Netzwerk: Licht-Steuerprotokolle Architektur

Lichttechnik ist nicht nur in der Veranstaltungstechnik beheimatet, sondern auch im Architekturbereich. So sind speziell für den Architekturbereich ebenfalls Licht-Steuer bzw. Übertragungssysteme entwickelt worden, die insbesondere den Anforderungen im Bausektors gerecht werden. Da immer mehr Licht-Entertainment in der Architektur stattfindet, also dem so genannten Architainment, blicken wir hier über den Tellerrand um die Eigenheiten der Architektur-Steuersignale kennen zulernen.
In der Veranstaltungstechnik ist DMX 512 auch deshalb ein Standard, da mit diesem Protokoll Beatgenauen Flash-Lauflichter realisiert werden können. Dagegen sind die Anforderungen aus der Architektur eher im Bereich einfachster Verkabelung oder Anbindung an weiteren Gewerken wie Klima oder Sonnenrollos gelegen, während eine schnelle Verarbeitung eine untergeordnete Rolle spielt. So rümpft manch Veranstaltungstechniker die Nase wenn er mit Architektursteuersignalen zu tun hat. Jedoch darf man die Lösungen nicht pauschal abtun, denn selbst in manch ureignen Veranstaltungsprodukten wie einer Leuchtstofffarbrampe kann man intern Steuerungen aus dem Architekturbereich wieder finden.

DSI
DSI steht für Digital Seriell Interface. Dieses Protokoll wurde zur Ansteuerung von elektronischen Vorschaltgeräten von TRIDONIC ATCO für Leuchtstofflampen entwickelt. Dabei musste sollte es sehr störsicher sein, was mit einer Signalspannung von 12 Volt und einer relativen geringen Übertragungsrate von nur 1,2 Kbit pro Sekunde erreicht wird. Eine individuelle Adressierung sowie Rückmeldungen jeder einzelnen Leuchte ist mit dem DSI-EVG's nicht möglich. Dennoch hat DSI gegenüber der 1-10 Volt Analogansteuerung erhebliche Vorteile, da die Ein-Aus Funktion über die digitale Schnittstelle gesteuert wird, kann die Netzeinspeisung frei von Gruppen und Regelkreiszugehörigkeit auf die EVG's aufgeschaltet werden. Dieser Umstand ist gerade bei Nutzungsänderung von Vorteil, da die Lastleitung bestehen bleiben kann und nur die Steuerleitung den neuen Geometrien angepasst werden muss. Das Niederspannungskabel der digitalen Schnittstelle ist polaritätsfrei und kann somit in beliebiger Polarität am DSI Anschluss des EVG's angeschlossen werden. Durch die Verwendung einer digitalen Schnittstelle ist das Dimmverhalten, aufgelöst mit 8 Bit, vom ersten bis zum letzten Leuchtmittel gleich. Durch Überspannungsschutz ist die Installation zusammen mit der Netzleitung möglich, was erheblich weniger Aufwand bedeutet. Zwar gibt es auch Typen die einen Defekt der Leuchte zurückmelden können, jedoch ist das DSI-Steuersignal in erster Linie zur Steuerung von elektronischen Vorschaltgeräten anzusehen als für Netzwerkanwendung. Die dafür benötigte größere Flexibilität erfolgte erst mit der Entwicklung des DALI-Bussystems.

Steckbrief
Gewerke: Licht
Datenaustausch: Unidirektional
Zugriff: Zentralsteuerung
Übertragungsverfahren: Asynchron
Übertragungsgeschwindigkeit: 1,2 Kbit/s
Teilnehmer: 25
Gruppen: -
Spannungsversorgung Teilnehmer: 12 Volt
Topologie: Linie
Leitungslänge: 250 m
Anwendung: Ansteuerung von elektronischen Vorschaltgeräten

DALI
DALI steht für Digital Adressable Lighting Interface und kann als konsequente Weiterentwicklung von DSI angesehen werden. In der Veranstaltungstechnik hört man selten etwas von einem DALI Bus, aber dennoch findet er im verborgenen öfters seine Anwendung. Schraubt man z.B. eine von DMX512 angesteuerte Interga auf, so erkennt man im Inneren Vorschaltgeräte der Leuchtstofflampen die mit einem DALI-Bus angesteuert werden. Eine andere Platine hat die Aufgabe der Adresseinstellung, Menue-Funktionen und das DMX512 Signal zu decodieren um es dann als DALI-Protokoll den Vorschaltgeräten der Leuchtstofflampen zuzuführen. Aber das Haupteinsatzgebiet des DALI-Bus ist natürlich im Architekturbereich. Jedes Betriebsgerät, das über eine DALI-Schnittstelle verfügt, kann über DALI-Kurzadressen einzeln angesteuert werden. Wie der Name bereits andeutet handelt es sich um ein Digitales Protokoll zur Lichtsteuerung, dessen Teilnehmer adressiert werden können. Dabei war das Hauptziel die Nachteile der sonst üblichen 1-10V Analogansteuerung zu beseitigen und dennoch nicht die Komplexibilität und Kosten der üblichen Industriebussysteme anzunehmen. Bei DALI wendet man ein zentral gesteuertes Master Slave Prinzip an, welches aber auch Multimasterfähig ist. Über eine Zentrale erfolgt die Zugriffsteuerung auf den Bus, wobei die Teilnehmer die Befehle erhalten und abgefragt werden können. Über den Zentrale wird auch die Inbetriebnahme bewerkstelligt. Ein Weiterer Vorteil ist die einfache Verdrahtung. Nutzt man z.B. ein 5 adriges 1,5mm² Stromkabel, kann man mit drei Adern die Netzspannungsversorgung für den Teilnehmers verwenden und die weiteren zwei Adern können mit dem DALI-Bussignal belegt werden. Denn wenn eine Basisisolierung vorhanden ist, darf DALI und 230V nebeneinander liegen. DALI ist intern galvanisch getrennt, was auch Masseschleifen verhindert. Sogar das verpolte Aufklemmen der Steuerleitung stellt kein Problem dar. Die Kommunikation ist recht einfach gehalten. Nach der Startkennung erfolgt die Unterscheidung ob die nächsten 6 Bit eine Gruppenadresse oder eine Geräteadresse darstellt. Darauf folgt ein Unterscheidungsbit ob die nächsten 8 Bit ein Kommando wie Schalten, Dimmen (mit Fadezeit), Festwert setzen, EVG- und Lampenfehlern senden, Lampeneinbrennzeiten senden oder eine der 16 Lichtszenen aufrufen, oder ein Wert darstellen. Beendet wird das Telegramm mit zwei Stopbits. Sendet der Teilnehmer an die Zentrale, erfolgt dies nur mit 8 Bit Daten neben dem Start und Stopp Bits. Aufgrund des einfachen Aufbaus und den Begrenzungen, ist der DALI-Bus in erster Linie geeignet größerer Räume zu steuern oder fungiert als Subsystem eines Gebäudeautomationssystem über ein Gateway. So könnten in einem Gebäude in jedem Geschoss voneinander unabhängige DALI-Busse das Licht steuern. Aufgrund der geringen Kosten des Systems, findet man DALI-Komponenten in noch kleineren Systemen, wie die anfangs erwähnten RGB+W Leuchtstoff-Rampen, denn immerhin ist DALI normiert gemäß IEC 60929, Norm für Vorschaltgeräte.

Steckbrief
Gewerke: Licht
Datenaustausch: Bidirektional
Zugriff: Zentralsteuerung
Übertragungsverfahren: Asynchron
Übertragungsgeschwindigkeit: 1200 Bit/s
Teilnehmer: 64
Gruppen: 16
Spannungsversorgung Teilnehmer: 16V (9,5-22,4V)
Topologie: Baum, beliebig
Leitungslänge: max. 300m zwischen Spannungsversorgung und Teilnehmer (max. 2V Spannungsfall bzw. 8Ohm Schleifenwiederstand)
Anwendung: Lichtsteuerung für Großen Raum


Innenlegen einer Integra: DALI gesteuerten EVGs


In der Intregra wird das DMX-512 Signal in ein DALI-Signal umgewandelt und steuert die EVGs


Einfache und schnell zu verstehende Telegramme zwischen dem Master und den Slaves bei DALI

EIB
EIB steht für European Installation Bus, und wurde von den Firmen Berker, Jung, Gira, Merten und Siemens ins leben gerufen. Durch den Späteren Zusammenschluss mit der Konnex Association wurde auch der EIB-Bus erweitert und auch Namentlich auf EIB/KNX geändert. Im Gegensatz zu Dali ist der EIB-Bus dezentral aufgebaut und unterstützt alle Gewerke wie Heizung, Lüftung oder gar Sicherheitseinrichtungen. Die Teilnehmer werden unterschieden in Sensor wie z.B. Schalter, Befehlsgeber, Windmesser, Helligkeitssensor oder Gasdetektor und in Aktoren wie Dimmer, Jalousienen, Motoren oder Lüftung, um nur einige zu nennen. Dabei muss jeder Teilnehmer einen eignen Microcontroller beinhalten der eine selbständige Prozessbearbeitung für das betreffende Gerät durchführen kann. Denn im Gegensatz zum DALI-System, bei dem ein Zentralrechner alles steuert und nur den direkten Befehl übermittelt, ist beim EIB-System kein Zentrales Steuergerät erforderlich. Findet irgendein Ereignis statt, so sendet der Sensor die Nutzinformation wie z.B. Schalter wurde geschaltet oder Windgeschwindigkeit beträgt 8 Knoten oder ein Rechner liefert zeitgesteuerte Ereignismeldungen. Alle angeschlossenen Aktoren hören die Busleitung ab und bei entsprechender Gruppenadresse oder Absenderadresse reagiert der Aktor mit der in Ihm vorprogrammierten Handlung. Ein Vorteil ist dabei das der Ausfall einer Zentralsteuerung hier keinen Totalausfalls des System zur folge hat. Nachteilig ist bestimmt der gesteigerte Programmieraufwand der einzelnen Aktoren. Jeder Teilnehmer muss also mit einem Programmiergerät adressiert werden sowie mit dem Funktionsprogramm (Applikation), Parametern und Gruppenadressen programmiert werden. Der Bus selbst besteht aus "J-Y(St)Y 2x2x0,8 EIB" (Twisted-Pair-Kabel) wovon jedoch nur ein Paar benötigt wird denn die Signale wie auch die Spannungsversorgung von 28V DC erfolgen über dieselben Adern. Man kann Bereiche über Koppler aufteilen. Bei den Bereichskopplern können Adressräume definiert werden damit die bestimmte Informationen von einem Bereich in den anderen übertreten können. Ein Liniensegment besteht aus maximal 64 Teilnehmern. 4 Liniensegmente können zu einer kompletten Line zusammengefügt werden. Dabei werden zur Ankopplung Linienverstärker bzw. für die Erste Linie ein Lienenkoppler verwendet. Bis zu weitere 14 Linienkoppler können mit Ihren Linien zu einem Bereich zusammengeschlossen werde. Reichen die nicht aus, kann mit Bereichskopplern mehrere Bereiche zusammengeschlossen werden. Somit ist mit dem EIB-Bus die Beleuchtung, Jalousien beziehungsweise Beschattungseinrichtungen, Heizung aber auch die Schließ- und Alarmanlage zu steuern. Selbst eine Fernüberwachung und -steuerung des Gebäudes ist möglich. Aufgrund der soeben hier Skizzierten Möglichkeiten ist es leicht nachzuvollziehen, das man zur Bewältigung eines so mächtigen Bussystems etwas Einarbeitungszeit benötigt. Der EIB Bus ist über die EN50090 normiert.

Steckbrief
Gewerke: Alle
Datenaustausch: Bidirektional
Zugriff: Dezentral
Übertragungsverfahren: CSMA/CA
Übertragungsgeschwindigkeit: 9.600 Bit/s
Teilnehmer: 14.400
Gruppen: 16 Hauptgruppen, 2048 Untergruppen
Spannungsversorgung Teilnehmer: 21 - 29 V (24 V nominal) Gleichspannung
Topologie: Baum, beliebig
Leitungslänge: Spannungsversorgung - Teilnehmer 350m, Teilnehmer - Teilnehmer 700m, Gesamtleitungs-länge 1000m
Anwendung: Komplettes Gebäudemanagement


EIB Telegrammaufbau


EIB Topologie, Linien und Bereiche

LON
Das im Jahr 1990 erschienene LON (Local Operating Network) wurde von Motorola, die dafür eigen einen eignen Chip namens Neuron entwickelten, ins leben gerufen worden. LON hat eine große Verbreitung in der Gebäudeinstallation erfahren, ist aber als universales dezentrales Netzwerk für die Industrie, Verkehrsleitprozessen oder auch der Telekommunikation und weiteren Bereichen ein fester Bestandteil. Wie beim EIB-System tauschen auch hier Aktoren und Sensoren oder Controller ihre Daten aus, jedoch ist man bei LON sehr flexibel was die Datenübertragung betrifft. So erfolgt die Übertragung nicht nur über twistet Pair Leitungen, sondern auch über Funk, Lichtwellenleiter, IR, Coax oder das 230 V Stromnetz. Insbesondere die Übertragung über das 230V Netz macht LON für den Einsatz im Gebäude intersant, wenn das vorhandene Stromversorgungsnetz als Datennetz mitgenutzt werden kann. Auch hier ist der Kerngedanke eine dezentrale Steuerung. So muss jeder dezentrale Knoten eine frei Programmierbare Datenverarbeitung beinhalten. Dazu wurde der Neuron Chip entwickelt, der drei 8 Bit Prozessoren enthält. Eine CPU kontrolliert die physikalische Verbindung zum Netzwerk, die andere ist für die Kodierung und Dekodierung der Netzwerknachrichten verantwortlich und auf der dritten CPU läuft die vom Anwender programmierte Software. Mit einer 48 Bit lange ID-Nummer ab Werk ist der Chip bzw. der LON-Knoten eindeutig identifizierbar. Die Kommunikation erfolgt über das LonTalk Protokoll. Dabei werden über die LonMark Association immer weitere Kommunikations-Terminologien die auch Herstellerübergreifend arbeiten definiert. Die Programmierung der Knoten erfolgt ebenfalls über externe Programmiergeräte, jedoch mit gängigen Programmiersprachen wie ANSI C aber auch komfortabel über grafische Programmierung. Die Topologie kann absolut frei erfolgen. Selbst ein Mischen von Ring und Linie ist möglich. Über Router ist auch eine gesteuerte Segmentierung möglich. Eine Prioritäten geordnete Übertragung ist ebenfalls möglich wie auch eine gesicherte End to End Kontrolle sowie Empfangsbestätigungen. Selbst Ereignisse können mit Zeitstempel versehen versendet werden und ermöglichen so eine Protokollierung der Ereignisse, wie auch Warn und Alarmtexte.

Das LON-System ist über die EN14908 normiert.

Steckbrief
Gewerke: Alle auch außerhalb der Gebäudeleittechnik
Datenaustausch: Bidirektional
Zugriff: Dezentral
Übertragungsverfahren: CSMA/CA modifiziert
Übertragungsgeschwindigkeit: 4,8 KBit/s (bei Übertragung auf 230V-Netz), bis 1,25 MBit/s
Teilnehmer: 32.000
Gruppen: offenes System
Spannungsversorgung Teilnehmer:
Topologie: beliebig
Leitungslänge: bis 2 Km, durch Router und Repeater und Gateway pracktisch unbegrenzt
Anwendung: Komplettes Gebäudemanagement, Industrie als Feldbussystem, uvm.

LCN
LCN steht für Local Control Network und wurde speziell von der Firma Issendorf für Wohnhäuser und Gebäude entwickelt um die Elektroinstallation zu vereinfachen. Daneben gilt allgemein, dass mit modernen Gebäudemanagement sich die Energiekosten drastisch senken lassen, wenn z.B. die Allgemeinbeleuchtung abhängig von der Umgebungshelligkeit gesteuert werden. Weiterhin ist eine Überwachung und Visualisierung über ein Bussystem leichter zu realisieren. Einer der hervorstechenden Vorteile des LCN-Bussystem ist, das die Verdrahtung des Busses mit nur einer Ader und zusammen mit der Leitung der Netzspannung erfolgen kann. Die zweite Busleitung ist gleich dem Nullleiter des Verbrauchers. So ist dann ein LCN-Modul mit einer Phase, dem Nullleiter und der Datenleitung bereits an das Bussystem angeschlossen. Das LCN-Modul ist im Gegensatz zu den bisher vorgestellten Systemen sowohl Aktor wie auch Sensor und ein Datenpaket eines LCN-Moduls beinhaltet auch immer von wem das Paket kommt, einer kurzen Info, was es beinhaltet und natürlich für wen es gedacht ist. Das Datenpaket kann je nach Anforderung unterschiedlich groß sein und ist somit sehr flexibel auch für zukünftige Erweiterungen gewappnet. Eine Prüfsumme und die geschachtelte Überprüfung der Sendung macht das System sehr störungssicher. Im Gegensatz zum DMX-Bussignal werden hier auch Überblendzeiten übertragen. Somit muss bei einer Überblendung nicht ständig ein neuer Datensatz mitgeteilt werden, sondern jeder Empfänger führt sein Timing selbständig aus. Auch ist somit auch ein Monitoring des Busses sehr einfach. Auch Hier wird der Gedanke des dezentralen Aufbaus und der Intelligenz innerhalb des einzelnen Modules konsequent verfolgt. Die Adresse des Modules wird mittels Programmiergerät das irgendwo am Bus angeschlossen zwischen 5 und 254 eingestellt. Das Übermitteln der Daten wiederum erfolgt in der Angabe von Segmentnummer und Adresse, so das bis zu 30.000 Module separat angesprochen werden könnten. Das kleinste System kann mit zwei Modulen beginnen und kontinuierlich erweitert werden. Auf der Netzspannungsführenden Ebene können bis zu 250 Module miteinander verdrahtet werden. Reicht diese Anzahl nicht aus, oder möchte man abgetrennte Bereiche untergliedern und nur noch Alarmsignale oder Außenlicht bereichsübergreifend weiterleiten, können bis zu 120 Segmente miteinander gekoppelt werden.

Steckbrief
Gewerke: Licht, Temperatur, Motore, Zeit, Raumüberwachung und Zutrittskontrolle
Datenaustausch: Bidirektional
Zugriff: Dezentral
Übertragungsverfahren: Mehrstufiges Kollisionsverfahren
Übertragungsgeschwindigkeit: 9,6 KBit/sek
Teilnehmer: ca. 30.000
Gruppen: 250
Spannungsversorgung Teilnehmer: Netzspannung / max. +- 30V Bus-Signal
Topologie: beliebig
Leitungslänge: max. 1000m, erweiterbar mit Zwischenverstärker
Anwendung: von Wohnung bis Gebäude zur Vereinfachung der Elektroinstallation


Hier wurde nur ein Auszug von Steuerprotokollen aus der Architekturlichtvielfalt ausgewählt. So heißen weitere Steuer-syteme z.B. X10, Netlinx, AMX-Bus, Polytrax, HomePNA, EHS, CEBus, Luxmate oder Nicobus, um nur einige weitere zu nennen. Die Funktion von Gateways, die wir bereits aus dem Teil "Ethernet" kennen gelernt haben finden wir unter den unterschiedlichen Bussystemen der Architektursysteme wieder. So sind nicht nur Gateways zwischen EIB, LON oder Dali vorhanden, sondern auch zu Ethernet und DMX. So kann eine komplexe Licht-Gestaltung durchaus durch ein Entertainment Lichtstellpult entwickelt werden und mit Playback Geräten der kontinuierlichen Ablauf kostengünstig realisiert werden, während über Anbindung über ein Gateway auf ein für Architekturbelange optimiertes Bussystem die Szenen übertragen werden, so das die Künstlerische Vorstellung wie auch der ökonomische Betrachtung des Betreibers realisiert werden können. Aber auch umgekehrt wird diese Technik immer weiter fortschreiten, wenn es darum geht in einem Veranstaltungsbetrieb wie einem Theaterhaus die Anbindung vom Lichtstellpult an das Saallicht und weiter noch an angrenzenden Bereiche der Haustechnik über standardisierte Hardware mit hausspezifischer programmierter Oberfläche realisiert zu werden. So kann den kostenintensiven Sonderbau begegnet werden und Änderungen bei eingetretenen Nutzungsänderungen müssen nicht mehr mit schwierigen Umbauten erfolgen, sondern einfach mit dem Umprogrammierung von Funktionen. So bleibt, gerade in der immer schneller drehenden Welt, zumindest die Hardeware Investition gesichert. Die Kenntnis über die angrenzenden Architektur-Bussysteme erleichtert die Einschätzung über den zu betreibenden Aufwand bei einer Ankopplung, den Vorteil, aber auch die Grenzen der Systeme. So ist es z.B. vorstellbar, das ein Theater bei Einsatz von Leuchtstofflampen anstatt Dimmerkreise mit Grundlast und unter Beachtung der Phase VIP 90 VG anzusteuern auf EVGs umschwenkt, die mit Dali arbeiten und über ein DMX-Dali Gateway die Steuerung realisiert. Damit wären die Besonderheiten der Dimmerauswahl nicht so hoch muss aber im Gegenzug die Auflösung von nur 8 Bit hinnehmen, sowie eine leicht zeitverzögerte Reaktionszeit.



 


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Diese Seite war erstemals im Web: 07.01.2008 und zuletzt geändert am 07.01.2008

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