyłączonych do sieci lamp.
W rzeczywistości stosowanie DALI w praktyce jest możliwe tylko i wyłącznie dzięki nowoczesnym elektronicznym statecznikom lamp wyładowczych. Każde takie urządzenie wyposażone jest w stosunkowo skomplikowany układ elektroniczny z własnym mikroprocesorem, pamięcią i obwodami autodiagnostyki.
DALI to korzyści nie tylko dla użytkowników
Dzięki zastosowaniu DALI można uniknąć wielu kompromisów, na jakie zmuszeni są projektanci systemów oświetleniowych na wczesnych etapach swojej pracy. Często początkowo niemożliwe jest precyzyjne określenie przeznaczenia pomieszczeń lub też może się ono zmieniać podczas eksploatacji obiektu.
Wykorzystując DALI możliwe jest zlokalizowanie opraw oświetleniowych i położenie instalacji zasilającej nawet wtedy, kiedy nie znane jest jeszcze dokładne rozmieszczenie ścian działowych, ani ogólna koncepcja zagospodarowania przestrzeni. Dopracowanie szczegółów instalacji może zostać wykonane znacznie później poprzez proste przypisanie konkretnych obciążeń do oddzielnych grup i programów sterujących.
Omawiane typy instalacji mogą być również opłacalne ekonomicznie ze względu na znaczne możliwości oszczędzania energii elektrycznej. Ma to znaczenie szczególnie w dużych budynkach biurowych lub przemysłowych, gdzie koszty związane z oświetleniem mogą sięgać nawet 25% całkowitych opłat za energię.
Dzięki cyfrowym protokołom sterującym możliwa jest komunikacja urządzeń sterujących instalacjami oświetleniowymi z bardzo wyszukanymi systemami obejmującymi np. układy czujników i elementów sterujących. Najprostszym, a jednocześnie bardzo popularnym, rozwiązaniem bazującym na nieliniowości charakterystyk lamp wyładowczych, jest niewielkie obniżenie mocy systemu oświetlenia w całym obiekcie.
Okazuje się, że zmniejszenie poziomu oświetlenia o zaledwie 5-10%, spowoduje spadek poboru mocy aż o 25%, co w skali długofalowej może przynieść znaczące oszczędności. Podobną metodą można również kompensować spadek wydajności lamp związany z ich zużywaniem się podczas czasu ich eksploatacji.
Możliwe jest również takie zaprogramowanie sytemu sterowania światłem, aby automatycznie przygaszał lampy w pomieszczeniach rzadziej wykorzystywanych przez personel, tj. np. w magazynach, na klatkach schodowych i w salach konferencyjnych. DALI daje możliwość płynnego sterowania oświetleniem także pojedynczych lamp lub całych ich sekcji tak, aby warunki oświetleniowe zawsze odpowiadały aktualnemu zapotrzebowaniu. Możliwe jest ustalenie oddzielnych programów oświetleniowych np. ze względu na porę dnia lub funkcje jaką spełnia w danym momencie pomieszczenie.
Jeszcze bardziej zaawansowanym układem, w którym DALI radzi sobie doskonale, jest system doświetlania dużych pomieszczeń, takich jak sale gimnastyczne, hale lub przestrzenie biurowe, które są już częściowo oświetlone światłem słonecznym wpadającym przez okna. Instalacja współpracując z czujnikami natężenia oświetlenia pozwala tak regulować moc poszczególnych lamp, aby zapewnić równomierny i jednocześnie minimalny potrzebny poziom oświetlenia całej powierzchni, a nawet całkowicie je wyłączyć, w razie gdy ilość światła dziennego będzie dostatecznie duża.
Jeszcze jedną istotną właściwością DALI jest możliwość dwukierunkowej komunikacji. Końcówki sieci nie tylko odbierają sygnały, ale również wysyłają je, informując o swoim stanie i ewentualnych usterkach. Pozwala to na natychmiastowe wykrywanie awarii, co jest szczególnie użyteczne w przypadku, gdy sieć obejmuje wyjścia pożarowe i oświetlenie awaryjne.
Problemy aplikacyjne w technologii DALI
Pomimo tego, że technologia DALI sama w sobie jest bardzo interesująca, jej stosowanie wciąż wiąże się z pewnymi niedogodnościami. Paradoksalnie większość z nich związana jest z tym, że omawiana technologia jest stosunkowo nowa, a jej wdrażanie do powszechnego użytku przebiegało do tej pory bardzo wolno. Aktualnie, szczególnie w Europie, projektanci nie dysponują jeszcze odpowiednio szeroką ofertą urządzeń i narzędzi, które obsługują omawianą technologię. Tymczasem te już dostępne nie należą do tanich. Biorąc pod uwagę fakt, że sieć DALI nie może współpracować ze starszymi typami urządzeń, stosowanie jej w przypadku modernizacji dawnych instalacji może być utrudnione, a często wręcz nieopłacalne.
Nie istnieją również rozwiązania uniwersalne dla wszelkich konfiguracji. Głównym problemem na jaki natrafią projektanci rozległych sieci zbudowanych z wykorzystaniem DALI jest możliwość zaadresowania w nich tylko 64 urządzeń i maksymalnie 16 grup. Powoduje to konieczność podziału systemu na podsieci i stosowania dodatkowych interfejsów łączących opartych np. na protokołach ethernetowych. Inną niedogodnością zgłaszaną przez użytkowników jest fakt, że DALI, w swojej pierwotnej wersji nie jest przystosowane do obsługi czujników takich jak np. detektory ruchu lub oświetlenia. Pojawia się przez to dosyć kłopotliwa konieczność instalacji dodatkowego okablowania czujnikowego. Pomimo, że istnieją plany częściowego wprowadzenia zmian w DALI, w celu redukcji obecnych niedoskonałości, nie będzie to z pewnością pełne i kompleksowe rozwiązanie.
Inny problem dotyczy konserwacji. W przypadku typowej awarii, takiej jak np. przepalenie się jednej z oprawek, usunięcie usterki nie sprowadza się tylko i wyłącznie do jej wymiany, ale wymaga również ponownego przypisania jej adresu sprzętowego i zaprogramowania wewnętrznej pamięci. Naprawa takiego urządzenia może przekraczać zakres kompetencji elektryka, przez co konieczne jest zaangażowanie obsługi automatyki budynku. Sytuacja może być szczególnie kłopotliwa gdy urządzenia w sieci nie zostały zaadresowane zgodnie z odpowiednią systematyką i logiką, a ponowne zaadresowanie wymaga wglądu do dokumentacji technicznej budynku.
Dalsze niedogodności wiążące się z instalacją DALI to niska przepustowość łączy, która pomimo, że świetnie sprawdza się w typowych instalacjach i gwarantuje odporność na zakłócenia, może być zbyt mała dla rozległych systemów wykonujących skomplikowane operacje sterowania oświetleniem. Efektem mogą być widoczne opóźnienia w pracy urządzeń. Inne mankamenty wskazywane przez użytkowników, to konieczność stosowania grubych kabli sygnałowych o minimalnym przekroju 1mm2 i klasie izolacji takiej, jak dla przewodów zasilających. Dodatkowo maksymalny spadek napięcia jaki może wystąpić na końcu takiej linii to 2V, co pociąga za sobą konieczność ograniczania jej maksymalnej długości. Pomimo, że wymienione wady mogą nie wydawać się bardzo znaczące w porównaniu z korzyściami jakie daje projektantowi zastosowanie protokołu DALI, trzeba być świadomym ich istnienia.
Systemy DALI w Polsce
Nowoczesne inteligentne systemy sterowania oświetleniem nie są już zjawiskiem egzotycznym i najpewniej niedługo na dobre zadomowią się w naszym kraju. Z najbardziej spektakularnym zastosowaniem tej technologii można się spotkać w wieżowcu biurowym Rondo 1 w Warszawie. Ten nowoczesny budynek o wysokości 192 metrów wyposażony jest w szereg nowoczesnych systemów automatyki i, co istotne, jest to pierwszy w Europie biurowiec, w którym na tak wielką skalę zastosowano oświetlenie sterowane protokołem DALI. Oświetleniem całego budynku steruje centralny serwer, który współpracuje między innymi ze sterownikami żaluzji w oknach. Aby oszczędzić na energii elektrycznej, żaluzje ustawiane są pod takim kątem, aby padające światło słoneczne odbijało się od sufitów i równomiernie oświetlało pomieszczenia. Po zmroku wszystkie żaluzje są podnoszone, a budynek zostaje podświetlony od zewnątrz nocnym światłem dekoracyjnym. Dodatkowo, aby udogodnić pracę personelu, każdy użytkownik przestrzeni biurowej może kontrolować oświetlenie stanowiska pracy z poziomu własnego komputera osobistego.
Na rynku dostępne są obecnie różne urządzenia z rodziny DALI. Przykładem może być np. sprzedawany przez Philips Lighting Polska modularny system sterowania oświetleniem Light Master Modular, będący kompleksowym rozwiązaniem współpracującym z magistralą LonWorks. System zapewnia doskonałą elastyczność i możliwości przyszłej rozbudowy, umożliwiając m.in. komunikacje z urządzeniami peryferyjnymi poprzez łącze podczerwieni. Dzięki temu nie ma konieczności instalowania pionowego okablowania – np. dla wyłączników naściennych. Producent dostarcza również pełną gamę nowoczesnych źródeł światła współpracujących z systemem oraz czujniki, urządzenia sterujące, takie jak piloty czy przełączniki.
Innym obecnie dostępnym rozwiązaniem jest system DALI Easy niemieckiej firmy Osram, który nagrodzony został m.in. na ogólnopolskich targach Światło 2006. System jest przeznaczony do oświetlania małych obiektów, takich jak sklepy, sale konferencyjne oraz kluby, i umożliwia projektowanie elastycznych instalacji i niezależne sterowanie oświetleniem za pomocą np. pilota podczerwieni.
Podobne rozwiązania, które przeznaczone są do współpracy z oświetleniem DALI znajdują się również w ofertach innych producentów, którzy nie zajmują się bezpośrednio technologią oświetleniową. Przykładem może być firma Beckhoff, która oferuje terminal sieciowy DALI Master umożliwiający integrację systemu oświetlenia z dowolnym systemem zarządzania inteligentnym budynkiem w którym wykorzystywana jest sieć Ethernet. Charakteryzujący się grubością wynoszącą zaledwie 12mm moduł KL6811 pozwala na obsługę 64 urządzeń DALI, a jego konfiguracje przeprowadza się za pomocą dostarczanego przez producenta oprogramowania.
Przyszłość sterowania oświetleniem DALI
Patrząc na aktualną sytuacje na rynku, trendy w rozwoju automatyki budynkowej i ewolucję systemów sterowania oświetleniem, można spodziewać się że DALI będzie jeszcze długo spełniał oczekiwania większości odbiorców. Niemniej trzeba być także świadomym, że standard ten będzie ewoluował tylko do pewnego stopnia i w pewnym momencie zostanie wyparty przez nowsze rozwiązania.
Największy wpływ będzie na to miało upowszechnianie się komunikacji bezprzewodowej, która w ciągu kilku zaledwie lat istotnie zmieniła rynek produktów konsumenckich, ale też profesjonalnych. Ponieważ DALI jest siecią typu Fieldbus, która bazuje na zwykłych przewodach miedzianych, w dzisiejszych czasach może być postrzegane jako ograniczenie.
Sama konieczność układania kabli w ścianach i sufitach sprawia, że technologia ta może być brana pod uwagę tylko i wyłącznie w przypadku budowy nowych obiektów lub znacznej modernizacji już istniejących.
Wiktor Naruszewicz
