ES1305600U - Sistema de control e iluminacion para instalacion industrial - Google Patents

Abstract

Sistema de control e iluminación para una instalación industrial, caracterizado por que comprende: - luminarias (1, 2) destinadas a ser montadas en la instalación, y que comprenden: - una o varias luminarias principales (1), dotadas de un primer microcontrolador (3), dotado de protocolos de enrutado de comunicaciones, y configurado para proporcionar a cada luminaria principal (1) conectividad inalámbrica bidireccional; y - para cada luminaria principal (1), un grupo de luminarias subordinadas (2) vinculadas a su luminaria principal (1) correspondiente y comunicadas con dicha luminaria principal (1) para intercambiar información y para recibir instrucciones desde la luminaria principal (1); - sensores (5), para detectar características de las luminarias (1, 2) y de la instalación, al menos parte de los sensores (5) está comunicada bidireccionalmente de forma inalámbrica con la luminaria principal (1) correspondiente por medio del primer microcontrolador (3); - un dispositivo de regulación (6), conectado al primer microcontrolador (3), para controlar su luminaria principal (1) correspondiente y las luminarias subordinadas (2) asociadas, para permitir a cada luminaria principal (1) actuar como centro de comunicación, como enrutador y como puerta de enlace para otros dispositivos presentes en un entorno predeterminado; donde las luminarias (1, 2) están interconectadas entre sí creando una red inalámbrica (7), por medio de protocolos de enrutado del primer microcontrolador (3).

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA DE CONTROL E ILUMINACIÓN PARA INSTALACIÓN INDUSTRIAL

Campo técnico y objeto de la invención

La presente invención se puede incluir, de manera general, dentro del campo de la iluminación de instalaciones. De manera más concreta, el objeto de la invención se refiere a un sistema de control e iluminación para una instalación industrial, especialmente en una instalación industrial que funciona en un ambiente catalogado como de atmósfera explosiva.

Antecedentes

De manera general, un sistema de iluminación para una instalación industrial, en especial en atmósferas explosivas, requiere de supervisión, monitorización y control continuados, tanto para supervisar un correcto funcionamiento del sistema de iluminación, así como también para velar por la seguridad de la instalación, del entorno y de las personas que necesiten acceder al interior de la instalación en la cual se encuentra montado el sistema de iluminación.

Existen, en este sentido, sistemas de iluminación en los que las luminarias están configuradas para actuar como puente de comunicaciones para otros componentes presentes en las instalaciones (sensores, actuadores, HVAC y CCTV, entre otros). Sin embargo, no son conocidos sistemas de iluminación con dichas características que sean implementables sin necesidad de añadir cableados ni modificar las instalaciones en las que se encuentra montado el sistema de iluminación.

Descripción resumida de la invención

La presente invención presenta un sistema de control e iluminación para instalaciones industriales de acuerdo con la reivindicación principal. Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones ventajosas, opcionales, del objeto de la reivindicación principal. Una instalación industrial que incorpora el sistema de iluminación también forma parte de la invención, según se describirá más adelante.

El sistema de control e iluminación de la invención proporciona, no solo monitorización y control inalámbricos, aportando altos niveles de seguridad e inmediatez, sino que además, es inteligente, integrable en luminarias, con capacidad de comunicación inalámbrica bidireccional, para supervisión y control de sistemas de iluminación, y con capacidad de intercambio de información tanto con otro hardware (sensores y actuadores, sistemas RFID, ID tags, etc.) de control y/o seguridad de instalaciones clasificadas con riesgo de explosión, y también para entorno industrial en general, sin necesidad de incluir cableados adicionales que complican la instalación.

En el presente documento, el término “inteligente” se aplica a dispositivos, tales como las luminarias, que están conectados para transmitir datos de estado y de funcionamiento, ya sea entre sí o a otros dispositivos captadores de datos, de tal manera que, mediante procesos automatizados, es posible estudiar los datos y tomar decisiones a partir de dichos datos.

La inclusión de luminarias inteligentes aporta capacidades de ahorro energético, además de monitorización y control, y a la vez actuar como “puerta de enlace” (“gateway”)entre dispositivos inteligentes, bajo estándares de comunicación inalámbrica industrial. Poder utilizar el punto de suministro eléctrico que aporta la luminaria como puerta de enlace inteligente, aporta una novedad desconocida en el mercado. A la vez, añade un plus en seguridad, ahorro energético y de costes de explotación; reduce el riesgo de accidentes laborales, al evitar accesos presenciales a zonas “complicadas” o restringidas, mejorando muchos indicadores de Prevención de Riesgos Laborales. También aportan al titular de la instalación una vía a la Transformación Digital, acceso al Big Data aplicado a la instalación, posibilidad de integración en sistemas SCADA existentes, migración de datos a ERP del titular de la instalación, así como incorporación de tecnologías IoT (Internet de las Cosas).

La presente invención incide adicionalmente en la protección de la información en relación con la ciberseguridad. En este sentido, el sistema de control e iluminación está diseñado para instalaciones industriales, con un foco especial en las denominadas ATEX (Atmósfera Explosiva). Se trata de entornos de alto riesgo (en algunos casos podrían ser infraestructuras críticas), en los que todos los elementos deben proporcionar el máximo nivel de seguridad en la información. Cualquier brecha que diera lugar a accesos no deseados podría llevar a escenarios muy peligrosos. En este sentido, la ciberseguridad se tiene en consideración protegiendo tanto las comunicaciones inalámbricas entre luminarias y de luminarias con otros dispositivos, así como en las comunicaciones entre un microcontrolador MCU y un servidor (por ejemplo, por medio de: filtrado por direcciones MAC específicas; posibilidad de usar sólo comunicaciones unidireccionales, etc., o incluso tecnologías inalámbricas más recientes, como LoRa, NB-IoT, u otras); y también en acceso remoto por interfaz web (mediante, por ejemplo, mecanismos de verificación segura de la identidad y gestión de accesos, tal como acceso seguro mediante certificados, como por ejemplo DNI electrónico).

El sistema de control e iluminación de la invención tiene presente la importancia de la privacidad de los datos almacenados en el servidor. La arquitectura del sistema considera diferentes posibilidades, de modo que los servidores pueden estar localizados, bien en la nube del instalador del sistema, bien en las instalaciones (o la nube) del titular de la instalación, así como soluciones híbridas, asegurando siempre que los datos son accesibles solo para personal autorizado. Para ello, los servidores del instalador proporcionan el aislamiento adecuado entre clientes (titulares de las instalaciones), de manera que cada uno sólo pueda acceder a datos de sus instalaciones. En segundo lugar, los datos se encuentran adecuadamente protegidos contra ataques externos, integrando métodos para la verificación segura de la identidad y para la gestión de accesos a los datos.

El sistema de control e iluminación presenta las siguientes funcionalidades avanzadas:

- Establecer una programación de horarios de encendido / apagado con distintas potencias. Estos horarios se podrán definir de manera sencilla, mediante reglas del estilo: "encender todas las luminarias de lunes a viernes, de 8.00 a 19.00”.

- La programación de horarios puede realizarla un responsable de la instalación, de manera remota, con una interfaz web, sin necesidad de presencia en obra. Esto es especialmente relevante en entornos ATEX, donde se debe reducir al máximo la presencia de personas. - Crear grupos de luminarias, de manera que las diferentes zonas del entorno se puedan controlar por separado.

- Definir una temperatura de color en cada zona y en cada tramo horario, para adaptarse a, y/o tener en cuenta, los ritmos circadianos de las personas que ocupan dicha zona.

- Incluir un detector de presencia en un número reducido de las luminarias, que sirva para todas: cuando se detecte movimiento, la luminaria se encenderá, y enviará órdenes de encendido al resto, según criterios predeterminados. Se puede usar de la misma manera un medidor de incidencia de luz natural.

- El sistema de la invención es sensible a soluciones de "servitización”, tales como: soporte técnico, configuración, puesta en marcha (commisioning)remota, apoyo al usuario o actualizaciones online. Estas soluciones dependen del entorno de localización de la información, según el modelo de negocio elegido por el titular de la instalación: entorno "nube” (cloud,en terminología sajona), o bien en las propias instalaciones del titular de la instalación (on premise,según terminología sajona), o con una solución híbrida. Los responsables de instalación pueden, por tanto, acceder a los datos de iluminación, pero también a otros datos de sistemas presentes en las instalaciones.

Las tecnologías más destacables implementadas por el sistema control e de iluminación de la invención se describen seguidamente:

1. Arquitectura hardware. Se utiliza un sistema mono-chip, que incluye las tecnologías de comunicación referidas. En un primer enfoque, se considera el uso de Wi-Fi y Bluetooth, dado que existen sistemas que lo combinan. Un ejemplo de este tipo de dispositivos es el Espressif ESP-32, sistema mono-chip combinado de Wi-Fi (2.4 GHz) y Bluetooth, diseñado con tecnología de 40 nm de potencia ultra-baja, diseñado para lograr la mejor potencia y rendimiento de RF, mostrando robustez, versatilidad y confiabilidad en una amplia variedad de aplicaciones y escenarios de energía. Preferiblemente, disponen de opciones de potencia ultra-baja, como la mencionada anteriormente, para reducir al máximo los consumos y las emisiones radioeléctricas. Respecto a Wi-Fi, se considerarán tanto la banda sub-1GHz como la de 2.4 GHz, teniéndose la banda de 5 GH como menos preferente, debido a su cobertura más reducida. En concreto, para la banda sub-1 GHz (que, en Europa, incluye desde 863 a 868 MHz), utilizada en 802.11ah, puede resultar adecuada por su mayor cobertura y capacidad de atravesar más obstáculos. En un ambiente sin obstáculos y con una antena 1/4 de onda (es decir de sólo 8,6 cm), se pueden obtener alcances de 800 metros, y es posible atravesar varias paredes de hormigón. Por otra parte, el riesgo de interferencia es muy débil porque esta frecuencia es reservada a ciertas aplicaciones y el número de dispositivos es más limitado. Un ejemplo de dispositivo 802.11ah es el Newracom NRC7292. Por su parte, la banda de 2.4 GHz se considera por su mayor utilización y la existencia de más dispositivos en el mercado.

2. La electrónica está concebida para aplicaciones móviles, dispositivos electrónicos portátiles e IoT. Cuenta con todas las características de vanguardia de chips de baja potencia, incluida la sincronización de reloj de alta precisión, múltiples modos de potencia y escalamiento dinámico de potencia. Por ejemplo, en un escenario de aplicación de repetidor de señal para sensores de IoT de baja potencia, el integrado que se montará en las luminarias se activará periódicamente y sólo cuando se detecte una condición específica. El ciclo de trabajo bajo se puede utilizar para minimizar consumo. La salida de amplificador de potencia también será ajustable, contribuyendo así a una compensación óptima entre rango de comunicación, velocidad de datos y consumo de energía.

3. La comunicación incluida en las luminarias es compacta y de alta integración para aplicaciones de loT (p.ej. Wi-Fi, Bluetooth), con alrededor de 20 componentes externos, integrando: interruptor de antena, transformador de líneas de comunicación de RF, amplificador de potencia, amplificador de recepción de bajo ruido, filtros, y módulos de administración de energía. Como tal, la solución ocupa una placa de circuito impreso (PCB) de tamaño mínimo, para poder ser montada en cualquier luminaria. Se utilizarán transistores tipo CMOS para radio y banda base totalmente integrados de un solo chip, al tiempo que se integrará calibración avanzada con circuitos que permitan que la solución elimine las imperfecciones del circuito externo y se ajuste a los cambios en las condiciones externas.

4. Dada la importancia de la seguridad, se han tenido en cuenta también prestaciones de seguridad, valorándose funcionalidades como "arranque seguro” (secure boot),disponibilidad de hardware dedicado de aceleración criptográfica, generadores de números aleatorios, etc.

5. Incorporación de un sistema de aprendizaje profundo (Deep learing, en inglés) o de inteligencia artificial, para entrenar el funcionamiento del sistema de control e iluminación de la instalación, a partir de la información de los sensores.

6. Compatibilidad con diversos protocolos de comunicación empleados en la Industria, como son: OPC UA, Matter, ISA 100, PROFIBUS, MODBUS.

En los siguientes párrafos, se explican las principales ventajas del sistema de control e iluminación.

- Convertir una luminaria (un punto de emisión de luz) en un dispositivo inteligente, dotado de capacidad de decisión y de comunicación inalámbrica bidireccional, que actúe no solo como centro de control, supervisión y optimización de la iluminación, sino como puente de comunicaciones para la obtención de datos desde y hacia otros dispositivos conectados dentro del IoT. Se convierte de esta forma un punto de luz y de suministro eléctrico en una puerta de acceso a la digitalización de una instalación, para disponer de un sistema basado en el "punto de luz” que sirva de puente entre nuevos dispositivos conectados y sistemas SCADA (del inglésSupervisory Control and Data Acquisition,es decir, "Control Supervisor, y Adquisición de Datos”) presentes previamente, desarrollando APIs (del inglésApplication Programming Interfaces,es decir "Interfaz de Programación de Aplicaciones”) a medida de cada necesidad.

- Poder actuar dentro del entorno del mantenimiento predictivo, además de en el correctivo, a través del análisis de datos que la luminaria envía a los servidores, ya sean en entorno "nube”, en la propia instalación o de forma híbrida.

- Conseguir todo lo anteriormente expuesto sin añadir nuevos cableados a instalaciones previamente existentes, ya que toda la comunicación de datos resulta inalámbrica, tomando como base estándares de comunicación abiertos como Bluetooth, LoRa, 3G, Wi-Fi (con sus distintas opciones y bandas de frecuencia), WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), Narrow Band, etc.

- En definitiva, digitalización de nuevas instalaciones y/o transformación digital de instalaciones antiguas, con inversión mínima para el responsable de la instalación, debido a la no necesidad de desplegar nuevos cableados ni otros elementos suplementarios.

- Maximización de eficiencia energética en la instalación, gracias al uso de LEDs de altas prestaciones y a la adecuación de los encendidos y apagados, y de los niveles lumínicos, en función de la demanda específica en cada momento en la instalación. Esto puede deberse a presencia humana, incidencia de luz natural o incluso a las labores que se llevan a cabo en los distintos momentos puntuales (unos trabajos pueden requerir más luz que otros). Se incluye la posibilidad de configuración de escenas para el consumo mínimo y adecuado de la iluminación con opción de control de la temperatura de color de la luz, tales que favorezcan los ciclos circadianos conforme a los estándares de la Human Centric Lighting (HCL). Esto se traduce, además, en disminución de las emisiones de CO<2>de la instalación a través de la optimización de consumos y la utilización de fuentes de luz LED de última generación y rendimientos en torno a 190-200 lúmenes por W, ayudando a los responsables de las instalaciones a mejorar su posición medioambiental en materia de iluminación.

- Elevada disminución, tendiendo a eliminación, de costes de mantenimiento, debido tanto al incremento de la vida útil de las luminarias, así como a la optimización de uso gracias a la inteligencia intrínseca del sistema. Se permite así el mantenimiento a la vez preventivo y activo, recibiendo informes y alertas de anomalías en cualquier unidad del sistema. Se debe tener en cuenta que los sistemas de emergencia requieren, según la legislación, de un control reglamentario que, hasta ahora, debía hacerse de forma individual por punto de luz y a través de la comprobación visual humana. Estas actuaciones quedan eliminadas gracias a la solución que se presenta.

- Eliminar necesidad de acceso personal, en particular, a áreas clasificadas y/o confinadas, pudiendo llevar a cabo un monitorizado y asistencia remota y, en caso de no poder hacerlo, permitir actuación eficaz, identificando previamente el lugar o punto de actuación específico directamente sobre plano en un panel de control (dashboard)de la instalación. Especialmente, se destaca una prestación de que el usuario disponga de un "botón de ayuda” en el interfaz web, que le posibilite acceder a soporte remoto online a tiempo real. De manera general, se permite una supervisión remota, tanto de las funciones de la instalación en general, así como de la iluminación, en particular, sin necesidad, por tanto, de enviar personal de control a los diferentes puntos de la instalación.

- Aumento de las posibilidades de control de la seguridad en la instalación de forma remota, tanto para las personas como para los activos, mejorando los "indicadores de rendimiento en materia de seguridad” (SPI,Safety Performance Indicator),tan importantes en las empresas industriales.

-Posibilidad de monitorización y análisis de un elevado número de variables, gracias a la conectividad proporcionada a otros dispositivos: lectura de código de barras para control de mercancía, RFID, medición de distancia de determinados objetos, cálculo de flujos de personal y logísticos, medición de cualquier agente en el entorno (temperatura, presencia de CO<2>, humedad, presencia de SO<2>, vibraciones, sismicidad) personalizable y diseñado a medida según las necesidades de cada instalación, aprovechando las nuevas tecnologías de loT existentes. Esto permite una gran optimización de procesos y mejoras en PRL.

- Creación de una plataforma base (hardware software) que incluya un API abierto de comunicaciones para la integración con otros sistemas ya establecidos e incluso con otras plataformas loT.

Como resumen, se puede decir que es frecuente que la evolución de componentes industriales con nuevas funciones digitales o de comunicación, deban apoyarse en soluciones parciales externas. Sin embargo, esta aproximación presenta riesgos de adaptación limitada, así como dependencia de herramientas de fabricantes específicos. Gracias a los resultados de este proyecto, se permite, a los instaladores de sistemas de iluminación, proporcionar nuevos servicios de alto valor añadido a los responsables de las instalaciones. Se abre así una puerta a nuevas relaciones a largo plazo que superan el tradicional modelo de mantenimiento, con mayor fidelización y confianza, dotando a la compañía de una ventaja competitiva diferencial frente a los grandes fabricantes tradicionales internacionales.

Breve descripción de las figuras

Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben considerarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:

La figura 1 muestra un esquema general de la disposición de los elementos de la instalación.

La figura 2 muestra un croquis general de la topología de la instalación.

La figura 3 muestra un esquema de la estructura interna de las luminarias.

La figura 4 muestra un esquema de las comunicaciones, a través de una red mallada, entre luminarias y dispositivos externos.

La figura 5 muestra un esquema de la arquitectura de la instalación, donde en cada localización (cliente), se despliega una red mallada, creada por las luminarias y el resto de dispositivos asociados a las luminarias, y que se conecta al exterior mediante repetidor, que puede comunicarse a su vez con el servidor dedicado, que por su parte posee acceso a una base de datos y proporciona acceso web a los usuarios, en función de permisos de cada uno.

Listado de referencias:

1 Luminarias principales

2 Luminarias subordinadas

3 Primer microcontrolador

4 Controles de luz de emergencia

5 Sensores

6 Dispositivo de regulación DALI

7 Red inalámbrica mallada

8 Medios de encriptación de comunicaciones

9 Medios de monitorización

10 Repetidor

11 Servidor

12 Nube

13 Interfaz web

14 Base de datos

15 Usuarios

16 Activadores

Descripción detallada de un ejemplo de realización

Seguidamente, se ofrece, con ayuda de las anteriores figuras 1-5, una descripción en detalle de un ejemplo de realización preferente del sistema de control e iluminación para una instalación industrial, objeto de la presente invención.

El sistema de control e iluminación comprende una pluralidad de luminarias (1, 2), según se describe seguidamente, que comprenden elementos luminosos (no mostrados), tales como de tipo led, para proporcionar iluminación.

Según se muestra en las figuras 1 y 2, las luminarias (1, 2) incluyen una o varias luminarias principales (1), mientras que el resto de luminarias (1, 2) son luminarias subordinadas (2), donde las luminarias principales (1) están dotadas de un primer microcontrolador (3) MCU (MicroController Unit,en terminología sajona), ver figura 3, mientras que las luminarias subordinadas (2) están comunicadas con las luminarias principales (1) para intercambiar información de manera bidireccional y para recibir instrucciones desde su luminaria principal (1) . Las luminarias subordinadas (2), en su caso, forman grupos de luminarias subordinadas (2) vinculadas a una concreta de las luminarias principales (1). Adicionalmente, se puede incluir un segundo microcontrolador (no mostrado) en uno o varios grupos de luminarias subordinadas (2), para proporcionar comunicación inalámbrica bidireccional con su luminaria principal (1).

El sistema de control e iluminación comprende adicionalmente medios de alimentación (no mostrados), que a su vez incluyen medios de alimentación principales, que permiten alimentar las luminarias (1,2) con energía eléctrica proveniente de una fuente de alimentación principal, tal como la red eléctrica general, para el funcionamiento habitual de las luminarias (1, 2) en condiciones estándar. Los medios de alimentación pueden comprender adicionalmente medios de alimentación de emergencia, para alimentar las luminarias (1, 2) con energía eléctrica proveniente de fuentes de alimentación de emergencia, tales como baterías de emergencia, que operan cuando se produce una interrupción de suministro en la fuente de alimentación principal, todo ello a través de controles de luz de emergencia (4), ver figura 3.

La presencia del sistema de la invención permite supervisar en remoto el funcionamiento de la instalación, en particular de la iluminación, por ejemplo de las luces de emergencia, desde un centro de control, sin requerir desplazamiento de un operario.

El sistema de control e iluminación también incluye sensores (5) diversos, para detectar características de la luminaria y, en su caso, de la instalación, donde los sensores (5) pueden estar integrados en las luminarias principales (1), como los que se indican en la figura 3, así como pueden estar integrados en las luminarias subordinadas (2) o en otras ubicaciones de la instalación. Los sensores (5) pueden incluir: sensores de humedad (de ambiente o de las luminarias), de temperatura (ambiente o de la luminaria), de tiempo de funcionamiento, sensores de presencia, sensores de movimiento, tales como sensores (5) de infrarrojo pasivo (PIR), de estado de carga de las baterías de emergencia, sensores de CO<2>, sensores de polvo, cámaras, sensores de puertas o ventanas abiertas, de consumo de la luminaria, etc. De manera preferente, los sensores (5) son sensores (5) industriales certificados ATEx Zona 0 con seguridad intrínseca, tal que con salida 4-20 mA.

De acuerdo con lo explicado anteriormente, las luminarias principales (1) están dotadas de comunicación inalámbrica bidireccional, que les permite comunicarse al menos con algunos de los sensores (5), en concreto, con los sensores (5) que se encuentran localizados a lo largo de la instalación controlada mediante el sistema de la invención. Según se ha indicado, las luminarias principales (1) también se comunican con las luminarias subordinadas (2), donde la modalidad de comunicación entre luminarias principales (1) y luminarias subordinadas (2) puede ser inalámbrica o a través de cableado. En particular, si se dispone de un sistema DALI, según se explicará más adelante, uno o varios grupos de las luminarias subordinadas (2) se encuentran conectadas a su correspondiente luminaria principal (1) mediante cableado. Por otra parte, uno o varios grupos de las luminarias subordinadas (2) pueden poseen comunicación inalámbrica con su correspondiente luminaria principal (1). De esta forma, se elimina (en el segundo caso) la necesidad de cableado en comunicaciones o, al menos, se disminuye (en el primer caso), pudiendo implementarse comunicaciones inalámbricas para algunos grupos de luminarias subordinadas (2) y comunicaciones cableadas para otros grupos de luminarias subordinadas (2).

Las luminarias (1, 2) pueden ser empleadas para monitorizar y controlar estrés térmico de dichas luminarias (1,2). En concreto, una o varias de las luminarias (1,2), tanto de luminarias principales (1) como de luminarias subordinadas (2), están configuradas, para poder comandar, a través del primer microcontrolador (3), extractor(es) de humos, alarma(s), etc.

Según se explicará más adelante, el sistema de la invención puede, según el caso, incorporar, o no incorporar uno o varios elementos comúnmente conocidos como “concentradores” (no mostrados). Como se ha indicado, el primer microcontrolador (3) antes mencionado está configurado para proporcionar, a su luminaria principal (1), conectividad inalámbrica bidireccional, ya sea con las luminarias subordinadas (2), en su caso, y/o con otros dispositivos de la instalación, tales como los sensores (5), cámaras de vigilancia, puertas, equipos HVAC (calentamiento, ventilación y aire acondicionado), persianas, tarjetas RFID, etc. De este modo, la luminaria principal (1) puede tanto conectarse con sus luminarias subordinadas (2), así como actuar como centro de comunicaciones (hub,en terminología sajona), como enrutador (router,en terminología sajona) y como puerta de enlace (gateway,en terminología sajona) para otros dispositivos presentes en un entorno predeterminado. Para ello, cada luminaria principal (1) incorpora un dispositivo de regulación (6), por ejemplo, de tipo DALI (del inglésDigital Addressable Lighting Interface,es decir, “Interfaz Digital de Iluminación Direccionable” , conectado al primer microcontrolador (3), para controlar su luminaria principal (1) y sus luminarias subordinadas (2) asociadas. El primer microcontrolador (3) también está conectado con otros dispositivos de la instalación, tales como sensores (5) de movimiento, por ejemplo, de tipo PIR (del inglésPassive InfraRed Sensor,es decir “Sensor Pasivo de Infrarrojos”), con luces de emergencia o con otros elementos de la luminaria (1, 2). En definitiva, el dispositivo de regulación (6), por ejemplo, de tipo DALI, recibe señal no solo de las luminarias (1,2) sino también de los sensores (5).

En lo que se refiere al concentrador, el sistema de control e iluminación de la presente invención puede incluir concentrador o concentradores, si emplea comunicaciones que requieran del empleo de tales concentradores, mientras que, para el caso de emplear comunicaciones que no requieren de concentrador, no será necesario incluir concentrador. Por ejemplo, con un protocolo de comunicaciones de tipo LoRa, se precisa el empleo de concentrador(es), ya que el concentrador recibe la información desde su luminaria principal (1), mientras que otros protocolos, alternativos a LoRa, tales como NBIoT, 4G, 5G, no precisan de concentrador(es). Por otra parte, existen soluciones que no requieren de centro de control y por tanto, tampoco de concentradores. Estas soluciones son, por ejemplo, luminarias (1, 2) que supervisan un proceso de forma local, de modo que, cuando una variable excede de un rango predeterminado, activan una respuesta de forma local, a través de los activadores (16), según se explica más adelante, sin tener que enviar datos a un centro de control. Otra alternativa es que el sistema también pueda funcionar de forma autónoma, sin centro de control, con detectores de presencia que, de forma automática, activan grupos preconfigurados de luminarias (1, 2), y el perfil que siguen las luminarias (1, 2) cuando se activan es un perfil preconfigurado en ellas.

Las luminarias (1, 2) están conectadas entre sí creando una red inalámbrica (7), que puede ser por ejemplo mallada o en estrella, utilizando para ello protocolos de enrutado incluidos en el primer microcontrolador (3), p.ej. AODV (del inglés "Ad hoc On demand Distance Vector” , es decir, "Vector de distancia sobre demandaad hoc”)o OLSR (del inglésOptimized Link State Routing,es decir, "Enrutado de Estado de Enlace Optimizado"). El empleo de la red inalámbrica (7) elimina la necesidad de desplegar nuevos cableados para comunicar y coordinar las luminarias (1, 2), así como permite conectar a dicha red inalámbrica (7) otros dispositivos, tales como los sensores (5) indicados anteriormente. Todas estas comunicaciones poseen medios de encriptación (8), por ejemplo, AES-128, para evitar brechas de seguridad. El uso de la red inalámbrica (7) también permite, además del control inalámbrico descrito, también una monitorización inalámbrica, a través de medios de monitorización (9) inalámbricamente conectados a una red de comunicaciones, tal que Internet. Para la configuración de la red inalámbrica (7), se prefiere la configuración mallada antes mencionada, sobre todo para cuando no se dispone de concentrador, y la configuración en estrella, especialmente para cuando sí que se dispone del concentrador. Las luminarias principales (1) están conectadas inalámbricamente, a través del primer microcontrolador (3), a las luminarias subordinadas (2) de su red inalámbrica (7) y preferentemente también a al menos alguno de los sensores (5); sin embargo, pueden existir adicionalmente conexiones cableadas entre las luminarias principales (1) y otros sensores (5), o entre luminarias subordinadas (2), o entre luminarias principales (1), etc., sobre todo en instalaciones antiguas que son modificadas incluyendo el sistema de la invención.

La figura 4 muestra un esquema de una topología de comunicaciones entre luminarias (1, 2) y dispositivos externos. Se añade uno o varios elementos concentradores de señal, antes mencionados, que centralizan las conexiones de todas las luminarias (1, 2), para comunicarse con un servidor (11), que se encuentra en la nube (12), ver figuras 1 y 2, o en la propia instalación, o de forma híbrida. Esta configuración permite al titular de la instalación interactuar con el servidor (11) remotamente, mediante una interfaz web (13). En particular, las luminarias definen la red inalámbrica (7), tal que por ejemplo en malla, ampliando así cobertura en las comunicaciones, y proporcionando conectividad a otro tipo de dispositivos. Se considera el uso de concentradores para ampliar rango de cobertura, sin necesidad de añadir más luminarias principales (1), cuando resulte necesario para llegar a determinadas zonas. El concentrador funciona como maestro, para dispositivos de regulación, tal como DALI antes mencionado, y está encargado de almacenar y evaluar el estado de las luminarias (1, 2) y del resto de dispositivos conectados, enviando las consignas necesarias. Las luminarias (1, 2), y los concentradores, en su caso, se encargan de propagar los mensajes recibidos y ejecutar los que vayan dirigidos a ellos.

Lo anterior permite, según se aprecia en la figura 5, que el fabricante o instalador de las luminarias (1, 2) defina una arquitectura en la que, para cada instalación (en general, de un titular distinto) se despliega la red inalámbrica (7), por ejemplo, mallada o en estrella, creada por las luminarias (1, 2), y el resto de los dispositivos asociados a dichas luminarias (1, 2). Esta red inalámbrica (7) se conecta al exterior mediante el o los repetidores (10) de señal, que están comunicados con el servidor (11), tal que servidor (11) dedicado, que tiene acceso también a una base de datos (14) y proporciona acceso web a los usuarios (15), teniendo en cuenta los permisos de cada uno de dichos usuarios (15).

Cada luminaria (1, 2) dispone de un código de identificación, que identifica, según un plano de instalación predeterminado, la posición de dicha luminaria (1, 2) y sus relaciones de comunicación, es decir, a qué elementos envía información dicha luminaria (1, 2) y de qué elementos recibe información.

En la instalación de la invención, se aplica ciberseguridad, empleando medios de protección, tales como los medios de encriptación (8) antes referidos, para proteger tanto las comunicaciones inalámbricas entre luminarias (1, 2), y de luminarias (1, 2) con otros dispositivos, así como en las comunicaciones entre primer microcontrolador (3) y servidor (11), por ejemplo, por medio de: filtrado por direcciones MAC específicas; posibilidad de usar sólo comunicaciones unidireccionales, etc., o incluso tecnologías inalámbricas más recientes, como LoRa, NB-IoT, u otras; y también en acceso remoto por la interfaz web (13), mediante, por ejemplo, mecanismos de verificación segura de la identidad y gestión de accesos, tal como acceso seguro mediante certificados, como por ejemplo DNI electrónico.

Asimismo, de cara a la privacidad de los datos almacenados en el servidor (11), el sistema de control e iluminación presenta una arquitectura que considera diferentes posibilidades, de modo que el servidor (11) puede estar localizado, bien en la nube del instalador del sistema, bien en las instalaciones, o en la nube (12) del titular de la instalación, así como soluciones híbridas, asegurando siempre que los datos son accesibles solo para personal autorizado. Para ello, los servidores (11) del instalador proporcionan el aislamiento adecuado entre clientes (titulares de las instalaciones), de manera que cada uno sólo pueda acceder a datos de sus instalaciones. En segundo lugar, los datos se encuentran adecuadamente protegidos contra ataques externos, integrando métodos para la verificación segura de la identidad y para la gestión de accesos a los datos.

Entre las funcionalidades permitidas por la presente invención, se destacan las siguientes:

- Programar horarios de encendido / apagado con distintas potencias, de manera remota, por la interfaz web (13).

- Crear grupos de luminarias (1, 2), para controlar por separado diferentes zonas de la instalación.

- Definir una temperatura de color en cada zona y en cada tramo horario, para adaptarse a, y/o tener en cuenta, los ritmos circadianos de las personas que ocupan dicha zona.

- Incluir detector de presencia en solo alguna de las luminarias (1,2), que sirva para definir el encendido de otras. Se puede combinar con un elemento que mide incidencia de luz natural.

El hardware de la instalación presenta una arquitectura que utiliza preferentemente un sistema mono-chip de baja potencia, que incluye las tecnologías de comunicación seleccionadas, tales como Wi-Fi y Bluetooth, por ejemplo, Espressif ESP-32. Otras tecnologías de comunicación especialmente recomendables para ser empleadas con el sistema de la invención serían, por ejemplo: Internet de las Cosas de Banda Estrecha (NB-IoT), LoRa y 5G, según se detalla a continuación.

- NB-IoT. Esta tecnología permite desplegar una red IoT de bajo consumo sin necesidad de desplegar una red de puertas de enlace (Gateways). Presenta una cobertura especialmente interesante para los casos que se necesite alta penetración en edificios del sistema de comunicaciones y mayor ancho de banda que una red LoRa, aunque es una red con poco ancho de banda.

- LoRa: Esta tecnología permite desplegar una red IoT de bajo consumo en sitios concretos en los que es muy importante no depender de un tercero para el despliegue de la red (operadores de telefonía), incrementando la seguridad respecto al NB IoT, pero a cambio hay que hacer un despliegue de puertas de enlace. Es especialmente interesante para acciones de monitorización de procesos donde se necesiten enviar pocos datos a largas distancias respecto de la puerta de enlace.

5G: La tecnología 5G y su ancho de banda permiten envío de imágenes de cámaras termográficas o en el espectro visible y audio en tiempo real.

La instalación posee una electrónica que está concebida para aplicaciones móviles, dispositivos electrónicos portátiles e IoT. Cuenta con todas las características de vanguardia de chips de baja potencia, incluida la sincronización de reloj de alta precisión, múltiples modos de potencia y escalamiento dinámico de potencia.

La comunicación incluida en las luminarias (1, 2) es compacta y de alta integración, para permitir aplicaciones de IoT (p.ej. Wi-Fi, Bluetooth), integrando: interruptor de antena, transformador de líneas de comunicación de RF, amplificador de potencia, amplificador de recepción de bajo ruido, filtros, y módulos de administración de energía, todo ello integrado en una placa de circuito impreso (PCB) de tamaño reducido. Se emplean con transistores tipo CMOS para radio y banda base totalmente integrados de un solo chip, al tiempo que se integra calibración avanzada con circuitos que permiten eliminar las imperfecciones del circuito externo y se ajuste a los cambios en las condiciones externas.

Se han tenido en cuenta también prestaciones de seguridad, valorándose funcionalidades como "arranque seguro” (secure boot),disponibilidad de hardware dedicado de aceleración criptográfica, generadores de números aleatorios, etc.

De manera ventajosa, el sistema de la invención puede incluir adicionalmente los activadores (16) antes mencionados, conectados a las luminarias principales (1), y que proporcionan capacidad de actuación sobre procesos controlados, más allá de una mera monitorización, pudiendo activar/desactivar elementos a petición del usuario o de forma automática cuando durante la supervisión de un proceso se observa que el proceso monitorizado requiere actuación, tal como se ha explicado anteriormente, por ejemplo, en el caso de luminarias que forman grupos predeterminados.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. - Sistema de control e iluminación para una instalación industrial, caracterizado por que comprende:

- luminarias (1,2) destinadas a ser montadas en la instalación, y que comprenden:

- una o varias luminarias principales (1), dotadas de un primer microcontrolador (3), dotado de protocolos de enrutado de comunicaciones, y configurado para proporcionar a cada luminaria principal (1) conectividad inalámbrica bidireccional; y

- para cada luminaria principal (1), un grupo de luminarias subordinadas (2) vinculadas a su luminaria principal (1) correspondiente y comunicadas con dicha luminaria principal (1) para intercambiar información y para recibir instrucciones desde la luminaria principal (1); - sensores (5), para detectar características de las luminarias (1, 2) y de la instalación, al menos parte de los sensores (5) está comunicada bidireccionalmente de forma inalámbrica con la luminaria principal (1) correspondiente por medio del primer microcontrolador (3);

- un dispositivo de regulación (6), conectado al primer microcontrolador (3), para controlar su luminaria principal (1) correspondiente y las luminarias subordinadas (2) asociadas, para permitir a cada luminaria principal (1) actuar como centro de comunicación, como enrutador y como puerta de enlace para otros dispositivos presentes en un entorno predeterminado; donde las luminarias (1, 2) están interconectadas entre sí creando una red inalámbrica (7), por medio de protocolos de enrutado del primer microcontrolador (3).

2. - Sistema de control e iluminación para una instalación industrial, según reivindicación 1, que incluye adicionalmente un segundo microcontrolador en uno o varios grupos de luminarias subordinadas (2), para proporcionar comunicación inalámbrica bidireccional con su luminaria principal (1).

3. - Sistema de control e iluminación para una instalación industrial, según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, que incluye adicionalmente medios de encriptación (8) para encriptar las comunicaciones inalámbricas entre luminarias (1, 2), y de luminarias (1, 2) con otros dispositivos.

4. - Sistema de control e iluminación para una instalación industrial, según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde la red inalámbrica (7) se selecciona entre una red inalámbrica (7) mallada y una red inalámbrica (7) en estrella.

5. - Sistema de control e iluminación para una instalación industrial, según reivindicación 4, que incluye adicionalmente un repetidor (10) de señal para conectar dicha red inalámbrica (7) al exterior, centralizando las comunicaciones que implican a las luminarias (1, 2).

6. - Sistema control e de iluminación para una instalación industrial, según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde cada una de las luminarias (1, 2) dispone de un código de identificación, que identifica la posición de dicha luminaria (1, 2) y sus relaciones de comunicación.

7. - Sistema de control e iluminación para una instalación industrial, según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, donde el microprocesador, en función de su conexión con una o varias de las luminarias (1,2), está configurado para activar extractor(es) de humos y/o alarma(s).

8. - Sistema de control e iluminación para una instalación industrial, según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que además comprende uno o varios activadores (16), conectados a las luminarias principales (1), y que proporcionan capacidad de actuación sobre procesos controlados, para activar/desactivar componentes de la instalación a petición del usuario o de forma automática cuando se observa que un proceso monitorizado requiere actuación.

9. - Instalación industrial caracterizada porque incluye el sistema de control e iluminación descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1-8.

10. - Instalación industrial según reivindicación 9, que adicionalmente comprende una interfaz web (13) conectada al sistema de control e iluminación para permitir, a través de medios de monitorización (9) inalámbricamente conectados a una red de comunicaciones, control de las funciones de la instalación en remoto.

11. - Instalación industrial según reivindicación 10, donde la interfaz web (13), junto con los medios de monitorización (9), está configurada para permitir en remoto una programación de horarios de encendido / apagado de las luminarias (1,2) con distintas potencias.

12. - Instalación industrial según cualquiera de las reivindicaciones 10-11, donde la interfaz web (13), junto con los medios de monitorización (9), está configurada para permitir en remoto una definición y un control de condiciones de entorno separadas en diferentes zonas de la instalación, cada una con un grupo de luminarias (1, 2), para controlar las diferentes zonas por separado.

13. - Instalación industrial según cualquiera de las reivindicaciones 10-12, donde la interfaz web (13), junto con los medios de monitorización (9), está configurada para permitir en remoto una definición de temperatura de color en diferentes zonas y tramos horarios.

14. - Instalación industrial según cualquiera de las reivindicaciones 10-13, que comprende adicionalmente un detector de presencia, o un medidor de incidencia de luz natural, en solo alguna(s) de las luminarias (1, 2) de un grupo de luminarias (1, 2), que sirve para todas las luminarias (1,2) de dicho grupo,

donde la interfaz web (13), junto con los medios de monitorización (9), está configurada para permitir en remoto el encendido de las luminarias (1, 2) que incluyen el detector de presencia o el medidor de incidencia, y para enviar órdenes de encendido al resto de luminarias (1, 2), según criterios predeterminados.