Ud1 CIDA

www.secciona2.tk (2012) 1

CIDA (Automatismos)

Unidad Didáctica 1

Automatización y domótica, generalidades


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Sistemas automáticos - automatismos

Es un sistema que hace que una máquina funcione de manera autónoma, realizando ciclos completos de operaciones que se pueden repetir, con el objeto de liberar al hombre, física y mentalmente, en la ejecución del proceso.


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Automatismos - tecnologías

Mecánicos: Construidos a base de ruedas dentadas, poleas, levas, cremalleras, poleas, etc.

Neumáticos: cilindros, válvulas. Hidráulicos: cilindros, válvulas. Eléctricos: relés, contactores. Electrónicos: procesadores, autómatas


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Etapas de la automatización

PREHISTORIA: invención de herramientas para la caza, la confección, la construcción, la agricultura, etc.

EDAD MEDIA: invención de máquinas simples.

REVOLUCIÓN INDUSTRIAL: División del trabajo en tareas simples.


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Objetivos de la automatización

Reducir la mano de obra: la automatización reduce la mano de obra poco cualificada al eliminar del proceso productivo las tareas más sencillas y repetitivas.

Simplificar el trabajo: realiza también tareas que necesitan de un alto grado de precisión simplificando el proceso desde el punto de vista del operario.

Mayor eficiencia: al conseguir reducir los tiempos de producción y encadenar tareas de manera óptima.

Disminución de piezas defectuosas: aumentando la productividad.

Integración de sistemas empresariales: permitiendo la telegestión y seguimiento remoto y en tiempo real de los procesos productivos, consecuencia de la conexión de los equipos a redes de comunicación.


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Automatización - terminología Automatismo: Máquina o sistema capaz de cumplir funciones de

mando, regulación y control sin que medien agentes externos. Dispositivo mediante el cual un aparato o sistema adquiere carácter automático.

Automático: Que obra o se regula por sí mismo. Automatizar: Usar máquinas o aparatos automáticos en una

industria. Someter a automatización un proceso industrial o una serie de operaciones administrativas o de investigación, un mecanismo o un conjunto de máquinas.

Automatización industrial: Utilización de técnicas y equipos para el gobierno de un proceso industrial, de tal forma que funcione autónomamente, con poca o ninguna intervención humana.

Planta: Máquina, instalación o conjunto de máquinas que son objeto de la automatización.

Control: Manipulación indirecta de las magnitudes de un sistema denominado planta a través de otro sistema denominado control.


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Niveles de automatización

Manual, elemental o nivel de máquina: La instalación no está automatizada. El operador a través de los dispositivos de entrada (pulsadores, interruptores, teclado, etc) va ordenado las diferentes operaciones a realizar en la planta.

Semiautomático o automatización parcial: Parte de las operaciones de la planta se realizan de forma automática y otras las realiza el operador.

Automático, automatización total o nivel de proceso: La planta funciona sin intervención del operador que tiene por regla general la función de supervisión.

Integración total o nivel de gestión integrada: Todas las máquinas están interconectadas y trabajan cooperativamente. La intervención humana es requerida a nivel gestión y planeación estratégica.


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Clasificación de las tecnologías de los automatismos


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Sistemas cableados y sistemas procesados


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Sistemas cableados y sistemas procesados

La tecnología cableada se realiza a base de las uniones físicas de cada uno de los componentes que forman el sistema. En la tecnología eléctrica, los elementos básicos son el relé y el contactor.

Inconvenientes: Poca flexibilidad frente a las modificaciones. La identificación y reparación de las averías son complejas. Las funciones de control complejas son difíciles de implementar. El espacio ocupado es grande.

En los sistemas programados el control se realiza mediante programa almacenado en la memoria de los equipos.

Ventajas: Menor tiempo en la elaboración de proyectos nuevos y en su puesta

en funcionamiento. Posibilidad de realizar modificaciones de forma sencilla. El espacio ocupado es el mínimo. El coste de la mano de obra en la ejecución y el mantenimiento de

la instalación disminuye considerablemente.


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Lazo abierto – Lazo cerrado

Un sistema de control en lazo abierto ejecuta las órdenes de salida en función de las consignas de entrada sin tener en cuenta la evolución de la salida .

En un sistema de control en lazo cerrado el controlador se encarga de recibir las consignas del entorno y ejecutarlas. Compara el valor de entrada con la salida, para corregir ésta si se desvía del valor deseado.


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Sistemas de control

Planta: instalación, máquina o proceso a controlar.

Unidad de control: decide las operaciones a realizar - uno, o más, dispositivos programables - puede ser un determinado circuito eléctrico o electrónico- señales eléctricas que le proporcionan otras partes del sistema.

Accionamientos: encargados de gobernar la planta - transforman en señales

Transductores (sensor + interfaz): convierten las magnitudes físicas de la planta (velocidad, aceleración, temperatura, etc) en magnitudes eléctricas.


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Sistemas de control – Esquema general


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Lazo abierto

Entrada SalidaSist.

Dispositivos de entrada

SISTEMA DE

CONTROLACTUADORES

USUARIOINSTALACIÓN

Percepción que el usuario

tiene de la instalación


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Lazo cerrado

Entrada SalidaSist.

INFORMACIÓN

DE SALIDA

SISTEMA

DE CONTROL

SENSORES

USUARIO

INSTALACIÓN

ÓRDENES DE ENTRADA

ACTUADORES

Percepción que el usuario

tiene de la instalación


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Lazo abierto - Lazo cerrado

La instalación de la calefacción de una sala de reuniones está programada para mantener una temperatura ambiente de 20°C. En una reunión se concentran numerosas personas.

En un control en lazo abierto (calefactor con termostato) la temperatura de salida del calefactor sería de 20 ºC, pero la afluencia de personas podría aumentar la temperatura otros 5° creando un ambiente más caluroso. En un sistema de control en lazo cerrado, el aumento de temperatura debido al calor humano se recogería por un sensor de temperatura que sería procesado por el controlador y desconectaría el calefactor, manteniendo la temperatura previamente programada de 20 °C.


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Tipos de señales

Las señales digitales son aquellas señales que sólo pueden tomar un número determinado de valores. La señal digital por excelencia es la señal binaria, que puede tener dos valores determinados, asociados a los valores lógicos "1" y "0".

Las señales analógicas son aquellas señales continuas que pueden tomar cualquier valor entre un margen determinado de funcionamiento.


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Señales digitales

Ej.: En uno de los bornes de una salida binaria de un PLC, con salida a transistor, tenemos una señal digital que puede tomar dos valores posibles: 0V o 24V.

24

24V

0V


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Señales analógicas

Ej.: Algunos balastos electrónicos para fluorescencia permiten la regulación del nivel de iluminación mediante una entrada analógica de 1-10V. El encencido de los fluorescentes es proporcional a la tensión proporcionada en esta entrada.


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Domótica – Inmótica – Automatización

En general designamos por domótica las instalaciones automatizadas en viviendas y edificios.

Siendo más estrictos utilizamos el término domótica cuando nos referimos a pisos o a viviendas unifamiliares, y el término inmótica cuando nos referimos a edificaciones singulares o comerciales.

GUÍA-BT-51


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Domótica – Inmótica - Automatización

A este tipo de instalaciones se refiere la IT 51 de RBT , y su correspondiente guía de aplicación.

Se refiere concretamente a sistemas de automatización, gestión técnica y seguridad para viviendas y edificios:Son aquellos sistemas centralizados o descentralizados, capaces de recoger información proveniente de unas entradas (sensores o mandos), procesarla y emitir órdenes a unos actuadores o salidas, con el objeto de conseguir confort, gestión de la energía o la protección de personas animales o bienes.

Estos sistemas pueden tener la posibilidad de accesos a redes exteriores de comunicación, información o servicios, como por ejemplo, red telefónica conmutada, servicios de internet, etc.

GUÍA-BT-51


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Domótica – Inmótica - Automatización

Exclusiones: Sistemas independientes, p.e. portones, toldos,

climatización, considerados como aparatos. Redes privadas independientes para la transmisión de

datos. Instalaciones contempladas por el RICT. Sistemas de seguridad y contraincendios

reglamentados por NBE-CPI y el RIPCI.

GUÍA-BT-51


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Características generales de un sistema domótico

Flexibilidad. Un sistema para la gestión técnica de los edificios debe posibilitar la adaptación de la instalación a las necesidades futuras.

Modularidad. Para evitar que el mal funcionamiento de una parte de la instalación afecte a toda ella, es necesario una concepción del sistema modular.

Facilidad de utilización. El sistema debe estar adaptado a cada usuario. ¡¡ MUY IMPORTANTE !!

Debe ser Integral. Un sistema de gestión debe ser capaz de implicar a diferentes componentes o equipos pertenecientes a diferentes áreas de la gestión del edificio, permitiendo el intercambio de información entre ellos y con el exterior.


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En una instalación pueden convivir distinta redes. La instalación interior eléctrica (línea roja continua) y la red de control del sistema domótico (línea verde discontinua) están reguladas por el REBT.

GUÍA-BT-51


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Marco normativo

Serie normas

EN 50090

Home and

Building

Electronic

systems

(HBES)

Serie normas

EN 50090

Home and

Building

Electronic

systems

(HBES)

Serie normas

EN/ISO 16484

Building

Automation and

Control Systems

(BACS)

Serie normas

EN/ISO 16484

Building

Automation and

Control Systems

(BACS)

PROYECTO

SMART HOUSE

PROYECTO

SMART HOUSE

Serie Normas

prEN14908

Opendata

Communication

in Building

Atomation

Serie Normas

prEN14908

Opendata

Communication

in Building

Atomation

DIRECTIVAS

EUROPEAS

BT 73/23/CEE

Baja Tensión:

-seguridad eléctrica

CEM 89/336/CEE

Compatibilidad

Electromagnética:

-perturbaciones

electromagnéticas

DIRECTIVAS

EUROPEAS

BT 73/23/CEE

Baja Tensión:

-seguridad eléctrica

CEM 89/336/CEE

Compatibilidad

Electromagnética:

-perturbaciones

electromagnéticas

REGLAMENTOS

NACIONALES

ICT

REBT

-ITC-BT 51

“Instalaciones de

sistemas de

automatización,

gestión técnica de la

energía y seguridad

para viviendas y

edificios

REGLAMENTOS

NACIONALES

ICT

REBT

-ITC-BT 51

“Instalaciones de

sistemas de

automatización,

gestión técnica de la

energía y seguridad

para viviendas y

edificios

Guía de aplicación

ITC-BT 51

Guía de aplicación

ITC-BT 51

NORMATIVA: Es de ámbito

voluntario Sirve para

certificar instalaciones y productos.

Garantiza la conformidad Europea.

Aporta valor añadido

LEGISLACIÓN :

Ámbito OBLIGATORIO- Directivas, Reglamentos- La Comisión Europea

elabora las Directivas y los países las trasponen a legislación nacional

- Legislación nacional propia.

- Marcado CE


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Terminología

Nodo: cada una de las unidades del sistema capaces de recibir y procesar información.

Actuador: Dispositivo encargado de realizar el control de algún elemento del Sistema (salidas).

Dispositivo de entrada: Sensor, mando a distancia, teclado u otro dispositivo que envía información al nodo.

GUÍA-BT-51


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Ejemplo 1 - Terminología

Sistema que controla la climatización, la apertura de persianas, la iluminación del local y el riego del jardín, que tiene en cuenta las condiciones meteorológicas presentes o sus previsiones, mediante una determinada lógica.

NODO: Ordenador o autómata que reciba las señales de sensores Temperatura , humedad , luz y las procesa para dar órdenes a lossistemas que actúan sobre la climatización, la iluminación, las Persianas o el sistema de riego. Podría estar conectado a una RTI.

ACTUADOR: serían el contactor que alimenta los motores de lasPersianas, la electroválvula del riego o un regulador de intensidadde luz.

DISPOSITIVOS DE ENTRADA: serían los medidores de temperaturao humedad, las células fotoeléctricas, etc. que envían información alNodo.

GUÍA-BT-51


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Terminología

BUS (Binary Unit System): Línea de intercambio de datos a la que se pueden conectar gran cantidad de componentes, permitiendo la comunicación entre éstos.

Pasarela residencial (Residential Gateway): Elemento de conexión entre diferentes redes, adaptando y traduciendo diferentes protocolos.

Punto de acceso de usuario (PAU): elemento en el que comienza la red interior de telecomunicación del domicilio del usuario.

Protocolo: lenguaje de comunicación entre periféricos con objeto de establecer la transmisión de daors con un sistema central o entre sí, de forma ordenada.

Radiofrecuencia (RF): Transmisión de señal sin requerir de un medio físico, ni de alineación libre de obstáculos entre ele emisor y el receptor, general de frecuencia comprendida entre 3KHz y 3GHz.

Topología: término utilizado para definir la estructura de la red y la configuración del sistema.

GUÍA-BT-51


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Sistemas de gestión de energía

Desconexión selectiva de cargas en caso de superar la potencia máxima contratada, estableciendo preferencias previamente seleccionadas y desconectando aquellos equipos menos prioritarios.

Puesta en marcha de los diferentes equipos para el aprovechamiento de la tarifa nocturna.

Zonificación de las zonas de calefacción: puesta en marcha en función horaria, temperatura, detección de presencia o cualquier otro criterio previamente programado.

Activación/desactivación de luces exteriores y/o interiores en función del grado de luminosidad, detección de presencia, etc.


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Sistemas de gestión de la seguridad

Sistemas antiintrusión.

Detectores de fuego y de humo.

Detectores de fugas de gas y agua, que se encargarán de cerrar las válvulas de paso en caso de activación ALARMAS TÉCNICAS

Alarma de salud.


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Sistemas de gestión del confort

Accionamiento automático de persianas y toldos.

Sistemas de riego.

Control automático de la iluminación interior y exterior.

Escenas de iluminación.


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Sistemas de gestión de las comunicaciones

Uso de centralitas de telefonía: intercomunicación con el portero electrónico, interconexión con los diferentes teléfonos del edificio o la vivienda, etc.

Control remoto de los sistemas del edificio desde el interior (apertura de la puerta principal desde el teléfono, etc.) y desde el exterior (a través de la línea telefónica, etc.).

La funcionalidad en comunicaciones depende del sistema utilizado, existiendo grandes diferencias.


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Topologías de red

El principal inconveniente de los sistemas de automatización de edificios es el alto grado de cableado necesario para la instalación de la red de datos para tareas de control y vigilancia, debido sobretodo al cableado independiente de sensores y actuadores, hacia los módulos de control y regulación.


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Topologías de red: ESTRELLA

En un sistema en estrella todos los equipos que forman el sistema están unidos entre sí a un controlador principal, que es el que realiza las funciones de control y supervisión.

Las principales ventajas al utilizar una topología en estrella son: Es muy fácil añadir nuevos elementos a la red, ya que

sólo hay que conectarlos al controlador principal. Un fallo en un elemento de la instalación no afecta al

resto (excepto si falla el controlador principal). Y los inconvenientes son:

Un fallo en el controlador principal provoca un fallo general en toda la instalación.

El cableado de la instalación es muy extenso, ya que todos los elementos se unen al controlador principal.


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Topologías de red: BUS

En un sistema que utiliza una topología en bus , la línea de comunicación es compartida por todos los componentes del sistema. Para poder identificarse, cada componente debe tener una dirección asociada para saber en cada momento si la información presente en el bus va dirigida a él.

Las principales ventajas de la topología en bus son: Es muy fácil la instalación y reconfiguración de un sistema de bus, es decir,

es muy fácil insertar y eliminar componentes. No es necesario (aunque algunos sistemas lo tienen) un sistema que

controle el bus (controlador de bus), ya que perfectamente puede realizar el control cada uno de los componentes que forman el sistema.

El funcionamiento defectuoso de un componente no afecta al resto del sistema.

La velocidad de transmisión es elevada. La longitud del cable a instalar se minimiza.

Pero presenta las siguientes desventajas: Es necesario que los nodos tengan cierto grado de inteligencia. Es necesario asegurar mecanismos de control para evitar que dos

elementos intenten acceder en el mismo instante a la red.


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Topologías de red: ANILLO

En un sistema configurado en anillo todos los componentes del sistema se interconectan formando un anillo,.Este sistema es el menos utilizado en sistemas de automatización de edificios, ya que su principal inconveniente es el mal funcionamiento de toda la instalación en el momento en que un componente del sistema deja de funcionar.

La línea de transmisión es unidireccional, ya que los datos que se transmiten a la red van viajando de nodo a nodo en un único sentido.

Esta topología presenta la ventaja de que el control del sistema es sencillo.

Pero presenta los siguientes inconvenientes: Es una topología muy vulnerable a fallos. Es necesaria la utilización de un cable de longitud mayor que la

topología de bus. Añadir nodos es más complicado y hay que interrumpir el

funcionamiento de la red.


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Topologías de red: ÁRBOL

La topología en árbol se puede considerar como una topología híbrida de la topología de bus y la de estrella. Por lo tanto, las ventajas y desventajas dependen de la configuración final establecida.


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Sistema modular centralizado


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Sistema en Bus descentralizado


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Sistema en Bus centralizado


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Grado de automatización básico

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Grado de automatización normalGUÍA-BT-51


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Figura 1.36, Ejemplo de instalación en vestíbulo (Figura 11 - guía BT 51)

Ejemplos de instalaciónGUÍA-BT-51


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Figura 1.37, Ejemplo de instalación en pasillo (Figura 12 - guía BT 51)


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Figura 1.38, Ejemplo de instalación en cocina (Figura 13 – guía BT 51)


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Figura 1.39, Ejemplo de instalación en baño-aseo (Figura 14 – guía BT 51)


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Figura 1.40, Ejemplo de instalación en salón – comedor (Figura 15 – guía BT 51)


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Figura 1.41, Ejemplo de instalación en dormitorio (Figura 16 – guía BT 51)


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Figura 1.42, Ejemplo de instalación en terraza (Figura 17 – guía BT 51)


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Figura 1.43, Ejemplo de instalación en garaje (Figura 18 – guía BT 51


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Ejemplos de instalación: LeyendaGUÍA-BT-51

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