Когда-то Томас Эдисон сделал электрическое освещение по-настоящему массовым явлением, предложив резьбовой патрон. В результате не нужно заботиться о совместимости лампы и светильника, а заменить источник света теперь могут сами пользователи. Похожие по масштабу перемены происходят сейчас в «умном» освещении, где недавно был наконец-то выработан единый интерфейс для разных элементов системы. Заменить беспроводной модуль управления или датчик теперь становится таким же простым делом, как поменять лампочку в обычном светильнике.

В конструировании светильников есть три основных подхода. Первый — изготовление светильника со стандартным патроном, ранее созданным для традиционных источников света. Данный путь изначально считался тупиковым, поскольку замена обычной лампы на светодиодный ретрофит не позволяет полностью реализовать богатый потенциал, заложенный в светодиодах. Второй — создание светильника, который не может быть как-либо модифицирован обычным пользователем. Для ремонта нужно нести изделие в определенную мастерскую, а если вам нужны лучшие параметры (например, светильник установлен на заводе, который решил увеличить объемы производства) либо новые функции, придется менять весь светильник. Наконец, третий подход, постепенно завоевывающий все большую популярность, — изготовление светильника из узлов, совместимость которых жестко прописана в стандартах, добровольно принятых ведущими игроками рынка. Вместо лампы в светильнике можно менять светодиодную матрицу, систему управления, оптику и т. п. Для введения в конструкцию новых функций или апгрейда технических характеристик менять светильник не придется — нужно лишь добавить или заменить в нем отдельные модули.

Консорциум Zhaga

В 2010 г. ведущие производители светотехнического оборудования и компонентов для него объединились в консорциум Zhaga с целью создать единые стандарты для светодиодных матриц.

Предполагалось стандартизировать параметры матриц, оптики и посадочных площадок. Но быстро выяснилось, что для успешного продвижения концепции следует стандартизировать драйверы, механические держатели, кабельные разъемы и т. п.

Разъем Zhaga для уличных светильников имеет всего 4 контакта

Развитие беспроводных технологий не сделало деятельность Zhaga бесполезной в части стандартизации интерфейсов управления освещением. В обойме стандартов консорциума появились, например, документы, описывающие программирование драйверов светильников через беспроводные протоколы Bluetooth и NFC.

По состоянию на начало 2021 г. в консорциум Zhaga входило более 300 компаний, расположенных по всему миру. Она разделены на действительных, ассоциированных членов и наблюдателей. Полный список можно найти на сайте консорциума www.zhagastandard.com. Помимо производителей, в список входят еще и организации, занимающиеся тестированием продукции.

Стандарты Zhaga объединены в книги. На момент написания статьи существовали 26 книг с действующими стандартами, которые нумеруются числами от 1 до 25. Причем под номером 18 выпущены две книги — Book 18 и Book 18 Z-Di4 node. Они содержат стандарты по разъемам и посадочным местам модулей «умного света» для наружного освещения. Разъемы и посадочные места для модулей внутреннего освещения описаны в Zhaga Book 20.

Разработка стандартов осуществляется на основе предложений, выдвигаемых членами консорциума. Далее идут согласование и окончательное принятие стандартов. Важная деталь — после выпуска книги со стандартами она в течение года доступна лишь в электронном виде только для членов консорциума. И только потом публикуется для широкой аудитории. О причинах такой задержки официально не сообщается, но можно предположить, что более ранний доступ к новым стандартам обеспечивает членам консорциума некоторые конкурентные преимущества на рынке.

Стандарт Di4

В современных системах освещения широко применяется стандарт DALI (Digital Adressable Lighting Interface — цифровой адресуемый интерфейс управления освещением). Также известен его новый вариант DALI-2. Стандарт вырабатывается международной организацией DiiA (Digital illumination interface alliance — Альянс по цифровым интерфейсам управления освещением). В эту организацию на добровольных началах делегированы представители ведущих мировых производителей светотехнического оборудования.

Уличный светильник компании Gewiss с установленным наверху модулем Zhaga-Di4

В то же время стандарт DALI имеет важное отличие от прочих стандартов управления освещением, созданных объединениями тех или иных компаний.

Основные положения стандарта DALI (используемые также в стандартах DALI-2 и Di4, продолжающих его идеологию) закреплены в международном стандарте IEC 62386. Данный стандарт выработан Международной электротехнической комиссией — авторитетным органом стандартизации при ООН. Таким образом, DALI имеет официальный международный статус, не привязанный к конкретным фирмам.

Развитием DALI в направлении «Интернета вещей» (IoT) стал стандарт Di4. По сравнению с предыдущими стандартами, выработанными DiiA, в стандарте Di4 большое внимание уделено не только драйверам светильников, но еще и датчикам, а также коммуникационным модулям.

Совместная программа сертификации

В то же время стандартизация протокола управления освещением тесно связана со стандартизацией разъемов и посадочных мест для модулей. Простой пример из практики. Некий город осуществил замену устаревших светильников с ртутными лампами на светодиодные. Спустя несколько лет появилась единая цифровая автоматизированная система управления городским хозяйством, в которую должны включить и светильники.

Уличный светильник производства компании Bega с двумя разъемами Zhaga-Di4, закрытыми заглушками

Для этого на уличные светильники должны быть установлены модули управления. Традиционный подход подразумевает покупку новых либо переделку имеющихся светильников. Но при наличии стандартного интерфейса, поддерживаемого производителями светильников, установка модуля предельно проста — вставили в имеющийся на светильнике разъем, повернули, защелкнули, и светильник сразу «поумнел». Даже снимать его с опоры не придется. Соответственно, городские власти не привязаны к одному поставщику модулей управления, они могут выбирать продукцию с наилучшим соотношением цена/качество.

Для решения подобных задач и возникла идея совместной сертификации Zhaga-Di4. При этом Zhaga стандартизирует разъемы и посадочные места, а DiiA — протокол управления. Стандарты, по которым осуществляется данная сертификация, прописаны в документах Zhaga Book 18 Z-Di4 node, DALI Part 251, DALI Part 252 и DALI Part 253. Первый пробный образец оборудования прошел сертификацию в конце 2019 г. А с октября 2020 г. сертификация на соответствие Zhaga-Di4 осуществляется уже в рабочем порядке.

В результате создается своего рода экосистема, из элементов которой можно создавать решения «умного света» любой степени сложности.

Принципы сертификации

К сертификации на соответствие стандарту Zhaga-Di4 допускаются только действительные или ассоциированные члены Zhaga и DiiA, а так-же их дочерние структуры.

После того как компания изготовила образец продукции в соответствии с Zhaga-Di4, она пер-вым делом сертифицирует его в DiiA на соответствие требованиям Di4. Затем продукт отсылается в одну из утвержденных Zhaga независимых лабораторий, которая занимается сертификацией по соответствующим книгам. На момент написания статьи сертификацией по Zhaga Book 18 Z-Di4 node и Zhaga Book 20 занимались только две лаборатории Intertek Testing Systems (Великобритания) и Dekra Certification (Нидерланды). После успешного прохождения испытаний запись о продукте вносится в публичную базу данных Zhaga, а производитель получает право наносить на про-дукт логотип Zhaga-Di4.

Правила нанесения логотипов на отдельные элементы системы освещения. Источник: консорциум Zhaga

Следует отметить, что сертификация в обратном порядке, т. е. сначала Zhaga и только потом DiiA, невозможна. Дело в том, что DiiA не занимается сертификацией механической совместимости разъемов и поэтому сертифицировать продукцию на соответствие Zhaga-Di4 не имеет права.

Некоторые параметры модулей экосистемы Zhaga-Di4

Напряжение питания для датчиков и устройств управления освещением в данной экосистеме принято равным 24 В постоянного тока. Благодаря этому не требуется соблюдать специальные меры безопасности при установке или замене модуля.

Мощность, потребляемая датчиком или устройством управления, для экосистемы Zhaga-Di4 ограничена 2 Вт, если устройство располагается на верхней части светильника, и 1 Вт, если располагается на нижней части светильника. Данное деление, на первый взгляд, выглядит довольно странным. Но оно соответствует сложившимся реалиям. Аппаратура для высокоскоростной связи на большие расстояния монтируется, как правило, сверху, а датчики и системы для связи на малые расстояния — снизу.

Важный момент — мощное питание светодиодов не проходит непосредственно через модуль управления стандарта Zhaga-Di4. Предполагается, что модуль может подавать только слаботочные сигналы управления, непосредственно коммутация светодиодов осуществляется только драйвером.

Датчики системы «умного света», соответствующие
стандарту Zhaga-Di4, можно безопасно устанавливать
на работающий светильник

Кроме этого, функции контроля качества электропитания (напряжение, потребляемый ток, коэффициент мощности и т. п.) в Zhagа-Di4 встроены в блок питания, соответствующие данные передаются в модуль «умного света» через стандартизированный интерфейс.

Стандарт NEMA

До появления стандарта Zhaga-Di4 для установки в уличные светильники систем управления, датчиков освещенности, плотности потока машин и т. п. большое распространение получил 7-контактный разъем NEMA. Данный разъем был стандартизирован Североамериканской электротехнической ассоциацией, тем не менее он получил большое распространение за пределами США и Канады. В том числе такой разъем применяется и в России. Сложилась уже своя экосистема вокруг данного стандарта. Параметры разъема NEMA установлены также в национальном стандарте США ANSI C.136.41.

Разъем NEMA на уличном светильнике

Главное отличие разъема NEMA — он поддерживает как цифровые, так и аналоговые (протокол 1–10 В) системы управления освещением. Аналоговым реалиям соответствует также то обстоятельство, что силовое питание с напряжением сети проходит через управляющий модуль. Из-за этого при установке или замене модуля с разъемом NEMA светильник нужно полностью обесточивать. Наличие в разъеме NEMA контактов, используемых «для прочих нужд», применение которых не стандартизировано, потенциально может приводить к проблемам с совместимостью.

Кроме этого, поддержка разъемом NEMA устаревшей аналоговой технологии управления освещением привела к тому, что решения на его основе довольно громоздкие (например, наличие модуля управления на уличном светильнике хорошо заметно и портит его дизайн). Если у вас уже есть блок питания, соответствующий стандарту Zhaga-Di4, то приспосабливать под него решение с разъемом NEMA экономически бессмысленно.

Zhaga-Di4 в России начнет внедряться с офисного и интерьерного освещения

DiiA допускает использование протокола Di4 с разъемами как NEMA, так и Zhaga, при этом контроллер и программное обеспечение будут одинаковы. Это облегчает переход производите-лей на другой тип разъема.

Выводы

В консорциум Zhaga входят и американские, и европейские компании. Тем не менее внедрение экосистемы Zhaga-Di4 в США в обозримом будущем не выглядит реальным, поскольку NEMA уже закреплен в национальном стандарте. Даже лаборатории по сертификации Zhaga-Di4 находятся пока только на европейском континенте. Учитывая более пристальное внимание европейцев к вопросам безопасности и технической эстетики осветительного оборудования, широкое распространение экосистемы Zhaga-Di4 на европейском континенте уже в ближайшие пару лет представляется реальным сценарием.

Применительно к России в ближайшие пару лет в уличном освещении с цифровым управлением будет «править бал» NEMA, поскольку соответствующий стандарт уже освоен отечественными производителями и хорошо принят рынком. В более отдаленной перспективе не исключен переход на Zhaga-Di4 в наружных светильниках.

Здесь многое будет зависеть от политики китайских производителей драйверов (в значительной степени ориентированных на европейский рынок), а также от позиции отечественных регулирующих органов относительно оборудования для проектов уличного освещения, реализуемых на средства из бюджета. Зато Zhaga-Di4 может уже сейчас найти применение в офисах, выставочных залах и коттеджах премиум-класса благодаря тому, что в рядах Zhaga представлены практически все ведущие производители интерьерных светильников и трековых прожекторов.