В быту мы сейчас довольно часто сталкиваемся с беспроводной технологией NFC, например, при бесконтактной оплате банковской картой или смартфоном, а также пользуясь электронным пропуском в бизнес-центре. Но, помимо этого, этот вид связи применяется и в электроэнергетике для настройки оборудования, а недавно его поддержка появилась в некоторых моделях светодиодных драйверов. Давайте разберемся, какие преимущества дает такое применение NFC.
Название NFC расшифровывается как Near Field Communication, что можно перевести с английского как «связь на близкие расстояния». Речь идет о передаче информации на расстояние не более 10 см.
Принципиальное отличие NFC от Bluetooth или других аналогичных технологий беспроводной связи на небольшие расстояния заключается в следующем: при использовании Bluetooth оба устройства, между которыми устанавливается связь, оснащены антеннами. Соответственно, нет необходимости специальным образом размещать приборы друг относительно друга.
В NFC устройства, между которыми устанавливается связь, оснащены катушками индуктивности. Если поднести одно из них к другому, катушки становятся обмотками трансформатора, и за счет этого передается информация, причем не только она. Этот принцип называется индукционной (индуктивной) связью.
Казалось бы, пользоваться индукционной связью менее удобно, чем обычной. Но на самом деле в определенных областях у NFC есть уникальные преимущества. Во-первых, необходимость располагать устройства на небольшом расстоянии является надежной физической защитой от перехвата информации или несанкционированного вмешательства в систему. Во-вторых, за счет электромагнитной индукции можно не только обмениваться с устройствами данными, но и передавать на них питание. Вот почему банковские карты с поддержкой бесконтактной оплаты и электронные пропуска не имеют встроенных источников питания, хотя имеющиеся в них чипы представляют собой весьма сложные компьютеры.
Для связи и передачи электроэнергии в технологии NFC используется диапазон 13,56 МГц, не требующий специального лицензирования оборудования.
Какие проблемы может решить NFC в светотехнике?
В конструировании светодиодных светильников сейчас имеют место две основные тенденции. С одной стороны, их драйверы становятся все более универсальными и многофункциональными. Но, с другой стороны, все чаще светильники изготавливают мелкими партиями под заказ для конкретных проектов. Соответственно, требуется точная настройка драйверов для определенных применений.
Традиционный способ — размещение на корпусе драйверов всевозможных переключателей и потенциометров. Но он имеет следующие основные недостатки:
- увеличение размеров драйвера;
- проблема герметизации органов управления;
- отсутствие единого стандарта на размещение органов управления на разных драйверах, что требует обучения персонала на производстве и в обслуживающих организациях по настройке каждой модели драйвера;
- сложность точной регулировки из-за малых размеров потенциометров;
- значительная зависимость качества настройки от человеческого фактора.
Решением проблемы является регулировка параметров драйвера через беспроводную связь. Кроме этого, беспроводная связь позволяет снимать данные о состоянии драйвера гораздо удобнее, чем при использовании разъема, установленного на его корпусе.
Обмен информацией между светодиодным драйвером и другими устройствами через NFC стандартизирован, так что персоналу не придется переучиваться под каждый новый драйвер. Вопросами стандартизации в этой области до недавнего времени занималась организация MD-SIG. В 2019 г. она была инкорпорирована в консорциум Zhaga. Стандарты, выработанные MD-SIG, стали именоваться Zhaga Book 24, Zhaga Book 25 и Zhaga Book 26
Указанные функции можно реализовать и через Bluetooth. Но решения на основе NFC гораздо дешевле, кроме этого, они надежно защищены от несанкционированного воздействия. Относительно низкая рабочая частота решает и проблемы электромагнитной совместимости, если речь идет о светильниках, размещенных на высокоточных производствах. Наконец, при реализации функции получения электроэнергии беспроводным способом, в NFC-модуле появляется возможность настраивать драйвер, не подключенный к электропитанию, или осуществлять считывание его идентификационного кода в таком режиме.
На момент написания статьи из ведущих мировых производителей светодиодные драйверы с поддержкой NFC выпускали OSRAM, Helvar и Tridonic.
Техническая реализация
Простейший вариант — односторонняя связь, когда драйвер через NFC можно только программировать, но не снимать с него результаты диагностики.
В драйвер встраивается чип, включающий в себя NFC-приемник, программируемый контроллер и ШИМ-генератор. К чипу на вход подключают антенну, а на выходе получают ШИМ-сигнал, управляющий выходным током светодиодного драйвера. При необходимости возможно непрерывное управление драйвером, для чего ШИМ-сигнал пропускается через сглаживающий фильтр.
Широкое распространение получил чип Infineon NLM0011, включающий в себя перечисленные элементы. Работа этого чипа полностью соответствует стандартам MD-SIG (Zhaga). Также выпускается упрощенный вариант NLM0010, не имеющий поддержки технологии CLO (о которой пойдет речь далее).
Системы, позволяющие осуществлять мониторинг состояния драйвера светильника через NFC, на момент написания статьи находились в стадии разработки.
Использование при производстве светильников
При изготовлении партии светильников под определенного заказчика в драйверы записываются соответствующие настройки, а также, при необходимости, программное обеспечение. Для подготовки данных используется специальные программы, например, OSRAM предлагает основанный на web-интерфейсе сервис конфигурации драйверов Tuner4Tronic.
Конечно, можно программировать светодиодные драйверы и через обычный смартфон, поддерживающий NFC, но на производстве это делать неудобно. Поэтому применяется оборудование, изначально разработанное для применения в заводских цехах. Рабочий, программирующий драйвер, просто подносит к нему специальное устройство, которое за несколько секунд записывает в новое изделие всю необходимую информацию. Данные могут передаваться как через прибор, находящийся в руке у рабочего, так и через антенну, размещенную непосредственно вблизи конвейерной ленты и подключенную к NFC-блоку. Теперь на качество работы драйвера не влияет то, насколько точно был выставлен потенциометр при его настройке.
При необходимости регулировать параметры светильника через NFC со своего смартфона может и сам пользователь, для чего он получает пароль от производителя. Конечно, постоянно менять таким способом яркость и оттенок свечения неудобно, но, например, для того, чтобы задать промежуток времени, когда освещение автоматически переводится в дежурный режим, NFC вполне подойдет. Это дешевле и надежнее, чем ради одной дополнительной функции устанавливать полноценную систему «умного света»
Обслуживание светильников
При контроле и настройке светильников специалист обслуживающей организации обычно берет с собой на выезд смартфон с поддержкой NFC, в котором установлено программное обеспечение для взаимодействия с драйвером. В общем случае, для доступа к настройкам драйвера нужно снять крышку корпуса светильника и разместить смартфон рядом с драйвером.
В том случае, если крышку снять сложно либо размещение драйвера таково, что пользоваться расположенным рядом с ним смартфоном затруднительно, применяется внешний NFC-модуль. Этот модуль связывается со смартфоном через Bluetooth. Помимо компактных размеров и эргономичной формы, внешний NFC-модуль имеет большую мощность, чем модуль, встроенный в смартфон, что позволяет «добраться» до драйвера через крышку корпуса (если она изготовлена из пластика), не открывая ее.
Доступ к настройкам драйвера защищен паролем. Это позволяет ограничить круг лиц, допущенных к изменению параметров светильника. Например, пароль может выдаваться производителем только авторизованным сервисным компаниям.
Почему для CLO нужна NFC?
Чем дольше работает светильник, тем меньше становится светоотдача у светодиодов. В итоге при использовании обычного драйвера со временем световой поток падает. Светильники, предназначенные для высокоточных производств, должны иметь световой поток в определенных пределах. Устанавливать изначально световой поток на завышенном уровне нежелательно. Для решения этой проблемы была создана технология CLO (Constant Light Output, что можно перевести с английского как «постоянный уровень свечения»), которая подразумевает автоматическую компенсацию падения светового потока по времени. В начале срока службы светильник сильно диммируется, далее в зависимости от времени драйвер по заданному алгоритму уменьшает степень диммирования. К концу срока службы диммирование отсутствует полностью.
Кривая диммирования зависит от типа светодиодов, которые установлены в светильнике. Производители светильников сейчас работают с несколькими поставщиками светодиодов, какие предложат более выгодные цены и нужный объем поставок. Соответственно, даже при крупносерийном производстве, если речь идет о технологии CLO, нужно для каждой партии загружать свои настройки драйвера.
Кроме этого, кривая диммирования CLO строится на основе прогнозирования поведения светодиодов (а кто будет испытывать светодиод на протяжении всех заявленных 50 000 часов?), но этот прогноз может и не подтвердиться, тогда мы получим не стабилизацию светового потока, а его значительное изменение. Благодаря NFC сервисные службы могут корректировать алгоритм работы драйвера в зависимости от появления уточненных данных об изменении параметров светодиодов со временем.
Вот почему современные драйверы с технологией CLO, как правило, поддерживают NFC.
«Индустрия 4.0»
Помимо прочих возможностей, технология NFC позволяет присвоить в процессе производства уникальный номер каждому светильнику, который будет считываться автоматически, вне зависимости от наличия электропитания на устройстве. По данному коду можно отслеживать дальнейшую судьбу светильника и осуществлять его сервисное обслуживание. При изготовлении осветительного прибора номер, записываемый в память драйвера, автоматически вносится в ERP-систему предприятия. В перспективе при переходе светотехнической отрасли на концепцию «Индустрия 4.0» такой номер будет привязан к «цифровому двойнику» изделия. Сканировав информацию о светильнике через NFC, можно в автоматическом режиме загрузить в BIM-систему все необходимые данные.
