Domótica: Sistema de seguridad y simulación de presencia en una

Domótica: Sistema de seguridad y simulación de presencia en una
vivienda utilizando al Controlador Lógico Programable
Hernández, K.1
Resumen
Domótica es el nombre empleado para denominar a una casa equipada con un arreglo especial
de dispositivos eléctricos y electrónicos los cuales brindan a sus ocupantes un control
automatizado de la misma, este arreglo es integrado con la finalidad de obtener una mejor
calidad de vida. La seguridad es un tópico muy importante para los usuarios de una vivienda ya
que de esta depende su integridad física y el resguardo de sus bienes, un sistema de
seguridad común puede realizar esta tarea, pero una casa domotizada ofrece aun más
prestaciones, esta no solo ahuyenta intrusos sino que también da aviso sobre cualquier
problema presente que pueda ocasionar algún daño a la propiedad o a sus ocupantes, e
incluso es capaz de solucionarlos. Este artículo presenta un sistema de seguridad y simulación
de presencia dentro de una vivienda para dar solución a problemas de intrusos utilizando como
medio de control al controlador lógico programable.
Palabras clave: Domótica, automatización, seguridad, simulación de presencia,
controlador lógico programable
1. Introducción
El crecimiento constante en la evolución
tecnológica está marcando el ritmo de
vida de la sociedad. Gracias a los
avances en la tecnología, en la actualidad
es posible llevar a cabo tareas que hoy
consideramos como simples pero que
hasta hace algunos años eran muy
difíciles de realizar. La tecnología tiene
como finalidad hacer la vida más fácil y
más cómoda para todos.
Los hogares no son excluidos por esta
evolución, pues el desarrollo tecnológico
avanza en un sentido paralelo con la
tecnología para el hogar gracias a la
creciente demanda en la solución de
problemas en este ramo. Una disciplina
relativamente nueva que trata de resolver
estos problemas es la domótica, la cual
hace uso de la tecnología para integrar
1 Kenneth Edgar Hernández Ruiz
Maestría en Sistemas Integrados de Manufactura y
Estrategias de Calidad
Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla
21 sur 1103 Col. Santiago. C.P. 72160. Puebla, Pue. México
[email protected]
dispositivos eléctricos y electrónicos para
generar automatismos en los hogares.
Uno de los temas prioritarios para los
ocupantes de una casa es la seguridad,
pues de esta depende su integridad física
y el resguardo de sus bienes.
Actualmente existe un sin número de
criminales dedicados especialmente al
robo de viviendas.
Una casa domotizada brinda mayores
beneficios que un sistema de seguridad
común, pues esta no solo es capaz de
ahuyentar a los intrusos sino que también
soluciona y da aviso sobre algún
problema presente que pueda causar un
daño a la propiedad o poner en riesgo a
sus ocupantes (Rosslin and Tai-hoon,
2010). En los siguientes apartados se
muestra el diseño de un sistema de
seguridad y simulación de presencia en
una casa utilizando como sistema de
control al Controlador Lógico Programable
(PLC, de sus siglas en ingles
Programmable Logic Controller).
2. Sistema domótico
De acuerdo con Romero, Vázquez y
Castro (2008) la palabra domótica
proviene de la unión de la palabra “domo”
y sufijo “tica”. La palabra “domo”
etimológicamente proviene del latín
domus que significa casa, y el sufijo “tica”
proviene de la palabra automática. Por lo
tanto una casa domotizada es una casa
equipada con un arreglo especial de
dispositivos eléctricos y electrónicos los
cuales brindan a los usuarios cierto nivel
de automatización dentro y fuera de ella
(Rosslin and Tai-hoon, 2010a). El
CEDOM
(Asociación
Española
de
Domótica) define la domótica como “la
incorporación al equipamiento de nuestras
viviendas y edificios de una sencilla
tecnología que permita gestionar de forma
energéticamente eficiente, segura y
confortable para el usuario de los distintos
aparatos e instalaciones domesticas
tradicionales que conforman una vivienda
(la calefacción, la lavadora, la iluminación,
etc.)”. El objetivo principal que persigue la
domótica es el de proporcionar al usuario
de la vivienda un incremento en la
seguridad, un mayor confort, ahorro
energético y mayores facilidades de
comunicación (Mateos, Poo, García y
Olaiz, 2000). En la figura 1 podemos
observar un sistema domótico el cual
integra estas cuatro características a
gestionar.
Con esta tecnología una vivienda es
capaz de “sentir”, es decir, tiene la
capacidad de detectar la presencia de
personas, el nivel de temperatura, el nivel
de luminosidad dentro y fuera de ella,
percibe la existencia de una fuga de agua
o gas, etc., pero también es capaz de
reaccionar por sí sola ante estos
estímulos, es capaz de regular la
temperatura, la luminosidad, bloquear las
fugas, activar las alarmas, etc.
3. Gestión de la seguridad y
simulación de presencia
La seguridad es quizá el área más
importante de la domótica, pues su
principal objetivo es la protección frente a
los distintos factores que ponen en riesgo
la integridad física de los usuarios y los
bienes. Un sistema de seguridad consiste
en una serie de sensores que actúan
sobre unas señales acústicas, de
contacto, luminosas o un modem para
enviar una señal de alarma a distancia,
estos sensores al ser activados emiten
una señal a la unidad de control la cual
hace activar a los actuadores, estos
pueden
ser
sirenas,
motores,
electroválvulas para activar válvulas de
paso de agua si hay incendio, cerrar el
paso del gas, apertura y cierre de puertas,
corte de aire acondicionado, corte de la
electricidad, etc.
De acuerdo con Romero, Vázquez y
Castro (2008) los objetivos
más
importantes en la gestión de la seguridad
son:



Figura 1: Sistema domótico (Fuente: Rosslin and
Tai-hoon, 2010).
Detectar situaciones de peligro o
riesgo.
Avisar mediante sistemas sonoros
o vía modem.
Realizar actuaciones orientadas a
las personas y a las instalaciones.
Un sistema de simulación de presencia
consiste en programar a la unidad de
control para que active los actuadores
necesarios en el momento requerido y
hacer creer a los intrusos que se
encuentran usuarios dentro de la vivienda
y así poder evitar un posible robo. Este
método es muy eficaz para ahuyentar
intrusos mientras los usuarios no se
encuentren dentro de la vivienda.
muestra un diagrama de bloques del
sistema de operación de un PLC.
4. Controlador Lógico Programable
(PLC)
Un Controlador Lógico Programable es
una forma especial de microcontrolador
basado en un microprocesador que utiliza
una
memoria
programable
para
almacenar instrucciones e implementar
funciones tales como lógicas, de
secuenciación, temporización, contadores
y aritméticas con el objetivo de controlar
maquinas y procesos (Bolton, 2009). Estos
dispositivos
fueron
diseñados
originalmente para la automatización de
procesos industriales, aunque en la
actualidad están siendo utilizados en otras
aplicaciones, tal es el caso de la
domótica. Actualmente existe una gran
cantidad de fabricantes de PLC’s como
son Mitsubishi, OMRON, Allen Bradley,
SIEMENS, etc. En la figura 2 se muestran
algunos ejemplos.
Figura 3: Operación del PLC (Fuente: Yilmaz,
2010).
Existen principalmente tres lenguajes de
programación para el PLC:



Lista de instrucciones
Lenguaje de contactos
Grafcet
Para fines de este proyecto solo
utilizaremos el lenguaje de contactos. En
la figura 4 se muestra la estructura de
este lenguaje.
Figura 4: Lenguaje de contactos (Fuente:
SIEMENS - Basics of Programmable Logic
Controllers).
5. Fase de diseño
Figura 2: Ejemplos de PLC’s.
Los PLC’s cuentan con una unidad
central de procesamiento (CPU), unidad
de entradas y salidas (I/O), la unidad de
memoria y los buses. En la figura 3 se
El diseño del sistema de seguridad y
simulación de presencia para una
vivienda con base al PLC puede
representarse gráficamente mediante el
diagrama de bloques mostrado en la
figura 5.
Figura 5: Diagrama de bloques del principio de
operación del sistema domótico.
6. Descripción del funcionamiento
El sistema domótico que se presenta en
este trabajo está diseñado para una
pequeña vivienda a escala de dos
plantas, que lo podemos dividir en 2
partes: Sistema de seguridad y sistema
de simulación de presencia.
El sistema de seguridad funciona de
forma permanente, en la planta baja se
encuentra una cochera con capacidad
para un vehículo en la cual existe un
sensor de movimiento instalado justo
arriba de la puerta de acceso, este sensor
da aviso de la presencia de alguna
persona o un vehículo acercándose a esta
puerta por medio de un timbre instalado
en el interior. En la puerta de acceso del
lado del jardín se encuentra otro sensor
de movimiento el cual es puesto en
funcionamiento cuando sea requerido por
el usuario y que al activarse emite una
señal la cual activa una alarma sonora
dando aviso de la presencia de un intruso.
El sistema de simulación de presencia
solamente es activado cuando no se
encuentren usuarios dentro de la vivienda,
aquí se encuentran instaladas cuatro
lámparas que se activan una vez
transcurridas las primeras 18 horas del
día (6 de la tarde), y son las que dan
iluminación al área de la cochera, la
estancia, la recamara de la planta alta y el
área de las escaleras. La lámpara que
alumbra la cochera se activa de forma
permanente y se desactiva a las 7 horas
del día siguiente, las otras tres se activan
de manera intermitente de acuerdo al
programa de control y en forma
secuencial y coherente de tal manera que
simule una presencia real de usuarios. En
este sistema también se encuentran
instaladas dos persianas eléctricas, estas
son activadas a partir de las 9 horas y
desactivadas a las 19 horas debido a que
es en este horario donde normalmente
podemos encontrar las persianas abiertas
en una vivienda común, estas son
activadas
igualmente
de
manera
secuencial, la primera se encuentra
localizada en la ventana principal que es
la que permite la visibilidad desde la
estancia hacia la cochera y viceversa, y la
segunda se encuentra instalada en la
ventana que da hacia el exterior en la
recamara de la planta alta. En las figuras
6 y 7 podemos observar la distribución de
los componentes en la vivienda.
Figura 6: Planta baja.
Figura 7: Planta alta.
Enseguida se describe cada número
representado en las figuras anteriores:
1. Sensor de movimiento frontal.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Sensor de movimiento trasero.
Iluminación en la estancia.
Iluminación en escaleras.
Iluminación de la cochera.
Iluminación de la recamara.
Persiana de la estancia.
Persiana de la recamara.
7. Dispositivos utilizados
Para la realización de este proyecto son
necesarios los siguientes dispositivos:







Una fuente de alimentación Logo
Power de 24 Vcd marca SIEMENS.
Un PLC SIMATIC S7-200 CPU 224
DC/DC/DC marca SIEMENS.
9 Relevadores de estado sólido
marca Finder especiales para PLC.
2 sensores capacitivos.
1 Alarma sirena.
2 motores de corriente continua.
4 Focos incandescentes.
A continuación se describen los más
importantes:
Fuente de alimentación: es un dispositivo
que transforma la tensión de corriente
alterna proveniente de la red de
suministro en una o varias tensiones de
corriente continua, y esta es utilizada para
alimentar distintos dispositivos que
trabajan con este tipo de corriente como
lo es el PLC utilizado para este proyecto,
sensores, motores, etc. La figura 8
muestra la fuente de alimentación
utilizada.
PLC SIMATIC S7-200: El dispositivo de
control utilizado para este proyecto es un
PLC SIMATIC S7-200 de la marca
SIEMENS. Este micro PLC es el miembro
más pequeño de la familia SIMATIC S7 y
fue diseñado especialmente para la
automatización de pequeños procesos
industriales o con relativamente poca
complejidad, por lo que es perfecto para
ser utilizado en aplicaciones domóticas.
Específicamente se utilizó el S7-200 CPU
224 DC/DC/DC ya que por sus
características es el más adecuado para
cubrir los requerimientos necesarios. La
figura 9 muestra la imagen de un PLC de
este tipo.
Figura 9: PLC SIMATIC S7-200 CPU 224
DC/DC/DC.
El
Relevador:
es
un
dispositivo
electromecánico que funciona como un
interruptor controlado por un circuito
eléctrico, que por medio de una bobina y
un electroimán accionan uno o varios
contactos que permiten abrir y cerrar otros
circuitos eléctricos independientes. La
figura 10 muestra el relevador utilizado en
este proyecto.
Figura 10: Relevador de estado sólido.
Figura 8: Fuente de alimentación Logo Power.
Sensor capacitivo: Es el dispositivo
electrónico que responde a un movimiento
físico. Al ser activado envía una señal al
controlador para que se ejecute la
operación programada. La figura 11
muestra un ejemplo de estos sensores.
los cuales pueden controlar procesos
grandes y complejos como son los de las
series SIMATIC S7-300 y S7-400 de la
marca SIEMENS.
Referencias
Figura 11: Sensor capacitivo.
Motor de corriente continua: Es un
dispositivo
electromecánico
que
transforma la energía eléctrica en
mecánica mediante un movimiento
rotatorio.
Figura 12: Motor de corriente continua.
8. Conclusión
La automatización de una vivienda sin
duda tiene la habilidad de hacer la vida
más fácil. Un sistema de seguridad y
simulación de presencia automatizado es
una poderosa herramienta para la
prevención de robos. Con este sistema
los usuarios pueden estar lejos de casa
sin tener que preocuparse por la
seguridad de la misma ya que ésta puede
alertar sobre lo que esté pasando dentro y
alrededor de ella.
EL uso del PLC en la tecnología domótica
no solo puede aplicarse para gestionar la
seguridad sino que también puede
utilizarse en la gestión del confort, las
comunicaciones y el ahorro energético,
incluso
puede
ser
utilizado
en
aplicaciones inmóticas (automatización de
edificios) como son: automatización de
centros comerciales, hoteles, edificios de
oficinas, hospitales, etc., debido a que
existen PLC’s con grandes prestaciones
[1] Bolton, W. (2009). Programmable
Logic Controllers. United States of
America: Elsevier Newnes
[2] CEDOM. Comité español para la
gestión técnica de edificación y viviendas.
www.cedom.es
[3] Mateos, F., Poo, R., García, M. y Olaiz,
R. (2000). “VILLA DOMÓTICA”: vivienda a
escala 1:12 automatizada con SIMATIC
S7-200. Extraído el 8 de septiembre de
2010 desde
http://isa.uniovi.es/genia/spanish/publicaci
ones/villadomotica.pdf
[4] Romero, C., Vázquez, F. y Castro, C.
(2008). Domótica e Inmótica: Viviendas y
Edificios Inteligentes. México: Alfaomega
[5] Rosslin, J. and Tai-hoon, K. (2010). A
Review on Security in Smart Home
Development. International Journal of
Advanced Science and Technology. 15(2):
p13-22.
[6] Rosslin, J. and Tai-hoon, K. (2010a).
Applications, Systems and Methods in
Smart Home Technology: A Review.
International Journal of Advanced Science
and Technology. 15(4), p37-48.
[7] SIEMENS. Basics of Programmable
Logic Controllers. Extraído el 3 de
noviembre de 2010 desde
http://www3.sea.siemens.com/step/pdfs/pl
cs.pdf
[8] Yilmaz, C. (2010). Implementation of
Programmable Logic Controller-Based
Home Automation. Journal of Applied
Sciences. 10(14), p1449-1454.