¡Hola DALI!
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¡Hola DALI!

Por R. Winn Hardin

Los controles de iluminación se digitalizan 
Durante las últimas dos décadas, los electricistas tuvieron que adquirir conocimientos de computación, al instalar redes de cobre y fibra Cat 5 a través de edificios de oficinas e incluso en instalaciones residenciales.

En muchas instalaciones,  el cableado de datos y de voz se ha unido en una única red. Ahora, con el aumento de los sistemas de gestión de edificios (BMS pos sus siglas en inglés), la red computarizada se está extendiendo para controlar  todos los sistemas de un edificio, desde  los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC por sus siglas en inglés) hasta los sistemas de protección contra incendios, seguridad, e incluso ahora de iluminación.

La iluminación es considerada en las instalaciones como una de las mejores maneras de ahorrar en costos de energía.

Según John Kesselring del Instituto de Investigaciones de Energía Eléctrica (Palo Alto , CA ), se consume en iluminación hasta el 40 por ciento del consumo total de la energía de un edificio. Una norma relativamente nueva creada en Europa espera cambiar esto, mediante el agregado de controles digitales a los sistemas de iluminación.  La norma sobre la Interfase Digital de Iluminación Direccionable (DALI por sus siglas en inglés), que brinda comunicación bi direccional entre los balastros y dispositivos inteligentes y los sistemas de control de los edificios, puede ahorrar entre el 30 y el 80 por ciento de los costos de la energía para iluminación mediante la difusión, programación, "captación de luz" con sensores de iluminación ambiental, y mediante la utilización de sensores de control de movimiento para sólo iluminar las habitaciones que están siendo ocupadas.

Diseñado como complemento –no como competidor – de los sistemas BMS, la implementación  de los sistemas DALI es relativamente sencilla. Este artículo abordará el modo de implementación de los sistemas DALI, el hardware disponible, el cableado, y señales de control para esta nueva red de control de iluminación.

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A pesar de que los sistemas de control digital han estado en el mercado por varios años, ninguno había ganado prestigio en el mercado – hasta ahora.

DALI: ¿Qué es?
"DALI está indicado para controlar de manera directa las aplicaciones  en una única habitación, o en conjunto con buses automatizados del edifico para instalaciones mayores a través de entradas a LON, EIB, LAN, y todas las otras redes del sistema de gestión de edificios," explica Mathis Ulrich, director técnico de TridonicAtco GmbH & Co KG, (Dornbirn , Austria ), miembro fundador corporativo del grupo DALI AG.  

Empujados por los crecientes costos de la energía y la prevalencia de la tecnología de las señales digitales en Europa y Norte América en la década del 90, los fabricantes de balastros comenzaron a investigar modos de usar los nuevos sistemas  de control digital para mejorar la funcionalidad y el ahorro de costos en sus dispositivos.  Los sistemas analógicos de control de iluminación existentes de 1ª 10V, requerían operaciones individuales desde el panel de control de la iluminación, o bus,  hasta cada dispositivo además del circuito de control de voltaje y relevadores, de modo tal que las caídas de voltaje  no dieran por resultado distintos marcos de luminosidad en cada balastro. Asimismo, estos sistemas analógicos, sólo podían enviar  señales de control uni direccionales, desde el bus hasta el dispositivo, lo que significaba que el sistema no era capaz de monitorear la salud ni el estado del dispositivo. Otras normas digitales típicas eran propietarias, limitando el número de vendedores por dispositivo para los electricistas y reduciendo la compatibilidad con diferentes sistemas BMS (LON, EIB, LUXMATE, BATIBUS, Johnson, BACnet, etc.). Los nuevos esfuerzos para utilizar tecnologías inalámbricas, tales como los sistemas de control de RF de corto alcance Bluetooth y Zigbee, son considerablemente más costosos que el DALI o las soluciones de hardware analógicas.

"DALI es en principio una norma Europea," explica Rawlson O'Neil King, director de comunicaciones en la Asociación Continental de Edificios Automatizados (CABA por sus siglas en inglés, Ottawa , Canada ). "En un esfuerzo por normalizar el protocolo de control de iluminación, muchos fabricantes europeos se unieron al grupo de actividades DALI. En Europa, el protocolo DALI es descrito en la norma de balastros fluorescentes IEC 60929 en el Anexo E." (Ver columna lateral)

Allá por el año 1999, los fabricantes de balastros se habían agrupado para crear la asociación comercial con sede  en Alemania  AG-DALI (www.dali-ag.org) y los primeros balastros DALI fabricados con microprocesadores de control embebidos, impactaron en el mercado. Los sistemas utilizaban los mismos cinco conductores que los que utilizaban los sistemas de control analógicos para encender y controlar los dispositivos de control de iluminación (dos para el encendido, uno neutro y dos para control) excepto DALI, que puede controlar múltiples iluminadores y sensores en un lazo extendido simplificado, cadena margarita, o red de malla, eliminando la necesidad de operaciones de red en estrella hacia cada dispositivo o sensor. Un controlador electrónico DALI (ECG por sus siglas en inglés) puede monitorear hasta 64 dispositivos, cada una asignable hasta a 16 grupos, y con 16 programaciones o 'escenarios.'  Con el aporte de un/a controlador/  entrada DALI, DALI permite que múltiples ECGs se conecten con la mayoría de los BMS principales para un centro de control del edificio integrado y único.

El paso del control analógico a digital le permite a los edificios que utilizan redes DALI eliminar la necesidad de un interruptor principal para controlar las luminarias, a la vez que alivia las retro instalaciones mediante la reutilización de cables de control analógicos.  Mientras que deben considerarse las caídas operativas y de voltaje, la polaridad no es una preocupación, facilitando la escala de redes DALI  mediante el simple agregado de nuevos dispositivos y la asignación de nuevas direcciones a dichos dispositivos.

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Instalando DALI
Los electricistas que ponen en servicio un sistema DALI de control no necesitan ninguna herramienta especial, salvo una laptop, PC, o algún sistema de computación con base  Windows para instalar y programar inicialmente el controlador y la entrada DALI. "La instalación se efectúa con cables comunes y la línea del bus es equivalente a la alimentación principal," dice Ulrich de TridonicAtco.

Podría requerirse programación adicional en el sistema  BMS para utilizar por completo las características de control que ofrece DALI. Las redes DALI pueden instalarse en tres configuraciones: modo autónomo – sin conectarlas al sistema BMS; modo subsistema autónomo; y modo completamente integrado con el sistema BMS. 

El modo autónomo es la configuración más simple de DALI. En la mayoría de los casos, el circuito consiste en una unidad de control simplificada y dispositivo inteligente. La red DALI no se conecta a la red de BMS, si hay alguna. Todas las funciones, incluyendo la instalación y el mantenimiento, se llevan a cabo en forma local. Los elementos de control y sensores se conectan a la unidad de control como siempre, mediante tanto protocolos analógicos como digitales.

Como subsistema autónomo, sólo la información más importante (estado de falla, funciones de interrupción central, etc.) es intercambiada con el sistema BMS. Puede estar en la forma más simple, un sí o no  en relación a defectos o fallas. Sensores, elementos de control, unidades de programación, y controles remotos pueden integrarse como conexiones digitales, analógicas e inclusive co0nexiones inalámbricas, dependiendo de las necesidades de las instalaciones. El sistema DALI es típicamente inicializado mediante la interfase  BMS, pero continua operativo aún cuando el sistema BMS está inactivo.

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En modo de integración completa, la red DALI se conecta al sistema BMS a través de una entrada/ controlador, dándole al DALI la posibilidad de enviar mensajes complejos relacionados con el estado o la salud de los balastros y sensores de un lado al otro a través de la red BMS. Todos los componentes instalados en una habitación o edificio utilizan la misma técnica de transferencia de datos que el sistema BMS. La entrada/ controlador traduce  desde el sistema BMS hasta la red DALI y vice versa. En este caso, el sistema de iluminación no es diseñado como una solución autónoma y la inicialización del sistema de control de iluminación es parte del proceso de puesta en marcha del BMS.

Programando DALI
Las normas digitales están basadas en 'bits' mientras que los sistemas analógicos están basados en niveles de voltaje graduados. Un bit es esencialmente el estado de un interruptor único, lo que significa que está o encendido o apagado. DALI utiliza diferentes niveles de voltaje enviados desde el controlador al ECG para representar o un "1" o un "0."

Los mensajes DALI utilizan codificación bifásica o Manchester, donde los valores de bits "1" y "0" son presentados como dos niveles de voltaje diferentes. La interrupción entre los dos niveles de voltaje indica un cambio en el valor del bit. El protocolo DALI, que está  cableado dentro de los ECGs y controladores y contenidos en software en la PC u otro dispositivo informático tal como un Palm Pilot utilizado para instalar la red DALI, también incluye detección de errores, a pesar de que esto rara vez es una preocupación salvo que se exceda la duración máxima  de operaciones y caídas de voltaje asociadas.

DALI está diseñado para alcanzar hasta los300 metros (984 pies o un máximo de 250 mA de corriente máxima  o una caída máxima de 2 V). Si se exceden estos valores, sufre la integridad de la señal. El menor sistema posible (e.j. una unidad de iluminación con una unidad de control) requiere una corriente de 2 mA como máximo para el balastro electrónico además de la corriente requerida para la unidad de control. No hay limitación hacia la corriente máxima de la unidad de control. El correcto suministro de energía para el sistema debe ser seleccionado para correlacionarse con las corrientes acumuladas de los componentes individuales. Una buena práctica es la de permitir márgenes suficientes para la corriente de alimentación. Según las pautas de instalación de DALI-AG, esto garantizará la funcionalidad confiable del sistema bajo distintas condiciones a la vez que también permitirá la flexibilidad para posibles expansiones del sistema en el futuro. Cuando un sistema es operado con varios suministros de energía, la polaridad de la alimentación del sistema debe ser tomada en consideración al conectar los cables del sistema. La corriente total máxima que es suministrada por todas las fuentes de alimentación  del sistema no debe exceder los 250 mA.

Asimismo, dado que la interfaz digital está separada galvánicamente de la alimentación principal de los accionadores, los accionadores que están conectados a diferentes fases del votaje de la red  (L1, L2 o L3), pueden ser conectados en forma conjunta. Deben practicarse pruebas que presten conformidad con la norma IEC 60928. El voltaje típico de interfaz para un controlador  DALI es de 16 V, dentro de un rango de operación de 9.5 V a 22.4 V.

Las señales de control están contenidas en un marco de 19 bits, comenzando por el marco  delantero. Un marco delantero (desde la unidad de control hasta el balastro) está  compuesto de 1 bit de INICIO, 8 bits de dirección, 8 bits de datos/comando, y 2 bits de parada. El marco trasero (desde el balastro hasta la unidad de control) está compuesto de 11 bits -- 1 bit de INICIO, 8 bits de datos y 2 bits de PARADA. La tasa de baudios es de 2400 bits por segundo.

Los mensajes DALI están conformados por una parte de direcciones y otra de comandos. La parte de direcciones determina a qué módulo DALI  va dirigido el mensaje,  mientras que todos los módulos ejecutan dicho comando que tienen direcciones  "de transmisión". Sesenta y cuatro direcciones únicas están disponibles más dieciséis direcciones de grupo. Un módulo particular puede pertenecer  a más de un grupo a la vez. Las comunicaciones de marco trasero permiten al controlador del balastro que brinde informes sobre el estado y la salud del balastro al controlador central, y en última instancia, al sistema de supervisión BMS, si lo hubiera. Esta característica reduce en gran medida el tiempo requerido para evaluar y mantener las luminarias en las grandes instalaciones mientras se maximiza la salida de luz por unidad de energía consumida.

El nivel de luminosidad está definido en los mensajes DALI utilizando un número de 8 bits. El valor "0" (cero) significa que la lámpara no está encendida. La norma DALI utiliza niveles de luminosidad que cumplen con la curva de regulación logarítmica que describe la respuesta del ojo humano a los cambios en los niveles de la luz. Todos los balastros DALI  y controladores adhieren a la misma curva logarítmica sin importar su nivel mínimo absoluto. La norma DALI determina los niveles de luminosidad sobre un rango del 0.1 por ciento al  100 por ciento.

Características y Hardware
Hoy en día, el grupo DALI AG tiene 36 miembros, incluyendo  incondicionales de la industria de la iluminación y BMS tales como ABB, Lutron, Luxmate, Osram, Philips, y Johnson Controls." La gama de productos compatibles con DALI está aumentando permanentemente," dice Ulrich deTridonicAtco. "En la actualidad existen productos en el mercado para la mayoría de las lámparas fluorescentes y lámparas fluorescentes compactas desde los 9W hasta los 80W, transformadores para lámparas halógenas de bajo voltaje, difusores para lámparas incandescentes, módulos de emergencia, convertidores LED, y unidades de control completas."

Las particularidades de activar los diferentes dispositivos y controladores luego que la instalación está completa, a menudo se relaciona con el producto en cuestión, pero la activación en general sigue uno de dos métodos: o bien el controlador automáticamente  asigna direcciones a todos los dispositivos conectados o las direcciones son pre configuradas a través de una PC u otra plataforma.

Mediante la utilización de los dispositivos compatibles con DALI, los electricistas pueden aumentar la funcionalidad de sus redes de iluminación, a la vez que les hacen ahorrar a sus clientes entre el 30 y el 80 por ciento de sus cuentas de luz. Las capacidades multi canales de DALI  simplifican en gran medida el cableado de control,  la escalabilidad, y la instalación, mientras que la electrónica embebida en los balastros inteligentes permite un canal de retorno o la comunicación bi direccional. Más que sólo el ahorro de dinero, sin embargo, DALI puede mejorar ' la calidad de vida ' de quienes dependen de la luz mediante la reducción del cansancio visual y la creación de ambientes más  agradables, y mediante la simplificación de la vida de los técnicos que la mantienen.

Más Información

Están disponibles los antecedentes DALI y una lista completa de fabricantes en el sitio web de la asociación de comercio de AG-DALI: http://www.dali-ag.org/

Copias de la norma IEC 60929 para balastros electrónicos alimentados con CA para tubos  fluorescentes:
http://www.iec.ch/cgi-bin/procgi.pl/www/iecwww.p?wwwlang=e&wwwprog=seabox1.p&progdb=db1&seabox1=929

Copias de los 9 documentos relacionados con la norma sobre Interfase Digital de Iluminación Direccionable IEC 62386 
http://www.iec.ch/cgi-bin/procgi.pl/www/iecwww.p?wwwlang=e&wwwprog=seabox1.p&progdb=db1&seabox1=62386

Anteproyectos de la norma NEMA 243 Parte I y II sobre diseño DALI , señalización, e instalación. (No disponible en la actualidad en el sitio web de NEMA )http://www.archenergy.com/lrp/lightingperf_standards/DALI%20Pt2%20V1_3.pdf

http://www.archenergy.com/lrp/lightingperf_standards/DALI%20V1_13.pdf

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