Diseño e implementación de un sistema para la interoperabilidad de dispositivos LonWorks, BACnet y ModBus

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Ingeniería de las Tecnologías Industriales Diseño e implementación de un sistema para la interoperabilidad de dispositivos LonWorks, BACnet y ModBus Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Autor: Juan Diego Ladrón de Guevara Pérez Tutores: Jesús Iván Maza Alcañiz Aníbal Ollero Baturone Sevilla, 2018 iii Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de las Tecnologías Industriales Diseño e implementación de un sistema para la interoperabilidad de dispositivos LonWorks, BACnet y ModBus Autor: Juan Diego Ladrón de Guevara Pérez Tutores: Jesús Iván Maza Alcañiz (Profesor Titular de Universidad) Aníbal Ollero Baturone (Catedrático de Universidad) Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 v Trabajo Fin de Grado: Diseño e implementación de un sistema para la interoperabilidad de dispositivos LonWorks, BACnet y ModBus Autor: Juan Diego Ladrón de Guevara Pérez Tutores: Iván Maza Alcañiz Aníbal Ollero Baturone El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2018 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mis maestros ix Agradecimientos Ha sido un intenso periodo de aprendizaje y trabajo, tanto académica como profesionalmente. Por ello me gustaría agradecer a todas aquellas personas que me han ayudado y apoyado, y que gracias a ellas, finaliza una bella etapa de mi vida que recordaré siempre. A mis padres, gracias a quienes soy en lo que me he convertido y hacia quienes solo puedo expresar mi más sincero agradecimiento por apoyarme en esta etapa académica que finalizo, y en la etapa profesional que comienzo. Gracias por confiar en mí y creer siempre en mis sueños, por trabajar duro para darme lo mejor. Gracias por cada consejo, por ser un ejemplo de entrega y superación, y por todo el orgullo que sienten por mí. A mi hermano Daniel, gracias por su paciencia, por su constante preocupación por su hermano mayor, gracias por compartir su vida y, sobre todo, por admirar siempre la mía. A mis cuatro abuelos, gracias por ser un apoyo constante, ejemplo de vida y sabiduría durante toda mi vida. Gracias por vuestras enseñanzas, por ser personas atrevidas, luchadoras, y ejemplo de trabajo duro y éxito en vida. En especial, gracias a mi abuelo Diego, cuyas manos han forjado los materiales y sus conocimientos pusieron cuerda a cada tuerca, sin su ayuda nada de esto habría sido posible. A mi queridísima Mercedes, mi pareja. Por motivarme y estimular mi amor por la ingeniería, por ayudarme con la corrección ortográfica de esta memoria y por convertirse en un gran apoyo para mí tras cuatro años juntos. Gracias por regalarme un pedacito de tu corazón, por tu constante amor, cariño y alegría, y gracias por permitirme formar parte de tu vida y de tu maravillosa familia. Te quiero siempre a mi lado. A mis amigos, por su apoyo y ayuda en todos estos años, por todos aquellos que han estado en las buenas y en las malas, porque siempre hay momentos para compartir y celebrar esta amistad. A mi tutor Iván, por la ayuda que me ha brindado en este proyecto y por su magnífica docencia, gracias a la cual sentí atracción por la domótica y decidí realizar mi proyecto relacionado con ello. Todas las personas que han sido aquí citadas han colaborado en la realización de este proyecto, cada página ha tenido una parte de vosotros, porque todas ellas están dedicadas a vosotros. Juan Diego Ladrón de Guevara Pérez Alumno de Ingeniería de las Tecnologías Industriales Sevilla, 2018 xvii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1Factores selección de tecnología para conexión de datos 19 Tabla 1.2Códigos de Casa 26 Tabla 1.3Ejemplo de código de casa 26 Tabla 1.4Código de función 26 Tabla 1.5Código de dirección 26 Tabla 1.6Comparativa Zigbee y Z Wave 34 Tabla 2.1Canales LonWorks 37 Tabla 2.2Resumen de limitaciones 40 Tabla 2.3Transceptores 43 Tabla 2.4Comunicaciones ModBus 46 Tabla 2.5Comparativa BACnet, LonWorks y Modbus 48 Tabla 3.1Características técnicas Medidor de Consumo 51 Tabla 3.2Caracterísiticas de las medidas 52 Tabla 3.3Especificaciones ECY-PS100-24 55 Tabla 3.4Especificaciones ECY-S1000 56 Tabla 3.5Características pasarela BACnet/IP a LON-FT 57 Tabla 3.6Luces Pasarela QuickServer 57 Tabla 3.7Características INS-461 60 Tabla 3.8Características INCA-100-H 62 Tabla 3.9Sensores INS-461 62 Tabla 3.10Cables TP/FT-10 a elegir 65 Tabla 3.11Neuron IDs 81 Tabla 3.12Variables de red de salida INCA-100 96 Tabla 3.13Variables de red de entrada INS-461 101 Tabla 3.14Variables de red de salida INS-461 101 Tabla 3.16 Direcciones IP ECLYPSE 113 xix ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1Pilares de la domótica 17 Figura 1.2Integración de servicios 17 Figura 1.3Arquitectura centralizada 20 Figura 1.4Arquitectura distribuida 21 Figura 1.5Arquitectura mixta 21 Figura 1.6Topologías de red 22 Figura 1.7Modelo de referencia OSI 23 Figura 1.8Onda red eléctrica 27 Figura 1.9 Trama X-10 27 Figura 1.10Clasificación de los dispositivos X-10 27 Figura 1.11Estándar KNX 28 Figura 1.12Topología KNX 29 Figura 1.13Telegrama KNX 30 Figura 1.14Topología Zigbee 32 Figura 1.15Tipos de dispositivos Zigbee 33 Figura 1.16Camino Zigbee 33 Figura 1.17Camino alternativo Zigbee 33 Figura 2.1Acceso al medio sin prioridades 37 Figura 2.2Acceso al medio con prioridades 37 Figura 2.3Ejemplo de nodos, repetidores, puentes y routers 39 Figura 2.4Ejemplo de subredes, dominios y grupos 39 Figura 2.5Ejemplo de binding 41 Figura 2.6Neuron Chip 42 Figura 2.7Perfil funcional de un objeto 43 Figura 2.8Sectores LonWorks 44 Figura 2.9Arquitectura BACnet 45 Figura 2.10Relación maestro-esclavo 46 Figura 3.1Medidor de consumo eléctrico 50 Figura 3.2Medidas del contador eléctrico en mm 50 Figura 3.3ECLYPSE Connected System Controller 53 Figura 3.4Módulo Fuente de alimentación 54 Figura 3.5Perspectiva módulo Fuente de alimentación 54 Figura 3.6Módulo Servidor de control 55 Figura 3.7Perspectiva módulo servidor de control 56 xxi Figura 3.8Adaptador Wifi 56 Figura 3.9Pasarela QuickServer parte frontal 58 Figura 3.10Pasarela QuickServer parte superior 58 Figura 3.11Pasarela QuickServer parte inferior 58 Figura 3.12Medidas INS-461 en mm 59 Figura 3.13INS-461 59 Figura 3.14Conexiones INS-461 60 Figura 3.15INCA-100-H 61 Figura 3.16IZOT U-60 63 Figura 3.17Arquitectura del proyecto 64 Figura 3.18Cable Ethernet (4 pares) 65 Figura 3.19Empalmes cableado 66 Figura 3.20Carril DIN 66 Figura 3.21Alimentador 12 V 66 Figura 3.22Pieza de aluminio batería 67 Figura 3.23Pieza de aluminio batería 67 Figura 3.24Terminales de neutro y carga 67 Figura 3.25Terminales para conexión ModBus 67 Figura 3.26Esquema conexiones medidor de consumo 68 Figura 3.27Resultado conexiones medidor de consumo 68 Figura 3.28Esquema conexiones Eclypse 69 Figura 3.29Resultado conexiones Eclypse 69 Figura 3.30Esquema conexiones pasarela 70 Figura 3.31Resultado conexiones pasarela 70 Figura 3.32Resultado conexiones INS-461 71 Figura 3.33Terminales INCA-100-H 72 Figura 3.34Resultado conexiones INCA-100-H 72 Figura 3.35Resultado conexiones IZOT U-60 73 Figura 3.36Montaje final 73 Figura 3.37LonWorks Interface 74 Figura 3.38LonMaker Inicio General 75 Figura 3.39Lonmaker Inicio Opciones 75 Figura 3.40Pestaña Nueva Red Naming 76 Figura 3.41Pestaña Nueva Red Network Interface 76 Figura 3.42Pestaña Nueva Red Plug-In Registration 77 Figura 3.43Proyecto Microsoft Visio 77 Figura 3.44Menú herramientas LonMaker 78 Figura 3.45Icono Device 78 Figura 3.46Asistente nuevo dispositivo 78 Figura 3.47Asistente nuevo dispositivo 79 Figura 3.48Asistente nuevo dispositivo 79 Figura 3.49Asistente nuevo dispositivo 80 Figura 3.50Nodos LonWorks 80 Figura 3.51Iconos adicionales 81 Figura 3.52Icono Bloque Funcional 81 Figura 3.53Asistente nuevo bloque funcional 81 Figura 3.54Nodo LNS de la red 82 Figura 3.55LNS Atributos 82 Figura 3.56LNS Identificadores 83 Figura 3.57LNS Propiedades básicas 83 Figura 3.58LNS Propiedades avanzadas 84 Figura 3.59LNS Atributos NSD 84 Figura 3.60LNS Bloques funcionales 85 Figura 3.61LNS Documentación 85 Figura 3.62Nodo INCA-100 de la red 86 Figura 3.63INCA-100 Atributos 86 Figura 3.64INCA-100 Identificadores 87 Figura 3.65INCA-100 Propiedades básicas 87 Figura 3.66INCA-100 Bloques funcionales 88 Figura 3.67INCA-100 Documentación 88 Figura 3.68INCA-100 Propiedades avanzadas 89 Figura 3.69Bloque funcional Temperatura 89 Figura 3.70Bloque funcional Temperatura atributos 90 Figura 3.71 Bloque funcional Temperatura documentación 90 Figura 3.72 Bloque funcional Temperatura propiedades 91 Figura 3.73 Bloque funcional Temperatura variable de red 91 Figura 3.74Bloque funcional CO2 92 Figura 3.75Bloque funcional Humedad 92 Figura 3.76 Bloque funcional Humedad atributos 92 Figura 3.77 Bloque funcional Humedad documentación 93 Figura 3.78 Bloque funcional Humedad propiedades 93 Figura 3.79Bloque funcional Humedad variable de red 94 Figura 3.80 Bloque funcional CO2 variable de red 94 Figura 3.81 Bloque funcional CO2 atributos 95 Figura 3.82 Bloque funcional CO2 documentación 95 Figura 3.83 Bloque funcional CO2 propiedades 96 Figura 3.84Nodo INS-461 de la red 97 Figura 3.85INS-461 Atributos 98 xxiii Figura 3.86INS-461 Identificadores 98 Figura 3.87INS-461 Propiedades básicas 99 Figura 3.88INS-461 Bloques funcionales 99 Figura 3.89INS-461 Documentación 100 Figura 3.90INS-461 Propiedades avanzadas 100 Figura 3.91Bloque funcional INS-461 102 Figura 3.92 Bloque funcional INS-461 atributos 102 Figura 3.93 Bloque funcional INS-461 documentación 103 Figura 3.94Bloque funcional INS-461 variables de red 103 Figura 3.95Esquema LonMaker de nuestro proyecto 104 Figura 3.96Menú Explorador de Red 104 Figura 3.97Panel de navegación Quickserver 105 Figura 3.98Página principal pasarela QuickServer Estado 105 Figura 3.99Página principal pasarela Quickserver Ajustes 106 Figura 3.100Mensajes de Usuario, Errores 106 Figura 3.101Mensajes de Usuario, Drivers 106 Figura 3.102Mensajes de Usuario, Información 107 Figura 3.103Mensajes de Usuario, Combinado 107 Figura 3.104Archivo CSV variables de red nodos LonWorks 108 Figura 3.105Menú Setup pestaña Configuración 108 Figura 3.106Menú Setup pestaña Configuración de red 108 Figura 3.107Menú View Pestaña Conexiones 109 Figura 3.108Configuración conexión LonWorks 109 Figura 3.109Información conexión LonWorks 110 Figura 3.110Configuración conexión BACnet-IP 110 Figura 3.111Información conexión BACnet-IP 111 Figura 3.112Información acerca de los nodos de la red 111 Figura 3.113Información variables de red 112 Figura 3.114Datos del Data Array de la pasarela 112 Figura 3.115Data Array de la pasarela QuickServer 112 Figura 3.116 Página de bienvenida Eclypse 113 Figura 3.117 Página de inicio Eclypse 114 Figura 3.118 Pestaña Network configuración Ethernet 114 Figura 3.119 Pestaña Network configuración Wifi 115 Figura 3.120 Pestaña configuración BACnet General 116 Figura 3.121Pestaña configuración BACnet Network IP Ports 116 Figura 3.122Pestaña ajustes de usuario 117 Figura 3.123 Pestaña configuración contraseña 117 Figura 3.124 Pestaña configuración BACnet 118 Figura 3.125 Pestaña configuración general del sistema 118 Figura 3.126Pestaña configuración general del sistema 119 Figura 3.127Pestaña configuración localización/tiempo del sistema 119 Figura 3.128Pestaña configuración acceso a red del sistema 120 Figura 3.129Pestaña configuración licencias del sistema 120 Figura 3.130Pestaña configuración FIPS 140-2 del sistema 121 Figura 3.131Pestaña configuración backups del sistema 121 Figura 3.132 ENVYSION logo 122 Figura 3.133 ENVYSION inicio 122 Figura 3.134ENVYSION widget de alarma 123 Figura 3.135ENVYSION widget de calendario 124 Figura 3.136ENVYSION gráficas 124 Figura 3.137Datos analógicos recibidos 125 Figura 3.138Datos binarios recibidos 125 Figura 3.139Datos tomados para gráficas 125 Figura 3.140Gráficas proyecto ENVYSION 126 Figura 3.141Gráfica Corriente 126 Figura 3.142Gráfica Frecuencia 126 Figura 3.143Gráficas Tensión 127 Figura 3.144Gráfica Potencia Activa 127 Figura 3.145Gráfica Potencia Aparente 127 Figura 3.146Gráfica Temperatura (rojo) y Humedad (negro) 128 Figura 3.147Gráfica CO2 128 Figura 3.148Consola de errores 128 Figura 3.149Pantalla INS-461 129 Figura 3.150Pantalla INCA-100 129 Figura 3.151Pantalla medidor de consumo eléctrico 130 Figura 3.152 Simbología panel frontal 131 Figura 3.153 Simbología medidor 131 Figura 3.154Medidas reales del dispositivo 132 xxv Abreviaturas 14 14 15 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Motivación El propietario llega a su casa y, tras presionar una serie botones del panel domótico, la alarma se desconecta, las persianas se levantan o las luces se encienden según un sensor de luminosidad que detecta si es de día o de noche, se pone la calefacción o el aire acondicionado a la temperatura de confort y se activa la televisión o radio. El sistema reaccionará ante cualquier fallo de alguna de sus instalaciones, informando al usuario y actuando. Con esta breve escena, pueden observarse las posibilidades de un hogar inteligente gracias a la tecnología domótica que controla sus sistemas. Esto se traduce también a edificios y grandes zonas industriales dando lugar a una mejora de la gestión energética y su consecuente reducción de costes. Aparece por tanto el novedoso concepto del Internet de las cosas (IoT), por el que el usuario puede interactuar de manera intuitiva y simple con su vivienda desde su dispositivo móvil. Sonidos relajantes capaces de ocultar los ronquidos, cubos de basura que leen códigos de barra y hacen la lista de la compra o altavoces asistentes para el hogar son algunos de los productos domóticos más novedosos en la actualidad. La domótica avanza a un ritmo tan frenético que resulta casi imposible atender a todas las novedades que surgen, pero lo que sí podemos estar seguros es que esta tecnología mejora nuestras vidas y está cada vez más presente en los hogares. Gracias a la asignatura optativa de domótica de cuarto curso de carrera, pude conocer de forma más amplia este campo de la automatización de hogares y edificios, la cual me resultó bastante útil y atractiva dentro del mundo de la ingeniería y la rama cursada de automatización de mi propia carrera. Las prácticas de esta asignatura fueron de lo más lucrativas, en las cuales llegamos a utilizar varios dispositivos de diferentes tecnologías domóticas, programándolos y observando los resultados. Tras unos buenos resultados en el examen final de la asignatura, tomé la decisión de realizar mi proyecto sobre algún tema domótico que me interesara, pero siempre intentando descubrir nuevas tecnologías diferentes a las ya estudiadas en la asignatura. Buscaba un trabajo con el que poder realizar una parte manual, que no fuese únicamente a través de un software por ordenador. Así fue como, hablando con mi profesor de domótica Iván Maza, me descubrió la tecnología BACnet, junto a diferentes aparatos LonWorks conectados por una pasarela, que daban lugar a un sistema de gestión domótico orientado a grandes edificios. Me pareció un proyecto muy completo, con diferentes tecnologías que abordar y una buena parte de montaje de los dispositivos. Todas estas fueron las razones que me llevaron a realizar este trabajo de fin de grado. Los científicos estudian el mundo tal como es, los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido. - Theodore Von Karman - Introducción 16 16 1.2 Introducción a la domótica El ser humano siempre ha intentado mejorar su calidad de vida, avanzar tecnológicamente para facilitar todo cuanto nos rodea. Ahí es donde toma lugar el avance dentro de la propia vivienda, ya que es el lugar donde desarrollamos gran parte de nuestras vidas. En los últimos años, debido al gran desarrollo tecnológico producido, toda vivienda ha experimentado una serie de cambios, dando lugar a una mayor seguridad, comodidad y eficiencia. Con el objetivo de continuar este avance, científicos e ingenieros se han valido de las nuevas tecnologías para implementar sistemas de control y gestión de la vivienda, y así es como ha surgido el concepto de domótica. Para ser más exactos, la domótica define la incorporación a la vivienda de elementos que permiten su control y gestión, aumentando el bienestar y la seguridad de sus habitantes, y racionalizando los distintos consumos. Se centra en dar respuesta en áreas como el ahorro energético, la seguridad, el confort y las comunicaciones. 1.2.1 Orígenes e historia El origen de la domótica se remonta a la década de los setenta, cuando tras muchas investigaciones aparecieron los primeros dispositivos de automatización de edificios basados en la exitosa tecnología X-10. Durante los siguientes años, la comunidad internacional mostró un creciente interés por la búsqueda de la vivienda ideal, comenzando con ensayos sobre electrodomésticos y dispositivos automáticos. Los primeros sistemas se instalaron en Estados Unidos, los cuales únicamente controlaban la temperatura. Más tarde, tras el auge de los ordenadores personales, a finales de los 80, se empezaron a incorporar cableado estructurado para facilitar la conexión de periféricos, permitiendo así el transporte de datos, voz, y conexión de algunos dispositivos. A estos edificios se les llamó “edificios inteligentes”. Posteriormente, los automatismos que inicialmente habían sido aplicados a edificios de oficinas, se han ido aplicando a viviendas particulares y otros edificios, donde las necesidades a cubrir son más amplias, dando origen a la vivienda domótica. El término domótica nace entonces, en 1998, del neologismo francés ‘domotique’, el cual procede de la palabra latina domus (casa) y del francés telematique (telecomunicacióninformática). En Europa, los primeros intentos de normalizar la domótica se iniciaron en 1985 de la mano del programa EUREKA. El proyecto, denominado Sistemas de Integración en Hogares (SIH), reunía a las siete empresas de electrónica más importantes del mercado y tenía como objetivo la puesta a punto de una red doméstica con normas de utilización comunes. Los orígenes de la domótica en España se encuentran a principios de los años noventa. En la actualidad, el número de viviendas domotizadas es todavía relativamente bajo respecto al total de viviendas existentes, pero el interés crece progresivamente. En vista del potencial mercado que se está creando, numerosas empresas optan por trabajar juntas para definir sistemas estándares y con funcionalidades similares, reduciendo así los costes del proyecto, instalación y mantenimiento, para conseguir una mejor comercialización de los sistemas. 17 1.3 Domótica e Inmótica 1.3.1 Domótica La domótica se define como “el conjunto de tecnologías aplicadas al control y automatización inteligente de la vivienda, que permite una gestión eficiente del uso de la energía, aportando seguridad y confort, además de comunicación entre el usuario y el sistema.” Se basa en cuatro pilares fundamentales:  Confort: Bienestar y calidad de vida de los usuarios.  Gestión de la energía: la vivienda domótica gestiona de manera eficiente la energía.  Comunicaciones: Permite la comunicación desde dentro del hogar y hacia el exterior.  Seguridad: Permite la protección de bienes y la de los propios usuarios. Si no existe la integración de estas cuatro funciones, no existe la domótica, y si carece de alguna de ellas, tampoco. La palabra clave de un sistema domótico es la integración; se trata pues de integrar, no de dar soluciones aisladas. Por ello, la potencia de la domótica es la integración de todos los servicios bajo un único sistema. Figura 1.1Pilares de la domótica Figura 1.2Integración de servicios Introducción 18 18 Todos estos pilares contribuyen a mejorar la calidad de vida de los usuarios.  En el campo del confort, se incluyen las funciones destinadas a proveer mayor comodidad entre los usuarios que permanecen dentro del edificio. Se suele asociar a climatización, ventilación y calefacción. También se incluyen los sistemas de riego, audio y video, control de iluminación y todo aquello que contribuya a la comodidad y bienestar de las personas que utilicen las instalaciones.  En el grupo de gestión de energía, la domótica optimiza la utilización de los recursos del sistema, distribuyendo el consumo energético del edificio en función de las tarifas según horario. El sistema será capaz de aprovechar la energía, aumentando el ahorro y la eficiencia, de la forma más óptima posible.  En cuanto a la comunicación, se contempla el intercambio de mensajes, tanto entre personas como entre equipos, asegurando así las comunicaciones dentro de la instalación y con el exterior. Permitirá la recepción de avisos por anomalías e información de equipos del edificio.  En el campo de la seguridad, debe contemplar tanto la seguridad de los bienes como la seguridad personal. Del mismo modo, un sistema de seguridad debe abarcar las tres áreas básicas de seguridad: prevención, alarma y reacción. Además, debe detectar fuego, humos, inundaciones, gas, etc. o Seguridad técnica. Concepto que hace referencia a la protección del usuario frente a riesgos provocados por los recursos del edificio. Se refieren a las alarmas técnicas. o Seguridad de bienes. Tienen como objetivo proteger el edificio frente a posibles amenazas externas o intrusos. Se refieren a las alarmas de intrusión. Con esta definición queda claro que la domótica se basa en la integración e implementación de los sistemas y equipos, haciendo uso de estos cuatro fundamentales pilares: confort, ahorro energético, comunicación y seguridad. Una instalación domótica debe combinar adecuadamente estos cuatro pilares para que la inteligencia de todo el sistema sea superior a la inteligencia de cada una de las partes. En resumen, el concepto de domótica implica ciertos valores y compromisos como la integración, la interacción, la mejora de la calidad de vida del usuario, la mejora de la utilización de los recursos, la fiabilidad de sus recursos y la facilidad del uso de estos, entre otros. 1.3.2 Inmótica Los sistemas domóticos también son aplicados actualmente a grandes edificios e industrias como oficinas, edificios corporativos, hoteleros, empresariales y similares. Muchos autores sostienen que es mejor denominar a este tipo de vertiente como “Inmótica”, es decir, la aplicación de sistemas informáticos y nuevas tecnologías a grandes construcciones. Sus prestaciones son las mismas que las ofrecidas para una pequeña vivienda pero con una más amplia y compleja acción. Con la evolución de la informática y las nuevas formas de comunicaciones apoyadas en internet, ya no se trata solo de sistemas de control, si no de crear redes de comunicación que aporten a los trabajadores una serie de servicios para facilitar sus vidas. La inmótica integra la domótica de cada hogar dentro de una estructura de red. El control automatizado, monitorización, gestión y mantenimiento de los distintos subsistemas o servicios del edificio (ascensores, riego, climatización e iluminación, control y alertas, sistema de accesos, sistemas de detección de incendios, etc.) de forma óptima e integrada, son algunas aplicaciones inmóticas definidas para estas grandes superficies. Los objetivos y criterios de la Inmótica pueden resumirse en los siguientes puntos:  La productividad y seguridad de las personas que habitan y trabajan en dichas instalaciones deben ser mejoradas, sin perjudicar la salud y el bienestar.  Optimización de los recursos disponibles. 19  Los edificios deben ser flexibles, con capacidad de adaptación a nuevos cambios surgidos por el uso o por problemas de organización o construcción.  Debe ser fácil de manejar por personal no cualificado y sin entrenamiento previo.  Debe mejorar el ámbito del trabajo.  Integración de servicios.  Ahorro económico. Frente a la domótica, que busca más calidad de vida en el hogar, la inmótica busca mayor calidad en el trabajo. 1.3.3 Tipos de redes Los dispositivos de una instalación domótica deberán estar entrelazados entre sí por un determinado medio físico y utilizar un protocolo de comunicación, dando lugar a la llamada red de control. Los electrodomésticos inteligentes como frigoríficos, lavadoras, sistemas de aire acondicionado o lavavajillas también se conectan a la red de control. Este tipo de red tiene un ancho de banda habitualmente bajo, ya que se usa para el envío de comandos entre los propios dispositivos. En edificios de nueva construcción son preferibles soluciones cableadas antes que las inalámbricas, debido a que son más seguras y robustas y presentan menores problemas de comunicación y alimentación de los dispositivos. Actualmente, no existe normativa que regule la disposición de dicho cableado por el interior de la vivienda y los puntos de acceso, aunque próximamente es probable que se incorpore una nueva normativa que afecte a estas directrices. Para poder controlar remotamente el edificio, además de la red domótica interna del edificio, se debe instalar una red de acceso a internet de banda ancha, para disfrutar de todas las aplicaciones domóticas. En la actualidad, la normativa ICT regula la forma de despliegue de esta red, asegurando la presencia de puntos de acceso a la red cada cierto número de habitaciones o fracciones. Las redes de datos, habituales en oficinas para conectar los distintos ordenadores entre sí y con sus periféricos, son cada vez más comunes en los hogares. Esta red de datos es independiente de la red de control, utilizando distintos protocolos con mayor capacidad de transferencia. Tabla 1.1Factores selección de tecnología para conexión de datos Cableado o canalización pre-existente Tipo de dispositivos a conectar Servicios a ofrecer Coste Nivel de seguridad requerido Facilidad de instalación Por otro lado, cada vez es más habitual que muchos aparatos electrónicos sean capaces de comunicarse entre ellos, pudiendo realizar tareas de forma integrada y conjunta y compartiendo información. La denominada red multimedia es la red utilizada por estos aparatos electrónicos de consumo inteligente (televisores, cámaras, radios, videocámaras digitales, video porteros,…) para compartir información. Los dispositivos de la red multimedia tienen funcionalidades y capacidad de procesamiento muy dispares. Esto obliga a utilizar protocolos que permitan la abstracción de los detalles de configuración a los usuarios. La arquitectura física y lógica de esta red es totalmente distribuida. Todos los elementos pueden comunicarse con el resto sin necesidad de dispositivos intermedios. Tanto en la vivienda como en cualquier edificación pueden coexistir todas estas redes, utilizando protocolos y medios físicos diferentes, gracias a una pasarela residencial. Una pasarela es un dispositivo que interconecta los distintos dispositivos destinados a la automatización del edificio, haciendo de interfaz común de todos ellos y permitiendo el control local o remoto de todos los dispositivos del edificio. Por tanto, estas redes tenderán a una unificación y simplificación de la instalación, que tendrá como consecuencia un abaratamiento de costes y mantenimiento. Introducción 20 20 1.3.4 Clasificación de los sistemas domóticos Vamos a analizar de manera general los diferentes sistemas domóticos que nos podemos encontrar en el mercado, desde tres puntos de vista diferentes: según el medio de transmisión, según su arquitectura y según su topología. 1.3.4.1 Clasificación según el medio de transmisión El medio por el que se transmite la información es lo que se conoce como “bus”, que transporta la información entre los diferentes dispositivos. Esta transmisión puede realizarse por cableado propio, por las redes existentes en la instalación como la red telefónica o la red eléctrica, o de manera inalámbrica. La transmisión por cable es el método más extendido, su instalación es económica y permite la creación de grandes redes de equipos. El único inconveniente surge en edificios ya construidos, ya que será necesaria una pequeña obra para su implantación. La transmisión puede ser mediante:  Cable coaxial: Usado originalmente en el envío de señales de video, inmune a interferencias pero con gran rigidez, por lo que dificulta a la hora de ser instalado.  Cable de par trenzado TP: Utilizado en usos industriales, su principal ventaja es su gran seguridad de transmisión.  Fibra óptica: gran capacidad de transmisión de datos, utilizado para transmitir gran cantidad de información. Como se ha visto, una de estas formas de transmisión por cable es mediante la red eléctrica. Su principal ventaja, y aquello que lo hace más atractivo, es que no necesita una instalación adicional de cableado. Sin embargo, algunos de sus inconvenientes son su poca seguridad y velocidad. La transmisión por radio frecuencia está pensada para lugares donde no se desea o no puede instalarse cableado. Bluetooth y Wifi son ejemplos de este tipo de transmisión. Sin embargo, no pueden usarse en grandes superficies y pueden tener interferencias externas. 1.3.4.2 Clasificación según arquitectura  Arquitectura centralizada. Se dispone de un sistema de control central que recibe y procesa la información de los sensores, generando consecutivamente las órdenes pertinentes para los actuadores. Los elementos a supervisar y controlar han de cablearse hasta el sistema de control. Si dicho sistema falla, todo deja de funcionar. Esta topología no es compatible con la instalación eléctrica convencional.  Arquitectura distribuida. Los controladores están distribuidos por todos los módulos, sean sensores o actuadores. Arquitectura típica de los sistemas de cableado en bus o redes inalámbricas. El elemento a controlar se sitúa cerca de su actuador, existiendo un elemento de control de nivel superior que controla y supervisa los elementos de control. Figura 1.3Arquitectura centralizada 21  Arquitectura mixta. Dividimos la instalación a controlar en zonas de forma distribuida, y cada zona se controla de forma centralizada. Es una combinación de los dos sistemas anteriores. Esta arquitectura es la que utilizan los sistemas totalmente inalámbricos. 1.3.4.3 Clasificación según topología Se conoce por topología de un sistema domótico a la estructura que forman los diferentes elementos de dicho sistema, los cuales deben estar conectados o unidos entre sí. No se debe confundir con el concepto de arquitectura. Los sistemas convencionales se pueden clasificar en:  Bus o línea. Topología que se caracteriza por tener un único canal de comunicaciones, llamado bus, al que se conectan los diferentes dispositivos. De esta manera todos los dispositivos comparten el mismo canal de comunicación.  En estrella. Red en la cual las estaciones están conectadas a un punto central y todas las comunicaciones se llevan a cabo desde este punto.  En árbol. Variación de la red en bus en forma de árbol, por lo que el fallo de uno de los nodos no implica la interrupción en las comunicaciones del resto. Se comparte el mismo canal de comunicaciones.  En anillo o circular. Cada estación tiene una única conexión de entrada y de salida. La comunicación entre equipos se suele realizar de forma unidireccional, con lo que se facilita el procedimiento de comunicación, aunque también puede ser bidireccional, sin embargo, existe el inconveniente de que una avería en un nodo pueda afectar a toda la red. Figura 1.4Arquitectura distribuida Figura 1.5Arquitectura mixta Introducción 22 22 Figura 1.6Topologías de red 23 1.4 Resumen de las tecnologías domóticas En los apartados siguientes se describirán algunas de las características técnicas específicas de los protocolos disponibles actualmente en el mercado. 1.4.1 Modelo de referencia OSI Antes de describir los diferentes protocolos domóticos, es preciso introducir el concepto del modelo de referencia OSI (Open System Interconnection). En 1974 la Organización Internacional de Estandarización (ISO) estableció un comité para el desarrollo de una arquitectura para normalizar las comunicaciones entre los diferentes dispositivos sin recurrir a cambios de lógica y fundamentos del hardware y software. Así se crearon las siete capas OSI. Este modelo no es un protocolo, es un patrón para entender el diseño de una arquitectura de red que sea flexible, robusta e interoperable. Este modelo estructura las funciones de comunicación en diferentes capas. Estas capas están organizadas de manera jerárquica, de manera que cada etapa realiza un conjunto determinado de tareas relacionadas entre sí. Cada capa se sustenta en la capa inmediatamente inferior, la cual realizará las funciones más primitivas, ocultando sus detalles a las capas superiores. A su vez, una capa proporciona servicios a la capa inmediatamente superior. Cada capa debe estar definida para que los cambios en los campos de una capa no impliquen cambios en otras. De esta manera, el problema se descompone en pequeños y más sencillas cuestiones. La labor de esta organización consistió en definir el conjunto de capas y los servicios a realizar por cada una de ellas. El objetivo era que cada capa fuese lo suficientemente pequeña, pero sin llegar a definir demasiadas para evitar sobrecargas en el procesamiento. La figura muestra la arquitectura de los siete niveles OSI. Es un marco de referencia a partir del cual poder desarrollar arquitecturas con las características adecuadas para un entorno o aplicación en concreto. La compatibilidad con este modelo no exige utilizar sus siete niveles. Una arquitectura puede incluir aquellos que se consideren oportunos para la aplicación sin tener que utilizar toda la pila. En cada nivel existe la posibilidad de usar un protocolo orientado o no a conexión. Se dice que un protocolo está orientado a conexión cuando para poder intercambiar datos deber haberse realizado previamente una reserva de recursos. 1.4.1.1 Capa física (nivel 1) La capa física se encarga de la interfaz física entre los dispositivos, de la forma (topología de red, cable, conexiones, etc.) en que se transmiten los datos (binarios, bits,…) y la garantía de la conexión. La capa física tiene cuatro características importantes:  Mecánicas. Relacionadas con las propiedades físicas de la interfaz con el medio de transmisión. Aquí se incluye la especificación del conector que transmite las señales a través de los conductores.  Eléctricas. Especifican cómo se representan los bits y su velocidad de transmisión. Figura 1.7Modelo de referencia OSI Introducción 30 30 Tras haber descrito la topología de la red KNX, se explica la trama de los datos. Cada dispositivo tiene 2 direcciones de 16 bits excluyentes (solamente se usa una de ellas cada vez).  Dirección física: Se usa para dar de alta los dispositivos. Se define en función del dispositivo en la matriz de conexión. Está formada por 4 bits que identifican al área funcional, 4 que identifican a la línea y 8 que identifican al componente bus.  Dirección lógica: Dirección con la que trabajará el dispositivo. También formada por 16 bits. No tiene por qué ser única en la instalación, permite definir grupos funcionales (luces de ambiente, interruptores, sensores de alarma, etc.). La trama KNX tiene la estructura de la figura 1.13 está compuesta por 1 byte de control, una dirección física de origen (2 bytes), una dirección de destino física o dirección de grupo (2 bytes + 1bit), un contador de ruta (3 bits), longitud (4 bits), los datos útiles (entre 2 y 16 bytes) y un código de seguridad o comprobación CRC (1 byte). 1.4.3.3 EIB EIB (European Installation Bus) es un protocolo de control domótico europeo, que se desarrolló con el objetivo de contrarrestar las importaciones de productos similares que se estaban produciendo en el mercado norteamericano y el japonés, donde este tipo de tecnologías estaban más desarrolladas. Este protocolo se basa en el modelo OSI definiendo los niveles 1, 2, 3, 4 y 7. Tiene una arquitectura descentralizada, aunque si se desea puede centralizarse. En el protocolo EIB todos los componentes tienen su propia inteligencia, por lo que puede ser usado tanto para pequeñas instalaciones como para proyectos de gran alcance. Una de sus ventajas es su gran flexibilidad, permitiendo que sea fácilmente adaptable a las necesidades de los usuarios. Como medio físico se utiliza un único cable de dos hilos conductores (par trenzado) a partir del cual se comunican todos los dispositivos a una velocidad de 9600 bps. La alimentación a 24 Vdc se suministra a través del propio par trenzado, aunque a veces no es suficiente y es necesaria una fuente de alimentación externa. La topología, la dirección física y lógica, y la trama, son las mismas que las explicadas anteriormente en el protocolo KNX, ya que parte de la misma base. 1.4.3.4 BatiBus BatiBus es un antiguo protocolo francés usado para control industrial. Protocolo abierto, sencillo de instalar y de bajo coste. Consiste en un único bus de par trenzado con una distancia entre la central y el dispositivo más alejado de hasta 2.5 Km. Velocidad binaria de 4800 bps codificando un ‘1’ cerrando el circuito y un ‘0’ abriéndolo. La alimentación a 15 Vdc se suministra por el propio cable del bus. Figura 1.13Telegrama KNX 31 Fue el primer bus de campo orientado a aplicaciones domóticas en el mercado. El consumo típico de sus dispositivos es de 2 mA, de modo que es posible alimentar hasta 75 dispositivos de esta forma (la intensidad total de la línea es de 150 mA). BatiBus, debido a sus limitaciones, se ha quedado prácticamente obsoleto en la actualidad. 1.4.3.5 EHS El protocolo EHS (European Home System) tiene como objetivo satisfacer las necesidades de automatización de la mayoría de las viviendas europeas cuyos propietarios no pueden permitirse el lujo de usar sistemas más potentes y caros como LonWorks, EIB o BatiBus. Supera las prestaciones del X10. Es un protocolo abierto, con facilidad de movilidad y ampliación del sistema. Las primeras implementaciones usaban la red eléctrica con velocidades de hasta 2400 bps, pero actualmente se usan además otros medios como el par trenzado (4800 bps), el cable coaxial (9600 bps), Infrarrojos (1200 bps) o radiofrecuencia (1100 bps). Este protocolo se basa en el modelo OSI definiendo los niveles físico, de enlace de datos, de red y de aplicación. Cada dispositivo tiene asociada una dirección única dentro del mismo segmento de red que además de identificar unívocamente a un nodo también lleva asociada información para el encaminamiento de las tramas por diferentes segmentos de red. El número máximo de nodos por segmento es de 256. Una de las ventajas de EHS es su filosofía “Plug&Play” para que los dispositivos puedan configurare automáticamente. 1.4.4 CEBus El protocolo de comunicación CEBus (Consumer Electronics Bus) es un estándar vigente en Estados Unidos desarrollado por la Asociación de Industrias Electrónicas (EIA). Surgió en 1984 cuando esta asociación se propuso unificar los protocolos de señalización infrarroja para el control remoto de electrodomésticos. En 1992 el estándar se había extendido a todo el ámbito de control domótico. La idea era aportar mayores funciones que las que soportaban los sistemas de la época, dando lugar a aplicaciones de control remoto, indicación de estado, gestión de energía, sistemas de seguridad, etc. Todo ello contaba con unos costes bajos y una facilidad de uso e instalación adecuada para el usuario. Los objetivos principales son:  Facilitar el desarrollo de módulos de bajo coste que puedan ser integrados en electrodomésticos.  Soportar distribución de video y audio en formato analógico y digital.  Evitar el uso de un controlador central. Cada dispositivo debe estar dotado de inteligencia propia.  Red fácilmente escalable. Cubre los niveles 1, 2, 3 y 7 de la capa OSI. La comunicación entre los dispositivos se realiza a través de la red eléctrica de baja tensión, par trenzado, cable coaxial, radiofrecuencia, infrarrojos y fibra óptica. En todos los medios físicos, la información de control y datos se transmiten a la misma tasa binaria, 8000 bps. El formato de los mensajes CEBus es independiente del medio físico utilizado. Cada mensaje contiene la dirección de destino del receptor sin ninguna referencia del medio físico entre emisor o transmisor. Para facilitar la difusión de mensajes, todos los dispositivos tienen una dirección a la que responden todos (broadcast). Además, los dispositivos se pueden agrupar en grupos para mandar un mensaje a varios dispositivos al mismo tiempo. Pueden pertenecer a uno o más grupos. Como parte de la especificación CEBus se ha definido también un lenguaje común para el diseño y especificación de la funcionalidad del nodo. Este lenguaje, orientado a objetos, se conoce como CAL (Common Application Language). Los controles de este lenguaje permiten comandos como subir volumen, adelantar, rebobinar, parar, salir y subir o bajar temperatura. La principal desventaja de CEBus es que por el momento existen pocos productos con un alto precio en el mercado español. Por otro lado, para las redes eléctricas europeas de 230 Vac a 50 Hz, el nivel físico del estándar CEBus no cumple con la normativa relativa a la transmisión de señales por líneas eléctricas de baja tensión (CELENEC EN-50065), por lo que no es recomendable implantar esta tecnología en proyectos dentro del país español. Introducción 32 32 1.4.5 Protocolo Zigbee Zigbee es una tecnología inalámbrica de carácter abierto, corto alcance y bajo consumo, definida como una solución inalámbrica de baja capacidad para aplicaciones en el hogar como la seguridad y la automatización. Se basa en el protocolo IEEE 802.12.4 y opera en el espectro de 2.4 GHz, 858 MHz para Europa y 915 MHz para Estados Unidos. Su objetivo no es obtener velocidades muy altas, que solo alcanza una tasa de 20 a 250 Kbps, si no obtener sensores cuyos transceptores tengan muy bajo consumo energético. Algunos de los dispositivos alimentados con dos pilas AA pueden aguantar más de 2 años sin el cambio de baterías, ya que los mismos pasan la mayor parte del tiempo en modo descanso para consumir mucho menos. En una red Zigbee pueden haber hasta 254 nodos, sin embargo, según la agrupación que se realice, se pueden crear hasta 255 conjuntos de nodos, con lo cual resultan unos 64770 nodos para los que pueden usarse varias topologías: en estrella, en malla (mesh) o en grupo de árboles (cluster tree). Esto puede apreciarse en la figura 1.14. En Zigbee distinguimos tres tipos de dispositivos:  Coordinador o Solo puede existir un coordinador por red. o Inicia la formación de la red. o Es el coordinador PAN. o Puede actuar como router una vez la red esté formada.  Router: o Componente opcional de la red. o Se asocia con el coordinador de la red o con otro router. o Puede actuar como coordinador. o Encargado del enrutamiento de saltos múltiples de los mensajes.  Dispositivo final: o Elemento básico de la red. o No realiza tareas de enrutamiento ni de asociación. Figura 1.14Topología Zigbee 33 Otro punto importante es el soporte y la disponibilidad total de la malla, es decir, que antes de la caída de nodos, la red busca caminos alternativos para el intercambio de mensajes. Atendiendo a la red de las siguientes figuras, los nodos intercambian datos entre un interruptor y una lámpara. Cuando alguno de estos nodos que forman parte del camino falla, Zigbee establece una ruta alternativa para seguir comunicando estos dispositivos. Figura 1.15Tipos de dispositivos Zigbee Figura 1.16Camino Zigbee Figura 1.17Camino alternativo Zigbee Introducción 34 34 1.4.6 Protocolo Z Wave Tecnología de comunicación inalámbrica de carácter abierto, aunque perteneciente a Zensys. Mayor competidor de Zigbee y con mayor impacto real en el mercado, con elevadas prestaciones de control y precio y consumo reducido. Trabaja en la banda de los 868 MHz y puede llegar a trabajar a 40 Kbps pudiendo operar en rangos de hasta 30 metros en condiciones ideales. La topología de red es tipo malla y cada elemento se comporta como un nodo que puede ser receptor o emisor. Permite agrupar dispositivos para asociar funcionalidades. Su principal inconveniente es el elevado consumo eléctrico que lleva asociado, ya que el hardware encargado de la comunicación está permanentemente activo. Existen dos tipos básicos de dispositivos, los controladores y los esclavos. Los controladores son aquellos que inician y envían comandos de control a los diferentes nodos de la red. Los esclavos obedecen, ejecutan y responden las órdenes de los controladores. A continuación se expone una pequeña tabla de comparación con Zwave y Zigbee. Tabla 1.6Comparativa Zigbee y Z Wave Zigbee Z Wave Tipo de tecnología Basado en estándar abierto Propietaria Mercado Doméstico e industrial Luces y residencial Consumo Muy bajo Muy bajo Interoperabilidad Difícil en versión 1 Sí Coste Bajo Muy bajo Interferencias con WLAN Sí No Nº máx. dispositivos en malla 254 232 Madurez [1-5] 1 3 Dispositivos comerciales [1-5] 1 3 35 1.5 Objetivos En este nuevo entorno surge este proyecto, cuyo fin es tanto estudiar las diferentes tecnologías domóticas que actualmente coexisten en el panorama domótico, en nuestro caso hablamos de tecnologías como BACnet, Modbus y LonWorks realizadas para la creación de un sistema domótico de gestión de edificios, consiguiendo una funcionalidad de los productos y servicios acorde con las expectativas y necesidades del usuario final. El principal objetivo será montar, a partir de diferentes dispositivos, un sistema domótico conectado la red que permita la gestión de energía, iluminación y el control de grandes edificios. Estos dispositivos, según el montaje y la definición de la arquitectura, estarán asociados a varias tecnologías con su correspondiente programación, que habrá que estudiar y dar a conocer. Se llevará a cabo el desarrollo de los siguientes módulos:  Explicación general de la domótica y tecnologías conocidas.  Desarrollo de las tecnologías utilizadas en la realización del proyecto.  Exposición del sistema domótico desarrollado, explicando los diferentes puntos: o Dispositivos que lo componen o Montaje realizado o Programación asociada a los diferentes módulos y tecnologías  Conclusiones del proyecto y líneas de desarrollo futuras. Una vez finalizado se pretende haber dado a conocer de una forma global cada una de las tecnologías presentes, así como el uso y programación de los dispositivos utilizados. Tecnologías domóticas empleadas 36 36 2 TECNOLOGÍAS DOMÓTICAS EMPLEADAS 2.1 LonWorks 2.1.1 Introducción LonWorks es una tecnología de control domótico, presentada en 1992 por la empresa Echelon en Estados Unidos. Tecnología abierta que cuenta con casi 400 fabricantes que la producen en todo el mundo. Además, existe un organismo independiente de estandarización que controla la compatibilidad de los productos, provee estándares y decide sobre su actualización, esta organización se llama LonMark. El estándar LonWorks se basa en el esquema propuesto por el sistema LON (Local Operative Network). Éste consiste en un conjunto de nodos que se conectan mediante uno o más medios físicos y que se comunican usando un protocolo común. Cada nodo debe ser autónomo y proactivo, de forma que puede ser programado para enviar mensajes a cualquier otro nodo como resultado de cumplirse ciertas condiciones, o llevar a cabo ciertas acciones en respuesta a los mensajes recibidos. El sistema LON permite establecer y operar redes de altas prestaciones y, sobre todo, de grandes redes descentralizadas. Son sistemas amplios, que pueden contener hasta miles de nodos. Además de la automatización de edificios, otras áreas de aplicación de sistemas basados en LON son las de automatización de procesos así como áreas donde puedan utilizarse conceptos de medida y control descentralizado. Además de su libre topología, las ventajas de este sistema son su reducido sistema de cableado incrementando el alcance de las señales y una mayor facilidad y claridad para alterar y expandir la red. 2.1.2 LonTalk: el protocolo de LonWorks El protocolo de LonWorks, también conocido como LonTalk o estándar de control de red ANSI/IEA 709.1, es el corazón del sistema LonWorks. Este protocolo ofrece una variedad de servicios que permiten a los dispositivos mandar y recibir mensajes de otros equipos independientemente de la topología, direcciones o funciones de los demás equipos. Los telegramas que se envían contienen la dirección de destino, información para el enrutado, datos de control y de la aplicación así como códigos de detección de errores. Todos los intercambios de datos se inician en un Neuron Chip y se supervisan en el resto de circuitos. Un telegrama puede contener hasta 299 octetos de información. Además, este protocolo ofrece servicios de asentimiento de mensajes extremo a extremo, autenticación de mensajes y transporte prioritario. Es posible reconfigurar todas las direcciones y los parámetros de red con herramientas de gestión, así como acciones para informar de problemas, puesta en marcha o parada, o reseteo de equipos. El protocolo LonTalk es un protocolo de comunicaciones, estructurado en capas, basado en el intercambio de paquetes y punto a punto. Es un estándar público e implementa las siete capas del modelo de referencia OSI. 2.1.2.1 Canales El protocolo LonWorks es independiente del medio, los equipos con esta tecnología se pueden conectar a distintos medios físicos usando transceptores. En consecuencia, puede hacerse un uso completo de la variedad de canales disponibles para la red de control. Cada tipo de canal tiene diferentes características en términos de tasa de transmisión de bits, máximo número de equipos conectados, distancia límite de transmisión, etc. La siguiente tabla resumen los canales más frecuentes usados en LonWorks. 37 Los canales más usados en aplicaciones industriales son el TP/FT-10 (par trenzado con topología libre a 78 Kbps) y el TP/XF-1250 (par trenzado con topología en bus a 1.25 Mbps). El canal más usado en instalaciones residenciales es el PL-20 (línea eléctrica a 5.4 Kbps). A pesar de ello, el más utilizado es el TP/FT-10 debido a su libre topología. 2.1.2.2 Acceso al medio Todos los protocolos de red usan un algoritmo de control de acceso al medio (MAC) que permite determinar a los equipos cuándo pueden transmitir un paquete con seguridad, evitando colisiones. El protocolo de LonWorks usa un algoritmo único de acceso al medio, llamado “Protocolo predictivo persistente CSMA”. Con este algoritmo ofrece un uso de los canales al máximo de su capacidad con el mínimo número de colisiones. Este algoritmo funciona de la siguiente manera: después de encontrar el canal ocupado y quedarse escuchando hasta encontrarlo libre, el nodo decide si emite mediante un algoritmo probabilístico. Si todos los nodos retransmitieran después de esperar un mismo tiempo, se repetirían las colisiones; por tanto, se vuelve a transmitir con una probabilidad ‘p’. Si no se transmite, en la siguiente división de tiempo volvería a ejecutarse el mismo algoritmo hasta transmitir. El inconveniente que aparece es que al aumentar el número de nodos, aumentan los retrasos. La solución será establecer prioridades, así los nodos prioritarios esperan menos para transmitir su trama. Tabla 2.1Canales LonWorks Figura 2.1Acceso al medio sin prioridades Figura 2.2Acceso al medio con prioridades Tecnologías domóticas empleadas 38 38 2.1.2.3 Direccionamiento El algoritmo de direccionamiento enruta los paquetes desde un equipo de origen hasta uno o más destinos. Cada paquete transmitido por la red contiene la dirección del dispositivo que transmite y las direcciones de los dispositivos receptores. Los paquetes pueden direccionarse a un único equipo específico, a un grupo de dispositivos o a todos los equipos de la red. Existen varios tipos de direcciones explicadas a continuación:  Dirección física. Cada nodo tiene un identificador único de 48 bits, el Neuron ID, grabado en fábrica. Este identificador no cambia durante la vida útil del dispositivo.  Dirección del dispositivo. Se le asigna al instalarlo en una red, y se utilizan en lugar de la dirección física debido a que se obtienen enrutados más eficientes y simplifican la tarea de reponer dispositivos averiados. Las direcciones del dispositivo pueden dividirse a su vez en tres partes: identificación de dominio, identificación de subred e identificación del nodo. La identificación de dominio indica el conjunto de dispositivos que pueden interactuar entre ellos, siendo el límite de 32385 nodos. La subred identifica un conjunto de hasta 127 dispositivos dentro de un dominio, y sirve para el acceso simultáneo de varios dispositivos de un mismo tipo. La identificación del nodo hace referencia a un dispositivo individual dentro de una subred.  Dirección de grupo. Colección lógica de dispositivos dentro de un dominio. Permite agrupar dispositivos sin tener en cuenta su localización dentro del dominio (a diferencia de las subredes) disminuyendo el número de paquetes necesarios para acceder a ellos. Soporta un máximo de 63 dispositivos en comunicación con asentimiento, en el caso de sin asentimiento no existe un límite, es decir, puede haber cualquier número de dispositivos en el grupo. Los grupos son una forma eficiente de optimizar el ancho de banda de la red para direccionar paquetes a múltiples equipos. Podemos encontrar hasta 255 grupos en un dominio.  Dirección de difusión o broadcast. Identifica todos los dispositivos de un dominio o una subred. Se usa para el envío de paquetes a muchos destinatarios. 2.1.2.4 Subredes, dominios y grupos Las subredes pueden contener hasta 128 nodos direccionables. Si el adaptador de un nodo es externo, se cuenta como dos nodos. Se recomienda que los nodos capaces de intercambiar mensajes de manera directa estén en la misma subred para minimizar retardos. En una subred pueden usarse varios tipos de dispositivos de interconexión:  Un repetidor, que se encarga de amplificar la señal, y equivale a dos nodos conectando dos extremos de medios de transmisión iguales, solamente retransmite tramas, introduciendo retrasos, y no requiere configuración.  Un puente, que conecta dos medios de transmisión distintos.  Un router, que equivale a un nodo y tiene dos lados con transceptores adecuados al medio de transmisión. Transmiten información entre subredes, controlan el tráfico y permiten extender la red sobre múltiples medios. Pueden procesar la trama de datos para extraer la dirección de destino y determinar el camino para la trama o descartarla. 39 Varias subredes pueden conectarse mediante routers (nodo 128 de la subred) para construir un dominio. En un dominio puede haber un máximo de 255 subredes (máximo de 32358 dispositivos). Cualquier comunicación entre dos nodos de un mismo dominio tiene como ventaja una mayor eficiencia debido a no tener que incluir la información del dominio en la trama. Puede contener un máximo de 255 grupos. Un grupo está formado por al menos dos nodos. Un nodo puede pertenecer a un máximo de 15 grupos distintos. Estos grupos se gestionan con las herramientas de gestión de red. Figura 2.3Ejemplo de nodos, repetidores, puentes y routers Figura 2.4Ejemplo de subredes, dominios y grupos Tecnologías domóticas empleadas 46 46 2.3. ModBus Modbus es un protocolo industrial desarrollado en 1979 por la empresa norteamericana Modicon. En su origen estaba orientado al mundo de los controladores lógicos programables o PLCs. El objetivo del protocolo Modbus es la transmisión de información entre distintos equipos electrónicos conectados a un mismo bus, existiendo en dicho bus un solo dispositivo maestro (Master) y varios equipos esclavos (Slaves) conectados. El estándar Modbus es público, de implementación sencilla y reducido tiempo de desarrollo, que hacen de él el protocolo de comunicaciones más común utilizado en entornos industriales, sistemas de telecontrol y monitorización. En una relación maestro-esclavo, la comunicación siempre se produce en pares, un dispositivo debe iniciar una solicitud y luego esperar una respuesta y el dispositivo de inicio (el maestro) es responsable de iniciar cada interacción. Por lo general, el maestro es una interfaz humano-máquina (HMI) o sistema SCADA y el esclavo es un sensor, controlador lógico programable (PLC) o controlador de automatización programable (PAC). Modbus tiene implementada la capa física, la capa de enlace y la capa de aplicación. En la capa de enlace, se definen los números de identificación de los equipos, los perfiles (maestro-esclavo) y la técnica para detectar la información enviada en la trama. La capa de aplicación de Modbus trabaja bajo la abstracción cliente/servidor, donde el rol de cliente lo desempeña el maestro, y el rol de servidor los esclavos. La comunicación del maestro hacia los esclavos puede ser de dos tipos:  Intercambios punto a punto. Se establece una comunicación maestro-esclavo. El maestro solicita información y el esclavo responde. Puede ser un simple reconocimiento.  Mensajes difundidos (broadcast). Consiste en una comunicación unidireccional del maestro a todos los esclavos. Este tipo de mensajes no tiene respuesta por parte de los esclavos y se suelen emplear para mandar datos comunes de configuración, reset, etc. Además, las comunicaciones MODBUS se pueden realizar en modo ASCII o en modo RTU. En modo ASCII los bytes se envían codificados en ASCII, es decir, que por cada byte a transmitir se envían dos caracteres ASCII (2 bytes) con su representación hexadecimal. En modo RTU se envían en binario, sin ninguna modificación. En el modo ASCII las tramas comienzan por 3AH (carácter ':'), y terminan en 0DH-0AH (CR LF Carrier Return Line Feed) y cada byte se envía como dos caracteres ASCII. En modo RTU no se utiliza indicador de inicio y final de trama. Todo ello puede observarse en la tabla 2.4. Figura 2.10Relación maestro-esclavo Tabla 2.4Comunicaciones ModBus 47 2.3.1 Trama ModBus La estructura de comunicación definida por este protocolo cumple con el siguiente formato: [ID][FUNCIÓN][DATO][CRC]  ID: Dirección del esclavo. Número entero del 1 al 255.  FUNCIÓN: Tipo de solicitud que se le realiza al esclavo, codificada de manera numérica.  DATO: Campo utilizado para el envío de información complementaria a la solicitud realizada al esclavo, o para responder a la misma. Por tanto, este campo tiene una estructura diferente cuando el mensaje lo envía el maestro que cuando es la respuesta de un esclavo.  CRC: Chequeo de redundancia cíclica. Para el maestro, el campo “DATO” está integrado por dos subcampos, la dirección y la longitud. En el campo de dirección se indica al esclavo en qué ruta debe buscar lo que se ha solicitado a través de la función y, la longitud indica, a partir de esa dirección, cuántos elementos se deben tomar. Por tanto, la estructura de la trama quedaría de la siguiente forma: [ID][FUNCIÓN][Dirección][Longitud][CRC] La estructura se mantiene para el esclavo, pero nuevamente el campo de “DATO” cambia. Aparecen dos subcampos que son el número de bytes para dar la respuesta y la propia respuesta en sí. [ID][FUNCIÓN][Nº de bytes respuesta][Respuesta][CRC] El tamaño de la trama para este protocolo se compone de 1 byte para el ID (valores entre 0 y 255), 1 byte para la función, n bytes para el campo dato (ya que es flexible, depende de si es maestro o esclavo) y, por último, 2 bytes dedicados al CRC. 2.3.2 ModBus TCP/IP Evolución de las comunicaciones ModBus RTU y ModBus ASCII. En ModBus TCP/IP toda la estructura de la trama se mantiene como se ha explicado hasta el momento, pero se hacen algunos ajustes propios de las nuevas capas del modelo OSI que se incluyen. La capa física se estandariza con la norma EIA/TIA 568, que define entre otros aspectos el código de colores del cable, se emplea un tipo de conector que interconecta 8 señales, donde 4 de ellas son exclusivamente dedicadas a la transmisión y recepción de datos (Tx+, Tx-, Rx+, Rx-). En la capa de enlace aparece la dirección física del equipo, también conocida como dirección MAC, la cual se compone de 6 bytes. Cada equipo tiene una dirección MAC única. En la capa de red aparece el protocolo IP, por lo que todo equipo adherente a este protocolo debe tener asignada su dirección IP, siendo las más habituales su formato 192.168.X.X. La trama contendrá, en lugar del campo “ID”, un nuevo campo con un tamaño de 7 bytes, llamado “MBAP Header”, con el siguiente contenido: [Transacción ID (2 bytes)][Protocolo ID (2 bytes)][Longitud (2 bytes)][ID unidad (1 byte)]  Transacción ID: Identificación de una petición o respuesta de Modbus.  Protocolo ID: Igual a 0 en el protocolo ModBus.  Longitud: número de bytes.  ID unidad: identificación del esclavo. Por todo ello, la configuración inicial por parte del usuario cuando use ModBus TCP/IP es asignar la dirección IP del equipo maestro y, a continuación, la dirección o direcciones de los esclavos con los que vaya a comunicarse. Tecnologías domóticas empleadas 48 48 2.4. Comparativa entre los sistemas presentados Hasta hace unos años no existía un protocolo de red estándar para la automatización de edificios, por ello los usuarios debían elegir lo que mejor se adaptase a sus necesidades de entre diferentes sistemas de distintos fabricantes. Hoy en día son conocidos tres protocolos de red interoperables entre los que elegir: BACnet, LonWorks y ModBus. Estos tres protocolos son ampliamente usados, y según una encuesta realizada en 2011 en relación a la automatización de edificios, el 62% de ellos disponían de al menos una aplicación BACnet, para LonWorks este porcentaje se situaba en el 40% mientras que, para el protocolo Modbus, era de un 30%. A continuación, se muestra una tabla comparativa de estos tres protocolos: Tabla 2.5Comparativa BACnet, LonWorks y Modbus BACnet ModBus LonWorks Desarrollado por ASHRAE Modicon Inc. Echelon Corporation Usos Comunicación entre dispositivos Conexión entre dispositivos Enrutar dispositivos a través de red eléctrica, fibra óptica y otros Mercados Industrial, transporte, gestión de energía, automatización de edificios, HVAC. HVAC, iluminación, seguridad, control de acceso, transporte y mantenimiento. Automatización de hogares, industrial, transporte y control de redes públicas Ejemplos Control de calderas, medición niveles de tanques Peticiones de lectura de temperatura, envío del estado de alarmas, programación de ventilación. Seguridad, sistemas de iluminación, HVAC, control de máquinas. Patentado (privado) No No Sí Modos de transmisión Ethernet, IP, MS/TP, Zigbee ASCII, RTU, TCP/IP MS/TP, red, SNVT Estándares ANSI/ASHRAE estándar 185; ISO-16484-5; ISO-16484-6 IEC 61158 ANSI/EIA 709.1; ISO/IEC 14908-1, 14908-2. 14908-3, 14908-4. Costes Bajos, sin costes de licencia Bajos, sin coste de licencia Alto. Limitado por usuarios. Ventajas - Escalabilidad entre coste, funcionalidad y tamaño del sistema. - Aprobación y adopción por los principales proveedores de Norteamérica y en otros países. - Interconexión robusta que incluye múltiples tipos de - Fácil conexión - Adecuado para volúmenes de datos pequeños/medianos (≤255 bytes). - Transferencia de datos diseñada para aplicaciones industriales. -Fácil de implementar y -Herramienta basada en web, ahorra coste y tiempo. -Numerosos desarrolladores de productos LonWroks en el mercado. -Menos arquitectura a nivel de dispositivo. 49 LAN y acceso telefónico. - Crecimiento indefinido con capacidad de agregar innovaciones y nuevas funciones. mantener. -Mueve bits o palabras sin poner restricciones a los proveedores. Desventajas - Limitado nº de dispositivos de campo que se pueden conectar a una estación maestra. - Longitud de cable MT/TP. - Infraestructura Ethernet. - El nuevo estándar contiene funcionalidad de seguridad, pero no se implementa en todos los dispositivos. -Limitado número de tipos de datos. Los objetos binarios grandes no son compatibles. -No existe método estándar para que un nodo encuentre la descripción de un objeto de datos. -Sin seguridad contra comandos no autorizados o intercepción de datos. - Se requiere gran cantidad de configuración y programación. -Las extensiones están permitidas solo a través del consorcio LonMark. -Hardware específico, y requiere el chip Neuron para el movimiento dentro de la red en el protocolo. Sistema domótico desarrollado 50 50 3 SISTEMA DOMÓTICO DESARROLLADO 3.1 Materiales y explicación de estos 3.1.1 Medidor de consumo eléctrico UEM40-2C R Medidor de consumo monofásico de dos hilos, con medición bidireccional y con posibilidad de comunicación ModBus RTU (RS485). Conectado directamente a la red eléctrica, permite conexión de hasta 40 A. Figura 3.1Medidor de consumo eléctrico Figura 3.2Medidas del contador eléctrico en mm 51 Además de la energía, el contador puede medir los principales parámetros eléctricos mostrándolos en el display de siete dígitos con retroiluminación que posee en su parte frontal. Estos parámetros podrán observarse también gracias al cableado ModBus de manera remota desde nuestro ordenador. En el display es posible mostrar medidas de consumo, voltaje, corriente, potencia, frecuencia y factor de potencia entre otros. A continuación, se observa una tabla con las diferentes características técnicas de este módulo. Tabla 3.1Características técnicas Medidor de Consumo Ib 5 A Imáx 40 A Frecuencia nominal 50/60 Hz Tensión 230V +/- 20% Consumo 1,50VA – 1W Itr 500 mA Imin 250 mA Clase de precisión Clase B (Clase 1) Temperatura de trabajo -25 ºC a +55 ºC Salida de impulsos 1000 pulsos/kWh Duración del pulso 100 ms Clase de protección II Protección IP 51 El contador cumple con la norma EN 50470-1, asociada a equipos de medida de la energía eléctrica. La energía activa es compatible con la norma IEC/EN 62053-21 clase 1 (contadores estáticos de energía activa), y la energía reactiva es compatible con la IEC/EN 62053-23 clase 2 (contadores estáticos de energía reactiva). Que su clase de protección sea de clase II quiere decir que posee doble aislamiento y no requiere toma de tierra. Un simple fallo no dará lugar a tensiones peligrosas, siendo así el grupo más fiable del mercado. El grado de protección IP hace referencia a la normativa internacional IEC 60529, que indica el nivel de protección de los equipos frente a la entrada de agentes externos (polvo o agua). El primer digito numérico hace referencia al nivel de protección ante polvo, y el segundo frente a la entrada de agua. En nuestro caso, IP51, el 5 indica que el dispositivo está protegido contra la entrada de polvo lo suficiente para que no interfiera con el funcionamiento del dispositivo. El segundo dígito, indica que está protegido contra la caída vertical de gotas de agua desde 200mm de altura respecto al dispositivo durante 10 minutos. Algunos de los valores los recibe de ambos extremos, de forma bidireccional. Para aclarar los valores, sus símbolos, unidad y si tienen comunicación unidireccional o bidireccional en el dispositivo, se hace uso de la siguiente tabla. Sistema domótico desarrollado 52 52 Tabla 3.2Caracterísiticas de las medidas Valores instantáneos Símbolo Unidad Comunicación Voltaje V V Unidireccional Corriente I A Bidireccional Factor de potencia PF - Bidireccional Potencia activa P kW Bidireccional Potencia aparente S kVA Bidireccional Potencia reactiva Q kvar Unidireccional Frecuencia f Hz Unidireccional Datos registrados Energía activa kWh Bidireccional Energía aparente kVAh Bidireccional Energía reactiva kvarh Bidireccional Contadores de energía kWh Bidireccional Se caracteriza por tener una instalación rápida y cómoda usando un carril DIN. Algunas aplicaciones prácticas pueden ser la medición de energías generadas por fuentes renovables, la contabilidad y facturación de consumos en campings, hoteles, centros comerciales; la contabilización de los consumos en edificios, realización de monitoreo de energía según consumos y encuestas remotas de costes y consumos. Los grandes beneficios que posee este dispositivo son sus siete mediciones instantáneas junto a contadores, así como la administración remota a través de aplicaciones ModBus. 53 3.1.2 ECLYPSE Connected System Controller Plataforma modular y escalable que se utiliza para controlar una amplia gama de aplicaciones HVAC, es decir, aplicaciones de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire. Soporta comunicación multiprotocolo incluyendo BACnet/IP, comunicación normalmente usada para el control de edificios mediante un controlador BACnet. El Sistema consta de un control, un servidor de conectividad, una fuente de alimentación y módulos de extensión de entradas y salidas. Proporciona funcionalidades avanzadas como una lógica de diseño personalizable para el controlador y un diseño web e interfaz de visualización (ENVYSION) con servicio de inicio de sesión para usuarios, alarmas y programabilidad. Este controlador se utiliza normalmente para el control de unidades de aire, control de plantas, alumbrado, monitoreo eléctrico y otras aplicaciones de carácter similar. En caso de pequeños edificios, se utiliza para el control de la sala de calderas. Éstas últimas, son locales técnicos destinados a albergar equipos de producción de calor (calefacción o/y agua caliente sanitaria), en los cuales la potencia de sus generadores supera los 70 kW. Soporta dos tipos de conexiones: conexión por cable mediante puerto Ethernet y conexión mediante Wifi. Para ambos casos, permite una IP simultánea por cable y Wifi, lo que permite elegir y combinar estos métodos. Además, es posible una conexión remota para técnicos o instaladores, mediante el uso de tres herramientas disponibles:  ENVYSION. Para crear y visualizar la interfaz gráfica.  EC-gfxProgram. Para crear secuencias de control.  myDC Control. Para visualizar, editar y configurar los parámetros de funcionamiento del sistema. Que dicho controlador permita una comunicación IP tiene ciertas ventajas que destacar en nuestro dispositivo. Son las siguientes:  Aumenta la velocidad y mejora el manejo de numerosas aplicaciones, tales como análisis avanzados que requieren gran cantidad de datos.  Experimenta una respuesta más rápida y ahorra tiempo durante la programación, la configuración, la creación y visualización de gráficos, y la mejora de su sistema.  Los técnicos pueden conectarse al controlador mediante una red Wifi Hotspot generada por el propio dispositivo. También pueden conectarse de forma inalámbrica al sistema mediante un dispositivo móvil o portátil, para una puesta en servicio, configuración, programación y mantenimiento más rápido y sencillo. Figura 3.3ECLYPSE Connected System Controller Sistema domótico desarrollado 54 54 Una característica por destacar de este controlador es su modularidad y escalabilidad. Se dimensiona de manera rentable para cumplir los requisitos de cualquier aplicación HAVC desde pequeños a grandes sistemas. El modelo del controlador es capaz de ampliarse para soportar hasta 20 módulos de entrada/salida, lo que se traduce en hasta unas 320 entradas/salidas, y ser capaz de adaptarse a las nuevas exigencias. Atendiendo a nuestro caso, solo tenemos en posesión dos de estos módulos Eclypse, el ECY-PS100-240 o fuente de alimentación, y el ECY-S1000 o módulo de control, automatización y conexión del servidor. Todos los módulos están equipados con uno, en el caso del módulo de alimentación, o dos conectores HD15, en el resto, para facilitar la instalación mediante tecnología “plug&play”. Esta terminología se refiere a la tecnología que permite a un dispositivo ser enchufado a otro sin tener que configurarse, pudiendo así usarlo de forma inmediata. 3.1.2.1 Módulo de fuente de alimentación ECY-PS100-240 Fuente de alimentación de 100-240 V para el controlador ECLYPSE, con protecciones internas para sobreintensidades y sobretensiones. Este dispositivo mantiene una alta eficiencia para que todos los módulos conectados puedan ser alimentados por este. Figura 3.4Módulo Fuente de alimentación Figura 3.5Perspectiva módulo Fuente de alimentación 55 Tabla 3.3Especificaciones ECY-PS100-24 Entrada de alimentación Voltaje 24V CA/CC, +/- 15% Consumo 60VA Frecuencia 50-60 Hz Protección contra sobretensión Fusible reemplazable Tipo de Fusible 4A (GMA-4A) Salida de la fuente de alimentación Voltaje de CC 18VDC regulada Rango de corriente nominal 0 a 1,6 A Potencia nominal 30W Para comprobar que el hardware de este módulo funciona correctamente, se sitúa un LED verde en la parte frontal del dispositivo que mostrará el estado de la fuente de alimentación. Las dimensiones de este módulo son de 120.31 mm de alto, 130.65 mm de anchura y 58.56 mm de profundidad. Dicho dispositivo debe cumplir con unas normas de emisión, en concreto la norma EN61000-6-3: 2007; A1:2011, y unas normas de inmunidad EN61000-6-1: 2007; ambas normas genéricas para uso residencial, entornos comerciales y de industria ligera. 3.1.2.2 Servidor de control, automatización y conectividad ECY-S1000 Fuente de alimentación de 100-240 V para el controlador ECLYPSE, con protecciones internas para sobreintensidades y sobretensiones. Este dispositivo mantiene una alta eficiencia para que todos los módulos conectados puedan ser alimentados por este. El servidor de control, automatización y conectividad va conectado mediante un puerto HD15 al módulo de alimentación y soporta un máximo de 20 módulos de entradas y salidas como extensión. Se encarga del inicio de sesión y la programación de todos los módulos que soporta. Posee dos puertos Ethernet y dos puertos USB 2.0 para la conexión del adaptador Wifi, que permite la comunicación inalámbrica con el dispositivo. En el lateral de este módulo se encuentran a la vista un código QR junto a otra etiqueta con un código de barra y la dirección MAC propia del dispositivo, que serán posteriormente usados para la conexión de los módulos. Figura 3.6Módulo Servidor de control Sistema domótico desarrollado 62 62 Tabla 3.8Características INCA-100-H ELÉCTRICAS Alimentación 12-24VDC/VAC Frecuencia 50-60 Hz Protección contra sobretensión Diodo tránsil Protección contra sobrecorriente PTC Consumo < 600 mW SALIDAS Relé 1 x 5A COMUNICACIONES Tipo LonWorks (ISO/IEC 14908-2) Transceiver FT-X3 Canal FTT-10 (78 kbps) DISPOSITIVO Medidas en mm 80 x 80 x 25 mm Color y material Blanco, ABS UL94-V0 Nivel de protección IP 20 Tabla 3.9Sensores INS-461 Temperatura Rango de Medida -20ºC…70ºC Resolución 0,1ºC Precisión (-10ºC…70ºC) ± 0.5 ºC Precisión (-20ºC…-10ºC) ± 2 ºC Rango de medida 0…95% HR (Sin condensación) Resolución 1% HR Humedad Desviación ±3% HR (10…90% HR) Máxima desviación ±7% HR (0…10% HR y 90…99% HR) Método de detección Autocalibración por sensor infrarrojo Rango de medición 0…5000 ppm Dióxido de Carbono (CO₂) Precisión ± 30 ppm, 3% Repetibilidad ± 20 ppm, 1% Tiempo de arranque < 1 minuto El INCA-100-H es un dispositivo que no requiere mantenimiento en ambientes normales, gracias a que incorpora su propio algoritmo automático de corrección. Este algoritmo mantiene un constante seguimiento de la lectura más baja del sensor, en un intervalo de 7,5 días, y se autocorrige suavemente ante cualquier desviación detectada en comparación con el valor de aire fresco esperado de 400 ppm de CO2. La velocidad de sintonización está limitada a aproximadamente 300 ppm/semana. Además, posee una larga vida útil, superior a 15 años, lo cual ayuda a disminuir altamente el coste de realizar su mantenimiento. 63 Para que el usuario pueda identificar de forma rápida e intuitiva los niveles de calidad del aire, el equipo dispone de un LED tricolor que muestra si el nivel de Dióxido de Carbono se encuentra a un nivel bueno (verde), regular (amarillo o ámbar) o malo (rojo). 3.1.6 Adaptador de red USB a LON-FT (IZOT U-60) Interfaz de red USB a LON-FT para cualquier controlador o dispositivo, que se utiliza para transmitir, recibir e indicar servicios. Es compatible con el programa OpenLDV 5 en ordenadores Windows, junto con la herramienta de integración LonMaker. Posee una entrada hembra, utilizada para conexión con USB, que alimenta el dispositivo con 5V. La máxima potencia que soporta es de 110mA. Posee, por otro lado, un conector de dos vías tipo clip de empuje para LON. En la parte superior del dispositivo se observan tres Leds, de izquierda a derecha, un Led de servicio amarillo etiquetado como “Link” que proporciona una indicación visual del estado de la red del módulo; un led “Rx” en el medio, que parpadea en verde cuando recibe datos desde la red; y un led “Tx” que parpadea en verde cuando los datos se transmiten en la red. Las medias del IZOT U-60 son de 35 x 89.5 x 66.5 mm. El IZOT U-60 tiene dos modos de protocolo de operación, el modo de capa 2 y el modo de capa 5, que pueden ser seleccionados desde la aplicación utilizada. En el modo de capa 2, el módulo implementa las capas 1 y 2 del protocolo ISO/IEC 14908-1 y 1498-2. En el modo de capa 5, implementa las capas de la 1 a la 5 de los mismos protocolos. Cada uno de estos modos será compatible con ciertos dispositivos o programas de Echelon. Figura 3.16IZOT U-60 Sistema domótico desarrollado 64 64 3.2 Montaje 3.2.1 Vista general del montaje Una vez realizada la explicación de cada uno de los dispositivos que usaremos en nuestro proyecto, analizaremos la parte de la puesta en marcha de estos dispositivos, los materiales adicionales utilizados y las conexiones de cada uno de ellos para que todo funcione con normalidad. En primer lugar, hemos de analizar el esquema deliberado para la conexión de todos los dispositivos, lo que se conoce como la arquitectura del proyecto. La siguiente figura plasma el esquema previo de la arquitectura pensada, en el cual nos basaremos para la explicación de los sucesivos apartados de montaje. 3.2.2 Materiales adicionales usados Tras tener una idea básica de cómo comenzar, hemos de seleccionar el resto de materiales necesarios para el montaje. En primer lugar, necesitamos de un tablón de madera o similar que haga la función de plataforma, donde todos los dispositivos puedan apoyarse y sujetarse de forma correcta, debido a que este proyecto, si fuese instalado en algún edificio o complejo, se situaría en el cuadro de contadores de manera vertical, sujeto a la pared. Nuestro objetivo será realizar una especie de maqueta sobre un tablero horizontal con todo el montaje. Para la superficie de montaje hemos utilizado un tablón de tamaño 76x50 cm, de 2 cm de grosor, reciclado de un antiguo mueble de cocina. Distinguimos, por otro lado, tres tipos de cables diferentes: cable de corriente (color rojo), cable ModBus RTU (color azul) y cable LonWorks TP/FT-10 (cable verde). El cable de corriente, también reutilizado, se conectará de la red eléctrica al controlador Eclypse, pasando por el medidor de consumo de energía. Para su conexión, conectaremos el neutro y la fase (bifásico) a donde corresponda. Con el resto de cableado, tanto ModBus como TP/FT-10, hemos tenido una serie de complicaciones. Habíamos pensado utilizar un cable tipo RS-485 para el cableado ModBus y elegir para TP/FT-10 uno de los cinco cables de la tabla 3.9. Figura 3.17Arquitectura del proyecto 65 A la hora de realizar las compras de dichos cables, hemos tenido dificultad para encontrarlos, de hecho, únicamente encontramos cableado ModBus a un elevado precio, 8 €/metro. Tabla 3.10Cables TP/FT-10 a elegir Tipo de cable Diámetro TIA 568A Categoría 5 0.5 mm Belden 8471 1.3 mm Belden 85102 1.3 mm Cable Nivel IV 0.65 mm JY 2x2x0.8 0.8 mm Para solucionar esto, y tras informarnos con la opinión de varios expertos, hemos decidido usar para ambos casos el cable Ethernet de categoría 5. El también conocido como CAT5, es un tipo de cable de par trenzado que puede transmitir datos de hasta 100 Mbps a frecuencias de hasta 100 MHz. Usaremos dos de sus pares para la conexión de nuestros dispositivos. El resto de pares serán prescindibles y nos desharemos de ellos para evitar confusiones. Para unas distancias tan cortas como las de nuestro proyecto, se podrían usar un par de cables cualquiera para ambos pero, en caso de mayores distancias, es más rentable usar el cable Ethernet categoría 5. En el caso de distancias de más de 300 m, es decir, a la hora de realizar la instalación en el entorno de ejecución del proyecto final, se debe invertir en los cables específicos ModBus y TP/TCP-10 que se deseen. Estos pequeños pares del cable CAT5, debido a su pequeño diámetro de aproximadamente 0.5 mm, ha planteado dificultades a la hora de pelar y conectar los cables, ya que con cualquier doblez del cable o pequeño tirón, se rompían. Las conexiones óptimas para el ahorro del cableado se han realizado mediante el uso de 4 empalmes, y los cables se han inmovilizado en la base gracias a 13 sujeciones atornilladas a la base. Para fijar cada uno de los dispositivos a la base, como puede observarse en cada uno de ellos, es necesario hacer uso de un carril DIN para su disposición. También conocido como un carril simétrico perforado de acero galvanizado, se vende en trozos de 2 metros por unos 10 € aproximadamente. Para distribuir todos los elementos en el carril DIN, lo hemos cortado en fracciones de 22, 15, 8 y 6 cm haciendo uso de una segueta. Figura 3.18Cable Ethernet (4 pares) Sistema domótico desarrollado 66 66 Algunos de los dispositivos necesitan de una alimentación de 12 V. Para ello, conectamos todos los dispositivos que necesiten esta alimentación usando empalmes, y los conectamos a un alimentador electrónico estabilizado de 12 V y 5 A que irá posteriormente conectado a la red eléctrica. Para la sujeción de la batería a la base, hemos realizado una pieza deformando aluminio que teníamos en nuestra posesión. La pieza de aluminio tiene unas medidas de 6.5x2x3cm. Figura 3.19Empalmes cableado Figura 3.20Carril DIN Figura 3.21Alimentador 12 V 67 3.2.3 Medidor de consumo eléctrico En primer lugar, previo a comenzar a preparar el cableado a usar, se ha de tener claro cuáles son los terminales que usar con cableado ModBus y cuáles son el neutro y el cable de carga para conexión con la red eléctrica y el siguiente dispositivo. Ambos terminales pueden observarse en las figuras próximas. Carril DIN Una vez observadas las conexiones, usaremos nuestros cables para conectar nuestro dispositivo a la red eléctrica por uno de los terminales de carga y otro neutro. Los otros dos terminales sobrantes, uno de carga y otro neutro, los usaremos para alimentar nuestro controlador Eclypse. Usamos adicionalmente la conexión ModBus para mayor control y envío y recepción de datos, que estará conectada también con el controlador Eclypse. El dispositivo se encontrará situado en el carril DIN, de forma que no podrá extraerse o caerse fácilmente. A continuación, se observa un esquema de las conexiones, así como el resultado final en el proyecto. Figura 3.23Pieza de aluminio batería Figura 3.22Pieza de aluminio batería Figura 3.25Terminales para conexión ModBus Figura 3.24Terminales de neutro y carga Sistema domótico desarrollado 68 68 Figura 3.26Esquema conexiones medidor de consumo Figura 3.27Resultado conexiones medidor de consumo 69 3.2.4 ECLYPSE Connected System Controller Teniendo en cuenta los dos módulos que tenemos en posesión y, sabiendo que irán conectados al medidor de consumo eléctrico, se localizan los terminales para su conexión. Ambos módulos irán sujetos al carril DIN. El módulo fuente de alimentación contiene un terminal con dos entradas, identificadas mediante colores, donde se introduce la carga y el neutro para alimentar el sistema. El módulo servidor de control, automatización y conectividad posee dos puertos Ethernet, dos puertos USB 2.0 y un terminal con colores indicados en su parte posterior para cableado ModBus. En uno de los puertos USB conectaremos la antena Wifi. El terminal ModBus irá conectado con el contador de energía para la transmisión de datos. Para recibir datos de la pasarela LonWorks se conectarán por medio de cable Ethernet. Figura 3.28Esquema conexiones Eclypse Figura 3.29Resultado conexiones Eclypse Sistema domótico desarrollado 70 70 3.2.5 Pasarela QuickServer Atendiendo a la explicación de la pasarela del apartado 3.1.3, se han visto los diferentes puertos de los que dispone nuestro dispositivo. En nuestro caso, sujetaremos el dispositivo por sus laterales con dos tornillos y fijaremos las conexiones con los puertos. Haremos uso de un alimentador de 12V y 5A conectado a la red para alimentar la pasarela. Para la transmisión de datos hacia el controlador Eclypse, usaremos cable Ethernet entre ambos. En la parte inferior del dispositivo, conectaremos el cableado asociado a la alimentación, en la superior se encontrarán los cables asociados a la transmisión de datos de los nodos LonWorks. El cableado utilizado para la transmisión de datos no distingue polaridad negativa o positiva, mientras que en el asociado a la alimentación es imprescindible tener esto en cuenta. Figura 3.30Esquema conexiones pasarela Figura 3.31Resultado conexiones pasarela 71 3.2.6 Nodo de control de entradas y salidas INS-461 Distinguimos 4 entradas básicas de cableado a este dispositivo. Dos de ellas asociadas a su alimentación, y las otras dos asociadas a la transmisión de datos LonWorks. Las conexiones pueden observarse en la figura 3.14, correspondiendo a los terminales 11, 12, 9 y 10 respectivamente. Al ser un dispositivo de conexión de entradas y salidas, será posible, a partir de éste, conectar distintos dispositivos, sensores o actuadores, para interactuar sobre ellos. Figura 3.32Resultado conexiones INS-461 Sistema domótico desarrollado 78 78 Figura 3.44Menú herramientas LonMaker Para poder agregar un nodo a la red domótica, se selecciona el icono “Device” del menú de herramientas y se arrastra hasta el lienzo blanco de la pantalla del Microsoft Visio. Una vez soltado en la pantalla, se abrirá la pestaña de configuración del nuevo nodo a añadir. En la primera pestaña, figura 3.46, se elegirá nombre para el dispositivo a añadir y, si se encuentra conectada la red domótica físicamente, se puede seleccionar la opción “Commision Device” con el fin de que este nodo se active automáticamente. Figura 3.45Icono Device Figura 3.46Asistente nuevo dispositivo 79 Tenemos, por otro lado, la opción de elegir qué tipo de firmware utilizaremos, así que seleccionando la opción “Load XIF” buscaremos el XIF más apropiado para nuestras necesidades entregado por el proveedor de los nodos domóticos. Estos archivos se encontrarán en la ruta C:/LonWorks/Import. También se muestran las opciones para indicar el tipo de canal que se está utilizando junto a su nombre. Figura 3.47Asistente nuevo dispositivo Figura 3.48Asistente nuevo dispositivo Sistema domótico desarrollado 80 80 La última pestaña del asistente para crear un nuevo dispositivo mostrará información acerca del nodo, y además, nos permitirá seleccionar el Intervalo de Pings o “Ping Interval” que se desea dar al nodo con el fin de verificar que éste se encuentre activado y/o presente en la red. En nuestro proyecto tenemos tres dispositivos diferentes. El LNS Network Interface se refiere al adaptador que permite la comunicación PC – Red LON. Los otros dos dispositivos son el INCA-100 y el INS-461, nodos de control de calidad de aire y de entradas/salidas respectivamente. Se observa en la siguiente figura que los nodos presentan un color verde, esto significa que se encuentran comisionados y conectados; en el caso de que no hayan sido comisionados o que no se encuentren conectados, presentarán un color amarillo pálido. Figura 3.49Asistente nuevo dispositivo Figura 3.50Nodos LonWorks 81 Los nodos pueden ser comisionados (activados) mediante dos métodos: utilizando el pin de servicio o mediante la escritura del Neuron ID da cada nodo. En este caso, en la configuración de cada nodo, puede observarse su Neuron ID. Se muestra en la tabla 3.10. Tabla 3.11Neuron IDs Nodo Neuron ID LNS Network Interface FE3A741246AE INCA-100 0700077F6700 INS-461 070270608900 Cada nodo debe tener obligatoriamente al menos un “Bloque Funcional”, que será el que contenga las diferentes variables de red, configuraciones y conexiones. Estos bloques funcionales representarán a los nodos y sus funciones. Para agregar un Bloque Funcional usaremos el icono “Functional Block” del menú de herramientas. Tendremos que asignarle un nombre, el nodo al que pertenece y algunas características adicionales. Posteriormente, podremos agregar variables de red de entrada o de salida y conectores mediante el uso de los iconos de la figura 3.53. Figura 3.52Icono Bloque Funcional Figura 3.53Asistente nuevo bloque funcional Figura 3.51Iconos adicionales Sistema domótico desarrollado 82 82 3.3.1.1 LNS Network Interface. Adaptador de red USB a LON-FT El dispositivo creado hará referencia al adaptador de red USB a LON-FT que será el responsable de la comunicación de la red con los nodos restantes. En este caso, este dispositivo no dispone de bloques funcionales asociados. A continuación, se muestran las características del nodo añadido al LonMaker. Figura 3.54Nodo LNS de la red Figura 3.55LNS Atributos 83 Figura 3.56LNS Identificadores Figura 3.57LNS Propiedades básicas Sistema domótico desarrollado 84 84 Figura 3.58LNS Propiedades avanzadas Figura 3.59LNS Atributos NSD 85 Figura 3.60LNS Bloques funcionales Figura 3.61LNS Documentación Sistema domótico desarrollado 86 86 3.3.1.2 INCA-100. Nodo de control de calidad del aire Nodo referente al dispositivo de control de calidad del aire. En este caso, crearemos tres variables de red de salida asociadas a nuestro nodo. A continuación se muestran las características del nodo, los bloques funcionales y sus variables de red asociadas. Figura 3.62Nodo INCA-100 de la red Figura 3.63INCA-100 Atributos 87 Figura 3.64INCA-100 Identificadores Figura 3.65INCA-100 Propiedades básicas Sistema domótico desarrollado 94 94 Figura 3.79Bloque funcional Humedad variable de red Figura 3.80 Bloque funcional CO2 variable de red 95 Figura 3.81 Bloque funcional CO2 atributos Figura 3.82 Bloque funcional CO2 documentación Sistema domótico desarrollado 96 96 En resumen, las variables de red utilizadas se muestran en la siguiente tabla. Existen muchas más variables de red, que pueden ser analizadas en el manual del fabricante, de las que podremos hacer uso en un entorno real con mayores aplicaciones para estos nodos. Tabla 3.12Variables de red de salida INCA-100 NOMBRE TIPO VALORES FUNCIONALIDAD nvoHVACTemp SNVT_temp_p -20ºC – 99ºC Indica la temperatura media por el nodo INCA-100 nvoHVACRH SNVT_lev_percent 0.00% - 100.00% Indica la humedad media por el nodo INCA-100 nvoC02ppm SNVT_oom 0 – 65535 ppm Indica el valor de ppms de CO2 en el ambiente Figura 3.83 Bloque funcional CO2 propiedades 97 3.3.1.3 INS-461. Nodo de control de entradas y salidas El otro nodo de nuestra red LonWorks será el INS-461. Dispondrá de un bloque funcional con cinco variables de red de entrada y cuatro variables de red de salida. Este dispositivo se utilizará mayormente para el control de luminarias y riegos. Figura 3.84Nodo INS-461 de la red Sistema domótico desarrollado 98 98 Figura 3.85INS-461 Atributos Figura 3.86INS-461 Identificadores 99 Figura 3.87INS-461 Propiedades básicas Figura 3.88INS-461 Bloques funcionales Sistema domótico desarrollado 100 100 Figura 3.89INS-461 Documentación Figura 3.90INS-461 Propiedades avanzadas 101 Este nodo posee gran cantidad de variables de red, que pueden observarse con mayor detenimiento en los manuales proporcionados por el fabricante. En nuestro proyecto únicamente haremos uso de las variables de red explicadas en las tablas siguientes. La definición del bloque funcional asociado al nodo también puede observarse en las próximas figuras. Tabla 3.13Variables de red de entrada INS-461 TIPO DEFINICIÓN DESCRIPCIÓN FUNCIONALIDAD SNVT_switch nviRele1 Valores: (100, 0 1),(0, 0 0) Esta variable se utiliza para activar/desactivar el circuito de salida OUT1 del nodo. Cuando toma el valor (100, 0 1) se activa la salida y cuando toma el valor (0, 0 0) se desactiva. SNVT_switch nviRele2 Igual que nviRele1 pero para la salida OUT2. Igual que nviRele1 pero para la salida OUT2. SNVT_switch nviRele3 Igual que nviRele1 pero para la salida OUT3. Igual que nviRele1 pero para la salida OUT3. SNVT_switch nviRele4 Igual que nviRele1 pero para la salida OUT4. Igual que nviRele1 pero para la salida OUT4. SNVT_switch nviReleC Esta variable se emplea para realizar una actuación sobre las variables nviRele1, 2, 3 y 4. Tabla 3.14Variables de red de salida INS-461 TIPO DEFINICIÓN DESCRIPCIÓN FUNCIONALIDAD SNVT_switch nviEstCir1 Valores: (100, 0 1),(0, 0 0) Esta variable se utiliza para informar del estado que tiene la salida OUT1 en cada momento. Toma el valor (100, 0 1) cuando la salida OUT1 del nodo se encuentra activada y el valor (0, 0 0) cuando está desactivada. SNVT_switch nviRele2 Igual que nviEstCir1 pero para la salida OUT2 del nodo. Igual que nviEstCir1 pero para la salida OUT2 del nodo. SNVT_switch nviRele3 Igual que nviEstCir1 pero para la salida OUT3 del nodo. Igual que nviEstCir1 pero para la salida OUT3 del nodo. SNVT_switch nviRele4 Igual que nviEstCir1 pero para la salida OUT4 del nodo. Igual que nviEstCir1 pero para la salida OUT4 del nodo. Sistema domótico desarrollado 102 102 Figura 3.91Bloque funcional INS-461 Figura 3.92 Bloque funcional INS-461 atributos 103 Figura 3.93 Bloque funcional INS-461 documentación Figura 3.94Bloque funcional INS-461 variables de red Sistema domótico desarrollado 110 110 Figura 3.109Información conexión LonWorks Figura 3.110Configuración conexión BACnet-IP 111 Gracias a esta pestaña que muestra las diferentes conexiones de nuestro proyecto será posible observar que la comunicación se realiza de manera correcta y, en caso de fallo, identificar la ubicación de los errores. En la sección de “Nodes” dentro del menú “View”, se observan los diferentes dispositivos que intervienen en la conexión. En la figura 3.112 pueden observarse los diferentes nodos de nuestro proyecto, así como la carencia de errores que afectan al sistema. La pestaña “Map descriptors” dentro del menú “Views” mostrará las variables de red de todos los dispositivos conectados a la red. Estas variables se han configurado en el archivo .CSV visto previamente. En nuestro caso, de las doce variables de red que usamos en nuestro proyecto LonMaker, mostramos en la figura 3.113 la variable que muestra el valor de la temperatura actual. Figura 3.111Información conexión BACnet-IP Figura 3.112Información acerca de los nodos de la red Sistema domótico desarrollado 112 112 Figura 3.114Datos del Data Array de la pasarela Por último, el submenú “Data Arrays” del menú “View”. Éstos serán los vectores, o vector, donde se guardarán los datos en nuestra pasarela. Podremos observar una vista genérica sobre todos los vectores de nuestra pasarela (figura 3.114), donde, en la última columna llamada “Data Age”, nos muestra cada cuanto son actualizados los datos de dicho vector. En nuestro caso, ronda los 300 ms. En la figura 3.115 puede observarse la información de dicho vector, en la cual es posible observar el valor de la temperatura actual (28.7ºC) de la que antes hablamos (variable número 2). Figura 3.113Información variables de red Figura 3.115Data Array de la pasarela QuickServer 113 3.3.3 ECLYPSE Connected System Controller Vamos a conectarnos al controlador ECLYPSE por medio de conexión Wifi. Los pasos son similares usando cableado Ethernet. Una vez realizado el montaje, estamos listos para conectarnos desde nuestro ordenador. El SSID o nombre de la red inalámbrica contiene los últimos seis dígitos de la dirección MAC situada en el lateral del módulo servidor de control, automatización y conectividad ECLYPSE. En nuestro caso la dirección MAC es E8: EB:11:88:03:5C y el nombre de la red Wifi es ECLYPSE-88035C. La contraseña por defecto para acceder a la red es “eclypse1234”. Es muy importante modificar todas las configuraciones por defecto después del primer inicio de sesión. Abrimos un buscador, Google Chrome es el recomendado por el fabricante, y escribimos en la barra de búsqueda la dirección IP por defecto para conectarnos, “192.168.0.1”. Si estuviésemos trabajando con cable Ethernet la dirección IP por defecto sería “172.16.254.1”. En nuestro caso la dirección IP mediante la que nos conectaremos al dispositivo es “192.165.1.242”. Un dato a tener en cuenta en ciertos navegadores es que si la IP no genera la página de inicio, lo más seguro es porque haya que usar el protocolo https. Tabla 3.15 Direcciones IP ECLYPSE Wifi (por defecto) 192.168.0.1 Ethernet (por defecto) 172.16.254.1 Wifi (a usar) 192.165.1.242 Ahora puede observarse la página de bienvenida de la interfaz de Eclypse. Aquí iniciamos sesión con usuario y contraseña admin, ambos definidos por defecto. La contraseña es importante cambiarla después del primer inicio de sesión, en nuestro caso la contraseña es “Ctrl1234” y el usuario sigue siendo el mismo. Figura 3.116 Página de bienvenida Eclypse Sistema domótico desarrollado 114 114 Figura 3.118 Pestaña Network configuración Ethernet Esta es la parte de configuración de la interfaz web. Aquí pueden observarse y modificarse ajustes del controlador, ajustes BACnet, ajustes de la red y del servidor, ajustes de usuario y otra información del dispositivo. En la pestaña de “Home” se encuentra la información básica del dispositivo: el nombre del controlador, su instancia BACnet, la identificación del host, la dirección MAC del aparato y la fecha y hora configuradas en éste. Posteriormente, se observa el menú “Network”. Figura 3.117 Página de inicio Eclypse 115 En la pestaña de ajustes de red o “Network” es posible configurar los parámetros para la conexión mediante cable Ethernet y para la conexión inalámbrica por Wifi. En los ajustes de red Ethernet podrá definirse una IP fija, como es nuestro caso, o usar DHCP, dejando que la IP se asigne dinámicamente. En el submenú “Wireless” de estos ajustes de red, se trata la configuración de la conexión mediante Wifi. Se distinguen tres modos de conexión desde el dispositivo:  Modo Hotspot. Punto de acceso a red. Es posible cambiar el nombre, encriptación y clave de seguridad de esta red, así como la IP fija para acceder al controlador Eclypse.  Modo Access-Point. Actúa como dispositivo que interconecta equipos de comunicación inalámbrica para construir una red.  Modo Client. El dispositivo se conectará a la red que elijamos, al igual que nuestro propio ordenador, como un cliente más. Desde la red elegida para conectarse será posible acceder al dispositivo definiendo correctamente la IP y la submáscara de red. En la pestaña de “BACnet” mostrada posteriormente tendremos el nombre del controlador, con los últimos seis dígitos de la dirección MAC del dispositivo, junto a un identificador asociado que será único para toda la red de dispositivos que quiera montarse. Adicionalmente, se puede especificar localización y una breve descripción. En otra subpestaña “Network IP Ports” dentro de los ajustes BACnet tenemos el número de red, que es usado con propósitos de identificar y conectar, pudiendo tener un número del 1 al 605534. Tras esto se encuentra el puerto IP UDP BACnet, éste es el puerto que se usa para transmitir mensajes de la tecnología BACnet. Tras ello podemos activar BBMD, dispositivo de gestión para la transmisión BACnet. Si tenemos otro dispositivo Eclypse en la red, tendremos que activar esta casilla, permitiendo el envío y recibimiento de mensajes a otros dispositivos BBMD. Podremos añadir otros dispositivos completando su IP, submáscara de red y mediante qué puerto se comunica. En nuestro caso no tenemos ningún dispositivo para conectar. Figura 3.119 Pestaña Network configuración Wifi Sistema domótico desarrollado 116 116 Una vez que hemos terminado de configurar los ajustes BACnet, tenemos la gestión de usuario. Observamos la configuración local, con la cual hemos iniciado sesión (admin), donde podremos crear nuestro propio usuario. Adicionalmente, podrá cambiarse los ajustes de configuración de la contraseña a definir por el usuario en el primer inicio de sesión, modificando los números mínimos de caracteres, mayúsculas, minúsculas y números para delimitarla como se desee. Figura 3.120 Pestaña configuración BACnet General Figura 3.121Pestaña configuración BACnet Network IP Ports 117 Figura 3.122Pestaña ajustes de usuario Figura 3.123 Pestaña configuración contraseña Sistema domótico desarrollado 118 118 Por último, se muestra la información del sistema. En el apartado de información, se muestra una descripción general del dispositivo y datos acerca de las conexiones que permite llevar a cabo. En la pestaña de extensiones, se mostrarán los dispositivos conectados a nuestro controlador Eclypse. Se establece la fecha y hora, junto con la zona horaria, siendo posible añadir el tiempo atmosférico y la ciudad dónde se encuentra el dispositivo, todo ello en el submenú de localización y tiempo. A continuación, tenemos los ajustes de acceso a la red. Por defecto está activado el protocolo https que usa el puerto 443, al igual que puede activarse el protocolo http cuyo puerto por defecto es el 80. Tras los ajustes del acceso a red, tenemos las licencias, que pueden ser importadas mediante el servidor o desde el propio PC. En nuestro caso tenemos licencias de hardware, de email, modbus y envysion. En la pestaña “FIPS 140-2”, si activamos este modo reiniciará el controlador y deshabilitará el Wifi, por lo que no es algo recomendado a realizar en este momento. Para acabar, tenemos el submenú de backup & restore, donde es posible realizar tantas copias de seguridad como se quiera, así como restaurar alguna de ellas. Figura 3.124 Pestaña configuración BACnet Figura 3.125 Pestaña configuración general del sistema 119 Figura 3.126Pestaña configuración general del sistema Figura 3.127Pestaña configuración localización/tiempo del sistema Sistema domótico desarrollado 126 126 Figura 3.140Gráficas proyecto ENVYSION Figura 3.141Gráfica Corriente Figura 3.142Gráfica Frecuencia 127 Figura 3.144Gráfica Potencia Activa Figura 3.143Gráficas Tensión Figura 3.145Gráfica Potencia Aparente Sistema domótico desarrollado 128 128 El resto de las pantallas harán referencia a cada dispositivo del que se toman datos, es decir, del INS-461, el INCA-100 y el medidor de consumo eléctrico. Adicionalmente, tenemos una pantalla dedicado a las alarmas, donde podrán observarse en caso de que haya saltado alguna. En cada pestaña asociada a los dispositivos se observarán los datos recibidos en los diferentes widgets añadidos a la pantalla. En el caso del INS-461, o nodo de control de entradas y salidas, podremos interactuar modificando sus variables de red de entrada, activando o desactivando algunos de sus relés. En las imágenes posteriores se observa todo lo comentado. Figura 3.146Gráfica Temperatura (rojo) y Humedad (negro) Figura 3.147Gráfica CO2 Figura 3.148Consola de errores 129 Figura 3.149Pantalla INS-461 Figura 3.150Pantalla INCA-100 Sistema domótico desarrollado 130 130 Con todo esto damos por finalizado nuestro proyecto Eclypse. Quedan delimitados, definidos y observados todos los nodos conectados a nuestra pequeña red, junto a toda la información que cada uno de ellos contiene. Este proyecto, en el caso de que fuese a implantarse en una instalación real, tendría un tamaño mucho mayor, con mayor número de dispositivos conectados a la red, pero la base para realizar el proyecto con este controlador sería la misma que la vista en nuestro proyecto. Figura 3.151Pantalla medidor de consumo eléctrico 131 3.3.4 Medidor de consumo eléctrico Antes de comenzar se muestra un esquema que aclara la simbología del panel frontal y la del medidor de consumo. Tras tener claro la simbología del dispositivo, se explican las diferentes pantallas que el display puede mostrar. Para cambiar entre pantallas bastará con una simple pulsación del botón verde. Como se observa en la figura expuesta a continuación, el display irá cambiando entre las diferentes pantallas, permitiendo así observar los valores instantáneos de tensión, intensidad, potencia y frecuencia, entre otros. En la primera columna de la figura, se encuentran los valores que permiten acceder a contadores parciales. Para ello, cuando estemos situados en el valor que queramos comenzar a contabilizar, se pulsará el botón al menos dos segundos y aparecerá la letra ‘P’ parpadeando. Debemos pulsar de nuevo la tecla para pasar por un submenú en el que podremos empezar, parar o resetear el contador. Para ello, habrá que accionar el botón durante tres segundos y observar como aparece una ‘C’ en la esquina inferior izquierda y la ‘P’ desaparece. Figura 3.152 Simbología panel frontal Figura 3.153 Simbología medidor Sistema domótico desarrollado 132 132 Existe también una pantalla dedicada a la programación del dispositivo donde puede leerse ‘SETUP’. Es posible gracias a ésta, cambiar la velocidad de comunicación del cableado Modbus, así como su dirección. También pueden configurarse todos y cada uno de los contadores de energía explicados, pudiendo resetear todos de una sola vez. Para salir y entrar de esta pantalla, se pulsará el botón durante dos segundos, siendo posible en la salida guardar o salir sin guardar. Figura 3.154Medidas reales del dispositivo 133 4 CONCLUSIONES Y LÍNEAS DE DESARROLLO FUTURAS DEL SISTEMA UTILIZADO Una vez finalizado el proyecto, se ha realizado con éxito el estudio de los diferentes dispositivos que componen nuestra maqueta, junto a sus tecnologías domóticas. La investigación ha mostrado la gran ventaja del uso de tecnologías como BACnet, Modbus y LonWorks para la creación de un sistema domótico de gestión de edificios, consiguiendo una funcionalidad de los productos y servicios acorde con las expectativas y necesidades del usuario final. Se ha realizado un montaje completo de un pequeño sistema domótico formado por seis dispositivos, a través de los cuales, podrán controlarse y gestionarse funciones de energía e iluminación en la instalación deseada a implantarlo. Se ha conseguido dar a conocer cada una de las tecnologías presentes, así como el uso y programación de los dispositivos utilizados. Visto todo lo anterior, este diseño podría dar lugar a implementaciones en instalaciones o edificios, donde aumentarían el número de dispositivos y controladores a utilizar. En la investigación del campo asociado al controlador Eclypse, se podría ampliar la ejecución del estudio creando un proyecto Envysion, que consta de mayores y más atractivas visualizaciones en tres dimensiones, siendo posible la simulación de una gran instalación con mayores implementaciones. El uso de todas las tecnologías que se han manejado en esta investigación, tienen como fin mejorar la calidad de vida de los usuarios que las usan. Actualmente, el estilo de vida que se lleva en países desarrollados y la economía del tiempo, favorece el crecimiento de estas tecnologías, ya que cada vez más usuarios desean prescindir de determinadas tareas y hacer uso de tecnologías domóticas como éstas, que suponen un gran ahorro en su economía. La domótica avanza a un ritmo tan frenético que resulta casi imposible atender a todas las novedades que surgen, pero de lo que sí podemos estar seguros es que esta tecnología cada vez mejora y está más presente en nuestras vidas. Conclusiones y líneas de desarrollo futuras del sistema utilizado 134 134 135 BIBLIOGRAFÍA José María Maestre Torreblanca. Domó/ca para ingenieros. Paraninfo. ISBN. Cristóbal Romero, Francisco Vázquez y Carlos de Castro, Domó/ca e Inmó/ca. Viviendas y Edificios Inteligentes, Ed. Ra-Ma, 2010 J.M. Huidobro y R. Millán, Manual de Domó/ca, Ed. Creaciones Copyright, 2010 https://www.domodesk.com https://www.casadomo.com/ http://www.cedom.es https://www2.knx.org/ https://unitel-tc.com/ http://www.zigbee.org/ http://www.tst-sistemas.es/ http://www.z-wave.com https://www.lonmark.org/ https://www.echelon.com/ http://www.bacnet.org/ http://www.logicbus.com.mx/ http://www.controlli.es/ https://www.buildings.com/ http://www.distech-controls.com https://www.sierramonitor.com http://www.protoconvert.com https://www.digikey.com