Iluminacin

Sistema de control de alumbrado en tneles mediante Protocolo DALI en Calle 30Emilio Mrquez de Prado Moragues; rea de Trfico Interurbano y tneles, SICE, S.A.

IntroduccinLos recientemente inaugurados tneles de Calle 30 han supuesto, adems de un claro desafo en el campo de la ingeniera civil y de la ejecucin de infraestructuras, un elevado desafo tecnolgico para lo sistemas de Gestin Integral de Tneles. Con la premisa de hacer del nuevo trazado subterrneo la infraestructura ms segura y un referente mundial en materia de control de tneles, se han incorporado a stos sistemas tecnologas procedentes de otros campos con el fin de maximizar la seguridad y la comodidad de los usuarios de la va. Uno de los sistemas que ms directamente afecta a los conductores y ms relacionado con la seguridad y el confort es el sistema de alumbrado de los tneles. No hay que olvidar que el sistema de alumbrado es el encargado de hacer imperceptibles las transiciones exteriorinterior en las entradas y salidas a los tneles. Por este motivo, en Calle 30, se tuvo desde el inicio la idea de facilitar la conduccin de los usuarios de la va siendo conscientes de que ello redundara en una conduccin ms confortable y, por tanto, ms segura.

Las premisas de inicio que se deban cumplir en todo el tnel eran: Luz de color blanco en el interior de todo el

tnel. Lnea continua de luminarias para el alum-

brado permanente. Posibilidad de ejercer un control y regulacin

sobre las luminarias permanentes desde el Centro de Control. Estas premisas de inicio tenan por objetivo: Limitar el deslumbramiento, de modo que el

valor del incremento umbral fuera inferior al 15% para todas las zonas y niveles, a excepcin de la zona de salida. Acabar con el molesto efecto Flicker o par-

padeo, de modo que recorriendo el tnel un automvil a la velocidad de diseo no se produjeran impactos luminosos a frecuencias inferiores a 2,5 Hz y superiores a 15 Hz. Por ello, una iluminacin continua, hara el efecto Flicker nulo, adems de hacer el deslumbramiento prcticamente despreciable. Evitar al conductor la sensacin de claustro-

Diseo del sistema de alumbrado de Calle 30El Sistema de Iluminacin de tnel se dise para cumplir una serie de objetivos y partiendo de una serie de premisas que lo dotasen de una homogeneidad que lo hicieran cmodo y seguro para el conductor que por l transitase.

fobia, debido a que puede permanecer mucho tiempo en el interior del tnel, para lo que se iba a colocar luz blanca. Evitar el efecto muro al convertir las pare-

des en elementos bien iluminados y claramente visibles

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IluminacinLmpara fluorescente de las utilizadas en Calle 30

lmparas de leds, que haban arrojado los siguientes resultados:Fluorescente Lmpara Potencia Longitud luminaria Medidas medias a 2 m del hastial T5 49 W 1.400 mm 16 cd/m2 LED LED

62 leds de 2 W 46 leds de 2 W 124 W 700 mm 20 cd/m2 92 W 1.000 mm 15 cd/m2

Con estos valores se hizo el pertinente estudio de costes, que determin como solucin ms rentable la de Evidentemente, y por encima de todo lo mencionado anteriormente estaba el cumplimiento de la normativa vigente en materia de alumbrado de tneles, especialmente las Recomendaciones para la Iluminacin de Carretera y Tneles del Ministerio de Fomento. Con estos condicionantes se procedi a hacer un estudio de las diferentes tecnologas disponibles en el mercado. Se analizaron: Lmparas fluorescentes Lmparas de leds Lmparas de halogenurosFluorescente Aos Coste energa KWh Nmero de luminarias Vida media en horas Consumo energtico W/Ud Reposicin de lmparas en t / Ud Reposicin de alimentacin en t / Ud Coste energa KWh Coste inicial ( se igualan ) / Ud Coste por reposicin mat. + medios / Ud 10 0,07 50.000 20.000 49 4 0 0,07 400 20 LED 10 0,07 50.000 60.000 92 0 1 0,07 400 70

Coste inicial Coste de mantenimiento Coste energa a 8 aos

20.000.000 4.000.000 15.023.400

20.000.000 3.500.000 28.207.200

Como banco de pruebas para determinar la solucin ms adecuada se utiliz la estacin de metro de Begoa. La solucin basada en halgenos qued descartada en las primeras pruebas, quedando la decisin pendiente entre los fluorescentes y las

Los estudios luminotcnicos finales determinaron la utilizacin de un sistema de alumbrado continuo con disposicin bilateral en los troncales y los ramales ms anchos y una disposicin unilateral en los ramales y accesos de un nico carril.

Diferentes ensayos de iluminacin en la Estacin de Metro de Begoa

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IluminacinEstos estudios tambin descartaron la utilizacin de alumbrado continuo basado en fluorescentes para la iluminacin de refuerzo. Para la iluminacin de refuerzo se adopt una solucin tradicional basada en luminarias de halogenuros metlicos. Interfaz de tensin de 16V (de 9,5V a 22,5V). Interfaz de corriente de 250mA Los disposi

tivos DALI necesitan un mximo de 2mA. No se utilizan cables especiales. Un mximo de 64 equipos DALI en una lnea. Hasta 16 grupos. Hasta 16 escenas de iluminacin predefinidas.

El sistema de control DALIAl haberse adoptado una solucin tradicional para el sistema de alumbrado de refuerzo se opt, de la misma manera, por el sistema de control de alumbrado tradicional basado en la conexin y desconexin directa de los contactores que alimentan a cada circuito de alumbrado. De esta forma el nico control posible sobre el alumbrado es el encendido o el apagado totales, dando lugar a los conocidos escalones en los niveles de iluminacin. Sin embargo, para el alumbrado permanente se decidi equipar a las luminarias con balastros electrnicos que posibilitaran un control ms exhaustivo sobre el alumbrado.

Variacin del brillo en funcin del valor de control suministrado

Balastro electrnico

De entre los protocolos de control posibles (Lonworks, DMX, etc) se opt por el protocolo DALI al ser el que contaba en el mercado con un mayor de fluorescentes equipados. El protocolo DALI (Digital Addressable Lighting Interface) es un protocolo de control de alumbrado diseado para controlar digitalmente balastos electrnicos y luminarias equipadas con este tipo de tecnologa. Este estndar agrupa a los ms importantes fabricantes de balastos electrnicos de iluminacin a nivel mundial desde 1999. La norma DIN IEC 60929: hace referencia al interfaz de regulacin digital para balastos y dispositivos electrnicos. Las principales caractersticas del sistema DALI son: Velocidad de transmisin de los datos 1200 Baudios (Bits/Seg.). Sistema maestro-esclavo sin control de colisin. Lnea de control de 2 hilos.

El sistema permite, adems, las siguientes funcionalidades: Conexin / Desconexin. Se establecen valores de iluminacin. Regulacin de iluminacin con curvas logartmicas (como el ojo humano). Tiempos de desconexin de escenas. Control individual de aparatos o de grupos. Regulacin sincronizada de todos los componentes. Control simultneo de todos los aparatos. Lmites de regulacin mx. / mn. Confirmacin del estado del aparato (lmpara on/off, nivel de iluminacin, fallo en lmpara o equipo electrnico).

Integracin en el Sistema de Gestin Integral de TnelesComo se ha podido comprobar el protocolo DALI ofrece una herramienta muy poderosa que permite realizar un control exhaustivo de instalaciones de alumbrado, pudiendo llegar hasta el control luminaria a luminaria. Evidentemente no hay que olvidar que el sistema de alumbrado pertenece a un sistema mucho ms complejo que es el de Sistema de Gestin del Tnel y no puede considerarse como un elemento aislado sino que debe actuar de forma coordinada como parte de un todo. Por supuesto en el mercado existen multitud de herramientas software dedicadas al control y

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Iluminacina la gestin de los sistemas DALI, pero la utilizacin de dichas herramientas chocara frontalmente con la filosofa de Calle 30 de facilitar el trabajo de los operadores, ofrecindoles una herramienta nica que les permitiera controlar cualquier tipo de equipo dentro de una interfaz homognea. El sistema de Gestin de Tneles implementado en Calle 30 responde a una estructura piramidal:Armario de Control Distribuido de Tnel (Calle 30)

Estructura del sistema de Control de calle 30

Hacia el nivel superior disponan de un inter-

faz de comunicaciones TCP/IP (ModBUS TCP/IP). Hacia el nivel inferior disponan de una gran

variedad de interfaces, entre ellos el requerido para esta aplicacin, el DALI.

En este caso las luminarias DALI perteneceran al nivel 0 (Equipos de Tnel) que comunicara con el siguiente nivel (Control Centralizado) por medio del protocolo DALI. Es en el nivel 1 en el que recae todo el esfuerzo de integracin de todos los sistemas de tnel. Todos los equipos deben salir del nivel 1 utilizando un protocolo de comunicaciones Ethernet TCP/IP. Es por ello que un importante esfuerzo de diseo se centr en los armarios de control distribuido de tnel. Para garantizar este control distribuido se dispuso en todas las salidas de emergencia del tnel, aproximadamente cada 200 metros, un armario de concentracin de seales que deba concentrar las comunicaciones con todos los equipos del tnel, recibiendo informacin a travs de una multitud de protocolos diferentes (DALI, serie, I/O) y ofreciendo una nica salida (Ethernet TCP/IP) al siguiente nivel. Tras analizar el mercado en busca de soluciones se opt por la utilizacin de PLC de la marca WAGO. Estos cumplan con todos los requisitos que se haban planteado en la fase de diseo:

Esquema de conexiones del maestro DALI

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IluminacinDe esta manera la arquitectura del sistema de control de alumbrado quedaba establecida de la siguiente forma: exceso de informacin al operador de forma que sobrepasase su capacidad de asimilacin. Para ello, aunque el DALI hubiera permitido un control luminaria a luminaria, se adopt una solucin de control por tramos de unos 200 metros. Los motivos para esta decisin fueron: El proyecto dispona de ms de 40.000 lm-

Arquitectura del sistema de control DALI

Todos los armarios de control distribuido se encuentran enlazados con el siguiente nivel de control por medio de un anillo redundante, que garantiza las comunicaciones en el caso de ruptura o fallo del mismo. En este nivel las comunicaciones entran en la red troncal Gigabit Ethernet sobre fibra ptica que comunica con los Centro de Control.

paras de iluminacin continua, lo que haca inimaginable un control luminaria a luminaria. Se aprovechaba la divisin natural del sistema de control de tnel ya que el control pasaba a ser de armario de control a armario de control. La modificacin de las condiciones de alumbrado en tramos de 200 metros es una medida razonable dada la magnitud del sistema a controlar. El sistema de iluminacin permanente, desde el Centro de Control, realiza las siguientes funciones: Adquirir los Estados y Valores de seales y

equipos. Controlar los estados de funcionamiento de

Funcionalidad del sistemaA nivel de Centro de Control, se deba adoptar una solucin que permitiese aprovechar toda la potencia y control exhaustivo que permite el DALI pero que no proporcionase un

equipos de iluminacin. Calcular los algoritmos de iluminacin y

actuacin. Presentar la informacin de iluminacin al

operador. Almacenar datos tiempo real e Histricos.

Se monitoriza un resumen de las posibles alarmas que las luminarias puedan dar. La principal alarma es la de luminaria fundida: Desde el Centro de Control el operador puede establecer iluminacin permanente en zonas del tnel dando el nivel de luminosidad. Se encienden todas las luminarias asociadas a un tramo al mismo nivel de luminosidad, es decir, todas las luminarias conectadas a un mismo armario se manejan de manera conjunta. Desde el sistema ITS se podr: Solicitar un nivel de iluminacin Apagar las luminarias.

Pantalla de estado de un controlador DALI

Pantalla de alarmas de un controlador DALI

La representacin del estado de la iluminacin permanente segn el porcentaje de iluminacin es la que sigue, en donde el icono gris que no contiene porcentaje representa el 0% y el icono amarillo significa el 100 % de iluminacin. Los iconos que aparecen son:

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IluminacinIconos representando los posibles estados del alumbrado permanente

Cada vez que llega un nuevo valor al Centro de Control, ste es almacenado en la Base de Datos Tiempo Real del Sistema ITS y en la Base de Datos Histricos, para una posterior consulta en informes. Los datos que se almacenan corresponden a los cambios de valor que han sufrido las medidas de: nivel de iluminacin, y las alarmas.

Permite variar los niveles de alumbrado en

funcin del trfico. Permite adaptar el nivel del alumbrado en

funcin del envejecimiento de la instalacin De esta forma se pueden garantizar los niveles mnimos exigidos en la normativa de forma dinmica, en lugar de tener que utilizar siempre los mximos calculados para la instalacin. www.sice.com

ConclusinAl igual que en la mayor de los subsistemas que componen las instalaciones de los tneles de Calle 30, el sistema de alumbrado permanente ha supuesto la introduccin de un novedoso sistema de control que proporciona un control ms exhaustivo que el de los sistemas tradicionales, permitiendo establecer un control luminaria a luminaria. La incorporacin de este novedoso sistema de control ha supuesto tambin un desafo tecnolgico de cara a una plena incorporacin al Sistema de Gestin Integral de Tneles. Este diseo mereci el segundo premio en los DALI Awards del ao 2.008, que premian a los mejores proyectos a nivel mundial que utilicen el estndar DALI. Adems de su novedad y control exhaustivo, este sistema, al permitir una regulacin de entre el 0 y el 100% del flujo luminoso de forma continua, puede suponer importantes ahorros energticos en la fase de explotacin por varios motivos: