2. ANTECEDENTES El término domótica proviene de la unión de las palabras domus (que significa casa en latín) y robótica (de robota, que significa esclavo, sirviente en checo). Se entiende por domótica al conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se podría definir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto. 2.1. Diferencia entre domótica e inmótica Es de destacar en este punto la diferencia entre Domótica e Inmótica (edificio inteligente), ya que muchas veces se utilizan ambos términos indistintamente, llevando a error. La Domótica hace referencia, como indica su etimología, al “domus”, al hogar o vivienda. El ámbito de la Inmótica supera el ámbito residencial, para pasar al control y gestión de las instalaciones de un edificio de uso terciario (edificio de oficinas, hotel, etc.). Básicamente la arquitectura del sistema es idéntica en ambos casos. La diferencia fundamental es que, en el caso del Edificio Inteligente, son la viabilidad y la rentabilidad de la instalación los conceptos prioritarios mientras que es el confort, la aplicación prioritaria en el ámbito de la Domótica. La Domótica se refiere al entorno particular de cada familia o grupo de usuarios de una vivienda. La Domótica está menos desarrollada que la Inmótica, aunque se está avanzando de una manera significativa. 2.2. Historia En la idealización del concepto de automatizar procesos se han requerido labores muy profundas de investigación, por eso este paradigma tiene muchos años de existencia como tal, desde que un interesado en el área conectó dos cables eléctricos a las manecillas de un reloj despertador, para que movidos por dichas manecillas, los cables cerraran un circuito formado por una pila y una lámpara. En ese momento surge la idea de temporizar una función eléctrica en un ambiente doméstico. El automatismo se inició durante el siglo XIX con el desarrollo industrial, el cual permitía controlar y establecer secuencialmente los procesos productivos. Con el paso del tiempo y hasta la actualidad, los sistemas han sido perfeccionados hasta llegar al punto en donde las industrias basan gran parte de sus fases de producción en tareas automatizadas o temporizadas. Estados Unidos y Japón fueron los países pioneros en dar una noción de un edificio o inmueble inteligente, en el año 1977, bajo la influencia de factores tecnológicos y económicos. Desde este año se realizan estudios y análisis sobre el impacto que tiene la automatización en la sociedad y la rentabilidad que podían generar sus ideas en un período de baja productividad en el sector industrial. Con la llegada de las tecnologías en comunicaciones y la aparición de la nueva generación de los conmutadores telefónicos llamados de multiservicio o PABX, se vieron los primeros avances en el área de los edificios inteligentes. Estos novedosos sistemas de comunicación permitían la transmisión de datos numéricos y la conversación telefónica simultáneamente, ya que este último servicio era monopolizado hasta 1984 por la compañía de comunicaciones AT&T. En este mismo año se originó en los Estados Unidos la primera aproximación de lo que se denomina hoy en día Domótica. El proyecto llamado “Smart House” fue dirigido por la NAHB (“Nacional Asociation of Home Builders”), la cual estaba integrada por constructores de casas unifamiliares que crearon una fundación para impulsar el desarrollo de la casa inteligente. El concepto de edificios automatizados en Asia, particularmente en Japón, se desarrolló hacia el año 1987, empleando las tecnologías de información con el objetivo de lograr espacios que proporcionaran un ambiente confortable y estimulante, haciéndolos más competitivos dentro del mercado. La automatización de las tareas del hogar es un tema muy reciente. Actualmente se permite a los usuarios una mayor comodidad, ahorro de energía y de dinero al momento de desarrollar, implementar y utilizar las tecnologías residenciales. Inicialmente, el control de los aparatos se hacía enviando señales a través de la red eléctrica; luego evolucionó la forma de comunicación y control de los procesos domésticos hasta utilizar emisores y receptores más avanzados, que reciben la señal y la transforman en la acción determinada. 2.3. Características generales En los sistemas domóticos se presenta una característica fundamental: la comunicación entre ellos, aunque solo actúen los dispositivos a los cuales de dirigen las órdenes o señales. Las instalaciones de un edificio deben soportar una serie de características, de cara a una sencilla ejecución, una cómoda gestión y un mantenimiento reducido de las mismas: Confortable: máximo confort del usuario, con mínimas implicaciones por parte del mismo. Personalización: cada usuario podrá seleccionar sólo las prestaciones que él desee para su vivienda. Simplicidad y facilidad. El sistema de control debe estar adecuado al usuario final. La interfaz de usuario debe ser sencilla e intuitiva para posibilitar el aumento del confort tanto por ancianos, como por amas de casa, personas discapacitadas o niños. Debe realizar un control oportuno y efectivo. Rentable: aprovechamiento máximo de los recursos energéticos; reducción de costes; control de la distribución de energía eléctrica para evitar gastos innecesarios. Deberá tener un precio asequible. Diseño modular. La estructura del soporte físico de la instalación estará adecuada al tipo de edificación para evitar fallos que puedan afectar a la construcción; además el diseño debe permitir la fácil ampliación de nuevos servicios para complacer las necesidades reales del usuario. Flexibilidad y costos moderados. Debe tener prevista las posibles ampliaciones y modificaciones futuras racionalizando el costo y el esfuerzo requerido. Además se deberá procurar un mantenimiento sencillo y económico. Segura, tanto activa como pasivamente: debe detectar situaciones de emergencia (fuego, inundación, incursión) e informar y actuar en consecuencia. Integridad. Los diferentes subsistemas deben estar integrados y tener la capacidad de comunicarse con otras áreas de gestión de la edificación, permitiendo el intercambio de información y la ejecución de los procesos requeridos. 2.4. Aplicaciones. Beneficios Los servicios que ofrece la domótica se pueden agrupar según cuatro aspectos principales: Fig. 2.1 “La domótica contribuye a mejorar la calidad de vida del usuario” Un hogar más seguro: • Aportando seguridad: cámaras de vigilancia, controles de intrusión y alarmas técnicas que permiten detectar incendios, fugas de gas o inundaciones de agua, simulación de presencia, tele-asistencia, etc. Un hogar más confortable • Convirtiendo la vivienda en un hogar más confortable: gestión de electrodomésticos, climatización, ventilación, iluminación natural (apertura de las láminas de las persianas o subir y bajar las persianas) y artificial, toldos automatizados, riego automático o programado. • Fomentando la accesibilidad: facilita el manejo de los elementos del hogar a las personas con discapacidades de la forma que más se ajuste a sus necesidades, además de ofrecer servicios de tele-asistencia para aquellos que lo necesiten. Un hogar mejor comunicado • Garantizando las comunicaciones: recepción de avisos de anomalías e información del funcionamiento de equipos e instalaciones, gestión remota del hogar a través de su teléfono, PDA, PC…, transmisión de voz y datos, incluyendo textos, imágenes, sonidos (multimedia) con redes locales (LAN) y compartiendo acceso a Internet; recursos e intercambio entre todos los dispositivos, acceso a nuevos servicios de telefonía IP, televisión digital, por cable, diagnóstico remoto, videoconferencias… Un hogar más sostenible • Todo ello, sin eludir los beneficios globales del ahorro energético: aprovecha al máximo los recursos naturales (luz solar), controla los consumos de agua, gas, electricidad…, reduciendo de este modo la factura de energía, uso de energías renovables. Asimismo, la aplicación de la domótica a las tareas cotidianas del hogar permite un mayor aprovechamiento del tiempo que pasamos en casa, que hoy día tiende a ser cada vez menor. 2.5. El sistema. Descripción de los componentes Un sistema domótico estará compuesto por los siguientes elementos: Unidad de control o controladores: los controladores son los dispositivos que gestionan el sistema según la programación y la información que reciben. Puede haber un controlador solo, o varios distribuidos por el sistema. Sensores: el sensor es el dispositivo que monitoriza el entorno captando información que transmite al sistema (sensores de agua, gas, humo, temperatura, viento, humedad, lluvia, iluminación, etc.). Actuadores: el actuador es un dispositivo capaz de ejecutar y/o recibir una orden del controlador y realizar una acción sobre un aparato o sistema (encendido/apagado, subida/bajada, apertura/cierre, etc.). Bus: el bus es el medio de transmisión que transporta la información entre los distintos dispositivos por un cableado propio, por la redes de otros sistemas (red eléctrica, red telefónica, red de datos) o de forma inalámbrica. Interface – Los interfaces refiere a los dispositivos (pantallas, móvil, Internet, conectores) y los formatos (binario, audio) en que se muestra la información del sistema para los usuarios (u otros sistemas) y donde los mismos pueden interactuar con el sistema.(Ver esquema 1 de Anexos). Fig.2.2 Es preciso destacar que todos los dispositivos del sistema de domótica no tienen que estar físicamente separados, sino varias funcionalidades pueden estar combinadas en un equipo. Por ejemplo un equipo de Central de Domótica puede ser compuesto por un controlador, actuadores, sensores y varios interfaces (figura 5). Fig.2.3. Ejemplo de una instalación domótica 2.6. Cómo actúan los sistemas de domótica Los sistemas de domótica actúan sobre, e interactúan con, los aparatos y sistemas eléctricos de la vivienda según: El programa y su configuración La información recogida por los sensores del sistema La información proporcionada por otros sistemas interconectados La interacción directa por parte de los usuarios. Es la memoria del sistema la que contiene el algoritmo según el cual la unidad de control debe tratar la información recibida y generar las órdenes de control necesarias. Además de interactuar con el medio, la unidad de control también debe ser capaz de interactuar con el operador del sistema, dándole información del estado del sistema y de los procesos controlados en tiempo real. Así, el usuario podrá dar órdenes al sistema en determinadas ocasiones e incluso tomar el mando completo del sistema. El procesador recoge los estados de las entradas y los almacena en otra memoria denominada tabla de E/S, para su posterior empleo. Inicia entonces la lectura de las instrucciones del programa, utilizando los datos de la tabla de E/S si es necesario, y calcula los resultados de las ecuaciones del programa, almacenando estos resultados en la tabla E/S. Una vez finalizada la lectura del programa se lleva a cabo la actualización de las entradas y salidas. Este procedimiento se repite indefinidamente hasta que se desconecta el equipo, si es que esto llega a ocurrir de forma voluntaria. La complejidad del programa marcará el tiempo de respuesta del autómata, quedando el proceso o máquina bajo control ignorado durante el tiempo en que se ejecuta la lectura de programa. Los dispositivos de entrada son los indicadores de las señales de entrada y corresponden a elementos capaces de convertir magnitudes físicas externas en magnitudes eléctricas en un formato comprensible para la PLC, como son sensores de proximidad, de movimiento, encóders, etc. Los dispositivos de salida se encargan de aportar la potencia a las señales de salida generadas por el sistema de control, siendo normalmente relés, contactores, electroválvulas, etc. 2.7. Tipos de arquitectura El concepto de arquitectura se refiere a la forma en que se realiza la gestión de una instalación, donde reside la inteligencia del sistema domótico. Existen varias arquitecturas diferentes: Arquitectura Centralizada Un controlador centralizado recibe información de múltiples sensores e interfaces y, una vez procesada, genera las órdenes oportunas para los actuadores. Se puede señalar también que su topología es en estrella y su coste será menor puesto que sólo hay un único controlador. Sin embargo, esto hace que no exista conexión directa entre todos los componentes ya que pasan por el elemento control. La distancia que se puede cubrir dependerá del medio de comunicación utilizado. Un fallo en la unidad central provocaría el fallo de todo el sistema y requiere de un cableado importante (excepto periferia descentralizada). Fig.2.4 Arquitectura Descentralizada En un sistema de domótica de arquitectura descentralizada, hay varios controladores, interconectados por un bus, que envía información entre ellos a los actuadores e interfaces conectados a los controladores, según el programa, la configuración y la información que recibe de los sensores, sistemas interconectados y usuarios. Un fallo en uno de los componentes no afectaría al sistema aunque sí lo interrumpiría una afectación en el bus. Fig.2.5 Arquitectura Distribuida Toda la inteligencia del sistema está distribuida por todos los módulos sean sensores o actuadores. Suele ser típico de los sistemas de cableado en bus, o redes inalámbricas. Una red domótica de arquitectura distribuida está compuesta por una serie de nodos que se conectan unos con otros a través del bus de comunicaciones, el cual lleva dos hilos para datos y dos para la alimentación. Esto es lo que se conoce como topología en bus. La capacidad de la red en bus estará limitada por el medio de transmisión empleado y por el mecanismo de control de acceso. Pueden añadirse nuevos nodos sin necesidad de reconfigurar la red hasta el máximo permitido por la capacidad de la misma. Fig.2.6 Arquitectura mixta o híbrida En un sistema de domótica de arquitectura híbrida (también denominado arquitectura mixta) se combinan las arquitecturas de los sistemas centralizadas, descentralizadas y distribuidas. A la vez que puede disponer de un controlador central o varios controladores descentralizados, los dispositivos de interfaces, sensores y actuadores pueden también ser controladores (como en un sistema “distribuido”) y procesar la información según el programa, la configuración, la información que capta por sí mismo, y tanto actuar como enviarla a otros dispositivos de la red, sin que necesariamente pasa por otro controlador. Fig.2.7 2.8. de control En el mercado existen distintos métodos y dispositivos para realizar el control de una aplicación domótica. La elección de una u otra opción estará influenciada principalmente por el tipo y tamaño de vivienda sobre la que se va a realizar la domotización y del nivel de prestaciones que deseamos para la misma. Esto es, si nuestro caso se trata de una pequeña vivienda ya construida, quizás, desde el punto de vista económico y de una fácil instalación, la opción más interesante sería elegir un sistema basado en corrientes portadoras X10. Además existen en el mercado kits domóticos con mayor o menor complejidad en función de las necesidades del usuario. En este caso, utilizaremos un control remoto a través de un mando para ejecutar las órdenes que queramos aplicar, por ejemplo, encender una lámpara a media luz, apagar el ventilador o el aire acondicionado desde la cama. El receptor de domótica por radio frecuencia, es el que recibe esa orden vía radio y la convierte en señal X10 y la envía por la red hasta el módulo donde esté enchufada la luz o el aparato que queramos controlar. Si el aparato está enchufado en el mismo receptor de radio frecuencia, ejecutará la orden el mismo. Estos factores de tipo, tamaño y prestaciones de la vivienda automatizada tendrán una repercusión directa sobre el tipo de arquitectura de la propia instalación. Podemos encontrarnos multitud de sistemas domóticos y protocolos pero su arquitectura final establecerá el modo en el que los diferentes elementos de control del sistema se van ubicar y cómo van a funcionar. Esto será muy importante para elegir el sistema domótico a instalar en cada ocasión, ya que por supuesto no es lo mismo una instalación o integración de una gran villa, a la de un hotel, que a la de una sala de conferencias, a un banco, que a la de una reforma, ect., cada una tiene unos requerimientos específicos. Los sistemas de arquitectura distribuida se caracterizan por que cada dispositivo tiene un pequeño procesador propio que gestiona la información que se le ha sido preprogramada por el fabricante en forma de programa de aplicación para ciertas funciones específicas, y actúa según la analice la información que le entre por el bus de datos, donde se interconecta con los demás dispositivos, donde se envían información entre todos ellos, tanto las entradas (sensores, pulsadores, interfaces, etc) como las salidas (actuadores dimmers, relés, persianas, etc). Este tipo de arquitectura es muy utilizada también en sistemas inalámbricos. Así, se puede señalar que la arquitectura distribuida es idónea en instalaciones en las cuales queremos obtener una robustez del sistema, ya que reparte la inteligencia por los distintos dispositivos, pero sin muchas exigencias a nivel de integración avanzada, por ejemplos edificios públicos, bancos, ect., o también en pequeñas instalaciones donde no salga rentable invertir en un único controlador de un sistema centralizado, por ejemplo pequeñas viviendas o pequeñas salas de conferencias La arquitectura centralizada ya se sabe que es aquella en la cual un único controlador es el que recibe información de todos los dispositivos del sistema (sensores, actuadores, interfaces) y gestiona toda la información, una vez procesada, genera las órdenes oportunas para los actuadores y sus interfaces. Por consiguiente, la arquitectura centralizada es idónea en instalaciones de un tamaño algo mayor donde los clientes son muy exigentes y tenemos que interactuar con sistemas de seguridad, audio-video, climatización avanzada, controles de acceso, ect., también son los mejores para hacer integraciones audioviuales (home theatre, centros culturales), y donde hay exigencias muy técnicas y donde se tienen que procesar gran cantidad de datos como en centros de control o instituciones gubernamentales. 2.9. Sensores 2.9.1. Introducción Los sensores son los elementos de la instalación que recogen información relativa al proceso o entorno físico que se quiere controlar, convirtiendo las magnitudes físicas (temperatura, luminosidad, humedad...) en señales eléctricas. Los sensores están en contacto directo con el proceso lo que permite captar los constantes cambios que se producen. Gracias a las medidas aportadas por estos dispositivos, se puede actuar sobre el proceso mediante los correspondientes actuadores. En la gran mayoría de los casos, los sensores se encuentran protegidos por un encapsulado el cual logra reducir o evitar las interferencias externas distintas de la magnitud en medición, permitiendo un correcto y confiable funcionamiento. A continuación se presenta el esquema general de un sensor o sonda en el cual se observar como la señal física es detectada, y a través de un tratamiento o acondicionamiento de la señal eléctrica generada, ésta es enviada a la siguiente fase de control. Esto es así porque normalmente la señal eléctrica debe ser filtrada, linealizada, amplificada... a través de un bloque de tratamiento o transductor adaptándola a las necesidades de la carga exterior. Fig. 2.8 2.9.2. Características generales de un sensor Los transductores no son 'ideales' puesto que sus respuestas no son completamente lineales, tienen un campo limitado de validez, están afectados por perturbaciones del entorno y tienen cierto retardo a la respuesta. Por ello, para definir el comportamiento real de los transductores, se comparan con un transductor 'patrón' y se definen las características que ponen de manifiesto las desviaciones con respecto al modelo. Dichas características se agrupan en : • Características estáticas: describen el comportamiento del sensor en régimen permanente o con cambios muy lentos de la variable a medir. - Campo de medida: el rango de valores de la magnitud de entrada comprendido entre el máximo y el mínimo detectables por el sensor con una tolerancia de error aceptable. - Resolución: capacidad del sensor para discernir entre valores muy próximos de la variable de entrada. Se mide por la mínima diferencia entre dos valores próximos que el sensor es capaz de distinguir. Se indica en término de valor absoluto de la variable física medida o en porcentaje respeto al fondo de escala de la salida. - Precisión: la máxima desviación entre la salida real obtenida de un sensor y el valor teórico que correspondería a dicha salida en idénticas condiciones de entorno. Se indica en término de valor absoluto de la variable física medida o en porcentaje respecto al fondo de escala de la salida. - Repetitibilidad: máxima desviación entre valores de salida obtenidos al medir varias veces un mismo valor de entrada con el mismo sensor y en idénticas condiciones ambientales. Se indica en porcentaje respecto al fondo de escala de la salida. Da indicación sobre el error aleatorio del sensor. - Linealidad: se dice que un transductor es lineal si existe una constante de proporcionalidad única que relaciona los incrementos de señal de salida con los correspondientes incrementos de señal de entrada. - Sensibilidad: indica la mayor o menor variación de la salida por unidad de magnitud de entrada. Un sensor es tanto más sensible cuanto mayor sea la variación de la salida producida por una determinada variación de entrada. - Inmunidad al ruido: cualquier perturbación aleatoria del propio transductor o del sistema de medida, que produce una desviación de salida. Histéresis: un transductor presenta histéresis cuando, a igualdad de magnitud de entrada, la salida tiene aumentos en sentido creciente o en sentido decreciente. Se indica en término de valor absoluto de la variable física medida o en porcentaje respecto al fondo de escala de la salida. La histéresis puede no ser constante en todo el campo de medida. • Características dinámicas, que muestran su actuación en régimen transitorio ante determinados estímulos estándar de la magnitud física (escalón, rampa, frecuencia, etc.). La mayoría de los sensores tienen un comportamiento dinámico asimilable a un sistema de primer o segundo orden. Los principales parámetros que caracterizan el comportamiento dinámico de un transductor son: o Velocidad de respuesta: capacidad de un transductor para que la señal de salida siga sin retraso las variaciones de la señal de entrada. Los parámetros más relevantes para medir la velocidad d respuesta son: Tiempo de retardo: tiempo transcurrido desde la aplicación del escalón de entrada hasta que la salida alcanza el 10% de su valor permanente. Tiempo de subida: tiempo transcurrido desde que la salida alcanza el 10% de su valor permanente hasta que llega por primera vez al 90% de dicho valor. Tiempo de establecimiento al 99%: tiempo transcurrido desde la aplicación del escalón de entrada hasta que la salida alcanza el 99% de su valor permanente. Constante de tiempo: tiempo transcurrido desde la aplicación del escalón de entrada hasta que la salida alcanza el 63% de su valor permanente. En el caso de transductores con respuesta de primer orden. - Respuesta frecuencial: relación entre la sensibilidad y la frecuencia cuando la entrada es una excitación senoidal. Se indica gráficamente mediante un gráfico de Bode. - Estabilidad y derivas: indica la desviación de salida del sensor al variar ciertos parámetros exteriores distintos del que se pretende medir como: condiciones ambientales, alimentación... 2.9.3. Clasificación de un sensor A la hora de clasificar los sensores podemos hacerlo de distintas formas como puede ser: • Según el tipo de salida: - Analógicos: aquellos que proporcionan en su salida una variable eléctrica continua en el tiempo proporcional al valor medido. Suelen suministrar valores normalizados de 0-10 V; 4-20 mA. Por ejemplo, una sonda PT-100 de temperatura, un sensor de caudal. - Digitales: proporcionan una salida codificada (pulsos, BCD, Gray...). Por ejemplo, un encóder, un sensor de presencia X-10. - Todo-Nada: proporcionan una salida binaria (0 - 1). Por ejemplo, un termostato, un sensor magnético. • Según la dependencia en la alimentación externa: - Pasivos: aquellos que requieren de alimentación externa para su funcionamiento. - Activos: no requieren de alimentación externa para su funcionamiento puesto que son generadores eléctricos de pequeña señal (termopar, un sensor de final de carrera). Son los más usuales en instalaciones domóticas. • Según la magnitud física a medir: Posición lineal o angular (potenciómetro, encóder), pequeños desplazamientos o deformaciones (galga extensiométrica), velocidad lineal o angular (dinamo tacométrica), aceleración (acelerómetro), fuerza y par (galga), presión (sensor piezoeléctrico), caudal (caudalímetro de turbina), temperatura (temopar, resistencias PTC y NTC), proximidad o presencia (ópticos, capacitivos), sensores táctiles y sensores de sistemas de visión artificial (cámaras de vídeo, cámaras CCD). • Según los principios físicos en los que se basan: - Cambios de resistividad - Electromagnetismo - Piezoelectricidad - Efecto fotovoltaico - Termoelectricidad 2.9.4. Descripción de algunos tipos de sensores utilizados en el campo de la domótica Existe una gran variedad de sensores que se utilizan en domótica para la detección de una variable física y posibilitar un control automatizado de las tareas habituales, del confort, del ahorro energético y de la seguridad. Dependiendo del tipo de incidencia que se produzca en el entorno que se desee detectar para llevar a cabo tareas de automatismos se pueden tener los siguientes tipos de sensores: 2.9.4.1. Sensores de luminosidad Los sensores de luminosidad o lumínicos son dispositivos electrónicos capaces de determinar el nivel de una fuente de luz (natural o artificial), permitiendo un control automático de tareas dentro de un ambiente domótico. Estos tipos de sensores se pueden diferenciar mediante la señal que suministran en: - Sensores de luminosidad Los sensores de luminosidad propiamente dichos proporcionan una salida analógica que sirve para ajustar los niveles de iluminación en función de la intensidad de luz existente. Son llamados también reguladores o “dimmers” automáticos para luminosidad. Fig.2.9 Sensor de iluminación - Detectores de fuentes de luz. Los detectores de luz sólo son sensibles a un cambio considerable en una fuente de iluminación, convirtiendo la variable física en una señal de dos estados o digital, de modo que sólo se utiliza para realizar acciones de encendido o apagado. Cuando la variable física de detección corresponde a la luz del día o intensidad lumínica solar se denominan Sondas Crepusculares. Fig.2.10 Sensor crepuscular Los sensores se componen de una célula fotoeléctrica y cierta circuitería electrónica, por ejemplo, una fotorresistencia o un fotodiodo en configuración de divisor de voltaje con un amplificador operacional con los cuales sea posible ajustar un umbral de conmutación mediante un potenciómetro de modo que pueda proporcionar una señal binaria que permita activar un elemento actuador como un relé, un contactor o un motor pequeño. Fig.2.11 Fotorresistencia y aplicación como detector de luz Actualmente se pueden encontrar en el mercado una variedad de elementos que incorporan distintas clases de sensores y sondas, los cuales son empleados tanto en espacios interiores para el control de la luminosidad (salones, habitaciones, restaurantes, etc.) y también en exteriores (jardines, terrazas, fincas, calles, etc.) para el caso de las crepusculares. 2.9.4.2. Sensores de temperatura La temperatura es una de las variables más delicadas, pues casi todos los fenómenos físicos se ven afectados por ésta y es utilizada para inferir otras variables en un proceso. Por lo tanto, se hace necesario tener un correcto control de temperatura acorde con las exigencias de seguridad, confort y energía de un ambiente domótico, para el cual se recurre a una amplia gama de sensores, cada uno de los cuales debe responder a las características específicas del recinto a controlar. Existen algunos tipos de estos sensores, por ejemplo, los termostatos y las sondas de temperatura los cuales pueden tener diferencias en su aplicación y funcionamiento. - Termostato Los termostatos son sensores de tipo digital porque envían una señal que posibilita la conexión o desconexión de algún elemento según un umbral de temperatura previamente establecido. Los hay de diversas clases, pero en domótica se usan por lo general los más sencillos que consisten en dos placas metálicas, cada una con diferentes coeficientes de dilatación con la temperatura. También cuentan con un potenciómetro mediante el cual se posiciona una placa respecto a la otra. Cuando aumenta la temperatura se dilatan las placas y se acercan o se separan, accionando o interrumpiendo un circuito eléctrico que conforman con la salida, sirviendo de esta manera como un 'sensorcontrolador' con un control de lazo cerrado de tipo “ON-OFF”. Fig.2.12 Termostato radiador eléctrico Los termostatos de ambiente se suelen instalar a 1,5 metros del suelo y en el centro de una pared que se encuentre enfrentada a una fuente de calor, ubicándolos en un lugar accesible y alejado de fenómenos externos que puedan causar desviaciones en la medida de la temperatura, por ejemplo, la incidencia directa del sol, las corrientes de aire o los electrodomésticos y equipos cercanos susceptibles de producir cierto grado de calor. - Sonda de temperatura Las sondas de temperatura son sensores analógicos que, por lo general, varían un parámetro en función de la temperatura. Éstos consisten en semiconductores o resistencias con coeficientes de temperatura grandes, tanto negativos como positivos (PTC's y NTC's) Fig.2.13 Sondas de temperatura Para la instalación de las sondas de temperatura se deben tener en cuenta las mismas consideraciones que las referentes a los termostatos. Si se emplean en grandes espacios que posean inercias térmicas importantes se requerirá que los controladores de temperatura posean algoritmos con lazos cerrados de control más complejos como los PI (Proporcional-Integral) o PID (Proporcional-Integral- Derivativo). Generalmente las sondas térmicas se utilizan para regular la temperatura en espacios interiores como salas de museos, habitaciones en hoteles y hospitales, auditorios, entre otros, además de posibilitar las mediciones térmicas en tuberías y suelos. También se emplean para funcionar como un control automático de la temperatura dentro de una vivienda u oficina en función del calor del sol incidente sobre ella, logrando así un ambiente óptimo y confortable para los residentes del lugar. 2.9.4 3. Sensores de presencia o intrusión Estos sensores son capaces de detectar la entrada o salida de elementos (por lo general personas) dentro del lugar en el cual se requiere una vigilancia permanente. Se pueden clasificar en volumétricos, perimetrales y lineales. - Sensores volumétricos. Son sensores de tipo digital y la activación del mismo se produce cuando detectan un cambio de temperatura o de movimiento. Se usan comúnmente para la detección de intrusiones no deseadas dentro de un espacio. Generalmente éstos se ubican en una esquina y en la parte superior dentro de un recinto cerrado, asegurando una orientación que logren la máxima cobertura posible y alejados de fuentes de calor externas. Fig.2.14 Sensor volumétrico de presencia de Veo Los sensores de presencia están diferenciados de los sensores de movimiento por su sensibilidad. Los primeros son capaces de detectar pequeños movimientos como el de una mano dentro de un espacio reducido, mientras que los otros detectan movimientos grandes como el desplazamiento de una persona, animal u objeto en un espacio más amplio. Dentro de los detectores volumétricos de presencia se suelen emplear cuatro tipos de tecnologías distintas, basadas en el principio básico de funcionamiento: Infrarrojos. Estos detectan cambios térmicos expresados en radiaciones infrarrojas del entorno y los memoriza en forma de haces volumétricos inclinados según varios planos, de manera que puedan ser detectados cuando se generan cambios rápidos. Son sensibles a fuentes de calor como la luz solar y las corrientes de aire caliente y frío. Los hay de distintos tipos dependiendo del sensor, los lentes, la cobertura, circuitos electrónicos, etc. Microondas. Emplean un fenómeno físico basado en la reflexión de ondas electromagnéticas denominado Efecto Doppler. Estos sensores producen señales ondulatorias de alta frecuencia (superiores a 10GHz) y almacenan las reflexiones producidas en el ambiente. Si un cuerpo está en movimiento se genera una variación en esas reflexiones y por consiguiente provoca un cambio en las frecuencias de la onda. Para la utilización de este tipo de sensores se debe tener en cuenta las normatividades y regulaciones que rigen a ciertos países referidas a la utilización del espectro electromagnético, pues este tipo de ondas se reflejan en superficies metálicas y pueden causar daños a la salud. Tecnología dual. Resulta de la combinación de la tecnología con infrarrojos y con microondas. Se puede realizar la detección de movimiento por medio de los dos sistemas simultáneamente o permitiendo la activación de uno de ellos y la posterior confirmación del otro, así es posible evitar falsas alarmas. Cuando se requiere de un alto grado de fiabilidad en la detección de un cuerpo se incorporan algoritmos en estos sensores para diferenciar el movimiento del cuerpo humano, de animales o de objetos. Fig.2.15 Detector dual pasivo inmune a mascotas. Ultrasonidos. Este tipo de sensores tienen un funcionamiento similar a los que emplean las microondas. Se basan de igual manera en el efecto Doppler aplicado a las ondas sonoras, detectando la reflexión de estas señales. Son sensibles a ruidos externos de alta frecuencia y a corrientes de aire, por lo que su alcance es reducido. - Sensores perimetrales. Son los encargados de realizar la vigilancia en el perímetro de una instalación. Actúan como barreras situadas alrededor del lugar a inspeccionar y se produce la activación cuando algo o alguien la sobrepasa. La ventaja más relevante es la capacidad de detectar al intruso antes que ingrese en la vivienda o edificio debido a la ubicación de estos elementos sensores en exteriores, sin embargo tienen que soportar las condiciones atmosféricas a las que están expuestos en algunos casos y posiblemente no puedan responder de manera eficaz ante una eventualidad. Por este motivo, existe una gran variedad de este tipo de sensores y es indispensable tener en cuenta los requerimientos y características antes de realizar diseños preliminares de una instalación. Dentro de estos sensores se pueden encontrar algunas clases que se emplean para la detección de vibraciones, rotura de cristales, alfombra pisada y apertura de puertas o ventanas, entre otros. Sísmicos o de vibraciones. Se componen de dos masas que separan e interrumpen el envío de una señal eléctrica al recibir un golpe o vibración sobre una superficie. Pueden contener elementos como un piezoeléctrico (reacciona si se intenta cortar un vidrio), una gota de mercurio (cierra un circuito al desplazarse) o un péndulo (produce movimiento oscilatorio y acciona una alarma o actuador). Fig.2.16 Detector sísmico para cajas fuertes Se debe tener precaución con la ubicación de estos sensores pues son vulnerables a movimientos vibratorios externos como los producidos por el paso de vehículos o el empleo de maquinaria industrial, generando posibles falsas alarmas, por tanto suelen ser cada vez menos utilizados. Rotura de vidrios o cristales. Estos detectores se activan por medio de los sonidos de altas frecuencias. Su funcionamiento se basa en el siguiente principio: “Cuando se produce una rotura del vidrio, se provocan dos tipos de sonidos que son de distinta frecuencia: el primero, debido al impacto sobre el vidrio, es un sonido grave de unos 200 Hz. El segundo, debido a la rotura del vidrio, que es un sonido agudo con una frecuencia de 3.000 a 5.000 Hz" El sensor posee un micrófono que responde a las altas frecuencias antes citadas y en cortos intervalos de tiempo (100ms máximo). Fig.2.17 Detectores acústicos de rotura de vidrios Estos sensores microfónicos no se deben instalar sobre la superficie a proteger sino en cercanías de la misma y en sitios imperceptibles. Cinta autoadhesiva conductora. Consiste en una cinta adhesiva elaborada de un material conductor que se puede adherir a la superficie que se quiere proteger. Funciona mediante el paso de una corriente eléctrica por ella (debido a que la cinta es conductora), la cual se interrumpe cuando se rompe el material y por consiguiente la cinta, lo que posibilita la activación de un sistema de alarmas. Presenta inconvenientes referentes al entorno, pues su conductividad se puede ver afectada por posibles dilataciones debidas a la temperatura externa, además la instalación de la cinta se realiza en un lugar visible, permitiendo la evasión de la misma por parte del intruso. Puertas y ventanas abiertas. Estos detectores están compuestos de contactos magnéticos formados por un imán y un cuerpo metálico (interruptor magnético) con unos cables de conexión a un circuito electrónico. Cuando el imán se encuentra separado del cuerpo metálico se dice que está en posición de reposo pero mientras esté en las cercanías del mismo, éste lo atrae y permite la conmutación del circuito. Fig.2.18 Detector de apertura de puertas y ventanas Comercialmente se pueden encontrar diferentes tipos estos detectores, siendo los de más uso aquellos que se ubican en las superficies de ventanas, puertas, armarios, cuadros, etc. Comúnmente se realiza su instalación uniendo el imán con la parte móvil de la superficie (puertas o ventanas) y el cuerpo metálico en partes fijas (paredes o marcos). Vallas y alfombras: las vallas sensorizadas funcionan colocando sensores de vibración sobre la valla. Cuando ésta se mueve, el detector se activa, activando la alarma. Los sensores de alfombra pisada son tapetes falsos transparentes con contactos que se colocan debajo de una verdadera alfombra. Cuando alguien ha pisado la alfombra, se activa una alarma. - Sensores lineales. Funcionan mediante el bloqueo de una barrera invisible cuando algo o alguien se interpone en ella. Esta barrera se conforma mediante un elemento emisor de infrarrojos o microondas y otro receptor del mismo tipo, el cual recibe constantemente la señal del primero (en condiciones normales) y se interrumpe momentáneamente mientras haya algún cuerpo en su campo de actuación. Entre estos tipos de sensores se pueden mencionar: Barrera de infrarrojos. Este sensor está conformado por elementos emisores de luz invisible (por lo general son dos diodos emisores de luz infrarroja) que emiten los haces luminosos de forma paralela y alineada hacia elementos receptores infrarrojos, originando así una barrera óptica imperceptible para el ser humano. Cuando las barreras se interrumpen por el paso de algún cuerpo entre ellas se origina una señal sonora y/o luminosa; además se cuenta con un sistema contra falsas alarmas, pues la utilización de dos o más barreras hace que se eviten alertas cuando algo o alguien que no se considere como intruso ha sobrepasado solamente una de ellas, como pueden ser aves, roedores, etc. Los sensores de barreras infrarrojas presentan la gran ventaja de ser inmunes a los fenómenos climáticos (lluvia, niebla, humedad, etc.), es por esto que se facilita la instalación tanto en interiores como en exteriores. Barrera por microondas. Consiste en instalar un cableado especial introducido en tierra que sirven para conectar un emisor y un receptor. El emisor de microondas genera impulsos de muy alta frecuencia (VHF), los cuales se propagan a lo largo del cable y en su alrededor. El receptor detecta esta señal que es inalterable en condiciones normales. Cuando algo o alguien penetra en la zona de propagación y recepción se produce una variación de la señal, la cual es detectada por el receptor permitiendo la activación de una alarma. Estos sensores son muy utilizados en lugares que requiera una alta seguridad, pues la implementación de un sistema con este tipo de sensor resulta confiable y eficiente ya que es inmune a las falsas alarmas pero su costo puede ser más elevado, comparado con otros tipos de sensores. 2.9.4.4. Detectores de incendio Estos sensores detectan partículas en el aire, calor o humo, posibilitando la activación de señales sonoras y luminosas. Fig.2.19 Detector de fuego y humo Existen 3 clases diferentes de sensores destinados a la detección de incendio de acuerdo con la propiedad física que emplean: Ópticos, iónicos y termovelocímetros (flujo de calor). - Ópticos. Su configuración es de tipo barrera óptica, consistiendo en un diodo emisor de luz y un fototransistor receptor que detecta constantemente el haz luminoso. Cuando se interpone humo visible dentro de la barrera óptica se produce dispersión del haz, provocando una disminución en la intensidad recibida. Fig.2.20 Detector de humo fotoeléctrico Presentan baja sensibilidad, pues sólo se encargan de detectar el humo visible, por tanto no es recomendable su instalación en ambientes que habitualmente contengan humo (cocinas, garajes, etc.). - Iónicos. Poseen varias cámaras independientes. Una de ellas es cerrada e ionizada por una fuente radioactiva muy débil, la cual no presenta riesgos para la salud y la otra es abierta para que pueda circular el aire del entorno. En la combustión generada dentro de la cámara abierta se produce la ionización del aire, detectándose la diferencia entre el nivel de ionización de las cámaras. Debido a la alta sensibilidad que pueden tener estos sensores, resultan adecuados para la instalación domótica en viviendas y edificios pero no se aconseja en lugares con humo frecuente. La instalación se debe realizar en locales con alturas menores de 13 metros, cubriendo un área máxima de 50m2. - Termovelocimétricos. Se componen de puentes equilibrados de resistencias, algunas de ellas se exponen hacia el exterior para la detección de variación de temperatura. En ciertos casos se reemplazan las resistencias por sustancias líquidas o gaseosas. Fig.2.21 Detectores de humo termovelocimétricos Estos sensores responden cuando hay un sobrepaso de temperatura establecida dentro de un rango específico y son insensibles a humo, por lo que se posibilita su instalación en ambientes como garajes y cocinas. Pueden ubicarse en locales con altura inferior a 7 metros y tienen cobertura máxima de 25m2. 2.9.4.5. Detectores de corriente eléctrica Son utilizados para la medición de la corriente que circula por un cable. Se conforman por una sonda con una bobina en la que se induce una corriente de acuerdo con la intensidad que fluye por el cable y es medida en los extremos de una resistencia por la que circula la corriente inducida. En las instalaciones domóticas dentro de una vivienda, los detectores de corriente eléctrica van ubicados en la caja de cortacircuitos o totalizadores y se emplea para racionalizar el consumo de la energía eléctrica. 2.9.4.6. Otros tipos de sensores En un sistema domótico se pueden tener una cantidad determinada de sensores dependiendo del número de entradas y la capacidad de procesamiento de información que posea la unidad de control. Ésta última tiene que ser capaz de recibir las señales emitidas por los diversos tipos de sensores empleados para distintos objetivos en lugares determinados. Los sensores empleados con mayor frecuencia en ambientes domóticos en inmóticos son los detallados en los párrafos anteriores pero en algunas ocasiones se requiere de la medición y control de alguna variable física o química en particular como el nivel de PH, radiación, humedad relativa del aire, presión atmosférica, movimientos telúricos (sismos o terremotos), entre otros. Por lo general, el control de estas variables se realiza en ambientes industriales o en situaciones donde se requieran unas condiciones específicas para llevar a cabo algún proceso en particular. Comercialmente se pueden encontrar algunos sensores destinados a proporcionar información sobre parámetros ambientales (pequeñas estaciones meteorológicas) pero no se suele realizar ningún control sobre ellos ni se integran dentro de un sistema domótico. 2.9.5. ACONDICIONADORES DE SEÑAL Las señales que entrega un sensor no siempre son compatibles con los tipos de señales que deben ingresar al sistema receptor, por lo tanto se hace necesario, en la mayoría de los casos, que las señales de los sensores sean acondicionadas y/o adaptadas al controlador. Esta conversión es realizada mediante los acondicionadores de señal. Actualmente existen varios estándares para el acondicionamiento de señales, algunos son de voltaje o tensión (0V – 5V, 0V – 100V) y otros son de corriente (0mA – 20mA, 4mA – 20mA). En el mercado de equipos electrónicos para el hogar y la industria se pueden encontrar diversos tipos de acondicionadores de señal, entre ellos se distinguen los acondicionadores para señales discretas, para sensores resistivos, amplificadores, atenuadores pasivos para señales continuas, filtros de señal, convertidores de voltaje a frecuencia (V/F) y de frecuencia a voltaje (F/V), análogos/digitales y digitales/análogos. Los fabricantes pueden incluir estos dispositivos en sus catálogos, permitiendo obtener información clara acerca de los equipos que adaptan las señales provenientes de los diferentes sensores al formato de las señales propias del sistema, bien sea empleando protocolos estándares o propietarios. 2.9.5. TRANSMISORES Al igual que los sensores, los transmisores son elementos de entrada en un sistema domótico pero con la gran diferencia de tener una interfaz de usuario, permitiendo el ingreso de órdenes directas individuales o secuenciales por parte del cliente o usuario. Los transmisores basan su funcionamiento en la recopilación de información, representada en las órdenes y comandos que el usuario del sistema ejecuta para la realización de una acción determinada, para luego ser enviada hacia el elemento controlador y posteriormente ser ejecutada la tarea de control. Los tipos básicos de transmisores que se pueden instalar en un sistema domótico o inmótico son: mandos a distancia, interfaz telefónico, teclados, pulsadores e interruptores. - Mandos a distancia. Estos elementos son los más comunes para la interacción con el sistema domótico, pues facilita la ejecución de acciones de forma remota dentro de una vivienda o edificio. Están constituidos por un elemento emisor y otro receptor. El elemento emisor puede ser un mando con botones de membrana o una pantalla inalámbrica sensible al tacto (“Wireless TouchScreen”); es quien recoge la información, adapta las señales a un formato de emisión, bien sea empleando infrarrojos o radiofrecuencia, para luego enviarlas hacia el receptor. Fig.2.22 Mandos con botones de membrana y sensibles al tacto. Los mandos que utilizan infrarrojos presentan las ventajas como la no generación de interferencia, inmunidad a las radiaciones electromagnéticas y son muy económicos. Los inconvenientes se pueden ver reflejados en la necesidad de existir línea de visión directa entre emisor y receptor, además de estar limitados a recintos cerrados, mientras que los mandos que utilizan radiofrecuencia no requieren de línea de vista entre los componentes y su funcionamiento resulta útil en zonas donde se requiera mayor cobertura, pero son más costosos y pueden presentar mayor sensibilidad a las interferencias. El elemento receptor debe poseer el mismo formato de señal de envío. Generalmente se colocan en cajas universales empotradas en paredes. Estos tipos de mandos no son recomendables para emplearlos en aplicaciones de seguridad dado que estos dispositivos pueden ser manipulables desde el exterior. - Interfaces telefónicos. Estos dispositivos son herramientas útiles e importantes dentro de un sistema domótico o inmótico. Se componen de una interfaz con la línea Red Telefónica Pública Básica Conmutada (RTPBC), una electrónica de control y el respectivo interfaz con el sistema automático (por ejemplo, “Gateways” entre redes de telecomunicaciones). Fig.2.23 Interfaz telefónico para teleasistencia. Dependiendo del flujo de información que gestionan, los interfaces telefónicos pueden ser de dos tipos: Unidireccionales y bidireccionales. Los unidireccionales reciben la información únicamente desde el exterior hacia el sistema y generalmente de ubican en la caja de los totalizadores de la vivienda. Pueden ser monocanal o multicanal. Incorporan relés para el accionamiento de elementos electrónicos y mecánicos. Los bidireccionales permiten un flujo de datos en ambos sentidos interior/exterior. Estos interfaces están basados en tecnologías de comunicaciones empleando microprocesadores para la síntesis de voz (desde el interior) y decodificación de tonos multifrecuencia (desde el exterior). Estos sistemas permiten la gestión de aplicaciones y el mantenimiento de dispositivos a través de redes globales como Internet. - Pulsadores e interruptores. Son elementos electromecánicos considerados entradas del sistema domótico que posibilitan la conexión o desconexión de uno o más circuitos eléctricos. Figura 2.24. Pulsadores e interruptores Los pulsadores se pueden diferenciar de los interruptores por su configuración mecánica y modo de operación. Los pulsadores tienen solo una posición de equilibrio. Se accionan únicamente cuando cambia de estado, regresando a su posición original cuando cesa el accionamiento. De acuerdo con lo anterior, se pueden encontrar pulsadores normalmente abiertos o cerrados. Los interruptores o swicthes tienen dos posiciones de equilibrio: en circuito abierto o circuito cerrado. A diferencia de los pulsadores, los interruptores poseen retención, así que pasan de una posición a otra cuando se accionan y permanece en la última posición hasta que cesa el accionamiento. - Teclados. Son dispositivos de entrada porque recopilan información y los ingresan al mismo. Se componen por un teclado alfanumérico y algunos de ellos están dotados de códigos de seguridad que permiten comprobación de acceso y/o monitoreo de parámetros para la información del estado del sistema. Actualmente existen teclados de membrana (generalmente forman una matriz 3x4 o 4x4), mecánicos (una línea por tecla y un cable común en topología de bus, no son muy usados) y de pantalla táctil (interfaz de usuario para el manejo, configuración y programación del sistema domótico). Fig.2.25 Teclado vía radio 2.12. Actuadores 2.12.1. Introducción Generalmente se define actuador o accionamiento como aquel dispositivo que se encarga de actuar o realizar las acciones sobre la planta o proceso a controlar. El accionamiento puede estar bajo el control directo de la parte de mando o puede requerir de algún "preaccionamiento" para amplificar la señal de mando o control. Los accionamientos más habituales son empleados: - Para producir movimientos: motores, cilindros... - Para la conducción de fluidos: bombas, electroválvulas... - Para controlar procesos térmicos: hornos, intercambiadores... Los pre-accionamientos más comunes son: relés y contactores, válvulas, servomotores, servo válvulas. Atendiendo a la tecnología podemos clasificar los actuadores como: - Actuadores eléctricos - Actuadores hidráulicos. - Actuadores neumáticos. - Actuadores térmicos. En función del tipo de salida, los actuadores se clasifican en: - Actuadores todo/nada. - Actuadores analógicos. En un sistema domótico, los actuadores son dispositivos electromecánicos considerados como salidas, porque actúan sobre el medio exterior y afectan físicamente a la vivienda o al edificio. Estos elementos pueden mantener niveles de salida continuos o discretos, dependiendo de la señal que lo gobierna. Si la actuación es de tipo “encendido/apagado entonces es porque lo rige una señal digital, pero si la actuación es variable es porque la señal percibida es analógica. 2.12.2. Clases de actuadores Dentro del campo de la domótica los actuadores se pueden clasificar en tres tipos diferenciados según su constitución: Electromecánicos (motores, electroválvulas, relés, contactores, cerraduras digitales). Acústicos (sirenas, bocinas, altavoces). Luminosos (paneles, monitores, lámparas). A continuación se describen los elementos que pueden considerarse como los actuadores más empleados en las instalaciones domóticas. 2.12.2.1. Motores Son máquinas que convierten la energía eléctrica en mecánica para generar movimiento. Los tipos más comunes empleados en sistemas domóticos son los de corriente directa, los de corriente alterna y los paso a paso. • Motores de DC. En los motores de corriente continua o directa, la variación del voltaje controla la velocidad del mismo. Son precisos y su accionamiento es rápido, pero tienen poca potencia. • Motores de AC. Los motores de corriente alterna varían la velocidad en función de la frecuencia del voltaje de entrada. Tienen la gran ventaja de no necesitar fuentes de alimentación adicionales a la propia de la red eléctrica, por eso resultan útiles en al ámbito domótico. • Motores paso a paso. Los motores paso a paso son elementos de muy alta precisión,por tanto se emplean como posicionadores, en algunos casos se emplean en conjunto con servoválvulas que giran a un ángulo determinado a cada secuencia de impulsos. Fig. 2.26. Motores paso a paso En domótica, los motores se utilizan fundamentalmente para el control de toldos, cortinas y persianas. Se emplean los motores asíncronos monofásicos que se ubican en el interior del eje de los elementos a controlar. Suelen tener un sistema reductor de velocidad que proporciona unas velocidades de giro entre 8 y 55 r.p.m. y dos finales de carrera para la desconexión automática del motor; un final de carrera se ajusta para el máximo desplazamiento superior y el otro para el máximo desplazamiento inferior. Fig.2.29 Motores para cortinas y persianas 2.12.2.2. Sirenas Son elementos de alerta que se emplean en los sistemas de seguridad para anunciar una alarma en alguna situación que represente un peligro para las personas o para el entorno habitable. La instalación de las sirenas se puede realizar en exteriores e interiores, dependiendo del tipo de alerta que se requiera en el lugar. Para ambientes en exteriores se disponen de protecciones a la intemperie como carcasas metálicas o plásticas. La potencia de sonido es elevada (105dB a 115dB) y se alimentan de corriente continua. En algunos casos se acompañan de un elemento luminoso con una lámpara o un flash estroboscópico. Como elementos de seguridad se utilizan baterías y contactos especiales para evitar la manipulación y el sabotaje. Fig.2.30 Sirena para exteriores con luz estroboscópica Cuando se requiere una instalación en interiores se suelen utilizar protecciones contra los efectos físicos básicos como la temperatura y la humedad, pero no se hace necesario el empleo de carcasas especiales antivandálicas. La potencia audible es menor (85dB a 100dB) y funcionan también en corriente continua. 2.12.2.3. Electroválvulas Son elementos conformados por válvulas en las cuales se controla la apertura mediante una señal eléctrica externa. Se emplean para realizar el control de caudales de líquidos o gases, siendo dispositivos fundamentales para la optimización y ahorro considerable de agua y gas. También suelen emplearse en los conductos de los sistemas de aire acondicionado. Las electroválvulas se componen por dos piezas: el cuerpo (parte que se ajusta a la tubería y el cabezal (se encarga de mover el dispositivo para la apertura o el cierre). En domótica se emplean con frecuencia las válvulas de control (también llamados servoválvulas) y de corte (control de tipo activado/desactivado). Fig.2.31 Electroválvulas y central adaptadora de corte de fluidos • Válvulas de control. Son válvulas de paso variable o proporcional, utilizadas en circuitos de calefacción por radiación de agua caliente. Tiene un tiempo de respuesta amplio (de 10 segundos hasta 3 minutos) ya que son accionados por un motor de AC. • Válvulas de corte. Son válvulas utilizadas para realizar un control de paso o interrupción de un servicio (agua o gas). Actúan mediante un electroimán que desplaza una pieza móvil, permitiendo el cierre o el paso del fluido. Posee un tiempo de respuesta menor que las de control con lo cual son susceptibles de instalar en aplicaciones de actuación rápida o urgente. Su accionamiento puede llevarse por medio de corriente alterna o continua. 2.12.2.4. Reguladores o “Dimmers” Permiten regular la potencia que llega a una carga mediante dispositivos semiconductores de estado sólido como los diacs y los triacs. Fig.2.32 Regulador dimmer con triac de Ingenium En domótica se utilizan para realizar un control de iluminación en bombillas, lámparas y otros elementos emisores de luz. Para ello se debe tener especial cuidado en las especificaciones dadas por los fabricantes, pues se necesita conocer no solo la carga máxima a la cual se conecta el actuador sino su tipo (resistiva, inductiva, bombilla incandescente, lámpara halógena o fluorescente, etc.) para la regulación de algún parámetro (corriente o voltaje). 2.12.2.5. Relés Son los elementos más empleados en domótica, ya que permite conmutar circuitos de alta potencia empleando señales de baja potencia. Se emplean en la etapa previa para accionar dispositivos más potentes como pueden ser los contactores, las electroválvulas... Además separan la parte de mando de la parte de potencia por lo que se utilizan en tarjetas de salidas digitales como etapa de salida para aislar eléctricamente el circuito electrónico de la parte de fuerza o potencia. Fig.2.33 Tipos de relés Los relés se constituyen por una bobina (parte fija) y unos contactos normalmente cerrados, normalmente abiertos y un contacto común (parte móvil) que cortocircuita con los anteriores para llevar a cabo una tarea. Cuando se hace pasar corriente continua a través de una bobina solenoide hace que se magnetice el núcleo de hierro y atrae la armadura (parte móvil), permitiendo la apertura de unos contactos y el cierre de otros. En la conmutación o cierre se generan picos de tensión que producen interferencias. Para reducir estos transitorios se suelen acoplar en paralelo con el terminal de la bobina unos diodos de desacoplo de DC o una resistencia en serie con un condensador (filtro RC) en AC. Fig.2.34 Composición interna de un relé tipo armadura En domótica se pueden emplear desde simples relés de diferentes tipos hasta módulos especiales para la conmutación de diversas cargas, por tanto se hace necesario tener un cuidado en la utilización de los mismos, considerando los datos de funcionamiento como el número de circuitos que puedan accionar simultáneamente, rango de valores y nominales de voltajes y corrientes en contactos y bobinas, tipo de carga que conmutan, clasificación y función dentro de un circuito (instantáneos, , de mando, de protección, etc.), entre otros muchos parámetros y estándares que faciliten los fabricantes. Generalmente se ubican en tableros eléctricos (si se encuentran sueltos) o en cajas de registros (si se posicionan junto con algún circuito). 2.12.2.6. Contactores Físicamente y funcionalmente son elementos similares a los relés pero pueden manejar cargas de mayor potencia (lavadoras, lavavajillas, motobombas, etc.), son más robustos y generalmente se instalan en carriles o tableros de distribución. Poseen una bobina y unos contactos de platinas de cobre con un ancho y disposición en función con la corriente que circula por ellos. También pueden accionar varios circuitos simultáneamente con una misma señal de control, teniendo la posibilidad de forzar la activación o desactivación (marcha/paro) desde un circuito externo. Fig.2.35 Contactores principales y auxiliares de Siemens 2.12.2.7. Resistencias eléctricas Son empleadas para los sistemas de secado y calefacción, elevando la temperatura del medio donde se encuentra instalado. Su funcionamiento se basa en la circulación de una corriente eléctrica a través de un conductor, provocando así el calentamiento del mismo. 2.13. Autómatas programables El mercado ofrece muchas alternativas en cuanto a controladores se refiere con mayor o menor grado de control: autómatas programables o PLC’S (SYSMAC series C (CQM1), CJ, CS, SRM1 de Omron , SIMATIC series S5, S7 (S7-200) de Siemens), microautómatas, kits domóticos, dispositivos o reguladores que se conectan entre la red eléctrica y el actuador, programadores, microcontroladores PIC. Criterios a la hora de elegir un autómata programable: Número de entradas y salidas, tipo y características eléctricas de las mismas Entradas y salidas centralizadas o descentralizadas. Memoria de programa necesaria en Kbytes. Comunicación entre células de fabricación. Comunicación con periféricos de otras marcas. Ejecuciones especiales (redundancia,etc) Comunicaciones con PC Posibilidades de integración en un entorno LAN Como se ha elegido un PLC para el control domótico, nos vamos a centrar en explicar de la forma más clara y breve en qué consiste un PLC: Un autómata programable es un sistema electrónico programable diseñado para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para implementar unas soluciones específicas tales como funciones lógicas, secuencia, temporización, recuento y funciones aritméticas con el fin de controlar mediante entradas y salidas, digitales y analógicas diversos tipos de máquinas o procesos. Fig.2.36 Esquema básico de un PLC La principal función del sistema de E/S es la de proporcionar una separación eléctrica entre los circuitos lógicos y los de potencia. También son funciones del sistema de E/S adaptar la tensión de trabajo del autómata a la de los dispositivos de campo y Verificar memoria de usuario (donde está almacenado el programa de control). Verificar Bus E/S. Gestión de transmisión con: consola de programación o interface de comunicaciones. Scan secuencial de las instrucciones del programa. Lectura del estado de los módulos de E/S. Transferencia de estado a las salidas. Ciclo de Scan o trabajo: se llama así al conjunto de tareas que el autómata lleva a cabo cuando está controlando un proceso: Tareas comunes (supervisión general). Aceptación de entradas y actuación sobre salidas. Ejecución de las instrucciones. Servicio a periféricos. Fig.2.37. Ciclo de trabajo de un PLC 2.14. Medios de Transmisión / Bus (Medios físicos) El medio de transmisión de la información, interconexión y control, entre los distintos dispositivos de los sistemas de domótica puede ser de varios tipos. Los principales medios de transmisión son: Cableado Propio o dedicado : La transmisión por un cableado propio es el medio más común para los sistemas de domótica, principalmente son del tipo: par apantallado, par trenzado (1 a 4 pares), coaxial o fibra óptica. Cableado Compartido: Varios soluciones utilizan cables compartidos y/o redes existentes para la transmisión de su información, por ejemplo la red eléctrica (corrientes portadoras), la red telefónica o la red de datos (Ethernet, HomePlug, HomePNA, Wifi). Inalámbrica: Muchos sistemas de domótica utilizan soluciones de transmisión inalámbrica entre los distintos dispositivos, principalmente tecnologías de radiofrecuencia o infrarrojo (Wifi, GPRS, Bluetooth, Zigbee). Tipo Manejabilidad Características y requerimientos Transmisión con cable Cableado dedicado Muy fácil, muy extendido, Permite crear grandes económico. redes de equipos. Par trenzado Proviene de usos Gran seguridad de industriales. transmisión. Utilizado en el envío de señales de vídeo. Inmune a interferencias pero muy rígido para la instalación. Cable coaxial Bastante implantado. Red eléctrica instalada No necesita instalación adicional de cableado. Poca seguridad y velocidad. Ventaja de aprovechar la instalación eléctrica instalada. Fibra óptica Gran capacidad. Se utiliza para transmitir gran cantidad de información. Transmisión sin cable por Radio frecuencia No es un estándar. Bluetooth V1 y 2 Bastante extendido. Velocidad de transmisión media. IEE 802.11b IEE 80211g Bastante extendido. Poco extendido. Es un estándar, admiten velocidades altas de transmisión. Altísimas velocidades de transmisión en frecuencia estándar. IEE 802.15.4 Poco extendido. Es un estándar, velocidades de transmisión bajas, pensado para dispositivos de gestión de edificios. Redes inalámbricas IEE 802.16 a, b, c Poca implantación. metropolitanas. Redes entre edificios. Fig.2.38 2.15. Estándares y protocolos de comunicación Hay muchos sistemas de domótica en el mercado. Algunos muy particulares que pertenecen a un solo fabricante y otros que integran varios fabricantes pero que no están estandarizados. Algunos de ellos son : 1. KNX/EIB: Bus de Instalación Europeo con más de 20 años y más de 100 fabricantes de productos compatibles entre si. El objetivo era crear un estándar europeo, con el suficiente número de fabricantes, instaladores y usuarios, que permita comunicarse a todos los dispositivos de una instalación eléctrica como: contadores, equipos de climatización, de custodia y seguridad, de gestión energética y los electrodomésticos. El EIB está basado en la estructura de niveles OSI y tiene una arquitectura descentralizada. Este estándar europeo define una relación extremo- a- extremo entre dispositivos que permite distribuir la inteligencia entre los sensores y los actuadores instalados en la vivienda. Aunque en un principio sólo se contempló usar un cable de dos hilos como soporte físico de las comunicaciones, se pretendía que el nivel EIB.MAC (Médium Access Control) pudiera funcionar sobre los siguientes medios físicos: EIB.TP: sobre par trenzado a 9600 bps. Además por estos dos hilos se suministra 24 Vdc para la telealimentación de los dispositivos EIB. Usa la técnica CSMA con arbitraje positivo del bus que evita las colisiones evitando así los reintentos y maximizando el ancho de banda disponible. EIB.PL: Corrientes portadoras sobre 230 Vac/50 Hz (powerline) a 1300/2400 bps. Usa la modulación SFSK (Spread Frequency Shift Keying) similar a la FSK pero con las portadoras más separadas. La distancia máxima que se puede lograr sin repetidor es de 600 metros. EIB.net: usando el estándar Ethernet a 10 Mbps (IEC 802-2). Sirve de backbone entre segmentos EIB además de permitir la transferencia de telegramas EIB a través del protocolo IP a viviendas o edificios remotos. EIB.RF: Radiofrecuencia: usando varias portadoras, se consiguen distancias de hasta 300 metros en campo abierto. Para mayores distancias o edificios con múltiples estancias se pueden usar repetidores. EIB.IR: Infrarrojo: para el uso con mandos a distancia en salas o salones donde se pretenda controlar los dispositivos EIB instalados. 2. EHS (European Home System): sistema abierto de control distribuido equivalente al CeBus americano y es superior en prestaciones que el X-10. Utiliza un micro, el ST-midroelectronics que permite transmitir por una línea de baja tensión utilizando modulación FSK hasta 2100 bps, y también es capaz de utilizar par trenzado, radio frecuencia e infrarrojos. 3. Batibus: el medio físico utilizado es el par trenzado, soportando 15 V para alimentar sensores. Hay que destacar el sistema Amigo que es un sistema descentralizado del grupo Schneider formado por módulos que se comunican a través del bus. Idóneo para pequeñas instalaciones del sector terciario. 4. X10: protocolo de comunicaciones para el control remoto de dispositivos eléctricos, hace uso de la propia red eléctrica monofásica o trifásica, sin necesidad de nuevo cableado. Destinado a instalaciones de tipo pequeño o medio, sin grandes prestaciones. Tiene poca fiabilidad frente a ruidos eléctricos. 5. LonWorks: plataforma estandarizada y abierta para el control distribuido de edificios, viviendas, industria y transporte. Debido a su coste, los dispositivos Lonworks no han tenido una implantación masiva en los hogares, sobretodo porque existían otras tecnologías de prestaciones similares mucho más baratas. 6. CEBus (Consumer Electronics Bus): estándar vigente desde 1984 que surgió en Estados Unidos desarrollado por la EIA (Electronic Industries Association) con el fin de abaratar costes y de unificar los protocolos de señalización infrarroja para el control remoto de electrodomésticos llegando a todo el ámbito domótico en 1992. Medios físicos permitidos: red eléctrica, cable trenzado, cable coaxial, infrarrojos, radio frecuencia, fibra óptica, bus audio-vídeo ( en todos ellos a una velocidad de 8.000 b/s). 7. ZigBee: Protocolo estándar, recogido en el IEEE 802.15.4, de comunicaciones inalámbrico. 8. OSGi: Open Services Gateway Initiative. Especificaciones abiertas de software que permita diseñar plataformas compatibles que puedan proporcionar múltiples servicios. Ha sido pensada para su compatibilidad con Jini o UPnP. 9. Universal Plug and Play (UPnP): Arquitectura software abierta y distribuida que permite el intercambio de información y datos a los dispositivos conectados a una red. En el mercado europeo el EIB está convergiendo, junto con el Batibus y el EHS, en un único estándar europeo para la automatización de oficinas y viviendas: Konnex. Por el contra en el mercado americano son los sistemas X-10, LonWorks y CeBus los que convergen a hacia un único estándar, el SCP. A continuación se adjunta una tabla comparativa de los tres sistemas domóticos más interesantes para la domotización de la vivienda que se va a llevar a cabo en este proyecto: Diferencias entre sistemas de domótica KNX, X-10 y PLC Sistema Ventajas Inconvenientes Fue el primer sistema La señal es poco fiable, ya que los datos viajan sobre 1975 y el que a fecha de la línea eléctrica a 50Hz. hoy tiene mayor número de Incumple la normativa de seguridad de transmisión componentes y hogares de datos. Trabaja a poca velocidad (13.000 bps). El domotizados. Muy sistema es antiguo y muy limitado. No puede extendido en EEUU. Los comunicarse con aparatos componentes son los más complejos. domótico, desarrollado en X-10 baratos y puede usar la línea eléctrica existente si necesidad de añadir cableado. Sistema estandarizado, con sede en Bruselas, cumple la normativa Europea (EN 50090 - EN 13321-1) KNX PLC y la Normativa Internacional (ISO/IEC 14543). Están adscritos a KNX los principales fabricantes europeos de material eléctrico y electrodomésticos (ABB, Siemens, Schneider, Bischoff, Miele, Bosh, Simón, etc). Es el más fiable que existe y el más veloz en la transmisión de datos (9600 bps). Es bastante caro. Técnica usada en la automatización de hogares La transmisión de datos es para el control remoto de poco fiable ya que iluminación y de equipos sin funcionan mediante la necesidad de instalar modulación de una onda cableado adicional. Sistema portadora que ya de por sí muy parecido a X-10, es vulnerable a las aunque los datos viajan interferencias. Actualmente algo más rápido (a 2400 no existen estándares para bps). Vale para redes este tipo de aplicación. No domóticas caseras en las cumple ninguna normativa y que no se requiera el sistema está limitado. cumplimiento de normativa.
