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diseño, planificación y supervisión de una instalación para un sistema automatizado de un

hogar digitaldesign, planning and supervision of an instalation for an

automated system of a digital homeRafael donaire Peña

ResuMen

El presente artículo se basa en la implementación de un

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, sis-

temas de seguridad, control de persianas y riego, control

de temperatura y el control de regulación de iluminación

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

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

nocer el estado de cada uno de los sensores y actuadores

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

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

el mismo que se encargará del monitoreo de las variables

medidas. La implementación se realizó con equipos LCN

(Local Control Network) de fabricación alemana que utili-

za un protocolo propietario y un sistema descentralizado

mediante los controladores LCN-SH y LCN-UPP.

AbsTRACT

The present article is based on the implementation of an

automated system for a digital home, which are compose

of all its room and where have been implemented con-

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

watering control, temperature control and illumination

regulation control (energy saving). The techniques of

conventional control were applied in closed knot and in

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

and actuadores from any point of the house, a supervi-

sion 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 ca-

rried 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.

PALAbRAs CLAves

Domótica, pasarela residencial, supervisión, protocolo.

Key WoRds

Domótica, residencial gateway, supervision, protocol,

InTRoduCCIón

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

cia y elementos desarrollados por la electrónica e infor-

mática, que proporciona un nivel de automatismo en una

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

y cuyo objetivo es conseguir el aumento de la calidad

de vida de sus ocupantes. La palabra domótica viene del

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

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

de la francesa automatique. Literalmente podríamos de-

cir que la domótica es la automatización de la casa.

La domótica se ha venido desarrollando desde la déca-

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

actualidad algunas empresas dedicadas a la domótica

la siguen implementado en sus sistemas, durante todos

estos años los diferentes fabricantes han buscado el de-

sarrollo y el despegue de la domótica con la fabricación

de avanzados electrodomésticos y dispositivos (sensores,

actuadores y controladores) destinados a automatizar

una vivienda.

La situación actual de la domótica es que existen mu-

chos estándares y asociaciones que tratan de normalizar-

la, 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 es-

tos tres sistemas.

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Sistemas Descentralizados, todos los elementos de red

actúan en forma independiente uno de otros, con funcio-

nalidad de control y mando, para el proyecto se escogió

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

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

Sistemas Distribuidos (híbridos), combinan las topolo-

gías centralizadas y descentralizadas, teniendo un control

local en cada nodo.

Sistemas Centralizados, Los sistemas centralizados se

caracterizan por tener un único nodo, el cual debe recibir

toda información proveniente de los dispositivos exter-

nos, para procesarla y actualizar las salidas.

El Bus LCN puede soportar hasta 250 módulos que se

interconectan directamente mediante tres conductores

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

máximo de 30 mil módulos, que pueden automatizar más

de seis mil ambientes.

La planificación pasa por el desarrollo de aplicaciones

elementales que debemos ir implementando, como el

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 compati-

bilidad con algunos elementos existentes en el hogar; los

Con el desarrollo de las comunicaciones lo que se busca

de todo proceso automatizado es su integración en redes,

que permitan tener la información del proceso almace-

nada para después observar el comportamiento de cada

variable que conforman el proceso, en la domótica se

busca la integración con el mismo objetivo que las per-

sonas podamos tener la información de lo que está ocu-

rriendo en nuestra casa y poder tomar acciones o poder

tener un registro de todas las incidencias ocurridas du-

rante nuestra ausencia. En un sistema integrado se puede

realizar una supervisión de la vivienda, desde un panel de

operaciones, poder observar cada uno de nuestros am-

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

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

la casa en el trabajo, en el cine o cualquier otro lugar que

tenga acceso a Internet, poder monitorear y saber qué

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

telefonía celular con acceso a Internet hace posible que

podamos supervisar una casa y realizar los cambios nece-

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

enviar un mensaje de texto.

dIseÑo y PLAnIFICACIón

Antes de iniciar cualquier conexión de los módulos do-

móticos, debemos definir el tipo de diseño que tendrá

nuestro hogar digital. Partiendo del tipo de topología de

red, podemos clasificarlas en:

Figura 1. Sistema Descentralizado

Bus de transmisión de datos

Figura 2. Sistema Centralizado

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

dor nos permite hacer un control discreto activando y

desactivando salidas tipo relé o digitales. Debemos de

plantear todas las condiciones que deben activar una

salida y cómo se activara ésta. Por ejemplo una bombi-

lla 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.

Podemos realizar también un control de lazo cerrado (ver

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

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.

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

consigna al controlador, mediante software o desde un

módulo de pulsadores compatible que utilice el protoco-

lo EIB como Siemens.

recursos con los que contamos, duración y finalmente las

pruebas para la puesta a punto de nuestro sistema auto-

matizado.

Para la implementación del sistema se ha considera-

do 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 sala-

comedor, control de temperatura del dormitorio princi-

pal, control de acceso y seguridad mediante sensores de

movimiento, detectores de rotura de vidrio, detectores de

humo y contactos magnéticos (ver figura 3).

desARRoLLo deL sIsTeMA doMóTICo

El desarrollo consiste en describir la configuración de los

módulos utilizando el software LCN-PRO. Al igual que

otros controladores debemos cargar en el controlador

principal el programa que tiene todas las instrucciones

Figura 3. Plano de la vivienda a automatizar.

Figura 4. Condiciones para activar una salida.

Donaire R, – Diseño, planificación y supervisión de una instalación para un sistema automatizado de un hogar digital

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ConFIguRACIón de LA Red doMóTICA

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

mos considerado realizar las siguientes acciones:

Habitación Principal: Control de luces, control de tem-

peratura y control de persianas.

Habitaciones 1 y 2: control de persianas y control de

luces.

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

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

Cocina: control de luces.

Seguridad: Detector de movimiento (ubicación en la

sala-comedor), detector de ruptura de vidrio (en la sala-

comedor), detector de humo (ubicación en la cocina), de-

tector de fuga de agua (ubicación en la lavandería).

Jardines: Control de riegos.

Ya definida las aplicaciones vamos a proceder a la imple-

mentación:

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

actuador del sistema de Bus LCN. Está provisto, de dos

salida electrónicas conectoras y reguladoras de 230 V, un

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

recepción de sensores y actuadores. Con este módulo se

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

te sus dos salidas para regulación de luminosidad, así

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

travagantes. Gracias a su mecanismo interno también se

puede usar para la climatización individual de habitacio-

nes (calefacción y ventilación). Motores para protección

PRogRAMACIón de Los MóduLos

Instalados los equipos procedemos a la programación de

los módulos y del controlador. El LCN- PRO es el software

donde colocaremos los módulos que están conectados

en serie y enchufados a un puerto determinado del con-

trolador maestro, aquí debemos asignar un segmento,

por ejemplo se realizara el siguiente procedimiento:

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

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

controlador, la configuración de los módulos, la po-

demos realizar ON LINE u OFF LINE, y procedemos a

signar acciones como temporizado, apertura o cierre

de un contacto de salida, etc.

• AsignemosunIDalmódulohaciendoclicconlatecla

izquierda del ratón en un módulo no programado,

aparece una ventana para la adjudicación de núme-

ros de identificación (ID). Este ID o dirección es un

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

1-5 están reservados. El ordenador con el software

LCN-PRO tiene, por ejemplo, el ID 1 y el LCN-W (visua-

lización) tiene el ID 2.

• Hacemosdobleclicsobreelmóduloypodemoscon-

figurar su periferia. Para asignar una tecla de desti-

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

programada sería la tecla A1. Primero se debe pro-

gramar el destino. Para esto haga clic en el destino

con la tecla derecha del ratón y seleccione el propio

módulo.

Figura 5. Control de lazo cerrado

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Dos salidas: Conexión, regulación, luminosidad y tiempo

de apertura (rampa) regulables individualmente. Dos

temporizadores (10ms. 40min) hacen posible el alumbra-

do de escaleras, el reloj automático a corto plazo, etc. 100

memorias de escenas por salida (memorizan luminosidad

y tiempo de apertura). Estas estarán destinadas al control

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

control de riego por lo que necesitamos 3 módulos. Ver

figura 9.

Conexiones del módulo LCN-UPP

• Porelpuerto T lo dejaremos libre para ampliaciones

futuras.

• Por el puerto I conectaremos el módulo LCN – B3I

entradas de contacto seco.

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

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

control de riego podemos escoger válvulas eléctricas de

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

si preferimos un control más avanzado podemos colocar

electro válvulas que trabajen de 0 a 20 mA controlando el

flujo de agua, pero acrecienta el costo del diseño ya que

también tendríamos que adicionar el módulo LCN-AD1, y

conectarlo por el puerto T similar a la conexión realizada

para el control de temperatura de la habitación principal.

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

lados de acuerdo con la programación y ampliación para

las funciones deseadas.

Conexiones del módulo LCN-SH

• Porelpuerto T se realiza la conexión del módulo LCN

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

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

entre los modelos es de 100 metros. Ver figura 6.

• Porelpuerto P se conecta el módulo LCN – R4M2H

para el control de ocho motores destinados al con-

trol de las persianas de la sala y de las habitaciones.

Ver figura 7.

• 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

(detector de movimiento), LCN-B3I (sensor binario).

Para la conexión de todos estos módulos es necesa-

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

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

bemos conectar los sensores al LCN-IVH, los demás

sensores que no se muestran en la figura se conecta

siguiendo el mismo diagrama.

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

bus LCN. Está provisto de dos salidas electrónicas conec-

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

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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Figura 7- Diagrama de conexión del puerto P.

Comunicación por el puerto P

Figura 8- Diagrama de conexión del puerto I.

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figurar los enlaces de cada elemento, teniendo en cuen-

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.

Una vez terminado el paso anterior se podrán mostrar las

siguientes pantallas, en las cuales observamos el estado

de los dispositivos empleados, así como también pode-

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

ConFIguRACIón de LA suPeRvIsIón MedIAnTe eL soFTWARe LCn – W

Para la vivienda automatizada, cuyo plano se muestra en

la figura 3, creamos unas pantallas de supervisión, que

nos permitirán ver el estado de los sensores y actuado-

res que se han dispuestos en los diferentes ambientes de

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

una computadora destinada a este fin se procede a con-

Lámparas de las habitaciones 1 y 2

Figura 9- Diagrama de conexión del LCN - UPP.

Figura 10. Pantalla de configuración.

Figura 11. Pantalla monitoreo.

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ACeRCA deL AuToR

Rafael Donaire es ingeniero Electrónico por la Universi-

dad Nacional del Callao, estudiando la Maestría en Auto-

mática e Instrumentación. En la actualidad es docente del

Departamento de Electrotecnia en Tecsup desarrollando

los cursos de Electricidad y Automatización. Es especia-

lista en Automatización de Sistemas Industriales a través

de Controladores Lógicos Programables, manejo de soft-

ware Scada y Sistemas Domóticos.

ConCLusIones

• Por el tipo de topología cumplió con los requeri-

miento de automatización, los controladores LCN-SH

poseen la limitación de conexión en sus puertos T y

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

sistema descentralizado.

• LatecnologíautilizadaporlosfabricantesdeLCNnos

permite colgar en la red equipos que no solamente

sean LCN si no compatibles con ella, como son sen-

sores de movimiento, electroválvulas, interruptores

EIB, etc.

• Elsistemadesupervisiónnoshapermitidomonito-

rear los dispositivos domóticos conectados a la red

de datos, pudiendo obtener la información de todos

los dispositivos del hogar digital en tiempo real.

• Paratrabajosdeinvestigaciónenelfuturopodemos

mencionar un monitoreo remoto a través de la red

de Internet.

ReFeRenCIAs bIbLIogRáFICAs

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ISSENDORFF Mikroelektronik GMBH.