Beschreibung - Grundlagen von Steuersignalen der Veranstaltungstechnik

Steuersignale der Lichttechnik

Analog - Digital - Multiplex und was bedeutet Duplex?
Grundlegende Typen bei der Übertragung von Steuer-Informationen

Zu Beginn der elektrischen Lichttechnik wurde zu jedem Steuerkreis eine direkte Verbindung zum einem Leistungsteil verdrahtet. Mit immer größeren Kanalzahlen wurden Multiplexverfahren angewendet, um über einen Leitungskreis mehrere Steuer und Leistungskreise miteinander zu verbinden. Heute werden von einer Lichtstellwarte bzw. Lichtsteuerkonsole oder seit neusten auch Mediensteuerpult genant, nicht nur Dimmer, sondern auch Movinglights, LED-Matrix-Wände oder Videoserver gesteuert. Die Endgeräte wie Dimmer empfangen nicht nur Ihre Befehle, sondern können auch Daten zurücksenden um z.B. ihren Status anzuzeigen. Komplexe Anforderungen fordern heute komplexe Informationsnetze, so dass es nicht verwunderlich ist dass heute verschiedenste Protokolle, welche zum Teil auf gleiche Plattformen basieren, angeboten werden. Hier werden die ersten Schritte der Übertragungstechnik und Ihre Begriffe erläutert.

Analog Begonnen hat die Datenübertragung mit analogen Signalen. Analog bedeutet, dass zwischen zwei Werten jeder Zwischenwert angenommen werden kann. Die in der Industrie am meisten angewandte Analoge Steuerspannung bewegt sich zwischen 0 Volt und + 10 Volt. Wie wir aus den voraus gegangenen Grundlagen der Dimmertechnik noch erinnern können, ist ein großer Vorteil der Analogtechnik die Möglichkeit unendlich viele Zwischenwerte anzunehmen, so das beim Ansteuern von Leuchtstoffröhren keine plötzlichen Helligkeitssprünge zu verzeichnen sind, da z.B. ein Potentiometer das langsam bewegt wird, seinen Widerstand kontinuierlich verändert, und bei Empfänger die Analogspannung (Vorausgesetzt der Empfänger arbeitet ebenfalls analog) mit ebenso vielen unendlichen Zwischenwerten umgesetzt werden kann. Die meisten Hersteller für Lichtstellsysteme haben wie in der Industrie ebenfalls 0 bis + 10V eingesetzt. Jedoch auch Ausnahmen waren zu beobachten. So hatte Strand für Ihre Systeme auch 0 bis - 10 Volt eingesetzt und ADB hat Ihre Analogansteuerung auch mit 0 bis 370 µA betrieben. Die Entscheidung für eine Stromsteuerung bei ADB war der Vorteil, das eine Stromsteuerung unabhängig ist vom Wiederstand in der Übertragungsstrecke. Somit war es unerheblich wie lange die Strecke ist, da ein Spannungsabfall in der Leitung keinen Einfluss auf den Strom hat. Vor Ort, also meist beim Dimmer konnte dann mit einem definierten Wiederstand aus dem Steuerstrom einfach eine Steuerspannung gewandelt werden. Auch heute sind vereinzelt noch Analog Steuersignale zu finden. Meist als zusätzlicher Eingang bei Dimmern, um somit eine zusätzliche einfach Parallele Pult unabhängige Ansteuerung zu erlauben, oder bei einfachen Geräten wie z.B. Nebelmaschinen.
Analogspannung ist in Amplitude und Zeit fortlaufend (kontinuierlich). Die Übertragung der erfolgt von der Quelle zum Empfänger. Eine Störung wirkt sich unmittelbar aus.

Multiplex
Durch die gestiegene Anzahl der zu steuernden Dimmerkreise häuften sich die Probleme bei der diskreten Verdrahtung mit dem großen Verdrahtungsaufwand, den Spannungsverlusten und der nicht vorhandenen Fehlererkennung. Eine Analogspannung bedeutet aber nicht zwangsweise, dass das man für jeden einzelnen Steuerkreis eine eigne Leitung legen muss. Man kann die Analogsignale auch Zeitversetzt hintereinander über ein einzelnes Adernparr übertragen. Man spricht hierbei von Multiplex. Auf der Empfängerseite ist es natürlich notwendig die einzelnen hintereinander eintreffenden Analogsignale wieder auf die verschiedenen Kanäle wieder zu verteilen. Mann spricht dabei von De-multiplexen das vor ca. 25 Jahren in der Lichttechnik Einzug gehalten hat. Nun konnten mit meist nur vier Adern mehrere hundert Analogwerte hintereinander zu den Dimmern versendet werden. Um den einzelnen Analogen Steuersignale des Lichtstellpultes den zugehörigen Dimmern zuzuordnen, ist noch eine Synchronisation notwendig. Dabei werden auf einem weiteren Adernparr Impulse übertragen um dem Empfänger mitzuteilen, wenn der nächste Analogwert für den nächsten Dimmerkreis übertragen wird. Das in unseren Raum wohl am längsten eingesetzte analoge Zeitmultiplex-Protokoll war D54 das von der Firma Strand unterstützt wurde. Mit D54 konnten die Spannungswerte für 384 Kreise übermittelt werden. Dazu wurden nur zwei Leitungen und die Schirmung benötigt, da zur Synchronisation eine überlagerte Negativspannung auf der Datenleitung diente. Als Steckverbinder wurde in der Regel der 3polige XLR-Steckverbinder verwendet und die maximale Kabellänge wurde mit 350m bei 0,34mm² Kabelquerschnitt angegeben. Ein weiteres herstellerunabhängiges Protokoll war das von der USITT standardisierte AMX192. AMX192 nutze zur separaten Synchroniastion zwei weitere Adern und verwendete folgerichtig einen 4 poligen XLR-Steckverbinder. Wie bereits am Namen ersichtlich ist konnten 192 Kreise übertragen werden. ADB hatte mit Ihrem S20 Protokoll den Mittelweg von drei benötigten Adern gewählt und hat 480 Werte übertragen. Eine Ader je für Ground, der gemultiplexten Analogspannung und den Clock. Um eine Verwechslung zu vermeiden wurden 5polige DIN-Steckverbinder verwendet.

Beim Zeitmultiplexverfahren werden mehrere Signale zeitlich gestaffelt übertragen.

Beispiel für ein typisches Zeitmultiplexprotokoll. Bei 192 Kreisen beträgt die schnellste Zykluszeit somit 15 Millisekunden, bevor der nächste Datensatz gesendet werden kann, bzw. der Dimmer den nächsten Ansteuerwert erhält.

Gleichzeitig ist der Vorteil der kontinuierlichen Werteänderung bei Analogsignalen auch ein Nachteil, denn das Signal ist sehr anfällig für Störsignale. Eine Überlagerung des Nutzsignals mit einer induzierten Störspannung wirkt sich unmittelbar aus. Es muss nicht wie bei der Digitaltechnik erst ein Energie bzw. ein Potentiallevel überschritten werden wie bei der Digitaltechnik um aus einer 0 eine 1 zu machen bzw. umgekehrt.

Digital
Im Gegensatz zum Analogsignal steht das Digitalsignal. Digital steht für zwei Zustände 0 und 1. Vom Prinzip her wie ein Lichtschalter, der Ein und Ausschaltet. Jedoch werden bei Digitalsignalen mehrere Informationsblöcke hintereinander mit einer Wertigkeit zusammengefasst, so das z.B. aus 8 Kombinationen von 0-en oder 1-ser 256 verschiedene Zustände beschrieben werden können. Je mehr man nun die Kombinationen erweitert, bestimmte Rheinfolgen und Ihre Bedeutungen definiert und dabei noch eine schnelle und relativ störungsunempfindliche Übertragung gewährleistet, kann man damit erhebliche Informationaufkommen übermitteln. Natürlich muss der Empfänger genau wissen an welchen Ort die einzelnen Nullen und Einsen zu bedeuten haben oder darstellen. Diese Festlegung kann man als das Übertragungsprotokoll bezeichnen. Die Digitaltechnik machte nun eine relativ störungsfreie Datenübertragung von vielen Steuerkreisen die hintereinander gesendet werden möglich. Vollständighalber muss auch von einer digitalen parallelen Datenübertragung gesprochen werden, jedoch aufgrund der Kapazitiven Einflüsse der nebeneinander liegenden Signalkabeln, ist diese sehr schnelle Übertragungsart nur für kurze Disstanzen intressant und fällt damit für die Übermittlung der Stellwartinformationen zu einem Dimmerraum hin aus. Je höher die Übertragungsfrequenz ist, um so stärker machen sich Kabelkapazitäten bemerkbar. Sie Verschleifen das ideale Rechtecksignal wie beim laden eines Kondensators. Deshalb ist die Kabelqualität in Bezug auf die Übertragungsgeschwindigkeit von großer Bedeutung bzw. der Hintergrund warum größere "Licht"-Verkabelungen die mit Microfonkabel statt mit DMX-Leitungen ausgeführt werden mit Problemen behaftet sein können. Bevor DMX512 als "daß" Digitalsignal sich durchsetzen konnten hatten auch hier verschiedene Hersteller ihr eignes Protokoll wie ADB 62.5, AVAB, VMX, CMX, SMX befürwortet. Diese Signale waren meist sehr ähnlich dem DMX512, variierten jedoch oft im Timing, was aber auch aufgrund der Entwicklung der schnelleren Halbleiter seine Erklärung findet. Grundsätzlich unterschiedlich wurde nur FSK übertragen. FSK steht für Frequenz Shift Keying, wobei ein DMX Protokoll zur Störminimierung frequenzmoduliert übertragen wird. Das war z.B. in Redondo Stellpulten die oft in Fernsehstudios eingesetzt wurden, anzufinden.

Wandlung eines Analgsignals zum Digitalsignal, Übertragung und Rückwandlung. Der Empfänger definiert null und Einsen nur in bestimmten Tolleranzbändern. Verschleifungen des Signals durch u.a. Kabelkapazitäten können das Protokoll unlesbar machen.

Beispiele der Varianten

	ADB62,5	VMX	Lee Coltran	AVAB	DMX 1986	DMX1990
Kanäle	512	512	512	256	512	512
Speed	62,5 KBaud	67,8 Kbaud	156 Kbaud	153 KBaud	250 KBaud	250 KBaud
Bitlänge	16 µsek		6,41 µsek		4 µsek	8 µsek
1 Break	300 µsek.	1 sek.	141 µsek.		88 µsek	88 µsek
2 Mark	380 µsek.	1 sek.	6,41 µsek		8 µsek	8 µsek
4 Startbit	1 Bit	15 µsek.		1 Bit	1	1
Daten	8 Bit 00 - FE Hex	8 Bit		8 Bit 00 - FE Hex	8 Bit	8 Bit
7 Stopbit	1 Bit	15 µsek.		2 Bit	2 Bit	2 Bit
8 TbF	Kein	1 sek.			0-1 sek.	0-1 sek.
9 IDLE	36-56 µsek.	1 sek.			-	0-1 sek.
Startcode	0, FF, 1	Ja		0, FF, 1,1,0,FF,1,1	Ja	Ja

Typischer Signalverlauf von Digitalsignalen der Varianten mit:

Betriebsarten Daten die nur von einem Sender zu einem Empfänger gesendet werden kann man unidirektional nennen, bez. dieser nur in eine Richtung arbeitende Informationssendung (Richtungsbetrieb) wie z.B. der DMX 512 Protokoll, bei dem die Empfänger nur zuhören können aber keine Botschaften zurücksenden können wird auch Simplex-Betrieb genannt. Können die Geräte abwechselnd senden und empfangen, aber nur nacheinander und nicht gleichzeitig, spricht man von Halbduplex- Betrieb (Wechselbetrieb), am besten bekannt bei einfachen Handfunkgeräten, bei der man die Sendetaste drückt und man sprechen kann. Der Gegenüber muss die Lücke abwarten bis die Sendung beendet ist, um zu antworten. Antwortet er währenddessen wird auch die erstgesendete Botschaft unverständlich. Sind die Geräte untereinander gleichberechtigt, das heißt sie können gleichzeitig senden und Empfangen z.B. bei einem Telefon man sprechen und gleichzeitig zuhören kann, spricht man von Duplex-Betrieb (Gegenbetrieb). Duplex-, Halbduplex- und Simplexbetrieb
Letzendlich ist die heutige Übertragung mit Ethernet ebenfalls ein Digitalprotokoll das auf den gleichen Grundsätzen wie hier beschrieben wurde arbeitet, jedoch wesentlich komplexer und dadurch flexibler ist.

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Diese Seite war erstemals im Web: 04.01.2008 und zuletzt geändert am 04.01.2008

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