DALI Lichtsteuerung - Überblick und Einführung (Teil 1)

Dr. Sven Hädrich

Dr. Sven Hädrich – Teamlead Embedded Software

DALI Lighting Control

Was ist DALI?

DALI, die Abkürzung für Digital Addressable Lighting Interface, ist ein allgemein anerkannter Standard, der die Kommunikation zwischen allen Arten von Beleuchtungskomponenten ermöglicht.

Das Herzstück der DALI-Normen ist eine einfache, aber effektive physikalische Schnittstelle. Es werden lediglich zwei Drähte benötigt, die die Busteilnehmer miteinander verbinden. Unterstützt werden Bus- und Sterntopologien sowie Mischungen aus beiden, wobei die Ringtopologie vermieden werden sollte. Dadurch kann ein einziges Kabel sowohl für die Netzstromversorgung als auch für die DALI-Kommunikation verwendet werden. Somit entstehen keine zusätzlichen Kosten für die Bereitstellung der DALI-Signale in einer Beleuchtungsanlage.

Im Ruhezustand beträgt die Spannung des DALI-Busses typischerweise 16 Volt, und Übergänge in den aktiven Modus werden durch Anziehen der Spannung auf den Massepegel angezeigt. Die DALI-Anschlüsse sind austauschbar, so dass es keinen speziellen Erdungsanschluss gibt. Es ist möglich, den DALI-Bus als Stromquelle für DALI-Geräte zu nutzen, wodurch der Bedarf an weiteren Stromquellen reduziert wird. Der Standard verwendet niedrige Datenraten und Manchester-Kodierung, so dass fast jeder Mikrocontroller in der Lage ist, DALI-Frames zu empfangen und zu senden. Das Protokoll selbst ist alles andere als komplex, so dass nur wenige Ressourcen für die Implementierung von DALI erforderlich sind. Diese einfache Integration unterstreicht die Rolle von DALI als benutzerorientierter, anpassungsfähiger Schnittstellenstandard in der Beleuchtungsindustrie.

Grundlegende Struktur eines DALI-Frames

Was wird durch den DALI-Standard abgedeckt?

Der DALI-Standard umfasst eine Reihe von Geräten, die Bestandteil von Beleuchtungssystemen sind, und spezifiziert Schnittstellen für verschiedene Lichtquellen, vor allem für LEDs. Außerdem werden Schnittstellen für Steuerelemente wie Taster, Präsenzmelder und Lichtstärkemelder beschrieben.

Innerhalb des DALI Frameworks spielt ein sogenannter Application Controller eine zentrale Rolle bei der Koordination der Interaktionen zwischen Lichtquellen und Steuerelementen. Der Application Controller entscheidet, welches Steuerelement die jeweilige Reaktion der Lichtquellen auslöst. Dabei gibt der Standard zwar Parameter für diese Interaktionen vor, räumt den Herstellern aber einen erheblichen Spielraum bei der Festlegung der spezifischen Fähigkeiten ihrer Application Controller ein.

Die Integration von Anwendungscontrollern in Geräte wie Drucktastenfelder und Anwesenheitssensoren ist weit verbreitet, obwohl diese Controller oft nur über nur einen begrenzten Funktionsumfang besitzen. Im Gegensatz dazu dienen einige dedizierte Geräte in erster Linie als Application Controller innerhalb des DALI-Netzwerks, die oft in Bridges integriert sind und das DALI-System mit anderen Kommunikationsstandards, wie TCP/IP oder KNX, verbinden.

Der Standard kategorisiert die Geräte in verschiedene Unterklassen, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen, wie z.B. Not- und Straßenbeleuchtung. Diese Einteilung ermöglicht gezielte Funktionen wie automatische Tests und Berichte für Notbeleuchtungssysteme. Darüber hinaus erleichtert DALI die Überwachung des Energieverbrauchs und des Status jeder einzelnen Beleuchtungseinheit, wodurch die Wartung und die betriebliche Effizienz ohne zusätzliche Kosten optimiert werden.

Wie verfügbar ist das Protokoll?

Die DALI Alliance ist die treibende Kraft hinter dieser Norm. Die DALI Alliance ist ein Industrieverband mit Partnern aus verschiedenen Bereichen der Beleuchtungsindustrie und hat sich zum Ziel gesetzt, die DALI-Standards auf breiter Basis breitzustellen. Jeder, der mit DALI-Geräten arbeiten möchte, kann diese Standards kaufen und in die Welt von DALI eintauchen. Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie die verschiedenen Komponenten von DALI-Systemen zusammenwirken, ist es schön, die Nachrichten zu visualisieren, die über den Bus übertragen werden. Dazu kann man einen DALI-zu-USB-Adapter und eine Software verwenden, die die Bits und Bytes in für Menschen lesbare Nachrichten übersetzt.

Viele verschiedene Abkürzungen - DALI, DALI-2, D4i, Zhaga, eDALI, DALI+

Der DALI-Standard blickt auf eine lange Geschichte zurück. Der Weg zur heutigen Form des DALI-Standards ist gepflastert mit Abzweigungen des ursprünglichen Standards und Erweiterungen. So gibt es zum Beispiel den ursprünglichen DALI-Standard, wie er 2009 veröffentlicht wurde. Dieser Standard war auf Lichtquellen beschränkt und es war nur ein loser Selbsttest notwendig. Heute gibt es den DALI-2-Standard, der von allen Geräten eine strenge Prüfung und Verifizierung ihrer Konformität verlangt. D4i nutzt die DALI-2-Zertifizierung als Grundlage und definiert einige spezifische Ausführungsformen, die für intelligente integrierte Leuchten (LED-Treiber, Steuergeräte) nützlich sind. Über D4i hinaus gibt es den Zhaga-Standard, der die Veränderbarkeit über die Lichtsteuerungsmethode hinaus definiert und physikalische und elektrische Dimensionen aller Art festlegt. Bevor neuere DALI-Standards alle Aspekte eines Beleuchtungssystems abdeckten, waren einige Bereiche ungeregelt und die Hersteller fügten ihre eigenen spezifischen Implementierungen in den DALI-Bus ein. Die robuste Natur des DALI-Busses erlaubte dies, und diese Patches, wie der eDALI-Standard, sind manchmal noch vorhanden. Wann immer möglich, sollte man sich jedoch an die offiziell standardisierte DALI-2-Lösung halten. Kürzlich wurde die DALI+-Zertifizierung für DALI-Geräte über drahtlose und IP-basierte Netzwerke veröffentlicht. Alle basieren auf dem DALI-Protokoll für die Kommunikation zwischen Beleuchtungssteuerungsgeräten.

Wie kann ich mein DALI-Gerät zertifizieren lassen?

Die DALI Association ist sich der Bedeutung der Interoperabilität von Beleuchtungssystemen bewusst und weiß, dass nicht jeder Hersteller von LED-Treibern auch Steuergeräte herstellen möchte und umgekehrt. Das Erreichen von Einheitlichkeit durch die Einhaltung eines gemeinsamen Standards kommt sowohl den Herstellern als auch den Kunden zugute und erleichtert die Integration von Komponenten verschiedener Hersteller in zusammenhängenden Beleuchtungslösungen. Die Gründung der DALI Association dient in erster Linie dazu, ein Zertifizierungszeichen zu vergeben, welches anzeigt, dass Produkte die festgelegten Kriterien für Kompatibilität und Interoperabilität erfüllen. Der Verband verfolgt einen transparenten Ansatz in Bezug auf die Mitgliedsbeiträge und die Kosten für die erforderlichen Prüfgeräte, um sicherzustellen, dass diese angemessen sind. Ein zentrales Werkzeug in diesem Zusammenhang ist der DALI-Tester, ein für diesen Zweck gebautes Messgerät, das automatisch die Testsequenzen ausführen kann, die die DALI Association allen ihren Mitgliedern zur Verfügung stellt. Die Testprotokolle aus diesem Testaufbau reichen aus, um eine gelistete Zertifizierung für ein Gerät zu erhalten. So können Hersteller entweder ein externes Testlabor beauftragen oder in einen DALI-Tester investieren und die Tests selbst durchführen. Es ist anzumerken, dass die Durchführung der Tests für einen einzelnen LED-Treiber oder ein Steuergerät in der Regel fast einen ganzen Arbeitstag in Anspruch nimmt, auch wenn viele Tests ohne ständige Aufsicht durchgeführt werden. Im 2. Teil dieser Serie erklären wir, wie zuverlässige und standardkonforme DALI-Hardwarelösungen entwickelt werden können.

Ein DALI-Gerät wird im grandcentrix Labor mit Hilfe des DALI-Testers getestet.

Was sind die bekannten Nachteile von DALI?

Die niedrige Datenrate von DALI ist vorteilhaft für die Unempfindlichkeit gegenüber Störgeräuschen, den minimalen Kabelaufwand und die Einfachheit der Gestaltung der physikalischen Schnittstellen. Allerdings schränkt diese Eigenschaft die schnelle Datenübertragung ein, was bei komplexeren Vorgängen zu einer trägen Erfahrung führt. Die anfängliche Buserkennung und -aufzählung kann Zehntelminuten dauern. Etwas, das man von modernen Hochgeschwindigkeitsschnittstellen nicht gewohnt ist. Die Entscheidungen über die technischen Aspekte des DALI-Standards werden von Ausschüssen getroffen, was es schwierig macht, die genauen Gründe für bestimmte Entscheidungen innerhalb des Standards nachzuvollziehen. Obwohl diese Entscheidungen nicht per se positiv oder negativ sind, könnte eine größere Transparenz bezüglich ihrer Grundlage das Verständnis für die Struktur und Umsetzung des Standards verbessern.