DALI ADVANCED THEORY
DALI 上級理論
高度な概念と仕様の詳細解説
コースの目的 (COURSE PURPOSE)
DALIの高度なトピックについて解説します。以下の内容についての理解を深めることができます:
- 通信の動作原理
- アドレス指定 (アドレス体系)
- 前方フレーム (Forward Frame) とコマンドの種類
- 調光 (Dimming) 制御と調光カーブ
- マルチマスター (Multi-Master) 構成
- 複数DALIラインの運用
- コミッショニング (初期設定・試運転)
1. 通信 (COMMUNICATION)
1.1 信号方式 (SIGNALLING)
- マンチェスター符号化 (Manchester Coding) を使用(バイフェーズ符号化とも呼ばれます)。
- 通信速度: 1200 bps (bits / second)
- 1ビットの時間: 833.3 us
- ハーフビット(半ビット)の時間: 416.67 ms
- DALI規格ではこれらの時間に関する許容誤差(トランス範囲)が定義されています。
- フレーム: 情報を送信するために使用される一連のビット列。
1.2 フレームの種類 (FRAME TYPES)
DALIには3つのフレーム形式があります:
- 16ビット前方フレーム (16 Bit Forward Frame): 2バイト
- 24ビット前方フレーム (24 Bit Forward Frame): 3バイト
- 後方フレーム (Backward Frame): 応答用
※使用するフレーム形式はデバイスの種類によって異なります。
| 通信対象 | 前方フレーム (Forward) | 後方フレーム (Backward) | 概要・役割 |
|---|---|---|---|
| 制御ギア (Control Gear) 照明、ドライバー、リレー等 |
16ビット (2バイト) | 8ビット応答 (1バイト) | アプリケーションコントローラから電力供給制御用コマンドを送信。後方フレームは制御ギアからの短い応答 (Yes/No/確認/一般応答)。 |
| 制御デバイス (Control(Input) Device) センサー、スイッチ等 |
24ビット (3バイト) | 8ビット応答 (1バイト) | 設定コマンドの送信や、入力ユニットからのイベント通知(人感検知、押ボタンなど)に使用。 |
通信空間の独立性 (Distinct Universes): 制御ギアは「制御デバイス宛の通信」を意識(処理)しません。同様に、制御デバイスは「制御ギア宛の通信」を意識しません。両者の通信は論理的に独立しています。
1.3 フレーム構造 (FRAME STRUCTURES)
- 16ビット前方フレーム: スタートビット (1) + データバイト (8 × 2) + ストップビット期間 (2) = 計19ビット (所要時間 15.83 ms)
- 24ビット前方フレーム: スタートビット (1) + データバイト (8 × 3) + ストップビット期間 (2) = 計27ビット (所要時間 22.5 ms)
- 後方フレーム (Backward Frame): スタートビット (1) + データバイト (8 × 1) + ストップビット期間 (2) = 計11ビット (所要時間 9.17 ms)
※データビットはマンチェスター符号化されますが、ラインのアイドル状態やストップ期間はマンチェスター符号化されません。
1.4 フレームタイミング規則 (FRAME TIMING)
- 後方フレームの返信は任意(オプショナル)です。
- 連続する2つの前方フレーム間の時間は > 13.5 ms 必要です。
- 後方フレームが存在する場合、前方フレーム終了後 5.5 ms ~ 10.5 ms の間に送信される必要があります。
- 後方フレームは常に直前の前方フレームに対する応答として機能します。
- 送信デバイスは送信時にタイミング要件を厳密に遵守しなければなりません。受信デバイスはフレーム構造とタイミングをチェックし、ルールに適合しないフレームを破棄します。
1.5 通信原則 (COMMUNICATIONS PRINCIPLES)
1つの前方フレームに対して、応答パターンは実質258通り存在します:
- 後方フレームの値 (0〜255): 1バイトデータ (256通り)
- DALI "NO": 後方フレームが返信されない状態 (1通り)
- 衝突 / フレーミングエラー (Collision Error): 複数デバイスが同時に後方フレームを返し、衝突してエラーとなった状態 (1通り)
これらすべての応答状態が異なる目的で使用されます。特定のコマンドや操作は意図的な衝突を利用する場合があり、条件によって後方フレームを返す場合と返さない場合があります。
2. アドレス体系 (ADDRESSES)
2.1 制御ギアのアドレス (CONTROL GEAR ADDRESSES)
- ショートアドレス (Short Address): 0 ~ 63 の数字(6ビット)。各機器固有。
- グループアドレス (Group Address): 0 ~ 15 の16個のグループ。
- 制御ギアは割り当てられたグループ宛てのコマンドに応答します。※KNX、C-Bus、Dynaliteなどの他バスシステムにおけるグループアドレスとは概念が異なるため混同しないでください。
- ブロードキャスト (Broadcast): すべての制御ギアが一括応答します。
2.2 制御デバイス (インプットデバイス) のアドレス
- 制御デバイス(センサーやスイッチ等)も同様に 0 ~ 63 のショートアドレスを持ちます。
- 独立した空間: 制御ギアと制御デバイスのショートアドレスは別空間です。そのため、ドライバーのアドレス5とセンサーのアドレス5が同一ライン上に共存しても全く問題ありません。
- 制御デバイスにはより複雑なアドレス指定方法も存在します。
3. 16ビット前方フレームとコマンドの種類
3.1 16ビット前方フレームの構造
16ビット前方フレームは2つのバイトで構成されます:
[アドレスバイト: YAAA AAAS] [データバイト: XXXX XXXX]
- Sビット (Selector Bit): データバイトの意味を決定します。
- S = 0: 直接アークパワーレベル (Direct Arc Power Level) の指定
- S = 1: コマンド (Command) の送信
- Yビット / アドレス部 (AAAAAA):
- 0AAA AAAS: ショートアドレス (0 .. 63) 宛て
- 100A AAAS: グループアドレス (0 .. 15) 宛て
- 1111 111S: ブロードキャスト(一括)宛て
- 特殊アドレス範囲 (1010 0000 ~ 1111 1101): 特殊コマンド用に使用されます。
3.2 コマンドの例
- 0000\ 0010\ xxxx\ xxxx : ショートアドレス1にアークパワー xxxx\ xxxx を設定
- 1000\ 0100\ xxxx\ xxxx : グループアドレス2にアークパワー xxxx\ xxxx を設定
- 1111\ 1110\ xxxx\ xxxx : ブロードキャストでアークパワー xxxx\ xxxx を設定
- 0000\ 0011\ xxxx\ xxxx : ショートアドレス1にコマンド xxxx\ xxxx を送信
- 1010\ 0000\ xxxx\ xxxx : 特殊コマンド
※優れたシステムには、これらのコマンドを自動解読(デコード)するログ機能が備わっています。
3.3 制御ギア向けコマンド分類
- 直接アークパワーコマンド (Direct Arc Power): 明るさレベルを直接値で設定。
- 間接アークパワーコマンド (Indirect Arc Power): 相対変化やシーン呼び出し (OFF, UP, DOWN, RECALL MAX, GO TO SCENE)。
- 設定コマンド (Configuration): 制御ギアのパラメータ設定。
- 照会コマンド (Query): 状態や設定値の問合せと応答取得。
- 特殊コマンド (Special): 主にコミッショニングやアドレス割り当て時に使用。
DALIでは合計349種類のコマンドが定義されています(未解禁・予約済み含む)。優れたDALIシステムを使用する場合、これらのコマンドの詳細を暗記する必要はありません。
4. 調光 (DIMMING)
4.1 調光カーブ (DIMMING CURVE)
DALI規格ではログ調光カーブ (Logarithmic Dimming Curve 対数曲線) が標準として定義されています。
- レベル 0 = OFF
- レベル 1 = 0.1%
- レベル 86 = 1%
- レベル 170 = 10%
- レベル 229 = 50%
- レベル 254 = 100%
※このカーブは「出力される電気的パワー(%)」を定義したものであり、人間の目の視覚的な明るさ感とは異なります。
4.2 最小調光レベル (MINIMUM LEVEL)
- DALI制御ギアは「最小レベル (Minimum Level)」をサポートしており、設定ツールから変更可能です。
- 制御ギアには製品固有の物理的最小レベル (PHYSICAL MINIMUM LEVEL) が存在します。
- 設定する最小レベルは、この物理的最小レベルより低く設定することはできません。
- メーカーのカタログ仕様(例:「1%〜100%」「5%〜100%」)は、常に電気的パワーの出力割合を指しており、視覚的な明るさではありません。
4.3 リニアカーブ (LINEAR CURVE)
- 一部のDALI制御ギア(Type 6 LEDドライバーや Type 4位相制御調光器など)は直線状の「リニアカーブ」もサポートしています。
- 一般的ではなく、全ての機器が対応しているわけではありません。
- ランプ自体が内部でログ(対数変換)を行っている場合などにリニアカーブを選択すると有効な場合がありますが、多くの場合では使用されません。
調光に関する注意点 :
- 同一の空間にあるドライバーは、物理的最小レベルを統一してください。揃っていない場合、絞り切った際に明るさが不揃いになります。
- 最小レベルが10%のドライバーは、人間の目にはあまり暗くなったように感じられません(人間の視覚順応のため、10%と100%の差はわずかにしか見えません)。
- 高品質な制御ギアは最小レベルが < 1%、非常に高品質なものでは < 0.1% となっています。
5. マルチマスター (MULTI-MASTER)
5.1 マルチマスターの原理
- アプリケーションコントローラはDALIラインにコマンドを送信します(制御主幹となるため「マスター」と呼ばれます)。
- 1つのラインに複数のアプリケーションコントローラが接続された場合の動作はデバイスの仕様に依存します。
- 送信前にラインの空きを確認しない機器の場合、衝突(コリジョン)が発生してデータが破損し、障害の原因となります。
5.2 期待される動作 (DALI-2 規格)
適切なマルチマスター対応機器はDALI-2規格に従って設計されています:
- 送信前にラインが空いているか確認する
- 送信中もライン状態を監視する
- 衝突を検知した場合、退避(バックオフ)、再試行、または送信中止を行う
課題: 本当の意味で適切な DALI-2 マルチマスター・アプリケーションコントローラはまだ数が少なく、設計も難しい場合があります。
5.3 マルチマスターデバイスの選定と注意
- RAPIXのDALI-2アプリケーションコントローラはすべて完全なマルチマスター対応であり、厳格にテストされています。1つのラインに複数台設置しても問題ありません。
- ほとんどのメーカー機器と問題なく併用可能ですが、一部の品質の低い機器では他機器の送信を妨害するケースがあります。
- 現在市場にあるDALI-2製品の多くは「制御ギア(照明側)」であり、マルチマスター機能が関係するのは「コントローラ側」です。そのため単にDALI-2マークがあるだけで判断しないよう注意が必要です。
| シングルマスター | マルチマスター | |
|---|---|---|
| マスターの数 | バス上に1台のマスター(アプリケーションコントローラー)のみが存在する。 | バス上に複数のマスターやインプットデバイスが存在できる。 |
| 通信・制御方式 | マスターがすべての指令やポーリングを管理するため、通信の衝突が起きにくい。 | 複数デバイスからの自律的な送信に対応するため、バス調停機能や衝突検知が必要。 |
| システムの柔軟性 | 構成がシンプルで分かりやすいが、制御ポイントの追加や拡張性に制限がある。 | 複数箇所からの操作や、センサー等の分散制御において高い柔軟性を発揮する。 |
| 規格と対応機器 | 従来のDALIおよび基本的なDALI-2システムで広く実装。 | DALI-2規格(IEC 62386)で定義されたマルチマスター対応のインプットデバイス(DALI-2スイッチ/センサー)を活用可能。 |
| 主な用途・適した環境 | 小規模な部屋、単一のエリア管理、コストを抑えたシンプルな照明制御システム。 | 大規模オフィス、複数スイッチによる連携、高度な省エネセンサー制御を行う空間。 |
6. 複数のDALIライン拡張 (MORE THAN ONE DALI LINE)
64台を超える制御ギア(照明機器等)を接続する場合:
- 複数のDALIラインを配線します。
- KNX等の上位システムを利用している場合は、ゲートウェイ経由で拡張管理が可能です。
- DALI単独で統合・拡張する場合は RAPIX ZONE CONTROLLER 等の拡張用コントローラを使用します:
- 複数のDALIラインをシームレスに結合(リンク)
- フロアプラン管理、スケジュール設定、連動ルールの定義
- 1ラインから数千ライン規模までスケーラブルに対応
- システム全体を1つの統合された画面として統一管理可能 (1つのボタンから建物全体のオン、オフやシーン制御可能)
7. コミッショニング (COMMISSIONING)
7.1 コミッショニングとは
コミッショニング(初期設定)には以下の作業が含まれます:
- 基本動作確認(電源接続、DALI信号線の接続確認)
- ショートアドレスの割り当て
- 各種パラメータ設定(最小レベル設定、通電時初期状態、DALI通信エラー時状態、グループ設定など)
7.2 基本動作テスト (TESTS)
出荷時の制御ギアのデフォルト状態: 通電時点灯 / DALIエラー時 = 点灯
- テスト #1: 電源・配線テスト
DALI BUSとLED電源を投入。すべての照明が点灯するか?
点灯しない場合、主電源配線を確認します。 - テスト #2: DALI通信テスト
全点灯状態で DALI コマンド OFF を送信。すべての照明が消灯するか?
消灯しない場合、DALI信号線の配線を確認します。 - テスト #3: 点灯/消灯 動作テスト
点灯/消灯を交互に切り替えるコマンドを送信し、全照明が正常に反応するか確認します。
7.3 ショートアドレスの割り当て (ASSIGNING A SHORT ADDRESS)
- プロット図(平面図)に器具位置とアドレスをマーク・記入します。
- 専用ツール(RAPIX Addressingツール等)を使用して、各照明機器にアドレスを設定します。