Grundlagen zum Lichtsteuerungssystem Dali

Das Angebot an Steuerungssystemen und Kommunikationsstandards ist sehr umfangreich und für manch einen erst einmal unüberschaubar. Wer sich mit intelligenter Lichtsteuerung beschäftigt, wird auf Dali aufmerksam. Denn Dali ist das weitverbreitete, professionelle Werkzeug zur Lichtinszenierung (Bild 1). Dieser Beitrag soll die Grundlagen zu Dali vermitteln.

Dali ist robust, sehr installationsfreundlich und hat unter der neuen Schirmherrschaft der »Dali Alliance« (DiiA – Digital Illumination Interface Alliance) vor fast vier Jahren eine zukunftsweisende Stabilität und Interoperabilität erhalten: Mit dem Standard Dali-2 müssen neben den LED-Treibern fortan auch ­Steuergeräte der Zertifizierung entsprechen. Gerätetypen wie etwa Taster, Lichtsensoren oder Bewegungssensoren sind damit in der Norm definiert. Dadurch gelingt es, Produkte unterschiedlicher Hersteller in einer Anlage zu kombinieren und in Betrieb zu nehmen.

Eine Frage der Kommunikation

Hinter der Abkürzung Dali verbirgt sich die Beschreibung »Digital Addressable Lighting Interface«. Neben dem Wort »Lighting« (Beleuchtung) ist besonders das »Interface« (die Schnittstelle) hervorzuheben. Im Gegensatz zu manch anderem System wird bei Dali nicht die Inbetriebnahme und Anwendungsmethode standardisiert, sondern lediglich die Kommunikation.

Vergleichen wir die Geräte, die über Dali vernetzt sind, einmal mit unseren sprachlichen Verständigungsmöglichkeiten. Zur Kommunikation gehört neben dem Sprechen das Zuhören und Verstehen.

Es gibt in der Dali-Welt Controller, die unterschiedliche Fähigkeiten haben. Zum einen gibt es die Geräte, die lediglich einen Befehl an Leuchten aussprechen können. Darin unterscheiden sie sich von den Dali-Controllern, die in der Lage sind, hochkomplex zu kommunizieren. Intelligent verwalten diese Controller Prozesse einer Dali-Anwendung und können selbst in andere Systeme übersetzen. Eine dritte Produktgruppe hat keinerlei Möglichkeiten zur Kommunikation mit Produkten, die ihnen unbekannt sind. Auch diese dritten Produkte können als Dali-Geräte gekennzeichnet sein, arbeiten aber mit vielen proprietären Signalen. Ein typisches Kommunikationsproblem liegt z. B. vor, wenn in einem dezentralen Steuerungssystem (etwa »Dali-Link«), Dali-Broadcast-Sensoren angeschlossen werden (Dali-Kompaktmelder). Dann befinden sich zwei Applikationscontroller in einem Netzwerk, die sich nicht verständigen können. Zur Dali-Fehlervermeidung ist es wichtig zu wissen, welche Fähigkeiten die Geräte jeweils haben.

Nachfolgend gehen wir auf die wichtigsten Kategorien und Systemeigenschaften ein.

Der Applikationscontroller als Bindeglied im System

Bei den Produktkategorien unterscheidet man zwischen

• Sensoren wie z. B. Präsenzsensoren, Tasteingängen oder Visualisierungen,
• Applikationscontrollern sowie
• Aktoren wie z. B. Leuchten, Relais und Dimmern.

Während die Sensoren Umgebungswerte erfassen, sind die Aktoren das »ausführende Organ« und reagieren in der Anwendung. Das Bindeglied zwischen Sensor und Aktor ist der Applikationscontroller. Dieser übernimmt die Steuerung. Der Applikations­controller verarbeitet dazu alle Signale der Sensoren und entscheidet, wie die jeweiligen Aktoren reagieren sollen. Erfasst ein Helligkeitssensor z. B. weniger Licht, übermittelt der Sensor diese Werte an den Applikationscontroller. Dieser weist dem Aktor, der Leuchte, einen neuen Dimmwert zu, um die Beleuchtungsstärke konstant zu halten.

Häufig sind in einem Produkt Sensor und Applikationscontroller verbaut, gelegentlich auch Applikationscontroller und Aktor (Bild 2). Auch ein Dali-Produkt, das alle drei Eigenschaften vereint, wäre theoretisch denkbar.

In der Praxis gibt es Sensoren, die gleichzeitig einen Applikationscontroller im Broadcastmodus (Erläuterung dazu siehe weiter unten) zur Verfügung stellen. Das ist besonders für einfache Inselanwendungen ohne Zentralfunktionen sehr interessant. Man benötigt nur wenige Vorkenntnisse, um solche Applikationen in Betrieb zu nehmen.

Single- und Multi-Master

Der Name »Single-Master« beschreibt einen Applikationscontroller, der alleinstehend eine Anlage verwaltet und steuert. Dieser akzeptiert keine weiteren Applika­­tionscontroller auf einer Linie. Auch ist es in diesem Fall nicht erlaubt, dass Teilnehmer einer Dali-Linie selbstständig auf die Linie kommunizieren. Ein Beispiel dafür ist ein Sensor mit integriertem Applika­tionscontroller oder ein reiner Applika­tionscontroller, der Befehle an Leuchten ausgeben kann. Ein Taster oder zweiter Sensor kann über Dali nicht vernetzt werden. Die Anbindung erfolgt in der Regel direkt an den Applikationscontroller. Für den Systemintegrator und Elektroinstallateur ist eine solche Lösung einfach in Betrieb zu nehmen. Bild 3 (links) zeigt, wie optionale Taster und Sensoren Dali-unabhängig oft direkt am Applikationscontroller angeschlossen werden.

Der Multi-Master-Betrieb (Bild 3 rechts) lässt für mehrere Teilnehmer die aktive Kommunikation auf einer Linie zu. Das ist besonders interessant und wichtig, wenn es um Befehle geht, die zeitkritisch sind. Solche Befehle werden z. B. für Taster, Bewegungsmelder, Smartphones oder Ähnliches benötigt. Der Aktor soll unmittelbar reagieren, sobald jemand einen Taster betätigt oder durch den Bewegungsmelder erfasst wird.

 

Zentrale und verteilte Intelligenz

Wenn wir uns nun vorstellen, dass wir mehrere Multi-Master auf einer Linie haben, die zusätzlich einen Applikationscontroller be­inhalten, spricht man von einer verteilten ­Intelligenz oder auch dezentralen Steuerung. Hier ist entscheidend, dass bei einer verteilten Intelligenz die Geräte zusammenarbeiten können. Beispiele dafür sind »Dali-Link« und »Dali-Sys« von B.E.G. Alle Teilnehmer sind aufeinander abgestimmt und wissen, wie sie im Einzelnen arbeiten sollen. Durch die verteilte Intelligenz erhält man eine deutlich höhere Ausfallsicherheit. Wenn ein Applikationscontroller ausfällt, ist oft noch ein anderer Applikationscontroller vorhanden, der ggf. einfache Grundfunktionen sicherstellen kann.

Da eine verteilte Intelligenz aufwendiger in der Entwicklung ist, verzichtet man häufig auf dezentrale Dali-Systeme. Die meisten Systeme auf dem Markt sind zentral orientiert. Produkte verschiedener Hersteller können somit einfacher zusammenarbeiten, da nur ein Applikationscontroller entscheidet. Sensoren wie z. B. »BMS Dali-2« von B.E.G. arbeiten im Multi-Master-Betrieb und liefern alle wichtigen Informationen an den Applikationscontroller.

Broadcast und Multicast

Bei der Auslegung von Produkten muss überprüft werden, ob der Applikations­controller nur Broadcast- oder auch Multicast-Telegramme unterstützt (Bild 4). Broadcast sind einfache Telegramme, die den Befehl an alle Leuchten gleichermaßen verteilen. Solch ein Befehl könnte lauten: »Schalte alle Leuchten auf 80 %«. Bei Multicast ist es möglich, bis zu 16 Gruppen zu definieren und diese anzusteuern. Ein Broadcast-Applikationscontroller wie z. B. der Kompaktmelder von B.E.G. ist einfach zu handhaben, da er keinerlei Adressierung und Gruppierung erfordert. Broadcast-Applikationscontroller sind aber nicht ganz so flexibel und vielseitig wie ein Multicast-System.

Topologie und technische Eigenschaften

Dali ist ein fehlerunanfälliges System. Dies bedeutet, dass die Installation sehr einfach ist. Dali ist verpolungssicher und benötigt keinerlei Schirmung. Dali kann mit einem NYM-Kabel ab einem Querschnitt von 1,5 mm² bis zu einer Länge von 300 m in einer »freien Topologie« verdrahtet werden. Man darf keine Ring- oder vermaschten Topologien verwenden.

Nach dem aktuellen Standard Dali-2 ist die Teilnehmeranzahl auf 64 Aktoren und 64 Sensoren /Applikationscontroller beschränkt. Diese vorgegebenen Werte sind in der Realität aus verschiedenen Gründen nicht zu erreichen. Abgesehen von einem hohen Datenverkehr bei vielen angeschlossenen Sensoren ist vor allem der Strom der Grund für eine Reduzierung der Teilnehmer. Dali-Netzteile dürfen maximal 250 mA liefern. Je nach Applikation und Hersteller liegt dieser Wert in der Regel zwischen 100 mA und 240 mA. Oft haben bereits die Applikationscontroller eine integrierte Spannungsversorgung, und ein Dali-Netzteil muss nicht separat angeschlossen werden (Bild 5).

Im Gegensatz zu EVG / Betriebsgeräten haben Sensoren keinen vorgegebenen Maximalstrom. Hier empfiehlt es sich, bei der Planung das Datenblatt des Herstellers zu berücksichtigen. Typischerweise liegen die Werte zwischen 5 mA und 10 mA. Vorschaltgeräte für Leuchten sind jedoch in der maximalen Stromaufnahme auf 2 mA begrenzt. Ein Beispiel verdeutlicht, wie man die maximale Teilnehmeranzahl ermittelt:

• 64 Betriebsgeräte à 2 mA -> 128 mA
• 10 Multisensoren à 8 mA -> 80 mA
• 8 Taster-Module à 4 mA -> 32 mA

Daraus ergibt sich ein Bedarf von 128 mA + 80 mA + 32 mA = 240 mA. Somit benötigt man ein verhältnismäßig großes Netzteil, um diese Anforderung zu erfüllen. Hervorzuheben ist, dass diese Auslegung keinesfalls eine Planungsempfehlung darstellt. Man sollte immer eine Reserve vorsehen. Wir schlagen dazu mindestens die Einplanung eines Puffers von 30 mA vor. Die volle Nutzung von 64 Kurzadressen für die Aktoren sollten vermieden werden, um zukünftig flexibel kleinere Änderungen vornehmen zu können. Somit ist bei einem Dali-Netzteil 240 mA folgende Auslegung denkbar:

• 60 Betriebsgeräte à 2mA -> 120 mA
• 7 Multisensoren à 8mA -> 56 mA
• 8 Taster-Module à 4mA -> 32 mA

Bei einem Bedarf von 120 mA + 56 mA + 32 mA = 208 mA bleibt so noch eine entsprechende Reserve.

Dali-Teilnehmer unterschiedlicher Hersteller

Zuletzt erläutern wir, wie herstellerunabhängige Dali-Teilnehmer eingeplant werden können. Seit der Dali-2-Standardisierung existiert auf der offiziellen Internetseite der DiiA eine Produktdatenbank, die alle registrierten Produkte beinhaltet. Ob Sensor, Applikationscontroller oder Aktor – mittlerweile enthält die Datenbank rund 2000 Dali-Produkte. Diese werden für Planer und Elektroinstallateure mit ihrer Kompatibilität zu anderen Dali-Geräten beschrieben. So lässt sich beispielsweise sehr einfach ermitteln, ob ein Dali-Controller eines anderen Herstellers mit den Multi-Master-Sensoren »PD4N-BMS Dali-2« von B.E.G. kompatibel ist. Betrachtet man den Sensor in der Produktdatenbank, so zeigt sich, dass dieser nach vier Dali-Parts geprüft wurde. Teil 101, 103, 303, 304 stehen für die jeweils unterschiedlichen Anforderungen und Kommunikationsstandards, die der Sensor erfüllt.

Auf der Interseite der Dali-Alliance ist zudem eine Übersichtsgrafik mit einer Beschreibung der wichtigsten Teile dargestellt (www.dali-alliance.org). Aus dieser Übersicht geht hervor, dass neben den allgemeinen Anforderungen für Präsenzsensoren auch Teil 303 und Teil 304 unterstützt werden. Teil 303 steht für Bewegungserfassung und Teil 304 wiederum für einen Lichtsensor. Auf der Suche nach einem Controller, der Teil 303 und Teil 304 unterstützt, listet die Tabelle inzwischen fast 60 Applikationscontroller auf. So ist sichergestellt, dass die Geräte miteinander kompatibel sind.

Autor

Daniel Grabasch, B.E.G. Brück Electronic GmbH, Technischer Vertrieb und Projektgeschäft, Systemberatung, ­Gebäudeautomationstechnik

 

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net