Systémové topologie DALI podle EN 62386 (I)
Se sběrnicovým řízením osvětlení se v projektech setkáváme čím dál tím častěji. Sběrnice DALI (Digital Addressable Light Interface) vznikla v 90. letech a dnes již nenajdeme významnějšího výrobce osvětlovacích těles, který by ji nepodporoval. Standard je popsán v ČSN EN 62386.
Komunikativní řízení má proti konvenčnímu ovládání analogovými stmívači několik výhod:
- Úspora kabeláže – i když je nutné propojit tělesa zvláštní komunikační linkou, její topologie může být kromě kruhové prakticky libovolná. Vyhneme se větvení řídicích signálů z výstupních modulů do analogových předřadníků.
- Možnost povelování centrálního, po skupinách a scénách – jedním povelem můžeme nastavit více světel najednou. To je výhodné zejména pro zjednodušení obslužných programů a vyšší rychlost reakce – při změně scény všechna dotčená tělesa reagují ve stejný okamžik.
- Zpětná vazba – vyčítání informací z předřadníků: po sběrnici lze zjistit stav tělesa, nefunkčnost vlivem poškození předřadníku nebo osvětlovacího prvku atd. Poruchu je tedy možné automaticky hlásit poskytovateli servisu.
- Flexibilita systému, možnost upravovat algoritmy podle potřeby i na dálku nebo v rámci zkušebního provozu.
Principy sběrnice
Abychom věděli, co od komunikace DALI můžeme očekávat, musíme se nejprve seznámit s tím, jak vypadá po stránce hardwaru. DALI je dvouvodičová sběrnice, při jejímž zapojování (podobně jako u sběrnice M-Bus) nezáleží na polaritě. Vodiče sběrnice mohou být v jednom kabelu s napájením 230 V st, v systému je dovoleno vícefázové napájení. Sběrnice pracuje na pevné komunikační rychlosti 1200 bps, což znamená vysokou odolnost vůči rušení, na druhou stranu ale určitá omezení týkající se propustnosti dat. (S tím musí počítat autor projektu při volbě způsobu ovládání, měl by využívat centrální příkazy, řízení pomocí skupin a scény, viz dále.) Ukončení sběrnice není nutné, sběrnici lze libovolně větvit (neměla by ovšem být uzavřena do kruhu) a její maximální délka závisí na průřezu použitých vodičů:
| Délka vedení | Průřez vodiče |
|---|---|
| do 100 m | 0,5 mm2 |
| 100 – 150 m | 0,75 mm2 |
| 150 – 300 m (maximum) | 1,5 mm2 |
Na sběrnici musí být připojen zdroj, který může být jako samostatné zařízení, nebo častěji jako součást masteru – hlavního řídicího členu sběrnice. Zdroj smí být na sběrnici pouze jeden, jinak by mohlo docházet k toku vyrovnávacích proudů nebo překročení max. celkového povoleného proudu na sběrnici. Typické napětí pro vysokou úroveň je 16 V, standard definuje bezpečné povolené tolerance, které mohou vzniknout vlivem úbytku napětí na vodičích:
Obr.1: Napěťové poměry na sběrnici DALI, zdroj: DALI AG of ZVEI, Division Luminaires
Sběrnice je galvanicky oddělená od napájení. Při poruše sběrnice, tedy zkratu nebo přerušení, což se projeví nepřítomností napětí na předřadníku, přechází předřadník do nouzového režimu. Typicky jde o rozsvícení světla na 100 %, ovšem hodnota pro nouzový režim je nastavitelná.
Maximální proud zdroje nesmí podle normy přesáhnout 250 mA. Výrobci ovšem mohou dodávat zdroje s max. proudem nižším. V dokumentaci by měli udávat tento maximální proud (při ideálních podmínkách) a dále tzv. garantovanou hodnotu proudu (při maximální povolené teplotě zdroje). Na tuto garantovanou hodnotu, která může být podstatně menší než hodnota maximální, je vhodné systém dimenzovat. Celkovou zátěž zjistíme sečtením všech proudů předřadníků i vstupních zařízení (vypínačů, čidel atd.), údaje o jejich jmenovitém proudu by měl poskytnout dodavatel přístroje.
Adresování
Na sběrnici může být připojeno max. 64 předřadníků. Každý předřadník má tzv. krátkou adresu (short address) v rozsahu 0 až 63, která mu musí být přiřazena adresovacím nástrojem. Krátká adresa musí být na sběrnici unikátní. Pro účely adresování předřadník ještě generuje tříbajtovou náhodnou adresu, které se někdy chybně říká dlouhá adresa a která nesmí být a není při běžné komunikaci nijak využívána. Předřadníky ve výchozím stavu (tak, jak přijdou z výroby) nemají přiřazenu žádnou krátkou adresu, a tedy na příkazy, které využívají krátkých adres, nereagují. Reagují ovšem na centrální příkazy (broadcast), což lze využít pro rychlou kontrolu funkce předřadníku nebo sběrnice.
Pro zajímavost – zjednodušeně řečeno při uvádění do provozu, a tedy přiřazování krátkých adres programy postupují takto:
- Broadcastovým příkazem INITIALISE se všechny předřadníky přepnou do stavu, který umožňuje hledání podle náhodných adres a přiřazování krátkých adres. Tento stav je omezen na 30 minut a dá se zrušit příkazem TERMINATE.
- Broadcastovým příkazem RANDOMISE se všem předřadníkům vydá povel, aby si vygenerovaly náhodné tříbajtové adresy. (Pravděpodobnost, že se na sběrnici sejdou dvě stejné náhodné adresy, je 64/1677216 = 0,004 %, tedy zanedbatelná.)
- Porovnávacím příkazem COMPARE + hodnota se postupně detekují předřadníky s adresou rovnou nebo menší než vyslaná hodnota. Pokud předřadník vyhovuje podmínce, vyšle odpověď, jinak nereaguje. Na sběrnici se odpovědi logicky sčítají, takže pokud odpoví více předřadníků najednou, dojde sice ke kolizi, ale řídicí člen ví, že alespoň jeden předřadník má adresu rovnou nebo menší než vyslaná hodnota.
- Postupným půlením intervalu a snížením hodnoty o 1 se identifikuje nejvyšší náhodná adresa na sběrnici. Předřadníku s touto adresou se příkazem PROGRAM SHORT ADDRESS nastaví požadovaná krátká adresa. Předřadník se pak příkazem WITHDRAW vyřadí z adresovacího procesu – na příkaz COMPARE již neodpovídá.
- Opakováním předchozích dvou kroků se postupně naadresují všechny předřadníky.
- Broadcastovým příkazem TERMINATE se adresovací stav ukončí.
Podobné algoritmy existují pro přidání nového předřadníku na sběrnici, výměny předřadníku a naadresování nového stejnou krátkou adresou atd. Pro adresaci a správu sběrnice dodávají jednotliví výrobci programy a převodníky, které umožňují pomocí PC sběrnici naadresovat, uvést do provozu a diagnostikovat.
Skupiny a scény
Kromě přímého řízení přes krátké adresy a centrálního řízení všech světel na sběrnici najednou je možné pro snazší řízení předřadníky ještě přiřazovat do skupin a nastavovat jim scény. (V dalším textu předpokládejme, že pojmy světlo, předřadník a (krátká) adresa jsou ekvivalentní, správně by podle normy mělo být ovládací zařízení.) Hromadné ovládání má především tu výhodu, že k předání povelu dochází u všech světel ve stejný okamžik a je tedy vyloučeno postupné rozsvěcování podle toho, jak jsou „obkomunikovávány“ jednotlivé adresy, tzv. mexická vlna. Princip skupin je tento: Každé světlo může být přiřazeno do jedné nebo více skupin, kterých je v systému definováno 16, v nové verzi standardu z r. 2014 pak 32. Informace o tom, do jakých skupin světlo patří, je uložena v paměti předřadníku. Informace o přiřazení do skupin vypadá pro každý předřadník například (nahlíženo přes webové rozhraní převodníku Modbus TCP – DALI) takto:
Obr.2: Předřadník s adresou 1 je členem skupin 6, 9 a 14.
Pozor, skupiny jsou zde číslovány 1...16 místo 0...15. I na tyto možné rozdíly je třeba pamatovat.
Při zadávání skupinového povelu tedy master vysílá telegram, který se skládá ze skupinové adresy (z jejího formátu je příjemcům telegramu jasné, že se jedná o adresu skupiny a ne jednotlivého předřadníku) a z povelu pro tuto skupinu. Telegram se týká vždy jediné skupiny, není tedy možné jedním telegramem oslovit např. skupiny 1, 3 a 6. Při vyslání telegramu např. „skupina 0 rozsvítit na max. úroveň“ se všechny předřadníky, které přísluší do skupiny 0, nastaví na úroveň, kterou mají interně nastavenou jako maximální.
Naproti tomu v případě scén master pouze dává povel k aktivaci – vyvolání – scény neboli světelné situace, předdefinované v předřadnících. Tento povel neřeší, jak má scéna vypadat: předřadníky v sobě mají pro každou nakonfigurovanou scénu přednastavenou určitou konkrétní hodnotu osvětlení a je-li na sběrnici vyslán povel k aktivaci určité scény, předřadník zkontroluje, jestli má na tuto scénu reagovat a jak. Pokud ano, nastaví úroveň osvětlení, kterou má předdefinovanou. Definice scén vypadá v předřadníku např. takto:
Obr.3: Předřadník s adresou 1 se při aktivaci scény 1 nastaví na svítivost 150 atd. Hodnota 255 je tzv. maska, kdy předřadník na příslušnou scénu – zde scéna 6 – vůbec nereaguje. Maximální svítivost se nastaví zadáním hodnoty 254 (nebo menší, viz níže, Kritické body)
Scény jsou zde opět číslovány 1...16 místo 0...15.
Telegram tedy obsahuje pouze informaci např. „aktivovat scénu 7“. Hodnoty pro scény a přiřazení do skupin se v předřadnících nastavují standardními DALI příkazy pomocí konfiguračních nástrojů buď obecných, nebo dodávaných jednotlivými výrobci. Nastavení se obvykle provádí „jednou provždy“ při uvádění zařízení do provozu, byť existují instalace, kde si uživatelé mohou pomocí grafického rozhraní přiřazovat světla do skupin a nastavovat hodnoty pro jednotlivé scény sami.
Pochopení principu skupin a scén a rozdílu mezi nimi nám umožní naplánovat systém tak, aby se co nejvíce informací předávalo hromadnými příkazy a tím se jednak snížila časová zátěž sběrnice a jednak především zabránilo postupné reakci světel, jak by tomu mohlo být v případě postupného „obkomunikovávání“ jednotlivých předřadníků.
Funkce multimaster
V původní verzi normy mohlo být na sběrnici jen jedno zařízení master (tj. takové, které vydává povely pro předřadníky). Později došlo k rozšíření standardu o tzv. multimaster architektury. Abychom lépe pochopili funkci multimaster, je vhodné se seznámit s několika systémovými architekturami, jak je popisuje EN 62386-101:2014.
V této normě jsou především definovány různé typy zařízení na sběrnici:
- Napájecí zdroj sběrnice (Bus power supply): Poskytuje ostatním zařízením na sběrnici napájecí napětí. V single master topologiích obvykle představuje jeden celek s aplikačním řadičem, což je případ např. převodníku Domat M090.
- Aplikační řadič (Application controller): Přístroj, který na sběrnici vysílá dvoubajtové řídicí povely pro ovládací zařízení. V architektuře single master nemusí aplikační řadič obsahovat detektor kolizí, protože je jediným přístrojem, který na sběrnici povely vysílá. (Odpovědi ostatních zařízení jsou reakcí na tyto povely a aplikační řadič tudíž ví, že než je přijme, nesmí znovu vysílat.)
- Ovládací zařízení (Control gear): Možná by byl z hlediska sběrnice vhodnější český překlad „ovládané zařízení“; jde o předřadník nebo podobný přístroj, který řídí osvětlovací těleso.
- Vstupní zařízení (Input device): Přístroj, který na sběrnici vysílá tříbajtové telegramy o změně stavu nebo velikosti měřených veličin. Může jím být tlačítko, vypínač, čidlo pohybu, čidlo osvětlení nebo jakékoli jiné zařízení, jehož signál je využit pro řízení osvětlení. Důležité je, že signály vstupních zařízení nejsou zpracovávány přímo ovládacími zařízeními (předřadníky), ale aplikačním řadičem. Ten signály zpracuje podle nastavených pravidel a vysílá na sběrnici řídicí povely pro ovládací zařízení.
Příklad: uživatel stiskne tlačítko (vstupní zařízení). Tlačítko nevysílá na sběrnici povel k rozsvícení světla „rozsvítit světlo Y“, ale informaci „tlačítko X bylo stisknuto“. Aplikační řadič tento signál přijme a pokud je v jeho logice (aplikačním programu) nastavena funkce, která informaci tlačítka X využívá, je tato funkce aktivována – např. bylo-li stisknuto tlačítko X, vyšle na sběrnici povel „rozsvítit světlo Y“. Výhodou zde je, že veškerá inteligence je naprogramována v jediném přístroji, v aplikačním řadiči (tedy pokud na sběrnici není aplikačních řadičů více), a ovládací i vstupní zařízení jsou pouze naadresována. Tlačítko může ale funkci aplikačního řadiče obsahovat také, jak uvidíme později.
Více k tématu se dočtete v druhé části článku: Funkce a systémová architektura singlemaster a multimaster (II)
Pro podrobnosti a produktové informace navštivte webové stránky www.domat.cz
Domat Control System s.r.o. patří k evropské špičce dodavatelů řídicích systémů a regulací pro inteligentní budovy, průmysl a energetiku. Cílem této ryze české společnosti je vyvíjet, vyrábět a dodávat řídící systémy v mezinárodním měřítku.