智能照明总线协议综述

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1、智能照明总线协议综述上海图久办事处智能照明是一个比较新潮的概念，有很多人对于智能照明还是不够了解，我们图久楼宇科技 汲力与智能照明系统的开发，研制出了 P-Bus 智能照明系统。上海图久办事处是我们图久楼 宇科技在上海成立的专门为在上海P-Bus智能照明系统推广成立的基地。我们真诚与所有人 合作。下面我们就综述下市场的一些总线照明协议。摘要在简介智能照明领域主流协议的基础上，重点论述P-BUS系统的通信原理，系统结构和功能。 综合评述 ACN、Art2net 、DALI、EIB、C-Bus 、Dynet 和 P-Bus 这几种协议的技术特点和 实际使用状况。关键词 照明总线 ACN Art-n

2、et DALI EIB C-Bus Dynet P-Bus 引言 随着社会的不断发展，人们对照明的要求越来越高。基于能量流和控制流合一的传统机械式 开关照明系统，功能简单、布线复杂、扩展性差，已渐渐不能满足人们的要求，网络化的智能照 明应运而生。智能照明系统最突出的优点是综合计算机网络、电子技术和现代灯具的先进制 造工艺，为不同场合设计要求各异的照明系统，在提供简捷的照明控制的同时，能营造和谐舒 适的氛围，并最大限度地节约能源。现代灯光网络是从舞台灯光控制系统发展起来的 :1986 年美国影视剧场技术协会 (USITT) 的工程委员会开始制定控制灯光设备和附件的数字式传输标准 DMX512 协

3、议，1990 年 发布正式文本。现在北美地区呼声较高的 ACN 协议和欧洲地区的 ART2net 协议均在此基础 上发展而来。世界上一些厂商已经开始设计符合以上标准的灯光网络系统构架 ，制造相应的 灯光网络产品，但这类系统主要用于基础娱乐行业，并未涉足工用和民用的建筑物照明。与此 同时，面向工用和民用的照明系统也得到了充分的发展。根据协议的开发背景和功能特点大 致可分为以下几类 :一类是著名的灯光设备制造厂商单独开发的 ， 如澳大利亚 Clipsal 的 C-Bus 协议和 Dynalite 公司的 Dynet 协议，美国路创的 LUTRON 灯光控制技术等;一类是某 一领域的厂商联合起来，专

4、为调光系统的简单化而设计的，如DALI协议;还有一类是智能家 居协议中的灯光控制部分，如 EIB 协议和 X210 协议 的灯光场景设置部分等。这些协议在 各自的领域均有自己的优势，占据一定的市场，所以要在短时期内将照明网络统一到一种协议 上仍然是不现实的。1 ACN 和 Art-net 协议从上世纪 90 年代开始，国际上一些大规模的灯光控制设备厂商，开始将网络技术应用到灯光 控制系统。但是，由于没有统一的标准，各生产厂商生产的网络化灯光设备不能兼容。为此由 美国和欧洲分别提出了两个灯光网络协议标准 ， 即 ACN (AdvancedControl Network) 和 Art-Net 协议

5、。ACN协议的制定，是为了能给灯光控制网络的数据传输提供一种先进控制网络标准。它的目 的是统一灯光领域的网络控制，允许单一网络传输不同种类的调光控制指令及其他相关数据， 并可连接不同生产厂商的灯光设备。目前，虽然该协议标准尚未获得美国国家标准协会的通 过，但是由于其先进性、实用性为业界广泛看好。世界上一些著名的厂家已经设计出符合这 一标准的灯光网络系统构架，制造出相应的产品。例如英国 STRAND 公司的调光设备，美国 High End 公司的电脑灯系统，我国广州 HDL 的调光网络等。 这些产品被称之为 “CAN-Ready” 或“准 ACN”。An-Net 协议是一个 10BaseT 基于

6、 TCP/ IP 协议的以太网协议，定义了用标准网络技术远程 传输 DMX2 512 数据的规范。它由 Artistic Licence 发明且已公布出版，目前在欧洲已经有了 许多成员单位。例如意大利的 ADB 公司，德国的 MA 公司等等。2 Dynet 协议Dynet 协议是澳大利亚邦奇电子工程公司在 Dynalite 智能灯光控制系统中使用的协议。 Dynalite 系统是 一个真正的分布式控制系统。 Dynet 网络上的所有设备都是智能化的,并以 “点到点”方式进行通信。Dynet网络由主干网和子网构成。每个子网都可以通过一台网桥(NetBridges)与主干网相连, 主干网最多可联接

7、 64 个子网,每个子网可连接 64 个模块,系统最多可连接4 096个模块。数 据在子网的传输速率为 916Kbps ,主干网的传输速率可根据网络的大小设定,最高可以达到 5716Kbps。 Dynalite 系统可以通过 Dlight 软件来进行设定和调整。 Dlight 软件还可以对系 统的运行情况进行监控 :自动检测坏灯及报告灯具寿命、工作运行状态等 ,从而管理整个系 统。3 DALI 协议DALI作为IEC 929标准的一部分，为灯光设备提供通信规则。它问世于上世纪90年代中期, 商业化应用开始于1998年。在欧洲DALI作为一个新的标准已经被镇流器厂商所接受。一 些兼容 DALI

8、的镇流器和控制器已经出现在市场上。 DALI 协议在制定标准时,明确定位不 是开发功能性最强、复杂的建筑物控制系统,而是建立一个结构清晰的镇流器专用照明系统。 所以,DALI的特长不是用来构建复杂的总线系统，而是用于室内的智能照明控制。DALI 协议指令定义了开关、调光、灯光场景设置和状态显示 4 种功能。通过这 4 种功 能可以对各 DALI 电子镇流器、镇流器组进行开关和调光控制,并方便地设定和实现 16 种 灯光场景,读取镇流器或灯的状态。4 EIB 协议EIB 系统是一种标准的总线控制系统,属于新一代 FCS 即现场控制总线的范畴,采用的总线 标准为 EIB 即欧洲安装总线标准,控制方

9、式为对等控制,总线为 4 芯屏蔽双绞线,其中两芯为 总线使用,另外两芯备用。所有元件均采用24V DC工作电源,24V DC供电与电信号复用总 线。EIB 的元器件均为模块化元件,主要分为传感器和执行器两类。执行器为标准模数化的元件, 采用标准DIN导轨的安装方式;传感器采用标准86盒齐平安装方式。执行器和传感器可以 分散安装在建筑的不同区域,通过总线连接起来。每个传感器及执行器均内置微处理器及存 储器,故这些元器件可分别独立工作,任何一个元件的损坏不会影响系统其他部分运行 ,因此 具有高度的安全性。 EIB 网络是一个完全对等的分布式网络,其网络拓扑采用域、区、线三 级分层结构,每一条线上最

10、多可以连接 255 个设备;一个区内最多可容纳 15 条线;而一个域 内可容纳15个区(即一个EIB系统中可容纳65025个设备)，连接通过特殊的线耦合器和区 耦合器实现。5 C-Bus 协议C-Bus照明管理系统是澳大利亚Gerard Industries Dty Ltd于20世纪90年代初研发出来的 智能型、可编程的照明管理系统。系统中各元件均内置微处理器,以数据讯号方式来传送、 辨识及记忆信息，并通过一对非屏蔽双绞线(UTP)作为总线制架构使系统的各单元可互相联 系工作,对室内外照明及其它设施进行张岳军等:智能照明总线主流协议综述C2Bus系统总线上协议为CSMA/ CD海个网段可接10

11、0个单元各网段之间可以灵活连接, 如采用网络桥、集线器、交换机等,网段数量不受限制。系统采用自由拓扑结构,可设计成线 形,树形,星形等拓扑结构,组网非常方便。整个系统由输入单元、输出单元、系统单元 3 部分组成。输入单元将外界的信号转变 为 C-Bus 系统信号在系统总线上传播。输出单元收到相关的命令,并按照命令对灯光做出相 应的输出动作。 C-Bus 系统中控制回路与负载回路分离,输入输出单元通过总线相连,并且在 网络中可以随时添加新的控制单元。总线上开关的工作电压为安全电压 DC36V ,确保人身 安全。系统采用监控软件 C2Lution ,通过软件可将大楼照明系统的状况用图形实时反映在监

12、 视器上,并可通过电脑控制各个回路。6 P-Bus 智能照明总线P-bus 系统是我们图久楼宇科技公司基于美国 Echelon 公司开发的 Pyxos 嵌入式控制网 络平台为基础的总线技术，它是一种专门扩展I/O总线的技术，使用该技术可以使得任何机 器内部的各个组成部分之间形成智能的数字控制网络，它是一种低成本的、网络自安装的技 术，而且能够和现有的基于GB/Z 20177的LonWORKS控制网络平台技术结合，构成任意规模 的自动控制网络。它可以自由拓扑网络布线，使用一对双绞线，支持多种灵活的连接方式：总线、星形、 环形、菊花链形和任意的拓扑结构，由于只使用一对双绞线，意味着能够有效降低由于

13、线路 原因所导致的网络故障。下图为它的拓扑结构：它支持在一对双绞线上，既传输网络数字信号，又能传输24V的交流或直流电，可以同 时从通信数据线上取得工作电源。是一个无极性的网络连接，载波频率312.5KHZ，通信速 率为312.5kbps。通信中，使用前导编码，实现通信信号无极性，从而避免由于安装错误引 发的故障。它可与不同厂家的元件、软件在 TCP/IP, RS485 等协议下可以无缝兼容，可保障系统运 行、维保的稳定性oP-bus楼宇智能安装系统结构是分布总线式结构，系统内一个主设备（Pilot 节点）下的各从设备（Point节点）是对等关系，不依赖于其他从设备。现场控制面板只需 一条P-

14、bus总线进行连接，采用24V安全电压供电的方式，安全可靠，操作方便。Pyxos FT协议是一种分时复用（TDM）链路层协议，该协议对I/O总线具备以下好处： 可确定性:所有的设备都能够确保有规则的、可预知的存取访问网络； 低开销：数据包只包含数据，这远胜于在MAC（介质访问控制）地址上加数据的方式； 高速度：由于网络总是运行的，因长的报文的前端不需要同步； 网络的持续监视：只要在每个时间槽中有传输设备就是正常的，因此不需要设置心跳 （ Heartbeat）；Pyxos FT 协议把每个重复出现的 TDM 数据流窗口分成一个帧。每个帧再被分成许多时 间槽，这些时间槽代表着TDM帧的各个段,这些

15、段只专注于单个Pyxos Point。当Pyxos Point 被安装到网络的时候，Pyxos Pilot会为每个Pyxos Point分配一个唯一的时间槽。时间槽的 分配并不是按照顺序进行的，而是对网络中的Pyxos随机分配的。一个Pyxos Point 一旦被分配了时间槽，它将一直使用同一个时间槽直到被从网络中移除。Pyxos Point 只有在分配了时间槽以后才能够发送数据到 Pyxos Pilot 并从 Pyxos Pilot 接 收数据。Pyxos FT芯片物理的先写信息到写时间槽然后从读时间槽中读信息，但Pilot应程 序则把分配给 Pyxos Point 的写和读时间槽当作一个时

16、间槽进行处理。每个时问槽包含一 个 l6 字节的数据：8 字节用于读时间槽， 8 字节用于写时间槽。图 2 显示了一个划分成为四个时间槽的帧；该图还显示了物理的写时间槽和读时间槽。其中的两个时间槽被分配给网络中的两个Pyxos Point，剩余未使用的时间槽可供将来 要安装到网络中的Pyxos Point使用。图2网络帧中的时间槽写时问槽写吋间槽3读时间槽f1读时间槽3厭发起和Pyxos Point的通信。这种SOF组合形式为Pyxos Pilot和Pyxos Point提供同步通信。Pyxos Pilot在SOF数据位之后立即开始对每个时间槽写数据。在完成写时间槽操作之后， Pyxos Pi

17、lot从时间槽中读取数据。图3表现了这样一个网络帧组成结构。帧帧W0W1读时问槽写时间槽Pyxos FT 咋闲 Pyxos FT 空闺 Pyxos FT 空闲 Pyxos FT空|城Point 时间槽 Point 时间槽 Point 时问檜 Point 时闻槽ABA8Pyxos Pilot通过在每个帧的起始的位置包含一个“SOF（开始帧）”数据位的组合形式图 3 网络帧组成结构 每个帧中的时间槽数目直接影响整个网络的反应和响应时间。对于只使用两个时间槽 （两个写时间槽加上两个读时间槽）的网络，也就是网络中只有两个Pyxos Point，那么响应时 间小于2毫秒；对于使用全部32个时间槽（32个

18、写时间槽加上32个读时间槽）的网络，响应 时间大约 25 毫秒。无论时间槽是否分配给设备还是空闲，网络的响应时间是相同的。 Pyxos Pilot可以工作在持续操作模式和按需操作模式中。对于按需操作模式，Pyxos Pilot在 发送一个帧（一个写和一个读）之后停止工作。而对于持续操作模式， Pyxos FT 芯片在完成对 帧中最后一个时间槽的读操作以后，立即自动地开始下一个SOF。通过以上，我们了解到 P-bus 的基本通信方式，我们的系统在国内来说是走在前列的， 目前在很多领域都已经有了使用。我们的 P-BUS 系统是开放性的系统，可以使用网络或者 其他是的P-Bus系统与BA系统、BMS

19、系统等连接，具有很大市场价值。7 结论 一种协议要获得业界的普遍认可,除了在设计上必须具备技术先进性和可扩展性等特点以外, 最重要的是能在市场中得到广泛的应用。上述几种协议在灯光控制领域都有自己的特色,如 ACN 和 Art-net 协议是在 DMX512 协议基础上发展起来的,在娱乐业调光领域运用较广,并 得到许多业内厂商如STRAND ,ADB的支持。EIB是一个在欧洲占据主导地位的楼宇自动 化标准,它的统一管理机构为 EIBA ,共有 100 多个会员,它们相继推出了符合 EIB 协议的产品。女口 ABB的I-Bus EIB和Simens的Instabus EIB 楼宇智能控制系统等。E

20、IB在国内的 一些大型工程中也逐渐得到应用。如厦门国际会展中心、上海新国际博览中心、浙江人民大 会堂等 。但由于其价格方面的原因,在普通家庭的照明设计中尚不多见。 DALI 协议主要是 电子镇流器的调光控制,与楼宇自控系统的区别在于它只针对灯光系统的通讯,提供数字可寻 址调光接口,作为楼宇自控系统在灯光控制部分的补充和扩展,而且有许多其他系统没有的优 点。如结构简单、安装方便、操作容易、功能优良等,所以为业界厂商所看好。 C-bus 和 Dynet 协议是专门的调光网络协议,在调光功能上均有自己的特色,在国内市场也有一定的业绩。随 着人们对照明需求的不断提高,照明控制网络也必将得到越来越深入的发展,所以现在研究智 能照明总线协议,对于今后开发各种灯光控制系统以及照明领域的发展会起到良好的导向作 用。我们的 P-BUS 系统市场上的运行也受到很多客户的好评，我们坚信我们能够将我们的 产品做成国内的一流品牌。