Diseño, planificación y supervisión de una instalación para un sistema automatizado de un hogar digital Design, planning and supervision of an instalation for an automated system of a digital home

Rafael Donaire Peña

RESUMEN

PALABRAS CLAVES

El presente artículo se basa en la implementación de un

Domótica, pasarela residencial, supervisión, protocolo.

sistema automatizado para un hogar digital, el cual consta de todos sus ambientes característicos y en donde se han implementado el control de luces, control de accesos, sistemas de seguridad, control de persianas y riego, control de temperatura y el control de regulación de iluminación

KEY WORDS Domótica, residencial gateway, supervision, protocol,

INTRODUCCIÓN

(ahorro de energía). Se aplicarán las técnicas de control

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convencional en lazo cerrado y en modo on-off. Para co-

La domótica es aquel término que se le aplica a toda cien-

nocer el estado de cada uno de los sensores y actuadores

cia y elementos desarrollados por la electrónica e infor-

(variables) desde cualquier punto de la casa, se implemen-

mática, que proporciona un nivel de automatismo en una

tó un sistema de supervisión mediante el software LCN-W,

vivienda, ya sea desde lo más simple a lo más complejo

el mismo que se encargará del monitoreo de las variables

y cuyo objetivo es conseguir el aumento de la calidad

medidas. La implementación se realizó con equipos LCN

de vida de sus ocupantes. La palabra domótica viene del

(Local Control Network) de fabricación alemana que utili-

francés domotique, que es la unión de dos palabras: por

za un protocolo propietario y un sistema descentralizado

una parte, proviene de la latina domus, casa, y por otra,

mediante los controladores LCN-SH y LCN-UPP.

de la francesa automatique. Literalmente podríamos decir que la domótica es la automatización de la casa.

ABSTRACT La domótica se ha venido desarrollando desde la décaThe present article is based on the implementation of an

da de los setenta basada en la tecnología X-10 y hasta la

automated system for a digital home, which are compose

actualidad algunas empresas dedicadas a la domótica

of all its room and where have been implemented con-

la siguen implementado en sus sistemas, durante todos

trol of lights, accesses control, security systems, blinds and

estos años los diferentes fabricantes han buscado el de-

watering control, temperature control and illumination

sarrollo y el despegue de la domótica con la fabricación

regulation control (energy saving). The techniques of

de avanzados electrodomésticos y dispositivos (sensores,

conventional control were applied in closed knot and in

actuadores y controladores) destinados a automatizar

on-off way. To know the state of each one of the sensors

una vivienda.

and actuadores from any point of the house, a supervision system was implemented by means of the software LCN-W, the same one that took charge of the monitoreo of the variables measures. The implementation was carried out with devices LCN (Local Control Network) of German production that uses a proprietor protocol and a decentralized system by means of the controllers LCN-SH and LCN-UPP.

La situación actual de la domótica es que existen muchos estándares y asociaciones que tratan de normalizarla, pero se sigue con la búsqueda de unificar todos en un único estándar, los protocolos más importantes son el EHS, BatiBUS y EIB, la idea es sacar lo mejor de cada sistema e implementar un protocolo único compatible y abierto. La asociación Konnex con más de 100 compañías que la conforman trata de realizar la convergencia de estos tres sistemas.

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Con el desarrollo de las comunicaciones lo que se busca

Sistemas Descentralizados, todos los elementos de red

de todo proceso automatizado es su integración en redes,

actúan en forma independiente uno de otros, con funcio-

que permitan tener la información del proceso almace-

nalidad de control y mando, para el proyecto se escogió

nada para después observar el comportamiento de cada

este tipo de topología. La figura 1 muestra a dos contro-

variable que conforman el proceso, en la domótica se

ladores LCN – SH y al LCN – UPP conectados en la red.

busca la integración con el mismo objetivo que las personas podamos tener la información de lo que está ocu-

Sistemas Distribuidos (híbridos), combinan las topolo-

rriendo en nuestra casa y poder tomar acciones o poder

gías centralizadas y descentralizadas, teniendo un control

tener un registro de todas las incidencias ocurridas du-

local en cada nodo.

rante nuestra ausencia. En un sistema integrado se puede realizar una supervisión de la vivienda, desde un panel de

Sistemas Centralizados, Los sistemas centralizados se

operaciones, poder observar cada uno de nuestros am-

caracterizan por tener un único nodo, el cual debe recibir

bientes de la casa, y poder variar el estado los actuadores

toda información proveniente de los dispositivos exter-

desde cualquier punto de ésta, asímismo, el estar fuera de

nos, para procesarla y actualizar las salidas.

la casa en el trabajo, en el cine o cualquier otro lugar que tenga acceso a Internet, poder monitorear y saber qué

El Bus LCN puede soportar hasta 250 módulos que se

ocurre en nuestra casa en tiempo real. El desarrollo de la

interconectan directamente mediante tres conductores

telefonía celular con acceso a Internet hace posible que

(fases y el hilo de datos), conectando de esta manera un

podamos supervisar una casa y realizar los cambios nece-

máximo de 30 mil módulos, que pueden automatizar más

sarios como, encender la calefacción y las luces, con sólo

de seis mil ambientes.

enviar un mensaje de texto.

La planificación pasa por el desarrollo de aplicaciones

DISEÑO Y PLANIFICACIóN

elementales que debemos ir implementando, como el

Antes de iniciar cualquier conexión de los módulos domóticos, debemos definir el tipo de diseño que tendrá nuestro hogar digital. Partiendo del tipo de topología de red, podemos clasificarlas en:

tendido del cable de datos, destino y ubicación de los módulos. Es necesario definir qué elementos van a entrar en nuestra automatización, si poseen relación o compatibilidad con algunos elementos existentes en el hogar; los

Figura 1. Sistema Descentralizado Bus de transmisión de datos

Figura 2. Sistema Centralizado

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recursos con los que contamos, duración y finalmente las

que se deben realizar en el hogar, este tipo de controla-

pruebas para la puesta a punto de nuestro sistema auto-

dor nos permite hacer un control discreto activando y

matizado.

desactivando salidas tipo relé o digitales. Debemos de

Para la implementación del sistema se ha considerado realizar el control de iluminación de cada una de los ambientes del hogar, control de las persianas de la sala, mando infrarrojo para crear una escena en nuestra salacomedor, control de temperatura del dormitorio principal, control de acceso y seguridad mediante sensores de

plantear todas las condiciones que deben activar una salida y cómo se activara ésta. Por ejemplo una bombilla se debe activar en un 70% si lo activamos desde una mando a distancia, y en un 100% si se activa el sensor de movimiento o accionamos nuestro pulsador, tal como se muestra en la Figura 4.

movimiento, detectores de rotura de vidrio, detectores de

Podemos realizar también un control de lazo cerrado (ver

humo y contactos magnéticos (ver figura 3).

figura 5) por ejemplo para el control de temperatura de la

DESARROLLO DEL SISTEMA DOMÓTICO

habitación principal, mediante un sensor de temperatura PT 100 que lo conectamos al módulo LCN-AD1, que es un convertidor analógico/digital 0-1V (Res. 1mV), 0-10V (Res.

El desarrollo consiste en describir la configuración de los

10mV), 0-20Ma (Res. 20uA), podemos ingresar el valor de

módulos utilizando el software LCN-PRO. Al igual que

consigna al controlador, mediante software o desde un

otros controladores debemos cargar en el controlador

módulo de pulsadores compatible que utilice el protoco-

principal el programa que tiene todas las instrucciones

lo EIB como Siemens.

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Figura 3. Plano de la vivienda a automatizar.

Figura 4. Condiciones para activar una salida.

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Figura 5. Control de lazo cerrado

PROGRAMACIÓN DE LOS MÓDULOS

CONFIGURACIóN DE LA RED DOMÓTICA

Instalados los equipos procedemos a la programación de los módulos y del controlador. El LCN- PRO es el software

Para la automatización de cada ambiente de una casa, he-

donde colocaremos los módulos que están conectados

mos considerado realizar las siguientes acciones:

en serie y enchufados a un puerto determinado del controlador maestro, aquí debemos asignar un segmento,

Habitación Principal: Control de luces, control de tem-

por ejemplo se realizara el siguiente procedimiento:

peratura y control de persianas. Habitaciones 1 y 2: control de persianas y control de

• En el segmento 0 tenemos al controlador LCN-SH+

luces.

y LCN-IVH, el cual lo enchufamos por el puerto I del

Sala – comedor: control de luces, control de persianas,

controlador, la configuración de los módulos, la po-

crear una escena, control de accesos (puerta principal).

demos realizar ON LINE u OFF LINE, y procedemos a

Cocina: control de luces.

signar acciones como temporizado, apertura o cierre

Seguridad: Detector de movimiento (ubicación en la

de un contacto de salida, etc.

sala-comedor), detector de ruptura de vidrio (en la salacomedor), detector de humo (ubicación en la cocina), de-

• Asignemos un ID al módulo haciendo clic con la tecla izquierda del ratón en un módulo no programado,

tector de fuga de agua (ubicación en la lavandería). Jardines: Control de riegos.

aparece una ventana para la adjudicación de números de identificación (ID). Este ID o dirección es un

Ya definida las aplicaciones vamos a proceder a la imple-

número que usted haya ingresado (5 y 254). Los IDs

mentación:

1-5 están reservados. El ordenador con el software LCN-PRO tiene, por ejemplo, el ID 1 y el LCN-W (visua-

El módulo estándar LCN-SH para carril DIN es un sensor/

lización) tiene el ID 2.

actuador del sistema de Bus LCN. Está provisto, de dos salida electrónicas conectoras y reguladoras de 230 V, un

• Hacemos doble clic sobre el módulo y podemos con-

procesador propio, así como de conexiones T, I y P para la

figurar su periferia. Para asignar una tecla de desti-

recepción de sensores y actuadores. Con este módulo se

no al módulo LCN-T8. La primera tecla que debe ser

realizara el control de luces de la sala – comedor, median-

programada sería la tecla A1. Primero se debe pro-

te sus dos salidas para regulación de luminosidad, así

gramar el destino. Para esto haga clic en el destino

como para la realización de escenas y efectos de luz ex-

con la tecla derecha del ratón y seleccione el propio

travagantes. Gracias a su mecanismo interno también se

módulo.

puede usar para la climatización individual de habitaciones (calefacción y ventilación). Motores para protección

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solar, persianas, ventilación o puertas, pueden ser contro-

Dos salidas: Conexión, regulación, luminosidad y tiempo

lados de acuerdo con la programación y ampliación para

de apertura (rampa) regulables individualmente. Dos

las funciones deseadas.

temporizadores (10ms. 40min) hacen posible el alumbrado de escaleras, el reloj automático a corto plazo, etc. 100

Conexiones del módulo LCN-SH

memorias de escenas por salida (memorizan luminosidad y tiempo de apertura). Estas estarán destinadas al control

• Por el puerto T se realiza la conexión del módulo LCN

de luces de las habitaciones 1 y 2, la cocina, baño y al

– AD1, para el control de temperatura, el sensor es-

control de riego por lo que necesitamos 3 módulos. Ver

cogido es el LCN-TS, la longitud máxima de conexión

figura 9.

entre los modelos es de 100 metros. Ver figura 6. • Por el puerto P se conecta el módulo LCN – R4M2H

Conexiones del módulo LCN-UPP

para el control de ocho motores destinados al control de las persianas de la sala y de las habitaciones. Ver figura 7.

• Por el puerto T lo dejaremos libre para ampliaciones futuras.

• Por el puerto I, se conecta los siguientes módulos LCN-UT destinado al control de accesos, el LCN-RR (receptor infrarrojo de mando a distancia), LCN-BMI

• Por el puerto I conectaremos el módulo LCN – B3I entradas de contacto seco.

(detector de movimiento), LCN-B3I (sensor binario). Para la conexión de todos estos módulos es necesa-

El diagrama de conexión de la figura 9 se implementó, de

rio que coloquemos el módulo LCN-IVH para la ex-

igual modo el control de luces de la cocina y baño, para el

tensión del puerto I. En la figura 8 muestra cómo de-

control de riego podemos escoger válvulas eléctricas de

bemos conectar los sensores al LCN-IVH, los demás

220v a 60Hz, on – off que serán distribuidas por jardín o

sensores que no se muestran en la figura se conecta

si preferimos un control más avanzado podemos colocar

siguiendo el mismo diagrama.

electro válvulas que trabajen de 0 a 20 mA controlando el flujo de agua, pero acrecienta el costo del diseño ya que

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El LCN-UPP es un módulo sensor/ actuador del sistema de

también tendríamos que adicionar el módulo LCN-AD1, y

bus LCN. Está provisto de dos salidas electrónicas conec-

conectarlo por el puerto T similar a la conexión realizada

toras y reguladoras de 230V, de un procesador propio, así

para el control de temperatura de la habitación principal.

como de una conexión T- e I-para la recepción de otros sensores y actuadores LCN.

Controlador LCN-SH

Figura 6- Diagrama de conexión del puerto T.

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Comunicación por el puerto P

Figura 7- Diagrama de conexión del puerto P.

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Figura 8- Diagrama de conexión del puerto I.

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Lámparas de las habitaciones 1 y 2

Figura 9- Diagrama de conexión del LCN - UPP.

figurar los enlaces de cada elemento, teniendo en cuen-

CONFIGURACIÓN DE LA SUPERVISIÓN MEDIANTE EL SOFTWARE LCN – W

ta: el módulo al que están conectados el segmento y el grupo al que pertenece. La pantalla de configuración se muestra en la figura 10.

Para la vivienda automatizada, cuyo plano se muestra en la figura 3, creamos unas pantallas de supervisión, que

Una vez terminado el paso anterior se podrán mostrar las

nos permitirán ver el estado de los sensores y actuado-

siguientes pantallas, en las cuales observamos el estado

res que se han dispuestos en los diferentes ambientes de

de los dispositivos empleados, así como también pode-

nuestra casa, utilizando el software LCN – W. Instalado en

mos cambiar estos estados si lo deseamos. (Ver figura 11)

una computadora destinada a este fin se procede a con-

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Figura 10. Pantalla de configuración.

Figura 11. Pantalla monitoreo.

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CONCLUSIONES

ACERCA DEL AUTOR

• Por el tipo de topología cumplió con los requeri-

Rafael Donaire es ingeniero Electrónico por la Universi-

miento de automatización, los controladores LCN-SH

dad Nacional del Callao, estudiando la Maestría en Auto-

poseen la limitación de conexión en sus puertos T y

mática e Instrumentación. En la actualidad es docente del

P, lo que nos obliga a utilizar más controladores y un

Departamento de Electrotecnia en Tecsup desarrollando

sistema descentralizado.

los cursos de Electricidad y Automatización. Es especialista en Automatización de Sistemas Industriales a través

• La tecnología utilizada por los fabricantes de LCN nos permite colgar en la red equipos que no solamente

de Controladores Lógicos Programables, manejo de software Scada y Sistemas Domóticos.

sean LCN si no compatibles con ella, como son sensores de movimiento, electroválvulas, interruptores EIB, etc. • El sistema de supervisión nos ha permitido monitorear los dispositivos domóticos conectados a la red de datos, pudiendo obtener la información de todos los dispositivos del hogar digital en tiempo real. • Para trabajos de investigación en el futuro podemos mencionar un monitoreo remoto a través de la red de Internet.

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