Beleuchtungssteuerung mit ABB i-bus® KNX und DALI - Teil 1

Beleuchtungssteuerung mit ABB i-bus® KNX und DALI - Teil 1 Vom Tesla-Licht zu DALI In modernen Zweckbauten ist heute der Einsatz von dimmbaren Leuchtstoffröhren Stand der Technik. Von diesem Zustand war man zu Beginn des letzten Jahrhunderts zwar weit entfernt, aber in dem Handbuch „Die Entwicklung der Beleuchtungstechnik“ [1], das im Jahre 1902 erschienen ist, wird die Leuchtstoffröhre bereits mit weiser Voraussicht als Licht der Zukunft bezeichnet: Das „Licht der Zukunft“, wie man das Tesla-Licht genannt hat, hat bis jetzt keine praktische Bedeutung erlangt und ist aus dem Laboratorium noch nicht herausgekommen. Es wird dadurch erzeugt, dass man Geißlersche Röhren in den Stromkreis sehr hochgespannter elektrischer Ströme – sog. Tesla-Ströme – bringt, wobei die stark verdünnte Luft in der Röhre aufleuchtet. Auf ganz ähnlichem Prinzip beruht die Cooper-Hewitt-Lampe, bei welcher Gas in der Röhre eingeschlossen ist. Vom Tesla-Licht bis zu den modernen T5-Röhren und dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) war es ein langer Weg, aber bereits in den siebziger Jahren des letzten Jahrhunderts erlaubten Thyralux-Steuerungen von BBC das kontinuierliche Dimmen von Leuchtstoffröhren. Sie wurden nicht nur für die Beleuchtungssteuerung im Zweckbau sondern auch von wissenschaftlichen Instituten eingesetzt, um z.B. den Einfluss des Lichtes auf die Verhaltensphysiologie von Tieren zu untersuchen [2]. Um ein sicheres Zünden zu ermöglichen, waren damals die dabei verwendeten Leuchtstoffröhren entweder noch mit einem dünnen Drahtgeflecht umgeben oder sie besaßen einen in Längsrichtung aufgedampften metallisierten Streifen. Von einem breiten Einsatz im Zweckbau war man damals aber noch weit entfernt. Einen wesentlichen Fortschritt stellten Ende der 1980er-Jahre dimmbare EVGs dar. Die daran angeschlossenen Leuchtstoffröhren werden nicht mit der 50Hz Netzfrequenz sondern mit Frequenzen im Bereich von 30…50kHz betrieben. Dies ermöglicht einen Betrieb mit einem höheren Wirkungsgrad. Zusätzlich zu dem 230V-Schalteingang besitzen diese Geräte einen 1...10 V Eingang. Genau genommen ist das ein strombegrenzter Spannungsausgang, an dem z.B. ein Potenziometer angeschlossen werden kann. Eine Veränderung des Widerstandes bewirkt eine Änderung der Spannung am Ausgang. Die Elektronik des Vorschaltgerätes überwacht die Spannung und verwendet den Spannungswert als Maß für den Dimmgrad. Die 1…10V Eingänge können parallel geschaltet und damit mehrere Leuchtstoffröhren auf die gleiche Art und Weise gedimmt werden. Die untere Dimmgrenze hängt von den verwendeten Leuchtstoffröhren und dem EVG ab und liegt üblicherweise im Bereich von 3...10%. Um die Beleuchtung komplett auszuschalten, wird die 230V-Versorgungsspannung abgeschaltet. Anfang der 1990er Jahre und in etwa zeitgleich mit dem KNX – damals noch EIB genannt - wurden dimmbare EVGs mit digitaler Schnittstelle entwickelt. Zusätzlich zu der 230V-Versorgungsspannung besitzen diese sogenannten DSI-Geräte eine digitale Schnittstelle, über die nicht nur ein digitales Dimmen in 256 Stufen sondern auch ein vollkommenes Ausschalten der Beleuchtung möglich ist. Alle Geräte, die über die digitale Schnittstelle miteinander verbunden sind, werden auf die gleiche Art und Weise gedimmt. Durch das digitale Dimmen ist sicher gestellt, dass alle Leuchten exakt mit dem gleichen Wert gedimmt werden. Darüber hinaus bieten DSI-Geräte noch weitere Funktionen, wie z.B. die Rückmeldung von Lampenfehlern oder das Einstellen von maximalen oder minimalen Dimmwerten. Ein individuelles Ansteuern einzelner Geräte ist jedoch nicht möglich. Da zum Ausschalten die Versorgungsspannung nicht abgeschaltet werden muss, wird auch im ausgeschalteten Zustand Energie verbraucht. Um die Vorschaltgeräte in 1…10V-Technik als auch DSI-Vorschaltgeräte mit der Quelle: www.voltimum.de

übergeordneten KNX-Gebäude-Systemtechnik verbinden zu können und damit weitergehende Funktionalitäten zu ermöglichen, standen von Anfang an Schalt-/Dimmaktoren von ABB zur Verfügung. Bild 1: ABB i-bus ® KNX Schalt-/Dimmaktor für 1...10V EVGs Einen großen Schritt vorwärts stellte die Entwicklung des DALI-Standards vor, der Mitte der 1990er Jahre zunächst als firmenübergreifender de-facto Standard erarbeitet wurde und heute in die IEC 62386 eingeflossen ist. Anfang 2000 wurden die ersten Geräte vorgestellt. Heute ist im Zweckbau der Einsatz von DALI-Vorschaltgeräten Stand der Technik. Der größte Fortschritt gegenüber dem DSI-Standard ist die Einzeladressierung von DALI-Teilnehmern. Daneben bietet DALI noch weitere Vorteile, wie z.B. Gruppenbildung, Speicher für Helligkeitswerte, einstellbare Überblendzeiten. Weitergehende technische Informationen zu DALI finden sich auf der Internetseite der DALI-AG [3]: www.dali-ag.org . Wichtig für die energetische Betrachtung ist die Verlustleistung heutiger DALI-Vorschaltgeräte. Mit Werten im Bereich von 200…500 mW liegen sie deutlich niedriger, als die ersten DSI-Geräte. Die DALI-Gateways von ABB Für die Verbindung zwischen KNX und DALI stehen verschiedene ABB i-bus ® KNX Geräte zur Verfügung. Quelle: www.voltimum.de

Bild 2: ABB i-bus ® KNX DALI-Gateway DG/S 8.1 Das DALI-Gateway DG/S 8.1 verbindet die Vorteile von DALI mit der Einfachheit der 1...10 V- bzw. DSI-Technik. Es stehen 8 DALI-Kanäle für jeweils 16 DALI-Teilnehmer zur Verfügung. Alle an einen Kanal angeschlossenen Teilnehmer werden gemeinsam geschaltet und gedimmt. Dadurch ist bei der Inbetriebnahme keine Adressierung der DALI-Teilnehmer erforderlich. Dieses Gateway wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn es nicht erforderlich ist, in Räumen einzelne Leuchten individuell zu schalten oder zu dimmen, und wenn Änderungen der Raumaufteilung nicht oder nur sehr selten zu erwarten sind. Bild 3 (links): Gerätefunktion DG/S 8.1: Leuchtengruppen werden über „starre“ Hardware- Verdrahtung gebildet. Schnelle Inbetriebnahme da keine Adressierung notwendig. Keine Neuadressierung bei EVG-Tausch. 8 x 16 DALI-Teilnehmer Bild 4 (rechts): ABB i-bus ® KNX DALI-Gateway DG/S 1. 1 Quelle: www.voltimum.de

An jeden der beiden Kanäle des DALI-Gateways DG/S 1. 1 können 64 DALI-Teilnehmer angeschlossen werden. Alle Teilnehmer des Kanals A können individuell geschaltet und gedimmt werden. Die an den Kanal B angeschlossenen Teilnehmer können auf einfache Art und Weise gemeinsam geschaltet und gedimmt werden. Für die Adressierung der DALI-Teilnehmer kann das gleiche Tool verwendet werden, das auch für die Zuordnung der Teilnehmer beim DG/S1.16.1 verwendet wird. Sollen viele Leuchten individuell geschaltet/gedimmt oder viele Gruppen mit jeweils wenigen Teilnehmern gebildet werden, dann ist der Einsatz dieses Gateways vorteilhaft. An jeden der beiden Kanäle des DALI-Gateways DG/S 1. 1 können 64 DALI-Teilnehmer angeschlossen werden. Alle Teilnehmer des Kanals A können individuell geschaltet und gedimmt werden. Die an den Kanal B angeschlossenen Teilnehmer können auf einfache Art und Weise gemeinsam geschaltet und gedimmt werden. Für die Adressierung der DALI-Teilnehmer kann das gleiche Tool verwendet werden, das auch für die Zuordnung der Teilnehmer beim DG/S1.16.1 verwendet wird. Sollen viele Leuchten individuell geschaltet/gedimmt oder viele Gruppen mit jeweils wenigen Teilnehmern gebildet werden, dann ist der Einsatz dieses Gateways vorteilhaft. Bild 5 (links): Gerätefunktion DG/S 1.1: Leuchtengruppen werden in KNX gebildet. Einzelne Leuchten werden auf KNX abgebildet. Adressierung erfolgt mit ETS unabhängigem Software-Tool. 1 x 64 DALI-Teilnehmer in unbegrenzten Leuchtengruppen. Bild 6 (rechts): ABB i-bus ® KNX DALI-Gateway DG/S 1.16.1 An das DALI-Gateway DG/S 1.16.1 können 64 DALI-Teilnehmer elektrisch parallel angeschlossen und „logisch“ in 16 Gruppen aufgeteilt werden. Alle Teilnehmer innerhalb einer Gruppe werden gemeinsam geschaltet und gedimmt. Ein Software-Tool ermöglicht die einfache und schnelle Zuordnung der DALI-Teilnehmer zu den Gruppen. Dieses Gateway ist vorzugsweise dann einzusetzen, wenn in Räumen nicht jede Leuchte individuell sondern Leuchten gesamthaft oder in Gruppen geschaltet werden sollen und im späteren Betrieb Änderungen der Raumaufteilung zu erwarten sind. Quelle: www.voltimum.de

Bild 7: Gerätefunktion DG/S 1.16.1: Große Leuchtengruppen werden über flexible DALI Gruppen angesteuert. 1 x 64 DALI-Teilnehmer in 16 Leuchtengruppen. Überlappende Gruppen sind möglich. Bild 8: ABB i-bus ® KNX DALI-Gateway Notlicht DGN/S 1.16.11 Das DALI-Gateway Notlicht DGN/S 1.16.1 ist ein funktional erweitertes DG/S 1.16.1, an das als DALI-Teilnehmer auch DALI-Notlicht-Konverter (DALI Gerätetyp 1) angeschlossen werden können. Ein DALI-Notlicht-Konverter ist ein DALI-Teilnehmer, der den Zustand der Einzelbatterie einer Notbeleuchtung überwacht, prüft und die Information über genormte DALI-Telegramme nach DIN EN 62386-202 zur Verfügung stellt. Das DALI-Gateway Notlicht DGN/S 1.16.1 wertet diese Informationen aus und überträgt sie auf den KNX zur Anzeige und/oder zur weiteren Verarbeitung. Bild 9: Gerätefunktion DGN/S 1.16.1: Ansteuerung über 16 Leuchtengruppen. Konventionelle Quelle: www.voltimum.de

Beleuchtung und Einzelbatterie Notleuchten vereint. Bild 10: ABB i-bus ® KNX DALI-Lichtregler DLR/S 8.16.1M Der DALI-Lichtregler DLR/S 8.16.1M ist hinsichtlich der DALI-Funktionalität ein DALI Gateway DG/S 1.16.1, das um die Funktion eines Lichtreglers ergänzt ist. An das Gerät können bis zu 8 Lichtfühler angeschlossen werden und zu 8 der insgesamt 16 DALI-Gruppen zugeordnet werden, d.h. bis zu 8 Gruppen um die Zusatzfunktion „Konstantlichtregelung“ ergänzt werden. Damit ist der Einsatz dieses Gerätes überall dort empfehlenswert, wo nicht nur einfache Installation, Komfort und Flexibilität in der Anwendung, sondern auch Energieeffizienz in der Beleuchtungstechnik gefragt ist. Bild 11: Ansteuerung über 16 Leuchtengruppen. Mit 8 Lichtfühlern sind bis zu 8 Leuchtengruppen regelbar. Master-Slave, Treppenlicht und Szenen Betrieb runden die Funktionen ab. Quellenverzeichnis [1] Die Entwicklung der Beleuchtungstechnik, Heinrich Hess, Otto Hofmann’s Verlag „Der Eisenhändler“, Bunzlau i. Schlesien, 1902. [2] The circadian system of the Turkish hamster: Responses to light, H. Pohl, Max-Planck-Institut für Verhaltensphysiologie, 1985 [3] DALI-AG, ZVEI Division Luminaires, Lyoner Straße 9, 60528 Frankfurt am Main [4] Studie Museum Oldenburg, Abschlussbericht, Daum Unternehmensberatung & Projektmanagement, 26. 9. 2008 Quelle: www.voltimum.de