Drahtlose Lichtsteuerung mit Dali

Traditionell werden Beleuchtungssysteme über kabelgebundene Netzwerke gesteuert, doch seit einiger Zeit wächst das Interesse an der Nutzung drahtloser Konnektivität. Hier bietet das Lichtsteuerungssystem Dali inzwischen zwei unterschiedliche technologische Ansätze.

Energiesparende LEDs und hoch entwickelte Steuerungssysteme haben das Themenfeld Beleuchtung in den vergangenen Jahren stark verändert. In Kombination mit Sensoren und dem Internet der Dinge (IoT) ergeben sich Möglichkeiten für attraktive und effiziente Lichtkonzepte, die auf die Umgebung reagieren oder sich per Knopfdruck oder Smartphone steuern lassen.

Da weniger Kabel benötigt werden, lässt sich ein drahtloses Steuersystem einfacher und schneller installieren, insbesondere bei Renovierungsprojekten in älteren Gebäuden, bei denen die Möglichkeiten zur Verlegung von Kabeln eingeschränkt sind. Und eine schnellere Installation geht mit geringeren Arbeitskosten einher. Zudem macht eine drahtlose Lösung ein System flexibler und skalierbarer, da es die Freiheit bietet, Leuchten beliebig zu verschieben und hinzuzu­fügen.

Drahtlose Beleuchtungssysteme sind in der Regel in einer vermaschten Konfigura­tion (Mesh) organisiert, bei der jedes Gerät (oder jeder Knoten) mit mehreren anderen Knotenpunkten verbunden ist. Dies erhöht die Zuverlässigkeit, da es keinen einzelnen Ausfallpunkt gibt und Nachrichten der Steuerung automatisch umgeleitet werden, wenn ein Netzknoten ausfällt.

Standardprotokoll schafft Interoperabilität

Unabhängig davon, ob es sich um ein kabelgebundenes oder drahtloses Lichtsteuerungssystem handelt, müssen alle Geräte miteinander kommunizieren können. Diese Interoperabilität ist nur möglich, wenn es ­einen entsprechenden Standard gibt, auf den sich alle Hersteller einigen.

Im Bereich der Lichtsteuerung ist das wohl bekannteste offene standardisierte Protokoll das Digital Addressable Lighting Interface (Dali), das seit vielen Jahren in unzähligen Anwendungen auf der ganzen Welt zum Einsatz kommt. Dali basiert auf dem offenen globalen Standard IEC62386 und ist ein etabliertes Protokoll für die bidirektionale digitale Kommunikation von Lichtsteuergeräten und Sensoren. Dali-Geräte sind individuell adressierbar, sodass sich Dali gut mit anderen IoT-Systemen kombinieren lässt.

Dali wird von der Dali Alliance verwaltet, einem offenen Konsortium von Beleuchtungsunternehmen mit mehr als 350 Mitgliedern weltweit. Die Allianz fördert das Wachstum von Dali-basierten Lösungen und betreibt die Zertifizierungsprogramme Dali-2 und D4i, um die herstellerübergreifende Interoperabilität sicherzustellen.

Wie Dali drahtlose Beleuchtung unterstützt

Herkömmlich verwendet Dali einen speziellen Zweidraht-Bus für die Kommunikation zwischen Geräten. Neuere Entwicklungen bieten jedoch zwei alternative Ansätze zur Kombination von Dali-Lichtsteuerung und drahtloser Konnektivität:

• Standardisierte Gateways ermöglichen die Kommunikation zwischen Dali und drahtlosen Ökosystemen – angefangen mit Spezifikationen für Bluetooth Mesh und Zigbee.
• Eine neue Spezifikation, Dali+ genannt, unterstützt eine Funkverbindung anstelle von Leitungen für ein Dali-System.

Beide Optionen haben ihre Vorzüge. Die beiden Ansätze geben Lichtplanern die Flexibilität, das richtige Steuerungssystem für ihre spezifische Anwendung zu wählen. Die Möglichkeit, kabelgebundene und drahtlose Geräte in einem System zu kombinieren, bietet zusätzliche Flexibilität.

Gateway: Integration in nicht-Dali-funkbasierte Netze

»Wireless-to-Dali«-Gateways ermöglichen es, vorhandene leitungsgebundene Dali-Geräte in einem funkbasierten Nicht-Dali-Ökosystem zu verwenden. Die Gateways übersetzen Befehle von der drahtlosen Seite, um die Steuerung und Abfrage der Dali-Geräte durch das drahtlose Ökosystem zu ermöglichen, als ob sie Teil des drahtlosen Netzwerks wären.

Bild 1 zeigt, wie ein Gateway in das drahtlose Ökosystem eingebunden ist. Das Gateway enthält eine Dali-Anwendungssteuerung, die eine Verbindung zu Geräten im drahtgebundenen Dali-Netzwerk herstellt. Die Gateway-Architektur ermöglicht es dem drahtlosen Ökosystem, Dali-Betriebsgeräte, wie LED-Treiber, zu steuern und abzufragen, als ob die Dali-Geräte Teil des drahtlosen Netzwerks wären.

Dali hat bisher zwei solcher Gateways spezifiziert, mit Bluetooth Mesh und Zigbee als drahtlose Protokolle. Weitere Protokolle sollen in Zukunft unterstützt werden. Das Gateway erkennt die Dali-Geräte automatisch und adressiert diese, bevor sie dem Öko­system-Netzwerk beitreten. Vorhandene Funktionen von Bluetooth Mesh oder Zigbee gewährleisten die Sicherheit.

Im Betrieb kommunizieren die drahtlosen Geräte mit dem Gateway über ihr bestehendes Protokoll (Zigbee oder Bluetooth). Sie können über das Gateway die Lichtleistung und das Dimmverhalten von Dali-Geräten steuern und Lampenausfallinformationen von den Dali-Geräten sowie ausgewählte ­Daten (z. B. Energieverbrauch und Diagnosedaten) auslesen.

Zu beachten ist, dass Anwendungssteuerungen im Dali-Netzwerk keine Geräte im drahtlosen Ökosystem steuern, konfigurieren oder abfragen können. Das bedeutet, dass das drahtlose Ökosystem effektiv der Master und das Dali-System diesem untergeordnet ist.

Eine einfachere Alternative wäre, das gesamte Netzwerk mit Bluetooth Mesh oder Zigbee zu realisieren. Die Gateway-Spezifikationen ermöglichen jedoch ein klar definiertes und konsistentes Beleuchtungsverhalten und erlauben die Verwendung bestehender Dali-Produkte, insbesondere von LED-Treibern. Es gibt viele Dali-2- und D4i-zertifizierte Produkte von einer Vielzahl von Anbietern, die eine große Auswahl und Zukunftssicherheit bieten.

Und es gibt noch einen weiteren Grund, ein Lichtsteuerungssystem auf Dali aufzubauen: Das Protokoll wurde speziell für die Beleuchtung entwickelt, verfügt über maßgeschneiderte Lichtsteuerungsfunktionen und stellt Leuchten-, Energie- und Diagnose­daten zur Verfügung. Andere Protokolle bieten nicht die gleiche Fülle an standardisierten, beleuchtungsspezifischen Funktionen. Bild 2 zeigt ein Beispiel für den Einsatz von Gateways in zwei verschiedenen Szenarien.

Dali+: Drahtlose Beleuchtung mit Dali

Der zweite Ansatz zur drahtlosen Beleuchtungssteuerung ist Dali+, bei dem Dali über drahtlose oder auf dem Internet-Protokoll(IP)-basierenden Netzwerken verwendet wird. Dali+-Geräte kommunizieren mit den bestehenden Dali-Befehlen, die jedoch über eine drahtlose oder IP-basierte Verbindung übertragen werden, anstatt über die bei Dali-2 und D4i verwendeten Leitungen.
Dali+ baut auf den bewährten Dali-Lichtsteuerungsfunktionen in kabelgebundenen Systemen auf und bietet Zugang zu denselben umfangreichen Daten von Vorschalt­geräten, Leuchten und Sensoren. Alle Dali-Betriebs- und Steuergeräte der IEC 62386 können in Dali+ implementiert werden, einschließlich LED-Treiber, farbsteuerbare Treiber, Notlichttreiber, Anwendungssteuerungen, Taster und Sensoren.

In vielen Systemen kann es notwendig sein, sowohl Dali+ als auch bestehende drahtgebundene Dali-Systeme oder Leuchten zu kombinieren. Die Dali-Befehle und -Funktionen sind für Dali+ und drahtgebundenes Dali identisch. Ein neuer Gerätetyp, die sogenannte Bridge, ermöglicht es, Anwendungscontrollern im Dali+-Netzwerk, auf die drahtgebundenen Dali-Betriebsgeräte zuzugreifen und diese zu steuern (Bild 3).

Für komplexere Systeme kann ein Backbone wie Ethernet verwendet werden, um mehrere drahtlose Dali+-Systeme zu verknüpfen. Weiterhin sind Dali-Anwendungssteuerungen in der Lage, mehrere Teilnetze bestehend aus einer beliebigen Kombination aus Dali+- und kabelgebundenen Dali-Teilnetzen zu unterstützen (Bild 4).

Dali+ und Thread – eine passende Kombination

Es stehen heute verschiedene drahtlose Technologien zur Verfügung, mit der sich Beleuchtung steuern lässt. Aber in der Regel ist es sinnvoll, auf einen weitverbreiteten Standard zu setzen. Denn dies bringt Flexibilität und bindet den Anwender nicht an einen bestimmten Anbieter, da eine Auswahl an kompatiblen Hardwaregeräten von unterschiedlichen Herstellern erhältlich ist.
Die Dali Alliance hat zwei Gateway-Spezifikationen veröffentlicht, die Wireless-to-Dali-Gateways mit Bluetooth Mesh (Teil 341) oder Zigbee (Teil 342) abdecken. Die gleichen zertifizierten Dali-2- oder D4i-Treiber können entweder mit einem Bluetooth-Mesh- oder einem Zigbee-Gateway verwendet werden.

Zunächst unterstützt Dali+ Thread, ein ­IP-basiertes, energiesparendes, drahtloses Mesh-Netzwerkprotokoll, das die 6LoWPAN-Funktechnologie nutzt. Dabei gewährleisten Authentifizierungs- und Verschlüsselungsmethoden, die bereits Teil von Thread sind, die Sicherheit. Das Dali+-Beleuchtungssystem profitiert dabei von ­Thread-Funktionen wie Selbstheilung und automatischer Konfiguration. Die Kombination von Dali+ und Thread ermöglicht auch die Verwendung von IPv6-Adressen. Dies bedeutet, dass die Anzahl der Geräte in einem Dali+-System praktisch unbegrenzt ist.

Andere Thread-Geräte können in demselben Thread-Netzwerk wie die Dali+-Geräte verwendet werden. Systemdesigner erhalten so die Flexibilität, auch Nicht-Dali-Geräte wie Sensoren oder Türschlösser hinzuzufügen. Thread-Border-Router ermöglichen die Anbindung an andere IP-basierte Systeme wie Ethernet oder Wifi, womit sich hoch skalierbare Systeme realisieren lassen.
Dadurch, dass Dali+ auf Thread aufsetzt, besteht die Möglichkeit, das Beleuchtungssystem mit anderen Funktionen über die IT-Infrastruktur eines Gebäudes zusammenzuführen.

Fazit

Dali ist der etablierte Standard für digitale Lichtsteuerungssysteme. Die Dali Alliance ermöglicht es Lichtplanern nun, mit drahtlosen Verbindungen zu arbeiten und das alles auf der Grundlage bewährter, zuverlässiger Technologie und einer breiten Akzeptanz im Markt. Die Dali Alliance ist dabei, robuste Zertifizierungsprogramme für die neuen drahtlosen Ansätze zu entwickeln.

Heute gibt es bereits zwei Optionen: Einerseits »Wireless to Dali«-Gateways, die es ermöglichen, vorhandene drahtgebundene Dali-Produkte in einem nicht-Dali-fähigen System zu verwenden, und andererseits ­Dali+, das es Geräten ermöglicht, mit vorhandenen Dali-Befehlen zu kommunizieren, die über ein drahtloses oder IP-basiertes Medium übertragen werden.

Unabhängig davon, welche Variante für die Planung jeweils am besten geeignet ist, erweitern diese beiden Optionen den kreativen Spielraum. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass sich die Planer auf die strenge Standardisierung und Zertifizierung verlassen können, für die Dali bekannt ist, sowie auf die beleuchtungsspezifischen Funktionen, wie die präzise Dimmung und Farbsteuerung.

Für Büros, Wohnhäuser, Fabriken und alle anderen intelligenten Gebäude bietet die Kombination aus Funk und Dali einen hohen Grad an Flexibilität und Kontrolle und zeigt einen Weg auf, um in Zukunft neue Standards und Funktionen hinzuzufügen.

Autor

Birgit Schöniger, Publitek GmbH, Buchholz

 

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net