10 septiembre, 2018

Iluminación inteligente: Sistemas de control y telegestión y su integración a las Smart Cities

El día jueves 23 de agosto del presente año la empresa Schréder, dedicada a la luminaria pública desde 1996 en Chile, llevo a cabo uno de sus webinar educativos sobre luminarias a cargo del expositor Gonzalo Cuellocuya charla abordó  en esta ocación sobre la "iluminación inteligente"; como es aplicable esta tecnología, cuales son los sistemas de control y telegestión y como es la integración de las luminarias inteligentes a las Smart CitiesA continuación desglosáremos los temas planteados en la charla sobre iluminación inteligente.

smart cities

 

Tipos de sistemas de control

Para los distintos sistemas de control las luminaria pueden ser controladas punto a punto:

1_Fotocelda: Reducción de flujo - Iluminación a flujo constante.
Corresponde a un sistema de control que permite encender o apagar la luminaria dependiendo del nivel de iluminación exterior; es decír cuando existe un nivel alto la luminaria se apaga y cuando el nivel es bajo esta se va a encender, produciendo así una eficiencia energética y no depender de un circuito de encendido o apagado. También existe la reducción de flujo, permitiendo bajar la intensidad de la luminaria y por consiguiente también reducir el nivel de iluminación. Estos dispositivos debiesen funcionar a horas en donde la utilización de luz sea menor ya que no es conveniente reducir los niveles lumínicos durante horas de alto tráfico.

Al día de hoy la luminaria LED puede ser controlada punto a punto a través del driver estableciendo un perfíl de programación, lo que significa que a partir del horario el nivel de iluminación proporcionado por las luminarias baje o suba.

2_Sensor de movimiento: Detección de presencia - Mayor ahorro y seguridad
Los sensores de movimiento son integrados a la luminaria, ya sea implementándose a una luminaria o un grupo de luminarias. Puede ser un sensor infrarrojo, que detecta la presencia de alguna persona y activar las luminarias; esto permite tener la seguridad de obtener la iluminación adecuada necesaria para el tipo de situación y además permite maximizar el ahorro de energía.

3_Sistema de control remoto: Mayor ahorro y seguridad
El sistema de control remoto o la red telegestionada full implica poder controlar y tener comunicación bidireccional en las luminarias, permitiendo monitorear lo que sucede a cada instante con cada luminaria, obteniendo reportes de energía, monitoreo de los parámetros eléctricos, temperatura, etc. 

Smart cities

 

¿Por qué implementar sistemas de control al alumbrado público?

1_Por que se puede proveer la luz correcta:
Se ajusta la potencia dependiendo de la cantidad de luz que se necesita.

2_Eficiencia energética:
Incrementa a través del sistema de telegestión, clasificando zonas lo que permite ajustar los niveles lumínicos de las luminarias a partir de los flujos horarios.

3_Operaciones:
A través de sistemas de telegestión se puede monitorear las luminarias y sus eventuales problemas estableciendo los parámetros eléctricos y los niveles de consumo.

4_Confiabilidad:
El sistema asegura que todas las luminarias incrementen su potencia al 100% en caso de emergencia.

 

Protocolos 

Existen dos tipos de protocolos: Powerline y Radiofrecuencia.

Smart cities

Powerline: a través del cable de potencia se envía una señal de datos, lo cual puede ser implementado en el mismo cable de potencia. Para el caso de un túnel por ejemplo es recomendado la utilización de cables para la implementación de este sistema debido la posible interferencia que se genera de señal.

Radiofrecuencia: funciona a través de la señal, la cual puede ser por sistemas como Zigbee, en donde la estructura es trabajada como una red, actuando cada uno de los dispositivos como un nodo, lo que permite comunicar cada una de las luminarias buscando siempre el mejor canal de comunicación para poder asegurar la transmisión de datos o las instrucciones que recibe cada una de las luminarias. La ventaja de este sistema adecua su ruta en caso de fallar un nodo y de esta forma seguir funcionando y manteniendo la comunicación.

En síntesis el funcionamiento de "radiofrecuencia" es 50 veces mas rápido que el sistema "powerline" en términos de respuesta.

En cuanto a protocolos empleados para radiofrecuencia existen de bajo alcance y alto alcance: 
_Para corto alcance: Bluetooth, Zigbee Alliance, Thread.
_Para largo alcance: LoRa, Sigfox, 3GPP.

Necesidades de un sistema de telegestión

1_Interruptor:
Es decír, la necesidad de poder encender o apagar la luminaria.

2_Control de energía: 
A través de una señal ya sea análoga o digital

3_Salidas adicionales:
Para poder integrar otro tipo de elementos como por ejemplo los sensores.

4_Medición de energía:
Significa que el sistema permita poder medir la energía de que se consume y poder monitorear dicha información.

5_Monitoreo con control de errores:
Es decír, que el sistema sea capaz de reconocer cuando una luminaria falla y donde se encuentra dicha luminaria para poder tomar acciones correctivas.

 

Sistemas de control

Punto a punto


Cada luminaria es controlada de forma individual; esto se puede lograr incorporando sensores y cada luminaria actúa dependiendo de la programación desde frábrica. 

Iluminación inteligente, punto a punto.

En este ejemplo todas las luminarias están programadas para otorgar un 30% de iluminación pero cuando pasa la persona el sensor de movimiento la detecta y el iluminación aumenta al 100%. Las luminarias van incrementando su potencia a medida que avanza la persona focalizando ese 100% lumínico en el punto donde es detectado el movimiento y el resto de luminarias volviendo a su estado anterior (en este ejemplo a un 30% de su capacidad lumínica).

Red autónoma


Es necesario incorporar una caja controladora que a diferencia de la anterior solamente hay que incorporar un "driver" que permita una programación. La caja controladora denominada "LuCo" va instalada dentro de cada una de las luminarias, la cual posee una pequeña antena que permite la comunicación entre cada una de las luminarias a través del protocolo de radiofrecuencia.

Entonces:

_Cada luminaria incluye un controlador (LuCo) para que sea un nodo en la red inalámbrica Zigbee.
_Los nodos pueden ser combinados para crear grupos.
_La programación de las luminarias (CLO, perfil de atenuación,...) es manejada por el controlador y definida a nivel del grupo.
_La configuración del grupo es subida a través de un coordinador permanente o temporal (SeCo) que está conectado a la web.
_Algunos nodos pueden estar conectados a un sensor para esparcir el efecto de detección.
_Cada nodo puede reaccionar a cualquier sensor dentro de la red.

Iluminación inteligente, red autonoma. 

Cuando el sensor detecta una persona, cada una de las luminarias enlazadas a la red se enciende al 100%, y no de forma puntual como en el caso anterior, por tanto se necesita la activación de un solo sensor para una serie de luminarias.

Implementación y usos de la Red Autónoma 


Generalmente en parques y plazas las luminarias funcionan encendidas toda la noche independientemente que estén siendo utilizadas o no.

Lo que sucede con la implementación de un sistema de red autónoma es que las luminarias al no ser utilizadas estas mantienen un nivel de luz reducido (puede ser a un 20% para las luminarias, un 60% en zonas de permanencia) y al detectar una presencia por medio del sensor automáticamente las luminarias aumentan su potencia al 100%.

Las ventajas de la implementación de una red autónoma para parques y plazas es:

_Un parque más acogedor y agradable en las noches con zonas de descanso y convivencia.
_Seguridad reforzada con una visibilidad perfecta para los usuarios.
_85% de ahorro de energía en comparación con una nueva instalación HID
_85% menos de emisiones de CO2, sin necesidad de mantenimiento, larga vida útil con materiales reciclables.

Smart cities

Este sistema es también aplicable a estacionamientos en donde las luminarias pueden permanecer al 20% de potencia y ante la presencia de movimiento (ya sea por presencia de un individuo o automóvil) estas inmediatamente aumentan su potencia al 100%. Así mismo el sector industrial puede tener un importante ahorro de energía bajo la implementación de un sistema de red autónoma empleando básicamente el mismo principio en donde las luminarias aumentan de potencia en función del uso que se esta dando en el recinto y al dejar de ser utilizadas vuelven a su estado de reposo con menor porcentaje de potencia.

Iluminación inteligente.

La correcta implementación de este sistema puede alcanzar un hasta 85% de ahorro de energía dependiendo de la configuración y necesidades pertinentes.

Tal y como se muestra en la siguiente imágen este sistema aplicado en ciclovías también permite un importante ahorro de energía en donde el porcentaje de potencia de la luminaria aumenta a partir del movimiento del ciclista detectado por sensor y al no haber presencia de personas las luminarias disminuyen a su estado mínimo su potencia lumínica.

Iluminación inteligente, ciclovía.

El principio de funcionamiento de una red autónoma no consiste en mantener las luminarias apagadas, sino encendidas pero a un porcentaje de iluminación al mínimo y que estas aumenten de potencia al detectar una presencia bajo programación a través de los sensores.

El sistema red autónoma no solo se límita al tránsito de peatones o movimientos menores, también puede ser capaz de detectar la presencia de vehículos en movimiento como se muestra en la siguiente fotografía, que en este caso las luminarias van aumentando su potencia a medida que avanza el automóvil.

Iluminación inteligente, carreteras.

En estaciones de trenes el sistema utiliza el mismo principio que los casos anteriores aumentando los niveles de iluminación cuando es detectado algún pasajero. Ante el movimiento y llegada del tren las luminarias aumentan su potencia al máximo para aumentar la seguridad del traspaso de pasajeros al vagon y en caso de que la estación este vacia las luminarias ocupan el mínimo de su capacidad lumínica. 

Iluminación inteligente, tren.

 

Red telegestionada

El sistema de red telegestionada permite tener en cada una de las luminarias una caja controladora (LuCo) la cual permite comunicar con el servidor lo que ocurre con las luminarias, teniendo comunicación bidireccional y monitoreo de las instalaciones.

Sistema de red telegestionable Owlet Nightshift: es un sistema de telegestión para supervisar, controlar, medir y gestionar una red de iluminación. Es una combinación única de tecnologías orientadas al futuro y un interfaz de web fácil de usar. Gracias a la comunicación bidireccional, puede supervisarse el estado operativo, el consumo de energía y los posibles fallos.

Esta plataforma permite:

_Visualización de mapa con pantalla emergente.
_Creación de grupos a nivel de ciudad.
_Perfiles de atenuación definidos por grupos.
_Matrix con interacción de sensores.
_Visualización de tablero sobre el período seleccionado.
_Reporte / Alarma (SMS/Correo).
_Multiusuarios con derecho de acceso.

Red telegestionada.

Este sistema puede ser controlado desde cualquier tipo de dispositivo, ya sea notebook, tablet o smartphone, siempre que esten conectados a internet.

 

Internet of Things - IoT

iot

El IoT se trata básicamente de "estar conectados" y lo que busca es identificar redes o dispositivos que requieren de internet para poder comunicarse utilizando protocolos inalámbricos.

El llamado "Internet de las Cosas" vela por lo siguiente:

Datos
Aprovechar los datos para extraer información útil para tomar decisiones.
Cosas
Dispositivos físicos conectados a internet y entre ellos para tomar desiciones autónomas e inteligentes.
Personas
Conectar a las personas de manera más valiosa y relevante.
Procesos
Entregar la información adecuada a las personas (o máquinas) en el momento adecuado.

Los beneficios clave de esta tecnología son:

  • Aquitectura inteligente híbrida
  • Fácil preparación
  • Gestión eficiente de activos
  • Localización GPS instantánea
  • Medición precisa del consumo de energía
  • Ahorros de hasta el 85%
  • Cumplimiento de normas
  • Red confiable
  • Interfaz web intuitiva
  • Habilitador de Smart Cities

 

Este artículo cuenta con el patrocinio de Schréder, te invitamos a revisar sus productos.


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