1 Introducción
Helios (High Efficiency Lighting Online System) es un sistema de gestión integral de instalaciones de iluminación basado en radiofrecuencia. Helios permite gestionar cualquier tipo de instalación de iluminación: viaria, naves industriales, poligonos, edificios, etc y su funcionalidad se puede configurar según las necesidades de control del cliente.
Helios está compuesto por dispositivos que se integran en los elementos de cualquier instalación de iluminación: lámparas y cuadros eléctricos. Realizar una gestión eficiente de la iluminación es vital para conseguir reducir costes debido al elevado consumo eléctrico de estas instalaciones. Normalmente, cualquier entorno tiene variables que permiten ajustar la iluminación sin reducir la calidad del servicio: la luz natural, la presencia de personas u objetos, horarios de trabajo, etc. Helios permite aprovechar estas variables para optimizar el consumo eléctrico.
Para completar la gestión del sistema, Helios incluye funcionalidades de control, medida y supervisión que permiten obtener los parámetros de la instalación necesarios para asegurar su buen funcionamiento y mantenimiento.
Helios está basado en un módulo de radiofrecuencia en banda libre que permite la comunicación entre los elementos del sistema sin coste alguno por transmisión de datos.
2 Objetivos
La principal capacidad de Helios es ofrecer al cliente los mecanismos necesarios para ajustar la iluminación de su instalación según las necesidades puntuales de la misma y, de esta forma, conseguir reducir el consumo eléctrico.
Helios es un sistema de gestión integral para instalaciones de iluminación que permite la lectura de consumos, generación de alarmas, etc, para controlar y monitorizar el estado de la instalación.
3 Arquitectura
Helios está compuesto por distintos dispositivos que permiten adaptar el sistema a las necesidades del cliente.
Actualmente en Helios existen nodos luminarias para el control de las lámparas, nodos tags de interacción directa con luminarias, nodos centralitas para el control de los cuadros eléctricos y servidores de aplicación para gestionar la red de luminarias y/o cuadros.
3.1 Nodo Luminaria
Dispositivo radio incluido en cada lámpara de la instalación que permite regular la intensidad lumínica de la misma manualmente, de acuerdo a una consigna, o de forma automática, mediante programaciones horarias preconfiguradas.
Luminaria Helios
El único requisito para utilizar una lámpara en Helios es que sea regulable en intensidad, bien a través de drivers de corriente, de drivers de tensión o mediante algún protocolo soportado.
Cada luminaria tiene dos modos de trabajo, manual y automático, que se pueden alternar según lo requiera el uso de la instalación. En el modo manual se establece un valor de intensidad fijo que permanecerá invariable con el tiempo y en el modo automático se establecerá el valor que resulte de la evaluación de las programaciones horarias.
En modo automático las luminarias funcionan de manera autónoma ya que disponen de un reloj astronómico con el que evaluar las programaciones horarias. E
n cualquiera de los estados manual y automático, el valor de intensidad de la luminaria puede verse modificado por la actuación de los tags.
Las luminarias, una vez caracterizadas, son capaces de estimar su propio consumo en función del tiempo de encendido de la lámpara.
En caso de error o mal funcionamiento de la lámpara, las luminarias generan alarmas para indicar el estado de error.
3.2 Nodos Tags
Dispositivos radio que permiten modificar las condiciones de iluminación de las luminarias de acuerdo a las necesidades operativas de la instalación. Gracias a la actuación de estos dispositivos se permite, por ejemplo, mantener un nivel mínimo de iluminación y aumentar la intensidad temporalmente sólo en aquellas zonas de trabajo que registren actividad, lo que va a permitir reducir el consumo de la instalación sensiblemente.
Existen varios perfiles de tags diferenciados de acuerdo a su funcionalidad.
3.2.1 Tag móvil
Establece temporalmente un valor de iluminación en las luminarias asociadas que se encuentran en su radio de cobertura. Esta solución está orientada para acoplarse a elementos móviles que vayan a desplazarse por la instalación.
Tag móvil Helios
Las luminarias en el rango de acción del tag móvil se establecen a un nivel de intensidad establecido, independientemente del valor asignado, con lo que se dispone de una zona de trabajo dinámica. Transcurrido un intervalo de tiempo sin comunicación con el tag, las luminarias volverán al estado asignado. El tag móvil tiene dos controles manuales, uno para regular el nivel de intensidad de las lámparas y otro para limitar el rango de acción del tag.
Desplazamiento de Tag Móvil por una oficina. Tag en la entrada
El tag móvil (en la imagen asociado a un carrito) permite establecer dos zonas de iluminación, una cercana que será el área de trabajo principal (en la imagen al 100%) y otra lejana con un menor nivel de intensidad para ampliar la visibilidad (en la imagen al 30%).
Desplazamiento de Tag Móvil por una oficina. Tag en la salida
Se observa como la zona de iluminación se va desplazando siguiendo el movimiento del tag móvil, y las lámparas se van apagando, tras un intervalo de tiempo, cuando quedan fuera del rango de acción.
Desplazamiento de Tag Móvil por una oficina. Sin tag
El tag móvil puede configurar un intervalo de tiempo en las lámparas antes de volver al estado asignado con un valor de intensidad menor que el establecido inicialmente para suavizar la pérdida de iluminación.
3.2.2 Tag luz
Fija el valor de iluminación de las luminarias asociadas de acuerdo al nivel de intensidad lumínica medida en la zona de trabajo.
Tag luz Helios
El tag luz tiene dos controles, uno para regular la consigna de luz que se desea en la zona de trabajo y otro de sensibilidad para ajustar el rango del sensor a la variabilidad lumínica del entorno.
Esta solución está orientada para aprovechar la luz natural de forma que las luminarias adaptan su nivel de iluminación a las condiciones ambientales para mantener un nivel constante de intensidad en la zona de trabajo donde se coloca el tag.
Acción del Tag Luz según luz natural. Cielo despejado
Acción del Tag Luz según luz natural. Cielo cubierto
Cuando la luz del entorno sea suficiente para cumplir con la consigna de luz las luminarias están apagadas y conforme la luz del entorno vaya disminuyendo, las lámparas irán aumentando su intensidad de manera gradual, manteniendo siempre el nivel mínimo necesario.
3.2.3 Tag presencia
Establece temporalmente un valor de iluminación a las luminarias asociadas cuando se detecte una presencia en la zona de trabajo.
Tag presencia Helios
Este dispositivo se utiliza para iluminar de manera puntual una zona de tránsito, mediante la detección de forma autónoma por el propio tag de una presencia en la misma, transcurrido un intervalo de tiempo sin presencia las luminarias volverán al estado asignado.
Acción del tag presencia. Iluminación al 100%
Acción del tag presencia. Iluminación al 0%
Se puede configurar un intervalo de tiempo antes de volver al estado asignado con un valor de intensidad menor que el establecido inicialmente para suavizar la pérdida de iluminación sin presencia.
3.2.4 Tag temporizador
Establece temporalmente un valor de iluminación a las luminarias asociadas de acuerdo a una actuación de un usuario de forma manual.
Tag temporizador Helios
Este dispositivo se utiliza para iluminar puntualmente una zona a demanda del usuario, transcurrido un intervalo de tiempo desde la acción, las luminarias volverán al estado asignado.
Acción del tag temporizador. Encendido 100% durante 30 minutos
Acción del tag temporizador. Apagado tras 30 minutos
Cuando una persona acciona el tag temporizador, las luminarias asociadas se establecen a un valor de intensidad (en la imagen al 100%) y se establece un periodo de tiempo (en la imagen 30 minutos) transcurrido el cual, las luminarias se apagan.
Se puede configurar un intervalo de tiempo intermedio antes de volver al estado asignado con un valor de intensidad menor que el establecido inicialmente para suavizar la pérdida de iluminación.
3.2.5 Tag mando
Fija el valor de iluminación de las luminarias asociadas de acuerdo a una regulación establecida por el usuario de forma manual. Mediante este dispositivo un usuario puede establecer el valor de iluminación deseado en la zona de trabajo.
Tag mando Helios
El tag mando está compuesto por dos controles, uno para configurar las luminarias en modo automático o manual y otro para regular la consigna de luz.
Cuando se selecciona el modo automático, la intensidad de las luminarias queda determinada por las programaciones horarias y el tag mando no tiene efecto.
Cuando se selecciona el modo manual, la intensidad de las luminarias queda determinada por la consigna de luz del control del tag mando. Al establecer el modo manual, se desactiva la actuación por parte de otros tipos de tags sobre las luminarias, para evitar que el valor sea modificado.
Acción del tag mando en modo manual. Consigna al 30%
Acción del tag mando en modo manual. Consigna al 100%
Podemos ver un cuadro comparativo con algunas características de los distintos tags:
Características de nodos Tags
3.3 Nodo Centralita
Dispositivo radio incluido en los cuadros eléctricos de la instalación que permite actuar sobre las líneas de tensión, leer el valor de los contadores de consumo eléctricos instalados y monitorizar el estado de las sondas y sensores.
Centralita Helios
La centralita puede actuar independientemente sobre cada una de las líneas de tensión de forma manual o de forma automática mediante programaciones horarias. En modo automático las centralitas funcionan de manera autónoma ya que disponen de un reloj astronómico con el que evaluar las programaciones horarias.
Permite acceder al valor de los contadores eléctricos para conocer el consumo de la instalación, Helios soporta cualquier contador eléctrico comercial con salida de pulsos y también contadores MODBUS RTU.
Es posible configurar en la centralita distintas sondas asociadas a elementos del cuadro, como diferenciales, magnetotérmicos, etc y sensores para detectar posibles alarmas, como detección de puerta abierta, inundación, incendio, etc.
Para detectar consumos anómalos se definen unos supervisores encargados de monitorizar y notificar posibles casos de error o mal funcionamiento.
Conexionado de cuadro eléctrico con centralita
3.4 Servidor de Aplicación
Servidor empotrado con conexión TCP/IP que permite el acceso a los datos de luminarias y/o centralitas de cuadro de la instalación: datos de consumo, alarmas, estados de los dispositivos, etc. Incluye un interfaz webservice por el que se puede acceder a toda la información para su integración en aplicaciones externas.
Servidor de aplicación Helios
El servidor dispone de un interfaz radio en banda libre a través del cual se crea una red de dispositivos con las luminarias y/o centralitas de la instalación que permite la recogida automática de datos y el envio de comandos.
Transferencia de datos hacia el servidor de aplicación a través de comunicaciones radio
Los datos de la red de dispositivos se transfieren nodo a nodo hasta alcanzar el servidor de aplicación utilizando las comunicaciones radio. La red de nodos está exenta de planificación por lo que su instalación y mantenimiento son muy simples y la topología se crea automáticamente por lo que añadir nuevos dispositivos es inmediato.
Cada instancia de la red o isla de nodos Helios puede contener hasta 1500 nodos y una profundidad máxima de 25 niveles dependiendo de las condiciones de la instalación.
El servidor de aplicación es recomendable cuando se quiere mantener un control y registro del estado de la instalación, para la gestión de consumos, visualización de alarmas, etc. Permite incluso notificar a través de correo electrónico o mensajes cortos las alarmas del sistema.
Sin embargo, el servidor de aplicación no es obligatorio en Helios, el sistema es perfectamente funcional sin él ya que la inteligencia del sistema está distribuida entre los dispositivos, que trabajan de forma autónoma. Hay muchos escenarios donde es suficiente con luminarias y/o centralitas y/o tags para completar la funcionalidad deseada.
3.4.1 Servidor Intermedio
Helios dispone de un servidor intermedio que, utilizando una conexión TCP/IP (módem usb 3G o ethernet), permite integrar en el servidor de aplicación los datos de aquellos dispositivos que no formen parte de la red radio.
Servidor intermedio Helios
Este servidor es útil para instalaciones sin la densidad de dispositivos suficiente para crear una red radio que cubra todos los dipositivos o cuando se quieren controlar varias “islas” de dispositivos sin interconectividad radio entre ellas.
Comunicación entre servidor intermedio y servidor de aplicación
4 Software
Existen tres aplicaciones en Helios para gestionar los dispositivos y la instalación: Helios Config, Helios Assigner y Helios Control. La información puede ser traspasada entre las distintas aplicaciones a través de dos estructuras: la base de datos del fabricante y el archivo de la instalación.
4.1 Base de datos del fabricante
Cada luminaria tiene que ser configurada de acuerdo a la lámpara sobre la que se instala para poder realizar la regulación de la misma y estimar el consumo. Estos parámetros son específicos para cada lámpara y pueden ser distintos a los valores para otras lámparas.
Esta información se almacena en una base de datos donde el fabricante crea una referencia por cada tipo de lámpara para facilitar la configuración de las luminarias.
En esta base de datos se pueden almacenar también plantillas de programaciones horarias.
4.2 Archivo de la instalación
Es un archivo donde se almacena la información específica de la instalación desplegada: dispositivos, ubicaciones, direccionamientos, configuraciones, etc y será diferente para cada instalación.
4.3 Helios Config
Es la aplicación de configuración de los dispositivos radio del sistema: luminarias, centralitas y tags. Se ejecuta sobre cualquier sistema operativo (Windows, GNU/Linux, Mac OS X).
Helios Config. Comunicación con dispositivos en cobertura radio directa
Permite comunicarse con cualquier dispositivo radio que se encuentre en cobertura directa con la pasarela radio conectada al ordenador.
Captura de Helios Config
Helios Config permite realizar una búsqueda de los dispositivos en cobertura: luminarias, centralitas y tags. Mediante Helios Config se pueden realizar todas las configuraciones y operaciones posibles sobre los dipositivos seleccionados:
Nodos Luminarias
- Configurar el interfaz con la luminaria.
- Caracterizar el perfil de consumo de la luminaria.
- Establecer modo: manual o automático.
- Establecer programaciones horarias del modo automático.
- Establecer el valor de iluminación del modo manual.
- Obtener la medida de consumo de la luminaria.
Nodos Centralitas
- Asignar identificador, posición gps e información de direccionamiento.
- Configurar las líneas AC de salida de los circuitos.
- Configurar los contadores de consumo de los circuitos.
- Configurar las sondas de alterna para las protecciones eléctricas (acometida general, diferenciales, magnetotérmicos, etc) para generación de alarmas.
- Configurar los sensores para generación de alarmas (puerta abierta, inundación, incendio, etc)
- Configurar supervisores de parámetros de consumo para generación de alarmas.
- Establecer modo sobre las líneas: manual o automático.
- Establecer programaciones horarias sobre las líneas del modo automático.
- Establecer el valor de las líneas del modo manual.
- Obtener las medidas de consumo de las líneas.
- Obtener el estado de las sondas y sensores.
Nodos Tags
- Asignar identificador.
- Configurar las luminarias asociadas.
- Configurar el tipo de tag y parámetros propios de cada uno de los tipos.
Helios Config permite crear y modificar referencias de luminarias y plantillas de programaciones en la base de datos del fabricante.
Helios Config permite cargar la base de datos de fabricante y el archivo de la instalación para configurar los parámetros en los dispositivos.
4.4 Helios Control Web
Es la aplicación web que reside en el servidor de aplicación. Se ejecuta a través de un navegador (Chrome, Explorer10+, Firefox…) desde cualquier ordenador con conectividad TCP/IP con el servidor.
Captura de Helios Control Web
En la aplicación se visualiza la instalación mediante un mapa sobre el que están posicionadas las luminarias y centralitas para representar la localización de los dispositivos. Esta información se carga en el servidor de aplicación a través del archivo de instalación.
Permite visualizar toda la información recopilada por el servidor:
- Alarmas de luminarias.
- Alarmas de centralitas de cuadro.
- Consumos de circuitos. Generación de gráficas de consumo.
- Consumos de luminarias. Generación de gráficas de consumo.
- Estado de iluminación de luminarias.
- Estado de líneas de centralita.
- Estado de sondas de centralita.
- Estado de sensores de centralita.
Y realizar operaciones sobre los dispositivos:
- Establecer modo manual o automático de luminarias.
- Establecer consigna en modo manual de luminarias.
- Configurar programaciones horarias de luminarias.
- Establecer modo manual o automático sobre las líneas de las centralitas.
- Establecer estado en modo manual de las líneas de las centralitas.
- Configurar programaciones horarias para las líneas de las centralitas.
Las luminarias y las centralitas incluyen campos de direccionamiento configurables que permiten agrupar las acciones sobre dispositivos, por ejemplo, se pueden enviar comandos por calle, por barrios, etc.
4.5 Helios Assigner
Es la aplicación para crear y modificar el archivo de la instalación, visualizada sobre un mapa en el que se posicionan las luminarias y centralitas.
Captura de Helios Assigner
Helios Assigner registra en el archivo de la instalación toda la información relativa a cada dispositivo de la instalación, como parámetros de localización, de direccionamiento, identificadores, configuraciones, programaciones horarias, etc.
Helios Assigner permite cargar la base de datos de fabricante para importar las referencias de las luminarias y las plantillas de programaciones horarias. Con esta información, es capaz de realizar una estimación del consumo de la instalación basándose en las programaciones horarias de las luminarias (esta estimación no tiene en cuenta la acción de los tags).
Helios Assigner no tiene interfaz radio ni se comunica directamente con los dispositivos de la instalación, es una aplicación de soporte para trabajar con la base de datos de fabricante y el archivo de la instalación. Si se quieren volcar los datos de la instalación en los dispositivos es necesario utilizar las aplicaciones Helios Config o Helios Control.
Flujo de datos entre aplicaciones
El archivo de instalación, generado por Helios Assigner, se utiliza en Helios Control Web para la representación en formato mapa y para la configuración remota de dispositivos a través de la red.
También se puede utilizar el archivo de instalación en Helios Config para configurar los dispositivos a través de una conexión punto a punto.
Las referencias de luminarias almacenadas en la base de datos de fabricante, generada por Helios Config, se utiliza en Helios Assigner para poder realizar la estimación del consumo de la instalación.
5 Escenarios
Helios, gracias a su diseño de inteligencia distribuido y a la variedad de dispositivos disponibles, es un sistema adaptable a las necesidades particulares de cualquier instalación de iluminación. Vamos a ver algunos ejemplos tipo que permiten apreciar la versatilidad de las configuraciones permitidas.
5.1 Edificios o naves industriales
Escenario de ejemplo donde sólo se desean gestionar las lámparas de la instalación mediante programaciones horarias y la actuación de tags.
Ejemplo de instalación en naves industriales
Para la instalación del sistema sólo es necesario configurar a través de Helios Config las programaciones horarias en las luminarias y las asociaciones de los tags.
En este ejemplo no se requiere control de cuadros eléctricos por lo que no hay centralitas. Tampoco se requiere la monitorizacion del estado de la instalación por lo que no hay servidor de aplicación, no hay red de dispositivos ni se utiliza la aplicación Helios Control.
5.2 Viaria municipal I
Escenario de ejemplo donde se quiere optimizar y controlar el consumo energético de la instalación viaria municipal. En este caso se instalarán las luminarias, las centralitas de cuadros eléctricos y el servidor de aplicación.
Ejemplo de instalación viaria I
En primer lugar es necesario insertar en la aplicación Helios Assigner la información de todas las centralitas y luminarias de la red. El archivo de la instalación se introduce en el servidor de aplicación para permitir la gestión de la red de dispositivos en Helios Control: informes de consumo, alarmas de luminarias, alarmas de cuadros, etc.
5.3 Viaria municipal II
Escenario de ejemplo donde se quiere auditar el consumo energético de la instalación viaria municipal pero no se desea un control individual de las lámparas. En este caso se instalan las centralitas de cuadros eléctricos y un servidor de aplicación.
Ejemplo de instalación viaria II
Al tener un número de dispositivos muy limitado y sin cobertura radio directa entre el servidor y las centralitas, no hay capacidad de formar una red radio por lo que se utilizan servidores intermedios para conectar los dispositivos con el servidor de aplicación.
Se insertan los datos de las centralitas en Helios Assigner para crear el archivo de la instalación que se va a utilizar en Helios Control para la gestión de los consumos y alarmas de centralitas.
Una tabla resumen con los dispositivos utilizados en cada uno de los escenarios:
Dispositivos de escenarios de ejemplo