조명제어 분야의 새로운 기술인 DALI 프로토콜

조명제어 분야의 새로운 기술인 DALI (Digital Addressable Lighting Interface) 프로토콜은 유럽지역에서 사용하는 조명제어 프로토콜로서 각 등기구마다 Address를 부여하여 프로그램으로 간단하게 점.소등 제어 및 디밍 제어가 가능하다.

1. 조명제어 통신기술

이 조명제어 기술인 DALI를 이해하기 위해 조명제어 통신 기술부터 알아보자.

1.1  아날로그 조명 제어
0-10V DC 는 1970년대 들어 탄생한 대표적인 디밍방식으로 0V일때 0%출력으로 꺼진 상태, 10V일때 100%출력으로 완전히 켜진 상태로 제어된다. 0-10V방식은 완전히 꺼지면 다시 켜기 어려운 형광등에서는 1-10V로 변형되기도 했다. 이는 단순하고 저렴한 방식이지만 제어해야 할 조명이 늘어날수록 많은 디머와 배선이 필요한 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 마이크로 프로세서와 다중화(Multiplex)기술을 조명제어에 적용하기 시작했다.

1.2. 디지털 조명제어
다중화 기술이 적용된 다양한 제어방식이 생겨나자 표준화된 제품을 원하는 수요자의 니즈를 반영하여DMX512(Digital Multiplex with 512 pieces of information)표준이 등장했다. DMX512가 미국을 중심으로 조명의 색상과 동작등의 제어가 필요한 엔터테인먼트 조명 제어에 주로 사용되었다면 유럽에서는 빌딩에 설치된 조명 제어를 위해 DALI가 주로 사용되었다. 
 
DALI표준은 형광등 안정기 표준인 IEC60929표준에서 디지털 조명 제어를 위해 부록으로 설명되기 시작했으며 2009년 IEC 62386으로 정식 표준이 되었다. IEC62386 DALI Edition 1.0 표준은 한국어로 번역되어 KS표준으로도 제정되어 있다.

 

 

2. DALI 기술 소개 

2.1  Control device와 Control gear
DALI시스템에는 control device 와 control gear라는 두가지 장치가 있다. Control device는 명령을 보내는 장치이고 control gear는 이 명령을 수신하여 이에 따라 램프를 직접 제어하는 역할을 수행한다. 하나의 DALI시스템에서 control device는 하나만 존재하고 control gear는 최대 64개가 연결 가능하다. 

DALI용 드라이버는 자체에 광출력과 fade time, 액세스가 가능한 주소와 그룹에 대한 파라미터가 저장되게 된다. DALI제어기가 드라이버로부터 받는 정보는 현 조명상태와 광원의 출력 레벨 그리고 램프와 안정기의 상태에 관한 것이다.

조명제어는 기본적으로 광원과 광원을 구동 또는 점등 시키는 안정기 그리고 제어기가 필요하다. 제어기는 간단하게 벽면의 스위치가 될 수도 있으나 자동으로 광원을 제어하기 위해서는 제어용 안정기 및 제어명령을 내리는 장치가 필요하다. 최근에는 조명제어에도 많은 표준화된 기술들이 적용되어 예전에 업체마다 통신 및 제어 프로토콜이 다른 경우보다는 쉽게 하드웨어 구현이 가능하게 되었다. LED조명의 경우 드라이버가 control gear에 해당한다.

 

그림 - DALI1.0

2.2  DALI Interface
Control device와 control gear는 인터페이스에 연결되는데 2개의 와이어로 구성되어 DALI 고유의 전기적 특성을 가진다. DALI인터페이스는 허용되는 높은 수준과 낮은 수준의 전압을 정의하는데 높은 수준은 9.5V에서 22.5V사이, 낮은 수준은 -6.5V에서 +6.5V 사이로 정의된다.

2.3  Master-Slave 구조
DALI 시스템에서 DALI 인터페이스는 2선을 control device와 다수의 control gear가 공유하는 Bus형태로 구성되기 때문에 무분별한 프레임 전송에 따른 프레임 충돌로 인한 데이터 손실을 방지하기 위해 논리적으로 마스터-슬레이브 구조를 가진다. 

2.4  DALI 2.0
DALI 2.0의 가장 큰 특징은 멀티마스터를 지원하는 것이다. DALI Bus에 두개 이상의 마스터가 존재하고 마스터들 사이의 프레임 송신 규칙이 없기 때문에 프레임의 충돌 가능성이 있다. 이러한 충돌 가능성에 대한 대책으로 혼잡 회피, 혼잡 감지, 혼잡 복구 기능을 추가하였다. 또한 DALI 2.0에서는 조명제어를 위한 장치로 사용될 수 있는 스위치, 디머, 센서 등과 같은 입력장치(Input device)개념을 도입하면서 DALI 1.0의 control device와 같이 control gear를 제어하는 역할과 입력장치와 control gear를 연결하는 매개체 역할을 수행하는 응용제어기(application controller)개념을 함께 도입하였다. 2.0에서는 응용제어기와 입력장치를 합쳐 control device라 한다. 또한 DALI를 이용하여 장거리 또는 다수의 조명을 제어하기 위해서는 별도의 전원공급장치를 사용하게 되는데 DALI 1.0에서는 별도로 정의하지 않았던 전원공급장치(Bus power supply)를 추가하고 전원공급 능력에 대한 요구사항을 정의하고 있다.

 

그림 - DALI2.0

3. 지능형 조명제어 시스템으로의 진화

기존 DALI시스템은 제어기와 조명이 표준화되어 제조사와 무관하게 제어기와 조명을 선택하여 설치하기까지는 쉽게 가능했다. 하지만 제어기 이외에 스위치나 재실 센서와 같은 센서들은 함께 설치하려면 특정 제조사의 DALI 시스템 구성을 따를 수 밖에 없었다. 즉 DALI시스템을 이용하여 좀 더 지능화된 조명 제어 시스템을 구축하기 위해서는 특정 제조사의 제품군을 함께 이용하여야 했다. 이러한 기존 DALI 시스템의 한계를 극복하기 위해서 DALI 2.0에서는 조명제어를 담당하는 마스터 기능의 control device 수를 늘려 사용자가 어디서든 조명을 제어할 수 있도록 멀티 마스터 기능을 추가하였고, 제조사별로 다양한 방식으로 제공되었던 각종 입력 장치들을 DALI 시스템의 일부로 받아들여 표준화된 입력장치를 사용할 수 있게 되었다. 겉으로 들어나 디자인적인 요소로써 사용자의 선택을 이끌었던 스위치, 센서 등이 입력 장치로 표준화되면서 사용자들은 제조사에 무관하게 원하는 스타일의 스위치와 센서들을 선택할 수있게 될 것으로 보인다. 또한 IP인터페이스를 제공함으로써 스마트폰, PC등을 사용하여 인터넷을 통한 조명 제어 및 관리가 가능해 질 것으로 보인다.
 

숫자로 보는 DALI

64 x 최대 64개의 디바이스 연결 (e.g. LED Driver, Ballast)
16 x 최대 16개 그룹
16 x 그룹당 최대 16개 scenes 

DALI 데이터는 2 wire cable로 오고 감
DALI 데이터 속도는 1200bps
DALI 네트워크 파워는 최대 24V DC, 250mA 
DALI는 조명기구 메인 배선 (+,-,접지)에  달리 배선 2개가 추가된 형태
DALI는 극성(+-)에 상관 없음 - free topology

 

출처 : 

1. 전기에너지절감을 위한 조명제어 유선통신 DALI 기술동향분석(조명,전기설비학회지 제28권 제3호 2014.5)
2. DALI프로토콜을 이용한 광원의 조광기술 현황 (한국조명,전기설비학회 2013. 5)

 

 

[출처] DALI란 무엇인가? (작성자 - 필립스라이팅 코리아)