Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Mecnica Elctrica

TECNOLOGA PARA AUTOMATIZACIN DE EDIFICIOS

Victor Hugo Gmez Velsquez

Asesorado por el Ing. Jos Luis Contreras Gonzlez

Guatemala, agosto de 2008

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

TECNOLOGA PARA AUTOMATIZACIN DE EDIFICIOSTRABAJO DE GRADUACIN

PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERA POR

VICTOR HUGO GMEZ VELSQUEZASESORADO POR EL INGENIERO JOS LUIS CONTRERAS GONZLEZ AL CONFERRSELE EL TTULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

GUATEMALA, AGOSTO DE 2008

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA

NMINA DE JUNTA DIRECTIVADECANO VOCAL I VOCAL II VOCAL III VOCAL IV VOCAL V SECRETARIA Inga. Marcia Ivnne Vliz Vargas Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos Inga. Glenda Patricia Garca Soria Inga. Alba Maritza Guerrero de Lpez Ing. Miguel ngel Dvila Caldern Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADODECANO EXAMINADOR EXAMINADOR EXAMINADOR SECRETARIA Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos Ing. Armando Glvez Castillo Ing. Manuel Fernando Morales Mazariegos Ing. Marvin Marino Hernndez Fernndez Inga. Marcia Ivnne Vliz Vargas

ACTO QUE DEDICO A:

DIOS

Por su amor incondicional.

MIS PADRES

Juventino Gmez y Delfina Velsquez,

por

sus sabios consejos, que han guiado mi vida.

MI ESPOSA

Ana, con todo mi amor, por su apoyo y paciencia.

MIS HIJOS

Lourdes, Sofa y bebe, por ser la fuente de mi esfuerzo y dedicacin.

MIS HERMANOS

Brenda, Juventino, Claudia y Jorge, por su apoyo en los momentos difciles.

MI FAMILIA

Con cario y respeto.

MIS COMPAEROS DE ESTUDIO Y AMIGOS Por todos los momentos vividos a lo largo de este camino.

AGRADECIMIENTOS A:

La Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Mecnica elctrica Por darme la oportunidad de vivir la experiencia de aprender en sus aulas.

El Ingeniero Jos Luis Contreras Por apoyarme en la elaboracin de mi trabajo de graduacin.

El Ingeniero Edvin Waldemar Sajquim Por su apoyo y orientacin al iniciar mi profesin.

NDICE GENERAL

NDICE DE ILUSTRACIONES GLOSARIO RESUMEN OBJETIVOS INTRODUCCIN

VII IX XI XIII XV

1. GENERALIDADES Y CONCEPTOS BSICOS 1.1. Flexibilidad del edificio 1.2. Integracin de servicios 1.3. El diseo 1.4. Antecedentes histricos 1.5. Definiciones 1.5.1. Qu es Domtica? 1.5.2. Qu es Inmtica? 1.6. Caractersticas de los sistemas Domticos e Inmticos 1.6.1. Aplicaciones 1.6.1.1. 1.6.1.2. 1.6.1.3. 1.6.1.4. 1.6.1.5. Gestin de confort agregado Gestin en el consumo de energa elctrica Gestin de seguridad Gestin de entretenimiento y comunicaciones Gestin de servicios para personas con discapacidad y mayores de edad 1.7. Descripcin general de requisitos para automatizacin 1.7.1. Administracin del edificio , reas generales 1.7.2. Administracin del edificio, reas privadas 1.7.2.1. 1.7.2.2. Qu funciones realizar? Cundo realizarlas? 12 13 13 13 14 14 01 01 01 02 03 03 04 05 06 07 07 08 11

I

1.7.2.3.

Cmo realizarlas?

14 15 15 16 16 16 16

1.7.3. Propiedades de un sistema Inmtico 1.7.3.1. Integracin de sistemas

1.7.3.1.1. Gestin energtica 1.7.3.1.2. Gestin de confort 1.7.3.1.3. Gestin de seguridad 1.7.3.1.4. Gestin de comunicaciones

2. TECNOLOGAS PARA SISTEMAS DE AUTOMATIZACIN Y CONTROL 2.1. Clasificacin 2.1.1. Red de datos 2.1.2. Red multimedia 2.1.3. Red de seguridad 2.1.4. Red Inmtica 2.2. Descripcin de tecnologas para redes Inmticas 2.2.1. Tecnologas para interconexin de dispositivos 2.2.1.1. 2.2.1.2. 2.2.1.3. 2.2.1.4. Interfaz almbrica USB Firewire IEEE 1394 Bluetooth IEEE 802.15 Infrared Data Association IrDa 17 17 18 18 18 19 19 19 22 23 26 28 28 30 32 33 35 36

2.2.2. Tecnologas para redes de datos 2.2.2.1. 2.2.2.2. 2.2.2.3. 2.2.2.4. 2.2.2.5. Homeplug Ethernet IEEE 802.3 Home PNA Wifi IEEE 802.11 Wimax IEEE 802.16

2.2.3. Tecnologas sistemas de automatizacin y control

II

3. ARQUITECTURA DE LAS REDES 3.1. Clasificacin 3.1.1. Arquitectura de red distribuida 3.1.2. Arquitectura de red centralizada 3.1.3. Arquitectura de red descentralizada 37 37 39 41

4. PROTOCOLOS DE COMUNICACIN Y MEDIOS DE TRANSMISIN 4.1. Definicin de protocolo de comunicacin 4.1.1. Protocolo o sistema abierto 4.1.2. Protocolo o sistema propietario 4.1.3. Protocolo estndar 4.1.3.1. 4.1.3.2. 4.1.3.3. 4.1.3.4. Protocolo de comunicacin X10 Protocolo Estndar EHS Protocolo BatiBUS Protocolo LonWorks 43 43 44 44 45 48 49 51 52 53 54 54 55 56 58 59 61 61 62 63

4.1.3.4.1. Red LON 4.1.3.4.2. Protocolo Lon Talk 4.1.3.4.3. Neuron chip 4.1.3.4.4. Transceptores LONWORKS 4.1.3.4.5. Software de red y aplicaciones 4.1.3.5. 4.1.3.6. 4.1.3.7. Protocolo Konnex (KNX) Protocolo BACnet Protocolo CEBus

4.2. Topologa de una red de comunicacin 4.2.1. Configuracin en estrella 4.2.2. Configuracin en anillo 4.2.3. Configuracin en bus

III

4.2.4. Configuracin en rbol 4.3. Medios de transmisin 4.3.1. Transmisin por corriente portadora 4.3.2. Transmisin por cables conductores de cobre 4.3.3. Transmisin por cable coaxial 4.3.4. Transmisin por fibra ptica 4.3.4.1. 4.3.4.2. Fibra monomodo Fibra multimodo

64 65 66 67 68 69 70 70 71 72

4.3.5. Transmisin por infrarrojo 4.3.6. Transmisin por radio frecuencia

5. ELEMENTOS SENSORES Y TRANSMISORES 5.1. Caractersticas y definiciones 5.2. Clasificacin de sensores 5.2.1. Sensores segn tipo de alimentacin 5.2.1.1. 5.2.1.2. Sensor activo Sensor pasivo 75 76 76 77 77 77 77 78 80 82 82 84 86 87 87 88

5.2.2. Aplicacin de sensores 5.2.2.1. 5.2.2.2. 5.2.2.3. 5.2.2.4. Sensores para nivel lumnico Sensores para control de climatizacin Sensores para deteccin de incendio Sensores para control de presencia

5.2.2.4.1. Sensores lineales 5.2.2.4.2. Sensores volumtricos 5.2.2.4.3. Sensores perimetrales 5.2.2.4.3.1. Sensores ssmicos 5.2.2.4.3.2. Sensores para detectar rotura de vidrios 5.2.2.4.3.3. Sensores para apertura de puertas

IV

5.2.2.4.3.4. Sensores para detectar fugas de gas 5.3. Elementos transmisores 5.3.1. Interfaz telefnico 5.3.2. Mandos a distancia 5.3.3. Interruptores

88 88 89 90 90

6. ELEMENTOS ACTUADORES 6.1. Actuador electromecnico (motor) 6.1.1. Motores de AC. 6.1.2. Motores de DC. 6.1.3. Motores paso a paso 6.2. Actuador electromecnico (electro-vlvula) 6.2.1. Vlvulas de corte 6.2.2. Vlvulas de control 6.3. Actuador acstico (sirena) 6.4. Actuador electromecnico (rels y contactores) 6.5. Controlador 93 94 94 94 94 95 95 95 95 96

7. CONSIDERACIONES BSICAS PARA LA AUTOMATIZACIN 7.1. reas a automatizar 7.2. Definicin de variables 7.3. Eleccin de medio de transmisin 7.4. Tipos de conductores 7.4.1. Par trenzado UTP 7.4.2. Par trenzado STP 7.4.3. Fibra ptica 7.5. Diagramas y esquemas de control 99 100 101 101 101 101 101 102

V

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFA

103 105 107

VI

NDICE DE ILUSTRACIONES FIGURAS 1. Integracin de sistemas 2. Clasificacin de los protocolos IrDa 3. Arquitectura de red distribuida 4. Arquitectura de red centralizada 5. Arquitectura de red descentralizada 6. Esquema de un bus LonWorks 7. Configuracin en estrella 8. Configuracin en anillo 9. Configuracin en bus 10. Configuracin en rbol 11. Caractersticas del cable coaxial 15 26 39 40 42 56 62 63 64 65 69

TABLAS

I II

Familia de transceptores Lonworks reas y variables

55 97

VII

VIII

GLOSARIO

Protocolo TCP/IP

Es un protocolo que proporciona transmisin de paquetes de datos sobre redes. Es la base del Internet que sirve para enlazar

computadoras sobre redes de rea local y rea extensa.

Tecnologa GSM

(Global

System

Mobile)

Tiene

como

caracterstica el uso de un chip inteligente que contiene toda la informacin telefnica

personal; lo que permite la posibilidad de cambiar de equipo fcilmente. Lan Es un sistema de transmisin de datos, que facilita compartir los recursos informticos en un rea geogrfica relativamente pequea. Firewire Se denomina al puerto de comunicaciones de alta velocidad. Se trata de una tecnologa para la entrada/salida de datos en serie, a alta velocidad, y la conexin de dispositivos digitales.

DIP Switch

Dispositivo

que

permite

seleccionar

dos

conexiones elctricas para cambiar alguna configuracin.

IX

Cable coaxial

Es un cable elctrico formado por dos conductores concntricos, uno central o

ncleo, formado por un hilo slido o trenzado de cobre y uno exterior en forma de tubo o vaina.

ISO

Es un prefijo de afinidad o igualdad. Se origina del griego y significa igualdad.

Modelo OSI

Lineamiento

funcional

para

tareas

de

comunicaciones, no especifica un estndar. Nace de la necesidad de uniformizar los elementos que participan en la solucin del problema de comunicacin entre equipos de cmputo de diferentes fabricantes.

Router

Es

un

dispositivo

de

hardware

para

interconexin de red de computadoras. Este dispositivo permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes, o determinar la ruta que debe tomar el paquete de datos.

Kbps

(Kilobits per second) Medida de velocidad de transmisin. Equivalencia 1 Kbyte = 10 Bytes = 1.024 Bytes.

X

RESUMEN

En los ltimos aos, el estudio de la ingeniera elctrica supone tratar temas tan diversos como: el control de la iluminacin de grandes espacios, administracin eficiente del consumo energtico, suministro de las ltimas tecnologas para comunicaciones, integracin de sistemas tan diversos como la deteccin de incendios, sistemas de audio y video, control y acceso, etc. Para ello, desde hace algunas dcadas, en varios pases se han ejecutado proyectos que integran todos estos sistemas. Debido a la aparicin de diversos fabricantes, se ha dispuesto por entidades internacionales la normalizacin de protocolos de comunicacin, dispositivos de control, etc. El conocimiento de estas nuevas tecnologas de administracin y control, se hace necesario e indispensable para la ejecucin de nuevos proyectos que requiere este mundo globalizado. Asimismo, el elevado costo de la energa elctrica, est empujando a las sociedades a volver la vista a otras formas de energa alternativa, que ayuden a minimizar el impacto econmico y ambiental que la actual generacin elctrica est provocando.

XI

XII

OBJETIVOS

GENERAL

Cooperar con la Facultad de Ingeniera, para que los nuevos profesionales en general, tengan las herramientas bsicas para el diseo, seleccin y especificacin de los equipos necesarios para automatizar un edificio.

ESPECFICOS

1. Conocer los protocolos y productos para el control y automatizacin de las instalaciones elctricas.

2. Presentar una alternativa nueva, a las opciones de ejercicio profesional, como integrador de servicios o sistemas.

3. Abrir un nuevo campo de estudio cuya convergencia de aplicacin, abarque sistemas de control energtico, telecomunicaciones,

seguridad, climatizacin, etc.

XIII

XIV

INTRODUCCIN

El sistema elctrico puede considerarse la columna vertebral de todo edificio. Sin electricidad no tenemos iluminacin, calefaccin, climatizacin, agua potable, elevadores, comunicaciones, seguridad etc. Un edificio automatizado busca tres grandes objetivos: confort, ahorro de recursos y seguridad. Para esto es necesario que desde el diseo arquitectnico se inmiscuya el ingeniero electricista para prever todos los espacios necesarios para las canalizaciones precisas que brindarn un control y monitoreo eficaz de todos los sistemas.

La automatizacin requiere que se cuente con capacidad para integrar seales tanto analgicas como digitales, sensores y dispositivos de control, que cumplan con normas y estndares internacionales adems de compatibilidad con terceros fabricantes. El cumplimiento de la normativa asegura que los dispositivos interacten adecuadamente en el entorno de acuerdo a las especificaciones.

Para el administrador del edificio, ofrece un proyecto ms atractivo mientras alcanza grandes reducciones en los costos de energa y operacin, al evitar iluminar, climatizar zonas desocupadas o fijar rangos o parmetros diferentes a los ambientes o zonas ocupadas.

XV

XVI

1. GENERALIDADES Y CONCEPTOS BSICOS

La automatizacin de un edificio plantea argumentos funcionales y tcnicos, desde un punto de vista funcional, no slo qu cuestiones realizar, sino cundo realizarlas (en el tiempo) y cmo se deben realizar fsicamente. Desde un punto de vista tcnico, se plantean puntos como la estandarizacin del sistema y la compatibilidad con dispositivos de otros fabricantes (terceras partes). Un edificio inteligente tiene tres elementos conceptuales: flexibilidad del edificio, integracin de servicios y diseo.

1.1

Flexibilidad del edificio Es patrimonio casi exclusivo del arquitecto que lo disea. Se trata de obtener un diseo arquitectnico con capacidad para que en un futuro sea posible incorporar nuevos servicios.

1.2

Integracin de servicios Puede realizarse a dos niveles, es decir, se busca la integracin del control, gestin y mantenimiento de todos los sistemas y servicios del edificio, y a la vez, en la medida de lo posible, se pretende una integracin de las infraestructuras del cableado (nico soporte fsico para varias seales de diversos sistemas).

1.3

El diseo El tercer elemento, el diseo, tiene una alta importancia para que todo lo dems funcione.

1

A pesar de ser un elemento muy relacionado con la arquitectura, el diseo interior hay que dotarlo de una mezcla de ergonoma y planificacin del espacio, con el fin de proporcionar un ambiente confortable en un entorno altamente tecnificado.

1.4

Antecedentes histricos Los procesos de automatizacin se remontan al siglo XIX con el inicio del desarrollo industrial. Con el paso de los aos y hasta nuestros tiempos, los sistemas han sido perfeccionados, hasta llegar al punto en donde las industrias basan gran parte de sus procesos de produccin en tareas automatizadas.

Estados Unidos y Japn en 1977 fueron los pioneros en dar una nocin de un edificio o inmueble inteligente. Desde ese ao se realizan estudios y anlisis sobre el impacto que tiene la automatizacin en la sociedad y la rentabilidad que se obtiene al implementar esta tecnologa.

El concepto de edificios automatizados, se desarroll en Asia a finales de la dcada de los 80s, especficamente en Japn, empleando las tecnologas de informacin, con el objetivo de lograr espacios que proporcionaran un ambiente ms confortable, seguro y estimulante, haciendo que estos proyectos se tornaran ms competitivos dentro del mercado. La automatizacin de las tareas del hogar es un tema reciente, actualmente se permite a los usuarios mayor comodidad, ahorro de energa y dinero al momento de desarrollar, implementar y utilizar las tecnologas, diseadas especficamente para el ambiente domstico.

2

1.5

Definiciones Los trminos Domtica e Inmtica se aplican a la ciencia y a los elementos desarrollados por ella, que proporcionan algn nivel de automatizacin dentro de un recinto. Un concepto tan amplio y ambiguo puede incluir desde simples temporizadores para desactivar o activar la iluminacin, hasta sistemas mas complejos que permiten supervisar y controlar ciertas funcionalidades del inmueble de forma remota, mediante el uso de internet o telefona mvil, visualizar a distancia lo que ocurre en su interior o dotar, mediante un programa de software, al recinto con la capacidad de tomar decisiones cuando no estn sus ocupantes.

1.5.1 Qu es Domtica? La palabra Domtica es una palabra compuesta por la unin de la palabra domo que etimolgicamente viene del latn domus que significa casa y el sufijo tica Hogar. La enciclopedia Larousse define al trmino Domtica como: el concepto de vivienda que integra todos los automatismos en materia de seguridad, gestin de la energa, comunicaciones. Es decir, el objetivo es asegurar al usuario de la vivienda un aumento del confort, de la seguridad, del ahorro energtico y de las facilidades de comunicacin. Domtica es el trmino cientfico, que se utiliza para denominar la parte de la tecnologa (electrnica e informtica), que integra el control y la supervisin de los elementos existentes en un edificio.

3

1.5.2 Qu es Inmtica? Por Inmtica se entiende, la incorporacin al equipamiento de instalaciones de edificios y/o viviendas, de sistemas de gestin automatizada, con el objeto de reducir el consumo de energa, aumentar el confort y la seguridad de los mismos. Bajo este nuevo concepto se define la automatizacin integral de inmuebles con alta tecnologa. El monitoreo de los datos del edificio, posibilita supervisar y controlar confortablemente desde una computadora porttil. La Inmtica integra la Domtica interna dentro de una estructura en red.

Para el administrador y/o propietario del edificio, ofrece un proyecto ms atractivo, mientras alcanza reducciones

importantes en los costos de energa y operacin. Los usurarios del edificio reciben mayor confort y seguridad. Para el personal de mantenimiento mediante la informacin

almacenada y el posterior estudio de tendencias, puede realizar mantenimientos preventivos y predictivos.

La

Inmtica

brinda

la

posibilidad

de

monitorear

el

funcionamiento general del edificio, los ascensores, el consumo energtico, la iluminacin y climatizacin de las areas comunes etc. Tambin permite un mayor control de acceso y el seguimiento continuo de quien haya ingresado al edificio.

4

1.6

Caractersticas de los sistemas Domtico e Inmtico Los edificios construidos con la visin de hacerlos inteligentes, han tenido un importante crecimiento en los ltimos aos y con el paso del tiempo se han diversificado ciertas definiciones que en determinado momento resultan confusas de entender, pero con el desarrollo de nuevas tecnologas, se han llevado a un cierto consenso. Esta terminologa abarca un gran nmero de conceptos que se utilizan actualmente para referirse a viviendas y edificios, donde se han implementado sistemas Domticos e Inmticos

respectivamente, tanto en espaol como en varios de los idiomas donde se ha desarrollado esta tecnologa, tales como la casa inteligente (Smart House), automatizacin de viviendas (Home Automation), Domtica (Domotique), edificios inteligentes

(Intelligent Buildings), Inmtica, gestin tcnica de la vivienda y de los edificios, etc. Todas estas definiciones se refieren muchas veces a un mismo concepto.

En los sistemas Domticos e Inmticos existe una caracterstica fundamental; la comunicacin entre ellos, aunque en determinado momento solo acten los dispositivos hacia los cuales se dirigen las seales. Un recinto Domtico es aquel que tiene una infraestructura de equipos y cableado necesarios para brindar servicios avanzados, optimizando la estancia dentro del recinto, permitiendo una mejor calidad de vida a travs de la tecnologa.

5

La definicin de recinto Inmtico se refiere a la gestin tcnica orientada a los grandes edificios como hoteles, aeropuertos, bancos, museos, comercios etc. Se diferencia con la Domtica porque abarca edificaciones mucho ms grandes, con distintos fines especficos y se enfoca a la calidad de vida y del trabajo.

Los edificios inteligentes o con tecnologa Inmtica presentan unas caractersticas que hacen posible llamarle as, mediante actividades como simplificar tareas, optimizar su

funcionamiento e interactuar con el usuario y el medio ambiente. El ambiente inteligente se entiende como un entorno en donde los usuarios interactan con el sistema, mediante diversos dispositivos integrados y enlazados entre s, para la realizacin de labores especficas.

1.6.1 Aplicaciones Las instalaciones modernas requieren nuevos conceptos y requerimientos que necesitan ser cubiertos. Exigencias como el confort, la seguridad, el ahorro de energa, las

telecomunicaciones, el entretenimiento etc. Adems, los servicios pueden y deben ser ampliados, a reas como la ayuda a personas de edad avanzada o discapacitadas. Para este ltimo rengln se hacen indispensables los sistemas de seguridad y monitoreo, facilidad de acceso o salida en momentos de emergencia, espacios amplios con la correcta iluminacin y sealizacin, sistemas de voceo etc.

6

A continuacin se describen las gestiones que aplican en un sistema Inmtico:

1.6.1.1

Gestin del Confort agregado Provee comodidades dentro de un ambiente, para optimizar la calidad de vida, ayudando a la realizacin de tareas de iluminacin, control de acceso y persianas, climatizacin e inclusive los modernos sistemas de entretenimiento de audio y video. Las funciones correspondientes al confort agregado son: Encendido y apagado general de la iluminacin de los ambientes y en puntos especficos con deteccin de presencia o mandos inalmbricos. Supervisin automatizada y centralizada de

dispositivos electrnicos de seguridad interna, (control de acceso) y externa (perimetral). Control de la climatizacin (medicin de flujo de agua). Accionamiento automtico de persianas, sistemas de riego, etc.

1.6.1.2

Gestin en el consumo de energa elctrica Esta rea se encarga de hacer ms eficiente la utilizacin de la energa elctrica, mediante dispositivos temporizadores, sensores y elementos programables, con el fin de implementar la integracin de todos los dispositivos que permitan:

7

-

Racionalizacin de cargas elctricas por medio de dispositivos que permitan la conexin y desconexin de reas y equipos, en funcin de parmetros establecidos.

-

Ahorro de energa y un ambiente agradable segn el nivel de iluminacin, a travs de detectores de presencia o detectores

crepusculares. Ambientes climatizados segn horarios

establecidos o estaciones del ao. Manejo de curvas de demanda para

proporcionar informacin acerca de consumos y costos de las distintas tarifas del agua, gas y electricidad, indicando los cambios en el cobro de los servicios pblicos.

1.6.1.3

Gestin de Seguridad Los sistemas de monitoreo y seguridad, actualmente se encuentran especificados para trabajar de manera autnoma, sin embargo, debido a su gran desarrollo e implementacin, se considera de gran importancia especialmente si se encuentra integrado en un proyecto con instalaciones automatizadas. Existen tres factores que se deben tener en cuenta para garantizar la seguridad total de una instalacin domtica:

8

a) La seguridad del personal. b) La seguridad del patrimonio. c) La seguridad relacionada con los eventos de emergencia.

A continuacin se detallan las caractersticas de cada uno de ellos.

a) Seguridad personal, entre otros se tienen: Control individual de las tomas de corriente como elementos de seguridad en habitaciones

infantiles, guarderas, cuartos de juego, etc. Asistencia mediante elementos audio visuales para proporcionar asistencia medica y/o medicina para las personas de la tercera edad, enfermos o discapacitados. Acceso a los servicios de vigilancia mediante pulsadores de pnico que envan avisos a una central receptora como un centro hospitalario, central policial, entre otros para solicitar ayuda o servicios urgentes.

b) Seguridad patrimonial, con sus aplicaciones para la proteccin de los bienes tales como: Control de acceso a un lugar por medio de reconocimiento o identificacin de usuario. Sistemas para deteccin de intrusos de tipo perimtrico o volumtrico con detectores de presencia, alarmas acsticas, grabaciones en 9

video, bloqueo automtico de puertas y ventanas que permitan la posterior persuasin. Deteccin de forzado, apertura o dao de puertas o ventanas y roturas de cristales, haciendo uso de los sensores. Simuladores de presencia que memoricen

acciones cotidianas de algunos elementos como: persianas, iluminacin, riego de jardines en perodos en los que la vivienda se encuentre desocupada sirviendo como eventos para disuadir posibles intrusos.

c) Seguridad para eventos de emergencia y riesgo con sus aplicaciones para la deteccin de incidentes y averas. Para su reparacin inmediata o aislamiento en casos de emergencia como temblores, incendios, inundaciones etc. Detectores de fugas de gas o de agua,

permitiendo el aviso y control de las mismas mediante los elementos que acten en las vlvulas de paso. Deteccin del nivel de toxicidad en un ambiente por fuego o humo, comnmente se presenta cuando hay concentracin de monxido de carbono en los stanos de edificios. Monitoreo de daos en las puertas de acceso, ascensores, gradas elctricas o cualquier otro sistema mecnico elctrico y otros.

10

1.6.1.4

Gestin de entretenimiento y comunicaciones Tambin llamada gestin tcnica de la informacin, se encarga del intercambio de informacin entre personas y equipos dentro del inmueble y de este con el exterior. Dentro de las principales funciones, aplicaciones y servicios que presta la gestin del entretenimiento y de las comunicaciones se pueden mencionar:

-

Radio y televisin a travs de Internet, televisin digital Hi-Fi bajo demanda, televisin interactiva, guas de programacin.

-

Juegos de consolas y videojuegos interactivos. Servidores multimedia para los aficionados a las descargas de video y msica en formato

comprimido y el uso del chat o mensajera instantnea para compartir archivos con

diferentes usuarios de la red. Utilizacin del protocolo TCP/IP para el control de las redes Inmticas con el empleo del HTML o applets de Java, logrando la tele operacin y monitoreo de los sistemas en un edificio. Integracin de las redes Inmticas, con las redes de fibra ptica ya existentes y acudiendo a tcnicas de encriptacin y autenticacin en el control del acceso remoto a las instalaciones del proyecto, para asegurar la privacidad y seguridad de los datos en las redes que sean pblicas.

11

-

Monitoreo y control de las instalaciones y equipos, desde fuera del proyecto para verificar el funcionamiento de los dispositivos integrados a la red Inmtica y programacin de los mismos.

-

Sistemas de telecomunicaciones interior y exterior para el trabajo, salud y diversin.

-

Monitoreo

de

las

instalaciones

Inmticas

valindose de la tecnologa GSM mediante mensajes SMS. Transmisin de alarmas

activadas a centrales de seguridad, llamadas telefnicas, alertas por SMS, mensajes de voz, etc.

1.6.1.5

Gestin

de

servicios

para

personas

con

discapacidad y mayores de edad La Inmtica/Domtica brinda una serie de servicios y ayudas para personas con problemas de motricidad, cognitivos o algn tipo de discapacidad. Algunas de estas aplicaciones pueden ser: Notificacin de sucesos por medio de seales audibles o visibles. Automatizacin de apertura de accesos y control simplificado con el usuario mediante mandos a distancia, pulsadores, escner, o mandos por voz. Monitoreo de los sistemas y rganos vitales del paciente/usuario as como la generacin de alarmas visibles, audibles o enviadas a travs de mensajes SMS, en caso de presentarse

anomalas o emergencias en el paciente. 12

1.7

Descripcin general de los requisitos para automatizacin La automatizacin de un edificio plantea puntos que deben quedar completamente claros desde el inicio de la planificacin. El primero es el tipo de escenario o uso que vaya a tener el edificio, ya que en el caso de una edificacin para un hotel, la prospeccin Inmtica se plantea de manera diferente a la de un edificio para oficinas.

Los usuarios de un escenario de trabajo no se comportan de la misma forma, ni esperan encontrar los mismos servicios que cuando se trata de reproducir o imitar las condiciones de un hogar temporal. Para ilustrar estos conceptos en un escenario real como puede ser un edificio de oficinas, la Inmtica debera contemplar dos sistemas interrelacionados.

1.7.1 Administracin del edificio, reas generales Son sistemas de gestin y monitoreo propios, como el control ambiental, de iluminacin, climatizacin, control energtico, de seguridad, alarmas de incendio e intrusos, control de acceso al personal y visitantes, ascensores o de motores de servicio (bombas de agua, motores de inyeccin y extraccin)

1.7.2 Administracin del edificio, reas privadas La administracin de las oficinas, salones, centros de convenciones, etc. Para estos casos se incluyen los elementos necesarios para una adecuada automatizacin del mbito de trabajo, para que el usuario pueda instalar sus propios equipos, con posibilidad de intercomunicacin y que adems perciba las ventajas de la automatizacin, tanto en su propio escritorio como en la sala de reuniones o junto a la mquina de caf. 13

El grado en que una solucin satisfaga en mayor o menor grado los requerimientos, determinara la idoneidad de un sistema de automatizacin. 1.7.2.1 Qu funciones realizar? En principio las funciones planteadas para cualquier tipo de necesidad de un gestor, son susceptibles de realizarse prcticamente con cualquier tipo de sistema existente en el mercado; unos lo realizaran a mayor o menor precio.

1.7.2.2

Cundo realizarlas? Es habitual que los gestores sepan las funciones de automatizacin que desearan para su proyecto, pero no saben cuanto desde un punto de vista prctico (ahorro, confort, control) pueden resultar esas automatizaciones. Es en este aspecto, donde se empiezan a distinguir las soluciones tcnicas aportadas por unos sistemas u otros, debido a que no todos tienen la capacidad de ampliacin (sin grandes obras) de su funcionalidad e integrarse en el sistema ya instalado.

1.7.2.3

Cmo realizarlas? El cmo realizarlas, se refiere al grado en que la automatizacin de un edificio permita las ampliaciones requeridas por el propietario, una vez en funcionamiento todas las instalaciones, sin interrumpir el uso normal de las mismas.

14

En otras palabras, es muy importante la facilidad de ampliacin del sistema, desde un punto de vista exclusivamente fsico.

1.7.3 Propiedades de un sistema Inmtico

1.7.3.1

Integracin de sistemas Su implantacin asegura la gestin tcnica e interviene de forma clara y notable en su explotacin comercial, ver figura 1, (integracin de sistemas). El sistema Inmtico permite el control del edificio y por tanto deber integrar todos sus sistemas.

Figura 1. Integracin de sistemas

Seguridad

Confort

Domtica e Inmtica

Comunicacines

Gestin Energtica

15

1.7.3.1.1 Gestin energtica Optimizacin del contrato de las compaas elctricas. Optimizacin del rendimiento climtico. Optimizacin suministrada de por la distribucin otras de energa (grupos

fuentes

electrgenos, energas alternativas).

1.7.3.1.2 Gestin de confort Regulacin ambiental. Mando a distancia de diversas funciones Control automtico de los niveles de iluminacin, segn la hora o estacin del ao. automtica de la temperatura

1.7.3.1.3 Gestin de seguridad Deteccin automtica de intrusos Control de acceso y salida del edificio Alarmas contra incendio Alarmas mdicas o de pnico

1.7.3.1.4 Gestin de comunicaciones Monitoreo a distancia del funcionamiento de las instalaciones Configuracin remota Recepcin a distancia de informacin de alarmas

16

2. TECNOLOGAS PARA SISTEMAS DE AUTOMATIZACIN Y CONTROL

2.1

Clasificacin Para automatizar las instalaciones de un edificio se requiere integrar los sistemas de seguridad, multimedia, telecomunicaciones etc., para el intercambio de informacin o de recursos. A fin de realizar esta integracin, se hace necesario el uso de distintas subredes fsicas, que posibiliten la gestin y el control total de un proyecto tecnificado, respondiendo a las necesidades de las personas que se encuentran dentro del proyecto.

Las subredes contenidas dentro de la red, pueden estar soportadas en el mismo medio fsico de transmisin o en medios distintos, aunque la tendencia actual es lograr la unificacin y compatibilidad para brindar todos los servicios de la instalacin Domtica e Inmtica, estas subredes se pueden clasificar en:

2.1.1 Red de datos Es un tipo de red empleada inicialmente en entornos empresariales y aplicados actualmente en el mbito domstico. Permite utilizar una misma red de rea local LAN para compartir archivos, dispositivos, aplicaciones y conexiones a Internet simultneamente en otras computadoras desde cualquier localizacin en el hogar.

17

2.1.2 Red multimedia Esta red gestiona los servicios de entretenimiento, orientado a la distribucin de audio y de video usuario mediante y equipos de

distribuidores, recepcin.

interfaces

dispositivos

2.1.3 Red de seguridad Se encarga de integrar los elementos que intervienen en la seguridad del inmueble y sus habitantes (sensores, alarmas, etc.). 2.1.4 Red Inmtica Es la red encargada de integrar los dispositivos y equipos para la gestin de las tareas de automatizacin y control. Por la complicacin que existe para soportar las subredes Domticas e Inmticas en un medio de transmisin que sea ptimo en todos los aspectos, han aparecido tecnologas o protocolos, algunos heredados de entornos empresariales y otras para uso especficamente domstico, empleando diversos medios que soporten la transmisin y recepcin de informacin entre los distintos equipos de la instalacin. Por tanto, es posible clasificar las tecnologas en tres grupos:

2.1.4.1

Interconexin de dispositivos (para la manipulacin de informacin).

2.1.4.2

Redes de datos (para conformar redes LAN, compartir informacin y dispositivos)

2.1.4.3

Redes de control y automatizacin (que comnmente se refiere a las redes Domtica e Inmtica como tal).

18

2.2

Descripcin de tecnologas para redes Inmticas Generalmente, los estndares para interconexin de dispositivos son empleados en el campo de la informtica, siendo la transferencia de datos entre un computador y equipos electrnicos perifricos una de las aplicaciones de mayor utilidad. Sin embargo, en el mbito de la automatizacin de residencias y edificios no presenta un dominio relevante para el control de los artefactos que aplican para esta tecnologa; solo se podr tener una funcionalidad de automatizacin mientras exista una integracin con los diferentes equipos de la instalacin Domtica e Inmtica mediante alguna interfaz que actu como puente entre las distintas redes y tecnologas. Para tal efecto, se describen a continuacin los aspectos ms importantes para cada denominacin dentro esta clasificacin.

2.2.1 Tecnologas para interconexin de dispositivos Estas rutas de conexin han sido desarrolladas para crear vnculos de conexin entre dos o ms equipos, lo que permite el intercambio de informacin en forma digital a travs de un medio almbrico o inalmbrico.

2.2.1.1

Interfaz almbrica USB Es una nueva arquitectura de bus desarrollada en 1995 por un grupo de siete compaas (COMPAQ, Digital Equipment Corp., IBM PC Co. Intel, Microsoft, NEC y Northern Telecom).

19

Surge inicialmente bajo la necesidad de tener conexin de la computadora al telfono, pretendiendo adems una facilidad en su uso, una expansin del puerto y logra unificar las antiguas interfaces serial (RS-232) y paralelo, brindndoles sencillez y mayores prestaciones a las que se tenan en la poca. Estos puertos solo llegaban a transmitir datos a velocidades de 112Kbps, 1.2Mbps y 12Mbps (tres a cinco veces ms rpido que un dispositivo de puerto paralelo y de veinte a cuarenta veces ms rpido que uno de puerto serial).

El bus serial universal USB es una interfaz almbrica plug&Play (enchufar y listo, no requiere de

instalaciones adicionales), la cual permite la conexin entre una computadora y algunos perifricos como teclados, ratones e impresoras, escner, mdems, cmaras, dispositivos de almacenamiento masivo, entre otros.

Recientemente se ha estado haciendo mencin a la interfaz USB 2.0 que resulta de una ampliacin de la especificacin USB anterior (versiones 1.0 y 1.1) en la que algunas compaas intervinieron para la extensin de este estndar a principios del ao 2000; algunas pioneras que trabajaron el desarrollo de USB 1.0 y otras como Compaq, Hewlett Packard, Lucent y Phillips conformaron el grupo USB-IF (USB Implementers Forum) con el objeto de proporcionar soporte en el

20

desarrollo y evolucin de perifricos USB de alta calidad compatibles con la tecnologa. El motivo por el cual se pens en el desarrollo del USB 2.0 es debido a que los computadores y los perifricos del mercado tiene cada vez ms prestaciones, son ms robustos en el procesamiento de datos (manejan mayores cantidades de informacin) y requieren altas exigencias de velocidad de transferencia.

Conversando

las

funcionalidades

compatibles

que

presentaba el USB original, se puede decir que la especificacin USB 2.0 incrementan las disponibilidades en cuanto al ancho de banda y por consiguiente a la velocidad de intercambio de informacin, ya que una puerto de este tipo puede soportar tasas de

transferencia de 480 Mbps, es decir, cuarenta veces ms rpido frente a los 1.5Mbps y 12Mbps que maneja la versin inicial.

Adems, la versin 2.0 no requiere de cables ni conectores adicionales a los ya existentes, pero para que los usuarios se puedan beneficiar de las nuevas caractersticas que presenta el USB, tendrn que actualizar los sistemas USB 1.0 1.1 con tarjetas PCI o interfaces que cumplan con la especificacin 2.0. En cuanto al funcionamiento del sistema USB se puede decir que consta de tres componentes:

21

Un controlador, concentradores o hubs y elementos perifricos. Emplea una topologa de bus en estrella, lo que permite la conexin de muchos dispositivos a un nico bus lgico (hasta 127 perifricos simultneamente) sin que exista retardo de informacin entre ellos.

2.2.1.2

Firewire IEEE 1394 Firewire es el estndar almbrico para la entrada/salida de datos en serie a alta velocidad, caracterstica que lo hace ideal para emplearlo tanto en la conexin de perifricos multimedia (cmaras fotogrficas, de video, televisores, consolas de mezclas, etc.) como en dispositivos informticos de cmputo o PC (discos de almacenamiento masivo, impresoras, escneres,

unidades de CD de ltima tecnologa, entre otros).

Realizando una comparacin, entre las tecnologas tradicionales de transmisin de datos, para conexin de mltiples perifricos a un computador, Firewire

presenta un ancho de banda treinta veces superior que su similar bus serial universal USB en su versin 1.1, logrando velocidades establecer de actualmente conexiones a

400Mbps

(tambin

denominado

oficialmente como IEEE 1394 o S400), pero gracias a Apple, quin duplic la capacidad de conexin, se puede estar hablando actualmente del estndar IEEE 1394b a velocidades de 800Mbps y cercanas a 1Gbps, que frente al USB 2.0 se convierte en el medio ms adecuado para

22

la aplicaciones que necesitan un mayor ancho de banda como las de grficos y video. Tambin cabe mencionar que USB requiere de un equipo Host o controlador (comnmente se utiliza un computador) para administrar los dispositivos

conectados a el, mientras que Firewire permite realizar conexiones entre equipos sin la necesidad de un controlador principal, por ejemplo, la transferencia de video desde un controlador principal (i.e. la transferencia de video desde una videocmara conectada a un televisor compatible con la tecnologa).

Las mejoras ms evidentes que cubre este tipo de tecnologa en el momento de conectar un dispositivo son, entre otras: Alta velocidad en la transferencia de datos. Cantidad elevada de datos que pueden administrar. Flexibilidad de la conexin (permite hasta 62 dispositivos conectados a un bus nico). Alimentacin propia por medio del bus (puede proporcionar hasta 45W). Compatible con la tecnologa Plug &Play.

2.2.1.3

Bluetooth IEEE 802.15 Esta tecnologa fue diseada pensando dispositivo de bajo costo que fuera en crear un capaz de

comunicarse con otros similares sin la necesidad de cables.

23

Este modelo se desarrolla ms tarde, como resultado de los esfuerzos y adelantos tecnolgicos conseguidos por las principales compaas en el campo de las

telecomunicaciones en el mundo como son: Motorola, Nokia, Intel, Microsoft, 3Com, Toshiba, Ericsson, IBM y Lucent. En 1999 se fund el grupo de intereses especiales SIG (Special Interest Group) impulsado por las anteriores empresas y pretenda impulsar el desarrollo de la tecnologa Bluetooth, brindndole soporte industrial y multiplataforma.

El estndar ha revolucionado la forma de conectividad de los equipos electrnicos, habilitando funciones

avanzadas de aplicaciones, recursos y herramientas en una amplia gama de aparatos modernos como

computadores porttiles, PDAs, telfonos celulares, manos libres, radios para autos, mdems, entre otros. Se trata entonces de una tecnologa abierta para la comunicacin inalmbrica de audio y datos basada en enlaces de radio.

Est

diseada

para

operar

en

entornos

de

radiofrecuencia ruidosos ya que el enlace se realiza mediante la modulacin binaria de FM GFSK

(Gaussinan Frecuency Shift Keying) en la banda de frecuencia de 2.4Ghz a 2.48Ghz, ISM (Industrial, Scientific, Medical), emplea un sistema de

reconocimiento rpido y saltos de frecuencia para garantizar la calidad del enlace. 24

Soporta tasas de intercambio de informacin full dplex hasta 2Mbps con un mximo de 1600 saltos por segundo entre un total de 79 frecuencias a intervalos de 1Mhz y puede alcanzar distancias entre 10cm y 10m, aunque es posible aumentar ese rango a 100m si se incrementa la potencia en el transmisor o mediante repetidor. Esta especificacin ofrece cierto nmero de ventajas que lo convierten en una de las formas ms funcionales de conexin entre dispositivos. Entre ellas se encuentran:

Es 100% funcional inclusive sin una computadora como controlador. Utiliza conexin inalmbrica por radiofrecuencia, no necesita de ningn tipo de cables para conectar los equipos.

La banda de frecuencia es libre y compatible en cualquier lugar del mundo. Debido al funcionamiento por saltos de frecuencia, no genera interferencias y resulta inmune a las mismas. Es una caracterstica importante cuando se requiere operar con redes inalmbrica de rea local WLANs (Wireless Local rea Network) que funcionan en la misma frecuencia como es el caso de la

especificacin IEEE 802.11 (WiFi). Presenta una tasa de transmisin de datos alta, facilitando enlaces rpidos y eficaces. Admite transmisin de audio y datos de forma simultnea, con puntos de acceso disponibles para cada caso. 25

2.2.1.4

IrDa La organizacin IrDa (Infrared Data Association) se

inicia en 1993 como un ente patrocinado por industrias como Sharp, HP e IBM con el fin de establecer estndares internacionales y protocolos para equipos empleados en las comunicaciones y la transferencia de informacin por medios infrarrojos.

IrDa define una organizacin de protocolos en forma de capas, las cuales se puede clasificar en dos grupos: los protocolos obligatorios y los protocolos opcionales. En la figura 2 se denota en color oscuro a los obligatorios o necesarios y en color claro a los opcionales o innecesarios.

Figura 2. Clasificacin de los protocolos IrDa

IAS

IrLAN

OBEX

IrCOMM

Tiny TP

IrLMP

IrLAP

CAPA FISICA

26

Esta

forma

de

diferenciacin

permite

que

los

desarrolladores puedan realizar sus diseos de forma ms rpida y econmica, ajustndose a requerimientos ms exigentes sin necesidad de salirse del estndar. A continuacin se mencionan las funciones que corresponden a cada protocolo.

La capa fsica: Especifica caractersticas pticas, codificacin de datos, etc. IrLAP(Link Access Protocol): Establece la conexin. IrLMP (Link Management Protocol): Multiplexa servicios y aplicaciones en la conexin LAP. IAS (Information Access Service): Aade un control de flujo por canal y es necesario para la mayora de las aplicaciones.

TinyTP (Tiny Transport Protocol): Aade un control de flujo por canal y es necesario para la mayora de las aplicaciones.

IroBex (Object Exchange Protocol): Permite que la transferencia de objetos y archivos se haga de forma sencilla.

IrCOMM: Este protocolo ofrece la emulacin de puerto serial paralelo, permitiendo que las

aplicaciones existentes puedan utilizar IR. IrLAN: Este es el protocolo de acceso a la red de rea local.

27

2.2.2 Tecnologa para redes de datos Las redes de datos han sido desarrolladas principalmente, con el objetivo de posibilitar una interconexin entre computadoras y otros equipos electrnicos, de manera que se permita el intercambio de informacin digital entre los dispositivos, adems de tener acceso simultneo a servidores de Internet. Sin embargo, las redes de rea local han evolucionado y se estn convirtiendo en un recurso importante dentro del espacio de proyectos de tipo residencial, comercial y hotelero pues cada vez surgen nuevas tecnologas que compiten por buscar un liderazgo en la interconexin.

En la prctica, no se puede mencionar cul es el estndar para realizar la funcin de integracin entre dispositivos de determinado proyecto sino que se usa el concepto de isla de tecnologa, refirindose a cada subred entre un conjunto reducido de dispositivos que utiliza una forma de conexin en particular. Todas estas subredes presentan ventajas e inconvenientes, lo que demuestra que ninguna es ideal para todo el trfico soportado y que dependen de los servicios deseados por el usuario.

2.2.2.1

Homeplug Es una tecnologa fruto de la alianza realizada por un grupo de ms de 80 grandes empresas del sector electrnico y de consumo, entre ellas se pueden citar Motorola, Intel, Panasonic, Cisco, 3Com, etc., que conformaron la asociacin HomePlug Powerline

Alliance en el ao 2000, con el objetivo de implementar 28

redes de banda ancha de rea local, basadas en el cableado elctrico de baja tensin residencial o industrial, para evitar la instalacin de un nuevo soporte fsico de transmisin. Sin embargo, slo a finales de 1999 se establecieron los requerimientos mnimos de funcionamiento,

circunstancia que motiv la participacin de muchas industrias para concursar por el mrito como la pionera e impulsadora de este protocolo. La empresa que cumpli con todos los requisitos fue Intellon, quien patent y posteriormente distribuy en el ao 2001, el circuito integrado INT5130 basado en la tecnologa Power Packet.

Dependiendo de la topologa de la red elctrica y de las frecuencias de ruido de la misma, el circuito propuesto por Intellon es capaz de transferir datos a velocidades que pueden alcanzar los 14Mbps haciendo uso de la modulacin OFDM (Orthogonal Frecuency Division Multiplexing) en las frecuencias 4.3 MHz a 20.9 MHz, las cuales contienen muchas portadoras que se adaptan a las caractersticas y condiciones de la lnea

residencial, introduciendo un protocolo multinivel para dar importancia a algunos paquetes de datos, adems de implementar cdigos de deteccin y correccin de errores para lograr la mayor eficiencia en cuanto a la disponibilidad de las prestaciones y aplicaciones.

29

Como se mencion anteriormente, la no necesidad de nuevo cableado elctrico para el funcionamiento de HomePlug es la principal ventaja de este protocolo, proporcionando mltiples servicios que son reflejados en la movilidad y de flexibilidad red y de una infinidad como de la

aplicaciones

entretenimiento,

configuracin compartida de equipos audiovisuales, perifricos o sistemas de control de distintos fabricantes (computadoras, impresoras, consolas de video,

pasarelas residenciales, set-top boxes o cajas de televisin, entre otros) con conexin a Internet o la distribucin de audio y video para la visualizacin de contenido multimedia en tiempo real (streaming) desde cualquier tomacorriente estndar de la vivienda.

Adems, la presencia de datos en la red no interfiere en el funcionamiento de los protocolos de control que utilizan el mismo medio de transmisin ni en los dispositivos alimentados de la lnea elctrica, aunque el funcionamiento de estas redes sea limitado por la calidad de la instalacin.

2.2.2.2

Ethernet (IEEE 802.3) Es una tecnologa destinada al intercambio de

informacin entre computadoras y equipos electrnicos de red, en donde se pueden usar distintas formas de comunicacin como Netware, Apple Talk, VINES, entre otros, siendo el protocolo de control de transporte e Internet TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet 30

Protocol), el ms implementado y extendido a nivel mundial, no solo para la conformacin de cualquier tipo de red (PAN, LAN, WAN) sino para servir como base de la red global de comunicaciones Internet, adems posee compatibilidad con cualquier software y hardware.

El modelo de referencia TPC/IP y la pila de protocolo TCP/IP hacen que sea posible la comunicacin entre dos computadores, desde cualquier parte del mundo, a casi la velocidad de la luz. TCP/IP es compatible con cualquier sistema operativo y con cualquier tipo de hardware, proporcionando una abstraccin total del medio, est basado en una red de conmutacin de paquetes y tiene cuatro etapas:

-

La etapa de aplicacin La etapa de transporte La etapa de Internet La etapa de red

Con esta tecnologa, se tiene una red de rea local de 10/100Mbps y acceso a Internet desde cualquier punto, con un costo razonable y una seguridad mayor que las tecnologas inalmbricas, proporcionando movilidad total dentro del proyecto.

31

2.2.2.3

Home PNA Es una tecnologa resultante de la alianza creada en junio de 1998, por diferentes compaas fabricantes de semiconductores y electrnica de consumo, para promover y estandarizar un protocolo, que pudiera emplear la infraestructura de la red telefnica conmutada de un proyecto, como medio de transmisin de datos pudiendo extender las posibilidades y servicios a cualquier punto donde exista un cable convencional de telfonos activo o inactivo de dos hilos conductores con un conectar RJ-11.

El protocolo presentaba inconvenientes debido a la utilizacin de la lnea telefnica tradicional, entre ellas se encontraba la reflexin y atenuacin de la seal y la limitacin de impedancias, situaciones que fueron resueltas por la empresa Tut System, planteando una propuesta de mejoramiento Home PNA 1.0 mediante el uso del rango de frecuencia de 5.5MHz a 9.5MHz y encapsulando Ethernet, en tramas del estndar paquetes IEEE para 802.3

mayores

alcanzar

transferencias de datos de 1 Mbps, para obtener aplicaciones de recurso compartido a redes, Internet y perifricos.

Posteriormente se estandariz la versin 2.0, una evolucin con mayor ancho de banda propuesta por Lucent Tecnologies y Broadcom Corporation, quienes agregaron el soporte a la calidad de servicio y al trfico 32

multimedia requerido, alcanzado velocidades de 10Mbps mediante la modulacin FDQAM (Frecuency

Quadrature Amplitude Modulation). Luego, un una nueva versin que plantea alcanzar mayores

velocidades, se lanz el Home PNA 3.0 en la que se pueden alcanzar transferencias de 128 Mbps y con la instalacin de extensiones adicionales se pueden llegar a los 240 Mbps, siendo compatible e interoperable con las anteriores versiones.

Uno de los requisitos importantes para el correcto funcionamiento de la red basada en Home PNA, es que todos los dispositivos compatibles estn conectados a la misma lnea telefnica en caso de existir ms de una red telefnica; as se posibilita la capacidad de compartir recursos y conexiones a Internet por los equipos conectados a la instalacin, haciendo uso de

enrutadores y elementos capaces de crear puentes entre redes.

2.2.2.4

Wifi (IEEE 802.11) Este es un estndar que fue desarrollado en 1997, por el grupo de trabajo 802.11 del IEEE, quien implementa una nueva especificacin para referirse a las redes

inalmbricas de rea local WLAN, operando a una velocidad mxima de 2Mbps. Adems, se pens en la posibilidad de la interoperabilidad entre dispositivos que pudieran ser compatibles con la tecnologa y para lograr este objetivo se logr que trabajaran en conjunto el 33

grupo WLAN y los laboratorios de la Universidad de New Hampshire. Hacia el segundo semestre del ao 1996 se formaron dos grupos de tareas dentro del grupo 802.11, los cuales aprobaron los suplementos 802.11a y

802.11b, con esquemas de modulacin propuestas por NTT/LUCENT y por HARRIS/LUCENT respectivamente.

La especificacin 802.11a opera sobre la capa 802.11, existente, siendo un estndar de alta velocidad (20Mbps a 25Mbps) en la banda ISM de 5GHz, empleado para el transporte de voz e imgenes. Utiliza la modulacin de 8 canales, cada uno de ellos puede soportar hasta 52 subportadoras en donde se puede enviar datos a travs de cada una de ellas, permitiendo el incremento de la velocidad de transmisin global.

Presenta caractersticas como el soporte para altas velocidades, control de potencia transmitida, cdigos de correccin de errores, seleccin dinmica de la

frecuencia, resistencia a la interferencia y compatibilidad con redes WLAN de 2.4GHz, pero su desventaja es el costo de operacin elevado.

La especificacin 802.11b opera en la banda de 2.4GHz, posee caractersticas similares a la 802.11a, posee un incremento en la velocidad del intercambio de

informacin, llegando a soportar hasta 11 Mbps, conocido actualmente con el nombre de Wi-Fi.

34

Existen otras versiones derivadas del estndar IEEE 802.11, pero poseen algunas diferencias significativas que los convierten en soluciones alternativas ptimas de conectividad para la implementacin de redes

inalmbricas de rea local para transferencia de datos.

Una de ellas es la especificacin 802.11e de alta velocidad (54Mbps) que se desarroll como una mejora del protocolo 802.11b en cuanto a la seguridad, calidad de servicio y eficiencia, lo que permite la conectividad de usuarios tanto en entornos residenciales como pblicos y empresariales.

Adems, se pens en la posibilidad de brindar soporte a recursos multimedia en este estndar para aplicaciones que no slo requieran los servicios de transferencia de datos sino tambin el manejo de informacin de voz, imagen y video.

2.2.2.5

Wimax (IEEE 802.16) Es una especificacin de rea para redes inalmbricas (Wide

metropolitanas

ancha

WMAN

Metropolitan Area Network) creada en abril de 2002 bajo estndar IEEE 802.16 y promovida por el grupo WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave

Access) patrocinados por Nokia e Intel.

35

Alcanza velocidades de 100Mbps en un canal con un ancho de banda de 28MHz (en el rango entre 10GHz y 66GHz), lo que posibilita las comunicaciones con grandes coberturas (40Km a 70Km).

Esta caracterstica ha evolucionado de su estndar original a las especificaciones 802.16a y 802.16e que lo resalta como uno de los protocolos en desarrollo ms avanzado y con mayores aplicaciones en el rea de las telecomunicaciones.

2.2.3 Tecnologas sistemas de automatizacin y control En los tiempos modernos, la automatizacin est casi siempre ligada a la informtica, a la tecnologa del accionamiento y al control, logrando convertirse en una de las reas innovadoras debido al desarrollo acelerado de los computadores, los microprocesadores y los controladores lgicos programables (PLC).

Las tecnologas para el control y la automatizacin han evolucionado durante los ltimos 25 aos, teniendo como soporte a los sistemas automticos de procesos en la industria y sus desarrollos han alcanzado unas prestaciones de robustez y flexibilidad, que los hacen exitosos en cualquier instalacin Domtica e Inmtica.

36

3. ARQUITECTURA DE LAS REDES

3.1

Clasificacin Por el continuo progreso de las nuevas tecnologas de la informacin, y en particular el avance en el campo de la arquitectura de hardware y software, se han desarrollado tcnicas de conexin para los sistemas desde el punto de vista productivo. La arquitectura de un sistema Domtico e Inmtico, especifica el modo en que los diferentes dispositivos de control del sistema se van a ubicar.

3.1.1 Arquitectura de red Distribuida Radica en una arquitectura apoyada en nodos, no existe un nico elemento principal, sino que cada subsistema gestiona una tarea de control en particular y stos van relacionados directamente con los elementos bsicos.

Esta idea de distribucin de funciones se desarroll para mejorar las arquitecturas centralizada y descentralizada. Los sistemas distribuidos (ver figura 3), facilitan la

reconfiguracin, incidiendo directamente en el grado de flexibilidad.

37

La simplicidad es otra de sus ventajas en el momento de una instalacin de este tipo, permite un considerable ahorro de cableado y una tecnologa de fcil conexin.

Existen sistemas que presentan una arquitectura distribuida en cuanto a la capacidad que tienen para los procesos, pero no necesariamente tienen el mismo concepto en el diseo de la red o distribucin de los diferentes elementos de control y viceversa.

A diferencia de la arquitectura centralizada, estos sistemas se comunican por medio de un bus, en el cual existe un protocolo de comunicaciones, implementado en cada uno de los subsistemas con unas tcnicas de direccionamiento definidas, para mantener el intercambio de informacin entre los diferentes elementos.

Por tanto, el costo de los elementos del sistema es elevado e implica una necesidad de compatibilidad entre ellos y por estas desventajas es que la oferta de los productos en el mercado es reducido.

38

Figura 3. Arquitectura de red distribuida

Actuador

Sensor

Actuador

Sensor

Actuador

Sensor

3.1.2 Arquitectura de red centralizada Se refiere a la arquitectura en la que el control, monitoreo y supervisin de los diferentes dispositivos y componentes se deben cablear hasta un sistema de control en el edificio, el cual puede ser el servidor central o un autmata similar. Este sistema (servidor o autmata) es el principal control, ya que recibe y rene la informacin de los sensores, toma las decisiones y se las enva a los elementos actuadores para que ejecuten la tarea asignada.

El inconveniente mayor es que cualquier falla deja fuera de servicio el sistema en su totalidad (ver figura 4); esto reduce posibilidades en cuanto a la robustez e implementacin en grandes instalaciones y las reconfiguraciones son muy costosas.

39

El bajo costo que representa esta arquitectura, es la principal ventaja frente a las otras, puesto que los elementos que la componen no necesitan ni mdulos adicionales para el

direccionamiento, distintos buses.

interfaces

de comunicaciones

para

Tambin es importante destacar la sencillez en la instalacin y la compatibilidad entre la gran variedad de elementos y dispositivos que ofrece el mercado.

Figura 4. Arquitectura de red centralizada

Actuador

Actuador

Actuador

Controlador

Sensor

Sensor

Sensor

40

3.1.3 Arquitectura de red descentralizada Es la arquitectura en la que todos los sistemas son totalmente independientes en su funcionamiento, pero deben estar comunicados entre s por medio de un bus compartido; son basados en una o varias unidades de control de gestin y uno o varios mdulos receptores o actuadores.

Este tipo de arquitectura (ver figura 5) resulta de una combinacin entre los sistemas con arquitectura centralizada y distribuida, aprovechando las ventajas que brindan, entre ellas se puede mencionar la flexibilidad, ya que permite que el sistema se pueda configurar con mltiples opciones de acceso al usuario final.

41

Figura 5. Arquitectura de red descentralizada

Actuador

Actuador

Controlador Actuador Actuador Actuador

Sensor Controlador Actuador

Sensor Actuador

Sensor

Sensor

Sensor

Controlador

Sensor

Sensor

42

4. PROTOCOLOS DE COMUNICACIN Y MEDIOS DE TRANSMISIN

4.1

Definicin de protocolo de comunicacin Bsicamente se define como protocolo de comunicaciones, al formato o lenguaje que la informacin debe manejar entre los diferentes dispositivos de un sistema, para que puedan

comunicarse unos con otros e intercambiar informacin de manera eficiente y eficaz. Teniendo en cuenta la diversidad de protocolos, estndares y tecnologas utilizadas en el mercado, se clasifican de la siguiente manera:

4.1.1 Protocolo o sistema abierto Es aquel que no esta sujeto a pago de licencias de uso para su utilizacin, sus componentes estn de acuerdo con normas que garantizan su compatibilidad, aunque procedan de diferentes fuentes de suministro. Permite sustituir cualquiera de los dispositivos por uno similar de otro fabricante, que siga cumpliendo la funcionalidad y requisitos impuestos por el proyecto. Un sistema abierto no significa que sea un estndar reconocido por un organismo internacional.

43

4.1.2 Protocolo o sistema propietario Es un producto o sistema desarrollado por una empresa para slo poder operar con sus propios dispositivos o con otros de terceros especificados anticipadamente. No es posible

intercambiar dispositivos con diferentes tecnologas o de otros fabricantes. Los protocolos propietarios poseen ventaja frente a los estndar en cuanto a la economa y costo de los equipos pero resulta un riesgo emplear un solo tipo de tecnologa, pues si la empresa desaparece entonces no se puede seguir obteniendo soporte tcnico ni posibilidades para ampliaciones futuras y existe una dependencia a una marca en particular.

4.1.3 Protocolo estndar Un protocolo estndar es aquel que ha sido reconocido por uno o varios organismos internacionales de normalizacin como IEEE, CENELEC, ETSIT etc. y que, por lo tanto, est siendo utilizado por muchas empresas en sus productos.

La ventaja principal que proporcionan estos protocolos es la capacidad para implementar o configurar una instalacin y su posible ampliacin, debido a la compatibilidad en el estndar que pueden poseer diversos equipos de diferentes fabricantes, pero resultan ser ms costosos que los equipos de tecnologa propietaria. Varios de los protocolos estndar ms utilizados son: X-10, LonWorks, EIB, EHS, Batibus, entre otros.

44

4.1.3.1

Protocolo de comunicacin X10 Es un protocolo de comunicaciones abierto, que utiliza la red elctrica como soporte fsico de transmisin de los datos. Tambin denominado como transmisin por corrientes portadoras o PLC, es una tecnologa creada por Ingenieros de la empresa Pico Electronics en 1975 muy utilizada en Estados Unidos y en Europa, destinada al uso residencial y empresarial.

Proviene de los resultados obtenidos con la familia de integrados de la serie X, en donde se tuvo mayor repercusin el proyecto nmero 10 para el control remoto de dispositivos a travs de la lnea de corriente domstica (120V o 220V @ 50Hz o 60Hz).

El protocolo X-10 es el estndar de mayor accesibilidad para la realizacin de una instalacin domstica poco compleja, pues poseen precios muy competitivos y la implementacin de proyectos pueden ser ejecutados por usuarios finales sin conocimientos de

automatizacin. Por tal motivo, esta tecnologa es lder en el mercado residencial y de pequeas oficinas en muchos pases americanos y europeos.

La

tcnica

de

funcionamiento

consiste

en

una

sincronizacin y una modulacin sencilla de una seal X-10 de 120HKz con el paso por cero de la corriente alterna e insertndola en el semiciclo positivo o negativo.

45

El objetivo se fundamenta en transmitir lo ms cerca posible al paso por cero de la onda senoidal, ms estrictamente, a menos de 200s de retraso. El mximo retardo entre el comienzo del envo y la seal X-10 es de 50s. La manera en que se codifica la seal X-10 depende de la presencia o ausencia de la misma dentro de la senoidal. Un 1 binario se genera cuando existe un pulso de 120KHz durante 1ms y un 0 binario se representa cuando no existe ese pulso. En un sistema trifsico el pulso de 1 milisegundo se transmite con el paso por cero para cada una de las tres fases. En la tecnologa X-10 se pueden encontrar cuatro clases de dispositivos.

Transmisores: Estos transmisores envan una seal especialmente codificada de bajo voltaje, que es superpuesta sobre el voltaje del cableado. Un transmisor es capaz de enviar informacin hasta 256 dispositivos sobre el cableado elctrico. Mltiples transmisores pueden enviar seales al mismo mdulo.

Receptores: Como los receptores y transmisores, pueden comunicarse con 256 direcciones distintas. Cuando se usan con algunos controladores de computadoras, estos dispositivos pueden reportar su estado.

46

Bidireccionales: Estos dispositivos toman la seal enviada por los dispositivos transmisores. Una vez que la seal es recibida el dispositivo responde encendindose (ON) o apagndose (OFF). Los receptores generalmente tienen un cdigo

establecido por el usuario para indicar la direccin del dispositivo. Mltiples dispositivos con el mismo cdigo pueden co-existir y responder al mismo tiempo dentro de una misma casa. Tienen la capacidad de responder y confirmar la correcta realizacin de una orden, lo cual puede ser muy til cuando el sistema X-10 est conectado a un programa de ordenador que muestre los estados en que se encuentra la instalacin Domtica. Este es el caso del Programador para PC.

Inalmbricos: Una unidad que permite conectarse a travs de una antena y enviar seales de radio desde una unidad inalmbrica e inyectar la seal X-10 en el cableado elctrico, (como los controles remotos para abrir los portones de los garajes). Estas unidades no estn habilitadas para controlar directamente a un receptor X-10, debe utilizarse un mdulo transceptor.

Entre los fabricantes ms conocidos podemos citar: Leviton Manufacturing Co., General Electric, C&K Systems, Honeywell, Busch Jaeger, Ademco, DSC, IBM etc.

47

4.1.3.2

Protocolo estndar EHS El estndar EHS (European Home System) fue uno de los intentos de la industria europea, patrocinada por la Comisin Europea, para crear una tecnologa que permitiera la aplicacin de la Domtica en el mercado residencial de forma masiva. El resultado fue la especificacin del EHS en el ao 1992. Esta basada en una topologa de niveles OSI y se especifican los niveles: fsico, de enlace de datos, de red y de aplicacin. El objetivo de la EHS es crear un protocolo totalmente abierto que cubra las necesidades de automatizacin, cuyos propietarios no se pueden permitir el lujo de usar sistemas ms potentes ni ms caros debido a la mano de obra especializada que exige su instalacin.

El estndar EHS proyecta aportar una serie de mejoras a los usuarios finales como la compatibilidad total entre dispositivos de la misma tecnologa, la configuracin automtica de los dispositivos, la movilidad de los mismos y la ampliacin o expansin sencilla de las instalaciones ya existentes.

Cada uno de los dispositivos EHS tiene asociada una subdireccin nica dentro del mismo segmento de red que adems de identificar unvocamente a un nodo tambin lleva asociada informacin para el enrutado de los telegramas por diferentes segmentos de red EHS.

48

La EHSA (European Home System Association) inici el desarrollo de componentes electrnicos que

implementaran la primera especificacin. Para acceder la transmisin de datos por un canal serie asncrono a travs de las lneas de baja tensin de las viviendas (ondas portadoras o PLC powerline communications).

4.1.3.3

Protocolo BatiBUS Es un sistema centralizado basado en el par trenzado como medio de transmisin (en algunos casos se puede implementar sobre cable telefnico o elctrico) que permite la intercomunicacin entre todos los mdulos en los sistemas Inmticos del edificio, pudiendo administrar hasta 500 puntos de control.

Emplea la tcnica de acceso al medio CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision

Avoidance) de manera parecida a Ethernet o EIB pero con velocidades de transmisin nica de 4800bps en la frecuencia de 4.8KHz y resolucin positiva de las colisiones, es decir, cada elemento de la red esta autorizando a comunicar cuando lo requiera siempre y cuando la red se encuentre disponible; en otras palabras, si el acceso al bus se realiza por parte de dos dispositivos simultneamente, se produce una colisin de datos, sin embargo, contina transmitiendo aquel que posea mayor prioridad y el otro se queda inactivo hasta que el anterior termine la transferencia de informacin.

49

Al igual que los dispositivos X-10, todos los dispositivos BatiBUS disponen de un micro-interruptor circular o dipswitch que permite asignar una direccin fsica y lgica que identifican unvocamente a cada dispositivo

conectado al bus.

Este fue uno de los primeros protocolos Inmticos europeos desarrollado por la compaa francesa Merlin Gerin. Para promover su uso y extender las aplicaciones de esta tecnologa, la cual se trata de un bus con carcter totalmente abierto de manera que cualquier fabricante puede introducir el acceso compatible dentro de sus equipos electrnicos.

El cable se puede instalar en diversas topologas de red como bus, estrella, anillo, rbol o combinaciones de las anteriores, adems proporcionan energa para la

alimentacin de los dispositivos sensores a travs del mismo medio de transmisin. El direccionamiento de cada mdulo se debe realizar en el momento de la instalacin de los mismos con la precaucin de respetar la identificacin nica por dispositivo. El propsito es que los dispositivos BatiBUS puedan identificar y procesar la informacin que ha sido enviada por uno de ellos, pero solo filtran la trama y la transfieren a la aplicacin del dispositivo final, aquellos que tienen la debida

programacin para la funcin en particular.

50

El protocolo BatiBUS ha logrado la certificacin como estndar europeo. Existen una serie de procedimientos y especificaciones que sirven para homologar cualquier producto que use esta tecnologa para hacerla

compatible con el resto de productos que cumplen este estndar. A su vez, la propia asociacin BCI (BatiBUS Club Internacional) ha creado un conjunto de

herramientas para facilitar el desarrollo de productos que cumplan esta especificacin.

4.1.3.4

Protocolo LonWorks LonWorks ofrece una solucin con arquitectura

descentralizada, extremo a extremo, que permite distribuir la inteligencia entre los sensores y los actuadores instalados en el proyecto y que cubre desde el nivel fsico al nivel de aplicacin de la mayora de los proyectos de redes de control.

La corporacin Echelon present la tecnologa en 1992 para facilitar la comunicacin telemtica entre nodos. Los objetivos principales que plantea esta tecnologa son la flexibilidad y estandarizacin, la interoperabilidad y compatibilidad entre empresas fabricantes y usuarios. Segn sus creadores su arquitectura es un sistema abierto a cualquier fabricante que quiera usar esta tecnologa sin depender de sistemas propietarios.

51

Algunas de sus caractersticas mas importantes son que puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado, acoplado a un cable coaxial o de pares trenzados con un transformador, sobre corrientes portadoras, fibra ptica e incluso radio.

LonMark

es

una

asociacin

de

fabricantes

que

desarrollan productos o servicios basados en redes de control LonWorks, La tecnologa LON (Local Operating Network) hace posible una nueva generacin de productos de bajo coste que facilitan la comunicacin entre ellos. Aplicando esta tecnologa se facilita la creacin de redes de dispositivos inteligentes que se comunican, procesan y controlan mltiples aplicaciones en automatizacin de empresas, edificios corporativos, hoteleros etc.

4.1.3.4.1 Red LON Es un sistema de transmisin de datos que permite compartir recursos e informacin; uno de sus objetivos es hacer que todos los programas, datos y equipos estn disponibles para cualquier equipo de la red que as lo solicite, sin importar la localizacin fsica del recurso y del usuario.

Una

red

LON

est

formada

por

dispositivos

inteligentes, llamados nodos, conectados por uno o ms medios de comunicacin utilizando el mismo protocolo. 52

Los nodos estn programados para enviar mensajes a otros nodos al detectar cambios en algunas de sus entradas y para actuar como respuesta a mensajes que reciben en sus salidas. El funcionamiento completo de la red surge de las distintas

interconexiones entre cada uno de los nodos, donde la interaccin entre todos los nodos puede dar lugar a implementar aplicaciones complejas. Los cuatro elementos bsicos de LONWORKS son:

Protocolo LonTalk Neuron chip Transceptores LONWORKS (transceivers) Software de instalacin de la red y aplicaciones

4.1.3.4.2 Protocolo LonTalk Esta formado por una serie de servicios que proporcionan comunicaciones fiables y seguras entre los nodos de la red. Algunas de sus caractersticas ms importantes son: Variedad de medios de comunicacin: par trenzado, red elctrica, radiofrecuencia, cable coaxial y fibra ptica. Tiempo de respuesta: se utiliza un algoritmo propietario para la prediccin de colisiones que evita la prdida de prestaciones al tener un medio de acceso compartido.

53

Fiabilidad: El protocolo soporta acuso de recibo de extremo a extremo con reintentos automticos.

4.1.3.4.3 Neuron chip Es el corazn de la tecnologa LONWORKS. Los nodos contienen un Neuron chip para procesar todos los mensajes del protocolo LonTalk, detectar entradas y actuar las salidas, implementar funciones especficas de la aplicacin y almacenar parmetros de la instalacin.

El

Neuron

chip

dispone

de

un

modelo

de

comunicaciones que es independiente del modelo fsico sobre el que funciona. Es decir, la informacin, puede transmitirse sobre cables de par trenzado, corrientes portadoras, radiofrecuencia etc.

4.1.3.4.4 Transceptores LONWORKS Estos dispositivos sirven de interface entre el Neuron chip y el medio fsico. El usuario puede elegir entre varios Transceptores de comunicacin, esta

flexibilidad permite optimizar el diseo de la red. Ver tabla I.

54

Tabla I. Familia de transceptores Lonworks

Transceptor

Medio Fsico

Velocidad

Topologa De red

No. Distancia De Mxima Nodos 64

Otros

FTT-10

Par 78 Kbps Trenzado o Anillo libre

Bus(estrella) 2700 m bus

500 m libre

Compatible Con FTT10 y LPT10

4.1.3.4.5 Software de red y aplicaciones LonMarker es un paquete Software que proporciona las herramientas necesarias para el diseo,

instalacin y mantenimiento de redes de control LonWorks. Estructura de la red: La red LON adopta una estructura distribuida, que es aquella en la que el elemento de control se sita prximo al elemento a controlar y tiene las siguientes ventajas, (ver figura 6)

-

Los sensores y actuadores estn equipados con su propia inteligencia e intercambian informacin directamente entre si.

-

No es indispensable un dispositivo controlador mster.

-

Toda la informacin se lleva a cabo de forma local.

-

Requiere un cableado muy reducido Admite mxima flexibilidad en la expansin

55

Figura 6. Esquema de un bus LonWorks

Iluminacin

Control Remoto

Calefaccin A/A

Control de Accesos

Control de Persianas

Sistema de Alarmas

Gestin de Energa

Detectores Incendio

4.1.3.5

Protocolo Konnex (KNX) Es una tecnologa que resulta de la iniciativa de los sistemas de control europeo Batibus, EIB y EHS, con el objetivo de crear un nico estndar europeo para la automatizacin HBES (HOME AND BUILDING

ELECTRONIC SYSTEMS) basado en sistemas abiertos. Esta decisin se origin porque se necesitaba dar solucin a muchos inconvenientes que presentaban individualmente los estndares.

Algunas de estas necesidades se fundaban en: Implantar nuevos modos de funcionamiento que permitan aplicar una filosofa plug and play. Desarrollar la presencia de estos buses en reas como la climatizacin, seguridad, etc. Optimizar los atributos de los diversos medios fsicos de comunicacin sobretodo en la tecnologa de radiofrecuencia. 56

Organizar un nico estndar para la Domtica e Inmtica que cubra todas las exigencias de las instalaciones profesionales del mbito europeo.

El estndar KNX incorpora tres modos de configuracin distintos.

El S.mode (Modo Sistema-System mode): Este mecanismo de configuracin esta enfocado para realizar funciones de control sofisticadas en edificios. Son instalados y configurados por profesionales con ayuda de software

especialmente diseado para este propsito. La configuracin S-mode ofrece el ms alto grado de flexibilidad en funcionalidad as como en links de comunicaciones.

El E mode (Modo fcil-Easy mode): Los dispositivos estn pre programados en fbrica para realizar una funcin especifica. An as pueden ser reconfigurados algunos parmetros y enlaces de comunicacin principalmente. Este mecanismo de configuracin esta destinado a instaladores con una formacin bsica y provee una rpida evolucin del aprendizaje pero con funciones limitadas, comparadas con el S-mode.

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El A.mode (Modo automtico-Automatic mode): Este mecanismo de configuracin esta

desarrollado especialmente para aplicaciones de usuario final. Los dispositivos A-mode disponen de mecanismos de configuracin automtica, que adaptan sus enlaces de comunicacin al resto de dispositivos A-mode en la red.

4.1.3.6

Protocolo BACnet Se trata de un protocolo norteamericano, cuyo objetivo inicial fue crear un protocolo abierto para la gestin energtica inteligente en un hogar, proyectando

interconectar los sistemas de control ambiental. Es una abreviatura para las comunicaciones de datos dedicado a la automatizacin de vivienda y redes de control (a data communication for Bulding Automation and Control Networks), bajo el patrocinio de la asociacin norteamericana de ingenieros e instaladores de equipos de calefaccin, refrigeracin y aire

acondicionado ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating an Air-Conditioning Engieneers).

En

un

principio

se

defini

un

protocolo

que

implementaba el modelo ISO por niveles, en donde se comenz a usar la tecnologa RS-485 como soporte de nivel fsico. Ciertamente lo mas importante de este estndar es el esfuerzo que ha realizado el grupo fundador y las empresas fabricantes de equipos para definir una independencia en la comunicacin entre dos 58

dispositivos mediante un conjunto de reglas de hardware y software que permiten un enlace si se emplean otros protocolos abiertos como el EIB, el BatiBUS, el EHS, el Lon Talk, TCP/IP, entre otros.

Son muy amplias las aplicaciones y los beneficios que se pueden implementar con BACnet, pero el principal servicio que brinda la tecnologa es el control de calefaccin, ventilacin y aire acondicionado o HVAC (siglas en ingls de Heat, Ventilating and Air

Conditioning), seguido de la posibilidad de integracin de los elementos de cada dispositivo que se refleja en funciones de interoperabilidad y seguridad, entre las que se destacan la administracin de eventos y alarmas, la programacin de operaciones, el control de la

iluminacin, el manejo de la red desde dispositivos remotos, el acceso a datos compartidos y la facilidad de expansin.

4.1.3.7

Protocolo CEBus Es un estndar norteamericano desarrollado por la Asociacin de Industrias Electrnicas EIA (Electronic industries Association) cuyo objetivo bsico era el de estandarizar los protocolos de sealizacin infrarroja usados para el control remoto de aplicaciones, evitando incompatibilidades e interferencias. Esta tecnologa se convirti en un estndar nacional con la finalidad de abrir nuevos mercados en la industria de la electrnica de consumo. 59

CEBus conserva una arquitectura que utiliza solo los niveles fsico, enlace, red y aplicacin del modelo de referencia OSI, teniendo como interfaz entre estos niveles a un conjunto de primitivas de servicio. Los equipos elctricos se pueden interconectar y comunicar usando ondas portadoras por diversos medios de transmisin como la red elctrica de potencia, el cable trenzado, el cable coaxial, las seales infrarrojas, las seales de radiofrecuencia, la fibra ptica y el bus audio y video.

CEBus presenta flexibilidad en su topologa y cualquier dispositivo se puede conectar a diversos medios siempre que tenga la interfaz adecuada, constituyendo una subred local (Local Mdium Network). Para comunicar las subredes locales se utilizan dispositivos enrutadores (Routers), los cuales pueden integrarse dentro de otros equipos con mayores funcionalidades.

Para la eleccin del soporte fsico ms adecuado se debe tener en cuenta algunos parmetros como el ahorro de energa, la seguridad, la facilidad de la instalacin de los componentes, la sencillez y el costo de mantenimiento de la red. Cabe destacar que el nivel fsico de este estndar norteamericano no cumple con la normatividad europea para la transmisin de seales en lneas residenciales de bajo voltaje.

60

4.2

Topologa de una red de comunicacin En los sistemas elctricos que utilizan el cable como medio de transmisin existe un concepto llamado topologa de red y es el que establece de que manera estn interconectados los

dispositivos de una instalacin, en este caso hablamos de (sensores, actuadores, motores, contactores, unidades de control, etc.) respecto al medio de comunicacin y es por medio de esta caracterstica que se puede realizar un diseo que posibilite adaptarse fsicamente a las necesidades de cada proyecto en particular. Dentro de las configuraciones de redes ms usuales se pueden mencionar:

4.2.1 Configuracin en estrella Es una configuracin en donde los dispositivos estn conectados a un elemento principal que acta como el cerebro o controlador del sistema. Esta topologa dispone de una facilidad para agregar nuevos elementos e independencia de los mismos en una situacin de fallo en un elemento no central sin afectar a los dems componentes.

Debido a la arquitectura centralizada que emplea y teniendo en cuenta que el controlador es el corazn del sistema, un fallo en el mismo inhabilita toda la instalacin, se necesita adems una gran cantidad de cableado y se produce un congestionamiento de la informacin en el dispositivo principal de control, (ver figura 7).

61

Figura 7. Configuracin en estrella

4.2.2 Configuracin en anillo Los elementos que se conectan con esta topologa forman un anillo cerrado y la informacin pasa por todos los dispositivos, es por esto que resulta ms complicado la insercin de un nuevo elemento porque se tiene que paralizar el

funcionamiento de la red y si ocurre un fallo en alguno de ellos se inhabilita todo el sistema, pero requiere de un control ms sencillo y menor cableado que el resto de configuraciones, (ver figura 8).

62

Figura 8. Configuracin en anillo

4.2.3 Configuracin en bus En esta configuracin, los elementos se comunican a travs de un bus principal haciendo uso de tcnicas de direccionamiento, de esta manera se posibilita el intercambio de informacin entre dos dispositivos de forma simultnea.

Presenta ventajas como la facilidad para agregar o suprimir elementos ya que no necesita de un cerebro que controle todo el sistema, por tanto se pueden independizar las tareas de control y resulta ser tolerante a fallos, (ver figura 9).

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Figura 9. Configuracin en bus

4.2.4 Configuracin en rbol Se basa en una forma de jerarqua en la red, utiliza combinaciones de las configuraciones en estrella y en bus, adquiriendo las ventajas o las desventajas que dependen de la configuracin utilizada, (ver figura 10).

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Figura 10. Configuracin en rbol

4.3

Medios de transmisin Los diferentes dispositivos de control de un sistema Domtico e Inmtico deben intercambiar informacin unos con otros a travs de vas de comunicacin fsica que pueden ser: o par trenzado o lnea de potencia o red elctrica o radiofrecuencia o infrarrojos

Por tanto, cada protocolo puede utilizar un medio de transmisin especfico, teniendo en cuenta que la implementacin de la solucin ms ptima es aquella que resulte ser la de mejor aplicacin, segn las caractersticas de cada proyecto adems que represente el costo ms econmico.

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Los medios de transferencia de datos ms frecuentemente utilizados en la transmisin de la informacin para los sistemas son:

4.3.1 Transmisin por corriente portadora Fue diseado en Escocia entre los aos 1976 y 1978 con el objetivo de transmitir datos por las lneas de baja tensin a muy baja velocidad y costes muy bajos. Utilizando el cableado elctrico residencial; comnmente se emplea la lnea de distribucin elctrica por ser una alternativa econmica pues se aplica a las redes existentes (no requiere de nuevas instalaciones) con facilidades de conexin.

En los ltimos aos, se inici la implementacin de una nueva tecnologa, que tiene como soporte fsico la red telefnica convencional, con el fin de solucionar inconvenientes como, poca fiabilidad de transmisin de los datos y la baja velocidad de transferencia (menor que 10Kbps) debido a la cantidad de armnicos presentes y a la variacin de la impedancia en funcin de las cargas conectadas a la red, que presenta la lnea de potencia.

Para evitar falsas maniobras, provocadas por interferencias que provengan de la red elctrica deben proyectarse con cuidado los filtros necesarios. Un sistema basado en lneas de distribucin de energa elctrica consta de las siguientes partes:

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Unidad de control. Se encarga de gestionar el protocolo, almacenar las rdenes y transmitirlas a la red. Interfaz de conexin de los equipos. Es el elemento que

recibe las rdenes de la unidad de control y las ejecuta. Filtro. Es necesario para evitar que las seales puedan

interferir la red elctrica exterior a la vivienda.

4.3.2 Transmisin por cables conductores de cobre Son muchas las aplicaciones que pueden implementarse bajo el soporte fsico por cables conductores de cobre, los cuales resultan tiles para el transporte de datos, voz, alimentacin y en ciertos casos se puede transmitir imagen comprimida. Se emplean generalmente para la conexin de los sensores con el elemento central encargado de la gestin. Como referencia se tiene la siguiente clasificacin para este tipo de cables:

Par de cables, cada uno de los cables est formado por un arrollamiento helicoidal de varios hilos de cobre. (Por ejemplo, los utilizados para la distribucin de seales de audio).

Par apantallado, formado por dos hilos recubiertos por un trenzado conductor en forma de malla, cuya tarea consiste en aislar las seales que circulan por los cables de las interferencias electromagnticas exteriores. (i.e. los

utilizados para la distribucin de sonido de alta fidelidad o datos).

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Par trenzado, est formado por dos hilos de cobre recubiertos cada uno por un trenzado en forma de malla. El trenzado es un medio para hacer frente a las interferencias electromagnticas.

Cables formados por un solo conductor con un aislamiento exterior plstico. (i.e. los utilizados para la transmisin de las seales telefnicas).

4.3.3 Transmisin por cable coaxial El cable coaxial consiste en un par de conductores concntricos, en donde uno de ellos es el central y el otro est en el exterior en forma de malla tubular trenzada en aluminio o cobre, adems se compone de un material aislante entre los dos conductores llamado dielctrico, (ver figura 11).

Figura 11. Caractersticas del Cable COAXIAL

Conductor de cobre Aislante Plstico Pantalla de cobre Trenzada Cubierta exterior

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En proyectos residenciales, la utilidad del cable coaxial es muy amplia, pues se recurre a l en sistemas para entretenimiento, para la transmisin de seales de teledifusin que provienen de las antenas (red de distribucin de las seales de TV y FM), seales procedentes de las redes de TV por cable, seales de control y datos a media y baja velocidad.

Algunas de las ventajas ms relevantes de este canal guiado de transmisin son el bajo costo y la distancia de enlace mayor respecto a los otros soportes de transmisin de datos, adems de ser ampliamente reconocida y utilizada en el medio.

4.3.4 Transmisin por fibra ptica La fibra ptica est constituida por un material dielctrico transparente, conductor de luz, compuesto por un ncleo con un ndice de refraccin me