Steuerungsverfahren und Standards in der Beleuchtungstechnik

Licht- und Gebäudesteuerungen regeln die Funktion von Leuchten untereinander, zu Schaltern und Sensoren oder zu anderen Geräten im Gebäude. Ziel ist es, den Betrieb der Beleuchtung intelligenter, komfortabler und energiesparender zu gestalten.
Künstliches Licht regelt bei einfallendem Tageslicht herunter, schaltet bei Verlassen des Raumes ab oder lässt sich bequem z.B. über Handy steuern.
Um dies zu realisieren, braucht man intelligente Steuermöglichkeiten, welche die Kommunikation der verschiedenen Komponenten untereinander regeln.
Hier haben sich verschiedene Lösungen bewährt.
Standards wurden entwickelt – und auch herstellergebundene Systeme finden sich auf dem Markt.

Steuerungsprotokolle für Lichtanlagen:

1-10V Lichtsteuerung

1-10V ist ein genormtes, analoges Steuerprotokoll. Die Dimmung wird über eine Steuerleitung betreiben.1V Spannung entspricht dem niedrigsten Dimmwert (maximale Helligkeit), 10V dem maximalen Dimmwert.
Es besteht die Möglichkeit, mehrere Leuchten über einen Steuerkreis zu dimmen.
Bei langen Kabelstrecken können durch den Spannungsabfall über die Länge der Leitung unterschiedliche Dimmlevel bei einzelnen Leuchten auftreten.
Ein Ein- bzw. Ausschalten erfolgt über einen gesonderten Steuerkreis (z.B. über die Stromversorgung).
Die Endgeräte teilen sich in 1-10V (aktive Komponenten, hier wird das Steuersignal vom Netzteil der Leuchte ausgegeben) und 0-10V (passive Komponenten, hier reagiert das Gerät auf eine Steuerspannung von außen).

DALI (Digital Addressable Lighting Interface)

DALI ist die digitale Variante des 1-10V Standards, festgelegt in der DIN EN 62386-101.
Das auch bidirektional einsetzbare Protokoll gibt Steuermeldungen an die Leuchten weiter und empfängt Statusmeldungen. Es können bis zu 64 Geräte pro Steuerungskreis einzeln über Adressen angesprochen werden und einzelnen Gruppen zugeordnet werden (bis zu 16). Eine Sternverteilung sowie eine Baumverteilung sind bis zu einer Leitungslänge von 300 Metern möglich.
Unterschiedliche Geräte kommunizieren  im DALI-Netzwerk über festgelegte Befehle miteinander. Welche Funktionen unterstützt werden, hängt von den einzelnen Herstellern ab. Im Zweifelsfall funktioniert nur die Schnittmenge. Von einer einfachen Steuerung über Schalter bis zum Computerinterface ist alles möglich.

DMX

DMX (Digital Multiplex) ist ein Digitales Lichtsteuerungssystem, welches hauptsächlich in der Bühnen- und Eventtechnik zum Einsatz kommt.
Es basiert auf dem EIA-485 Schnittstellen-Standard und wird über Kabel übertragen.
Meist wird die 5-Polige Variante eingesetzt, die neben der Masseleitung 2 Signalleitungen und 2 Datenleitungen zur Verfügung stellt. Es gibt auch eine 3-Polige Steckervariante, bei der die Datenleitungen fehlen. DMX512, (aktuelle Version DMX-512-A) stellt 512 Kanäle mit bis zu 256 Stufen (8/16 bit) zur Steuerung der verschiedenen Geräte zur Verfügung.
Die Steuerung erfolgt meist über ein Mischpult, ist aber mittlerweile auch über Software möglich. Das Steuersignal wird über Sender an bis zu 32 Empfänger weitergegeben. Danach setzt man Repeater ein, um das Signal zu verstärken. An Knotenpunkten wird die Signalleitung durch mittels Splittern aufgeteilt.

KNX

KNX ist ein Protokoll zur Gebäudesteuerung, welches die Beleuchtung einschließen kann. Es funktioniert über eine Steuerleitung (KNX-Bus) mit einer maximalen Spannung von 30V.
Die Powernet-Variante sendet Steuersignale über das Stromnetz.
Alle angeschlossenen Geräte können untereinander kommunizieren, solange sie KNX zertifiziert sind und dem Standard entsprechen.
Der KNX-Bus sendet mit 9,6 kBit/s an alle Teilnehmer, diese schließen neben der Beleuchtung auch alle anderen elektronischen Geräte ein, wie zum Beispiel Heizung, Haussprechanlage oder eine Alarmanlage.
Es wird ein Bussystem programmiert, allerdings mit geringer Datenrate, was dynamische Applikationen schwierig macht.

ZigBee

ZigBee ist der Industriestandard zur drahtlosen Gebäudesteuerung.
Wie bei KNX können hier nicht nur Leuchten und deren Komponenten eingebunden werden – auch andere elektrische Geräte und Sensoren können integriert werden.
ZigBee baut auf IEEE 802.15.4 auf. Verschiedene Aktoren kommunizieren mittels dieses Standards untereinander, sie senden und empfangen Steuerbefehle. Die einzelnen Module sind für einen wartungsfreien Einsatz in unzugänglichen Bereichen konzipiert. Geräte können als Endgerät, Router oder Koordinator agieren. Unter den einzelnen Geräten können Entfernungen von bis zu 100 Meter überbrückt werden (je nach Umgebung).

Systemübergreifende Schnittstellen

Zwischen den einzelnen Systemen gibt es Konverter, welche Signale in einen anderen Standard übersetzen. So kann ein 1-10V Signal in ein DALI Signal übersetzt werden oder eine DALI fähige Leuchte mittels Konverter in eine KNX Steuerung eingebunden werden.

Proprietäre Systeme

Proprietäre Lichtsteuerungen werden vom Hersteller gezielt für dessen eigene Produkte entwickelt. Meist finden hier Bluetooth oder WLAN für die Datenübertragung Verwendung.

Bluetooth Lichtsteuerungen

Diese bedienen sich des Bluetooth Standards gemäß IEEE 802.15.1. und ist je nach Klasse eher für geringere Reichweiten gedacht.
Klasse 1 bei 100 mW bis zu 100 m
Klasse 2 bei 2,5 mW ca. 10 m
Klasse 3 bei 1 mW ca. 1 m

WLAN Lichtsteuerungen

Ein lokales Funknetz auf dem IEEE-802.11 Standard. Je nach Sendeleistung und Umgebung sind hier bis zu 300 Meter Übertragung möglich.
Beide Systeme sind einfach in der Entwicklung, da sie nahezu jedes Handy oder jeder PC zur Verfügung stellt.
Da es hier keinen Standard für Lichtsteuerungen gibt, werden meist nur die Endgeräte des jeweiligen Herstellers unterstützt. Dafür sind keine Einschränkungen durch standardisierte Befehle gegeben.