Comunicación presentada al I Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
- José María Redondo Martín, Ingeniero Técnico Industrial, Ingeniero Dpto. Ingeniería y Automatización
- Álvaro Mallol de la Fuente, Ingeniero Superior de Telecomunicación y Director General, DICOMAT-WAGO España
Resumen
La tecnología IP sobre Ethernet es líder en automatización industrial, así como la más creciente en proyectos de automatización de edificios y eficiencia energética. Existen ya Economías de Escala que permiten producción optimizada a los fabricantes de componentes económicos, así como una elevada competencia en la transmisión de datos desde ordenador, tabletas y teléfonos. IP y Ethernet se perfila como la mejor tecnología en obra nueva y rehabilitación: cercano, económico, robusto, veloz y potente.
Introducción
La luz roja de emergencia se ha encendido con la entrada en vigor del R.D. 235/2013 asociado a la Certificación de Eficiencia Energética. Aunque ya existía motivo suficiente, con el incremento de coste en suministros energéticos y agua, para analizar consumos y potenciar ahorros en cada inmueble.
La aplicación de la domótica e inmótica (automatización en edificios de uso terciario/industrial) a las instalaciones del edificio evoluciona su funcionalidad desde el confort hasta la medición y eficiencia de energía, que, junto con la seguridad ante incidencias (rotura de tubería, fuego, intrusismo, etc.), se convertirá en el ámbito principal de actuación. El objetivo es reducir el consumo manteniendo las prestaciones necesarias. Se plantea utilizar un sistema de control automático y programado de forma inteligente capaz de medir, decidir y actuar en los escenarios o usos recogidos en imprescindible análisis funcional previo.
La inteligencia del sistema, consecuencia de la previsión y profesionalidad de quien realice la ingeniería y programación, debe brillar principalmente en tres aspectos: funcionalidad completa y adaptable (escalable) en el tiempo, facilidad de uso amigable y conservación de la instalación económica y abierta (no cautiva).
El reto: sistema completo, económico y abierto
Con el objetivo de economizar la instalación original y de simplificar el mantenimiento sin renunciar a ninguna funcionalidad, el principal reto es diseñar un sistema de control abierto (multi-fabricante) y con un coste de software único.
El ámbito del sistema de control se definirá en función del uso del inmueble: sala de caderas, sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), iluminación, control de incendio, centralita de alarma de seguridad, parking, zonas comunes, salas de reuniones, etc.
Actualmente es frecuente encontrar instalaciones de tamaño dispar con diferentes sistemas de control independientes, lo que dificulta recopilar la información necesaria de consumo, uso así como una gestión alineada del conjunto. También se dificultan las tareas de mantenimiento (siendo necesario conocer varios sistemas), así como la potencial evolución funcional.
El sistema principal y ‘único’ del inmueble debe además integrar un número limitado de controles dedicados como por ejemplo sistemas de Fan coil y controladores de suelo radiante.
La elección óptima será una plataforma multiprotocolo con comunicación directa, sin pasarelas, que permita controlar elementos regulables de luz, temperatura… (Nivel de Control), comunicar con los sensores y contadores (Nivel de Captación de Información), enviar órdenes a los actuadores, monitorizar la instalación para mantenimiento y seguridad, así como ofrecer un entorno de uso y visualización local/remota (vía IP) adecuado al usuario (nivel SCADA/BMS).
Niveles de control
Habitualmente una decisión técnica a realizar es el nivel de control en el sistema de control:
En el nivel A los componentes realizan el control de forma autónoma centralizada o distribuida mediante comunicaciones. Los sistemas abiertos permiten comunicar dispositivos multi-fabricante mediante protocolos de comunicación estándar (KNX, Lonworks, BACnet o Modbus principalmente), pero existen en el mercado también otros sistemas propietarios que no permiten comunicar fuera del propio sistema del fabricante.
En el nivel B los equipos de control no realizan propiamente el control de los sistemas sino que actúan como un ‘traductor bidireccional’ a los protocolos de comunicación estándar mencionados anteriormente, completando esta carencia de los sistemas propietarios.
Los Cuatro Grandes para el proyecto
Existe actualmente un espectro de tecnologías de control que en ocasiones parecen complicar con sus acrónimos y particularidades la elección del protocolo de comunicación más adecuada.
Cada proyecto puede demandar una elección diferente en función de sus características de uso funcional, espacio, etc. No existe una tecnología superior a otra en todos los aspectos, aunque lógicamente habrá ventajas competitivas parciales para cada proyecto. Sí deben tener, en todos los casos, conexión directa a IP/Ethernet, por las posibilidades de acceso de usuario y mantenimiento que se obtiene con ello.
Definidos como tecnología de comunicación principal en el inmueble existen cuatro protocolos abiertos (multi-fabricante) dominantes, que introducimos a continuación. Además existen otros protocolos reconocidos para aplicaciones concretas o de nicho: DALI, enOcean, SMI, M-BUS, Bluetooth, MP-BUS y DMX.
KNX
KNX es la tecnología de mayor crecimiento en el Mundo para el control de edificios. Está regulado por la asociación KNX International desde Bruselas. Su ámbito permite desde control del clima hasta la captación de datos de sensores y mando en actuadores. Puede utilizar hasta cuatro medios estándares de transmisión: par trenzado, cable Ethernet, radioenlace o el propio cable de la instalación eléctrica existente (PLC).
LONWORKS
Lonworks sigue aumentando sus implantaciones en el Mundo, con entrada tradicional en los proyectos desde las aplicaciones de clima. Está regulado internacionalmente por la LONmark. Utiliza comunicación con par trenzado, FTT o Ethernet.
MODBUS RTU / TCP-UDP
De origen industrial, por su sencillez ha aterrizado fuerte en instalaciones de Eficiencia Energética en Europa. Regulado por la asociación MODBUS. Utiliza comunicación tipo serie RS-232 o RS-485 para MODBUS RTU, o Ethernet en TCP y UDP.
BACNET
Bacnet es el protocolo que más ha tardado en aparecer en España debido a su procedencia americana y foco principal en el clima y capa de gestión del inmueble. Regulado por la asociación ASHRAE. Está orientado a la integración en grandes edificios. Utiliza transmisión en RS-232 mediante Bacnet PTP, par trenzado o Ethernet (Bacnet IP).
Integración Multi-protocolo
El 22 de mayo de 1973 el Dr. Robert Metcalfe planteó por primera vez unir todos los computadores de un edificio, permitiendo así la intercomunicación y el uso compartido de recursos del edificio (p.e. impresoras) a través del ‘Eter’ (aire, nube).
Este concepto de comunicación cumple ahora 40 años y se antoja muy similar a la idea de interconexión de todos los sistemas de control dentro del edificio planteada en este escrito. Los protocolos comentados en el Apartado 5 disponen de comunicación IP sobre Ethernet, permitiendo combinar información de diferentes áreas funcionales del inmueble.
Sin duda es más sencillo y trasparente para el usuario, propietario y personal de mantenimiento.
IP sobre Ethernet
IP y Ethernet es hoy el medio de transmisión más común en proyectos de automatización industrial y de edificios (tanto obra nueva como rehabilitación). Facilita la Eficiencia Energética tanto en procesos de producción industriales como en la utilización habitual de edificios.
La facilidad conceptual y la economía de escala en la producción de componentes, junto con elevada competencia en las comunicaciones de datos desde ordenadores, tablets y móviles son actualmente
IP sobre Ethernet es cercano, económico, robusto, veloz y potente
La evolución en comunicaciones Ethernet no descansa. Destacan actualmente las redes móviles 4G y la posibilidad mejorada de utilizar simultáneamente varios canales de comunicación para diferentes protocolos en un mismo medio de transmisión: un traje a media a coste muy reducido.
¿Control centralizado o distribuido dentro del edificio? IP y Ethernet permite ambas soluciones en estado puro o mixto. El usuario final y el propietario del inmueble disponen de información en tiempo real e histórica sobre instalaciones y consumos integrables en sus ERP y CRM.
WAGO: Integración Multi-protocolo
WAGO es un fabricante alemán diferente. Diseña y fabrica en Europa componentes 100% libres de mantenimiento eléctrico (con conexión Clema Cepo original) y con un software de programación libre e independiente (CoDeSys).
Aplica las ventajas de IP y Ethernet a sus componentes modulares (hasta 2.048 señales digitales y 1.024 analógicas por controlador). Incluye módulos de enlace directo con todas las tecnologías para domótica/inmótica, así como contadores de suministro y uso. Un ejemplo práctico es la unión IP/Ethernet de los ‘cuatro grandes’: BACnet, KNX, Lonworks y Modbus. Se podrían añadir módulos DALI, M-Bus, enOcean, Bluetooth, SMI, MP-Bus.
Se integran las diferentes herramientas de configuración de cada protocolo en el software CoDeSys (IEC61131-3), que traduce información de diferentes protocolos (ver Figura 4).
El sistema tiene un autómata programable como plataforma de control, facilitando al usuario programaciones a medida y utilizar múltiples librerías gratuitas disponibles en WAGO. Los controladores (autómata programable) de última generación incluyen una tarjeta SD que permite realizar volcado de datos de consumos, horas de funcionamiento, alarmas, etc.
Conclusiones
Ahorrar en consumo sin perder funcionalidad en el inmueble cumpliendo además las directivas de eficiencia energética, emisiones de CO2, LEED… requiere tener un sistema de control. Actualmente es posible escoger un sistema abierto, multi-fabricante, que integre diferentes protocolos y sistemas específicos del edificio con una funcionalidad y accesibilidad total.
IP y Ethernet es el soporte universal para medir consumos, analizar información de sensores, enviar consignas de actuación y permitir acceso local y remoto para usuario y mantenimiento.
WAGO, fabricante alemán, ofrece un sistema programable, modular, abierto y configurable a medida del proyecto, con un software libre estándar IEC e independiente (CoDeSys).
Referencias
- Marshall & Rinaldi, 2004, Industrial Ethernet 2nd Edition, I.S.A Books.
- Balcells & Romeral. 2000, Autómatas programables, Marcombo, Barcelona.
- Dpto. Automática y Control, 2003, Domótica y automatización de edificios, UPB.
- WAGO Kontakttechnik GmbH, 2008, I/O System Technical description, installation and configuration, Minden-Alemania.
- WAGO Kontakttechnik GmbH, 2012, Modular I/O-System Ethernet TCP/IP & KNX-IP 750-849, Minden-Alemania.