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PROYECTO FIN DE CARRERA
AUTOMATIZACIN DE PROCESOSINDUSTRIALES.
AUTOR: JAVIER ORDAX CASS
MADRID, JUNIO 2005
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLASESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)
INGENIERO INFORMTICA
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Autorizada la entrega del proyecto del alumno:Javier Ordax Cass
Madrid 23 de Junio del 2005
EL DIRECTOR DEL PROYECTO
Fdo.: Jos Miguel Ordax Cass
EL COORDINADOR DEL PROYECTO
Fdo.: David Contreras Brcena
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PROYECTO FIN DE CARRERA
AUTOMATIZACIN DE PROCESOSINDUSTRIALES.
AUTOR: Javier Ordax CassDIRECTOR: Jos Miguel Ordax Cass
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLASESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)
INGENIERO INFORMTICA
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Gracias a mis padres por haberme
trado al mundo, por su cario, ayuda e
impulso en el que me he apoyado para
llegar hasta aqu.
Gracias a mi hermano Jos Miguel por
toda esa alegra y vitalidad que logra
transmitirme y por su apoyo a TODAS
horas.
Gracias a Cecilia por su cario y su
ayuda en los momentos difciles.
Gracias a Antonio por soportarme y
ayudarme.
Gracias a Diego por su inestimable
colaboracin en todas nuestras
prcticas.
Gracias a David por esa luz que
siempre nos ha dejado encendida para
guiarnos.
Gracias a mis compaeros Javi, Toni,
Manu, Ruben, Alex, Jess, gracias a
todos por vuestra gran amistad y
colaboracin.
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Automatizacin de procesos industriales
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Resumen
El campo del control y automatizacin industrial, es un campo implantado con
ms frecuencia en grandes instalaciones como las cadenas de fabricacin de
automviles, las vas frreas o las centrales trmicas y elctricas, sin embargo en el rea
de la pequea y mediana empresa est aun poco desarrollado. Las soluciones
desarrolladas para el control y la automatizacin de pequeas y medianas instalaciones
industriales son poco flexibles y especificas para cada instalacin. Este proyecto
pretende hacer visible la viabilidad de la implantacin de sistemas de control y
automatizacin en este tipo de instalaciones industriales como pueden ser granjas o
invernaderos, poniendo nfasis en la replicacin. Como principales ventajas de la
implantacin de sistemas de control y automatizacin est la reduccin de costes,
calidad, seguridad as como el aumento y control de la produccin, y como ventaja de la
replicacin la considerable reduccin de los costes de diseo, implantacin y
mantenimiento.
La solucin propuesta consiste en un sistema abierto, para el control centralizado
de dispositivos electromecnicos. Con capacidad para el control, monitorizacin y
actuacin remota haciendo uso de una red TCP/IP como es Internet, sin restricciones en
cuanto al nmero de dispositivos o funcionalidades que estos aporten
independientemente del proveedor de los dispositivos.
El software desarrollado para este propsito recibir los datos de los dispositivos
electrnicos localizados en la instalacin industrial, estos datos harn referencia a los
distintos parmetros que determinan el estado de la instalacin. Con stos datos tanto el
sistema, en modo automtico; como el usuario, en modo manual; dispondrn de una
informacin en tiempo real que les permitir la toma de decisiones adecuadas y
eficaces. Una vez tomada la decisin se pondrn en marcha, mediante los controles
disponibles en la instalacin, los mecanismos necesarios, para corregir o modificar las
condiciones requeridas en cada momento con el fin de optimizar su funcionamiento.
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Automatizacin de procesos industriales
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Para cumplir con estos servicios, el sistema tendr las siguientes funcionalidades:
Recopilacin y acceso en tiempo real de la informacin referente al estado de la
instalacin.
Actuacin de manera inmediata sobre los dispositivos que lo requieren con el fin
de mantener el estado optimo de la instalacin. Esta actuacin sobre los
dispositivos puede ser tanto manual como automtica.
o Modo manual: El usuario a travs de los mecanismos proporcionado porel sistema acta directamente sobre los dispositivos.
Esta actuacin puede ser:
Local: Utilizando la aplicacin cliente en la propia instalacin.
Remota: A travs de Internet haciendo uso de un navegador.
o Modo automtico: Una vez el usuario haya configurado el programa quese encargar del control de la instalacin el sistema comunicar los datos
recogidos a dicho programa y ste evaluando la situacin comunicar al
sistema que acciones tomar, en cada momento.
Todas estas funcionalidades estn disponibles en modo local y en modo remoto.
En la modalidad local el usuario trabajar directamente con el software localizado en la
propia instalacin mientras que en la modalidad remota el usuario, mediante cualquier
navegador y a travs de Internet, puede conectar con la aplicacin local accediendo as a
las funcionalidades proporcionadas por sta.
Esta automatizacin en la recogida de datos y en el control de las actuaciones
sobre los distintos mecanismos de la instalacin permite una reduccin en la mano de
obra, una utilizacin adecuada de los materiales, una toma de decisiones eficaz basada
en una informacin histrica completa y en tiempo real as como la realizacin rpida y
eficaz de los procedimientos adoptados. Estas caractersticas son las que permiten una
mayor cualificacin de la mano de obra, la reduccin en los costes de materiales de
produccin y materias primas y un aumento de la produccin y con ello de la
productividad.
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Automatizacin de procesos industriales
iii
Abstract
The field of the control and industrial automation is a field implanted with more
frequency in big facilities like cars manufacture chains, the ferroviary routes and the
thermal and electrical plants, however, in the field of the small and medium companies
it is still little developed. The solutions developed for the control and the automation of
small and medium industrial facilities are slightly flexible and quite specific. The aim of
this project is to realize the viability of introducing the industrial control and automation
in this type of industrial facilities like farms or greenhouses, focusing on the replication.
The main advantages of control and automation introduction are the reduction of costs
as well as a increase of quality and safety and an improvement in production quantity
and control, the main advantage of replication would be a considerable reduction in
design, implantation and maintenance costs.
The proposed solution consists of an open system for centralized control of
electromechanical devices with capacity for control, monitor and remote performance of
it using a TCP/IP net like the Internet without restrictions in the number of devices and
functionalities that these give, with independence of the supplier.
The software developed for this purpose will receive the information from
electronic devices located in the industrial installation; this data will refer the different
parameters that determine the state of the installation. With these data both the system,
in automatic way, as the user, in manual way, will have a real time information that will
allow suitable and effective decisions. Once taken the decision the necessary
mechanisms, to correct or to modify the required conditions, will be started, through the
installation available controls, in order to optimize its functioning.
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Automatizacin de procesos industriales
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In order to meet these requites, the system will implement the following
functionalities:
Real time information access and store for data concerning the installation.
Immediate performance on the devices that need it in order to maintain the ideal
state of the installation. This performance on the devices may be both manual
and automatic
o Manual mode: The user acts directly on the devices through themechanisms provided in the system.
This actuation may be:
Local: using the client application in the installation itself
Remote: using it through the Internet, by means of a web browser.
Automatic Mode: Once the user has configured the program that will
take control of the installation, the system will send the information
gathered to that program that will evaluate the actual state of the
installation and report back to the system the actions to take at each
moment.
All these functionalities will be available in both local and remote mode. While
in local mode, the user will employ directly with the software located in the installation
itself whereas in the remote modality the user, using any web browser through the
Internet, will connect with the local application, accessing this way to the functionalities
provided by it.
This automation in data gathering and control over the different mechanisms of
the installation will allow a reduction in manpower, a suitable use of the materials, an
effective decision taking based on complete historical and real time information as well
as a fast and effective accomplishment of the adopted procedures. These characteristics
are those that allow a major qualification of the manpower, a notable cost reduction in
materials of production and prime matters and an increase of the production and,
consequently, the productivity.
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Automatizacin de procesos industriales
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NDICE
AUTOMATIZACIN DE PROCESOS INDUSTRIALES. .................................................................i
AUTOMATIZACIN DE PROCESOS INDUSTRIALES. ...............................................................iv
JUSTIFICACIN DEL PROYECTO................................................................... 1
Justificacin acadmica........................................................................................................................1
Justificacin econmica ........................................................................................................................1
LA AUTOMATIZACIN..................................................................................... 2
1. Introduccin......................................................................................................................................2
2. Antecedentes .....................................................................................................................................4
3. Automatizacin.................................................................................................................................9
4. Tipos de Automatizacin. ...............................................................................................................11
5. Generalidades del CNC ..................................................................................................................13
TECNOLOGA EUROPEAN INSTALLATION BUS (EIB) ............................... 16
1. Introduccin....................................................................................................................................161.1 Automatizacin y evolucin histrica .........................................................................................161.2 Servicios y aplicaciones de una instalacin automtica................................................................18
?2. Sistemas automticos. .....................................................................................................................222.1 Sistemas por corrientes portadoras..............................................................................................222.2 Sistemas por controlador programable. .......................................................................................242.3 Sistema por bus de datos.............................................................................................................25
?3. Bus de instalacin europeo EIB...................................................................................................273.1 La EIBA ....................................................................................................................................273.2 Generalidades ............................................................................................................................293.3 Tecnologa EIB..........................................................................................................................343.4 Topologa de las redes EIB.........................................................................................................393.5 Los telegramas ...........................................................................................................................403.6 Composicin de los nodos ..........................................................................................................433.8 Direccionamiento.......................................................................................................................453.9 Cuadro tcnico EIB....................................................................................................................463.10 Programacin de una instalacin EIB (ETS) .............................................................................473.11 Otra tecnologa de control distribuida LonWorks (Comparacin con EIB).................................49
4. Red domtica EHS..........................................................................................................................534.1 Medios fsicos de transmisin.....................................................................................................534.2 Tipos de unidades.......................................................................................................................544.3 Modelos lgicos de comunicacin ..............................................................................................574.4 Protocolo de comunicaciones......................................................................................................58
5. Red Batibus.....................................................................................................................................63
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Automatizacin de procesos industriales
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6. Convergencia de EHS, EIB Y Batibus............................................................................................64
INTRODUCCIN A LA TECNOLOGA LONWORKS ..................................... 66
1. Conceptos bsico.............................................................................................................................661.1 Red de control............................................................................................................................661.2 La Plataforma LonWorks ...........................................................................................................681.3 Utilizacin de redes LonWorks...................................................................................................701.4 Alcance del estndar...................................................................................................................721.5 Neuronas y su utilizacin............................................................................................................731.6 Protocolo LonWorks ..................................................................................................................74
SISTEMA DE AUTOMATIZACIN X10........................................................... 77
1. Introduccin....................................................................................................................................77
2. Ventajas de x10...............................................................................................................................78
3. Automatizacin inteligente .............................................................................................................80
LENGUAJE DE PROGRAMACIN JAVA ...................................................... 81
1. Introduccin a la programacin orientada a objetos .....................................................................81
2. Historia de Java ..............................................................................................................................90
3. CARACTERSTICAS DE JAVA................................................................................................. 1013.1 Introduccin............................................................................................................................. 1013.2 Potente..................................................................................................................................... 1023.3 Simple ..................................................................................................................................... 1043.4 Interactivo y orientado a red .....................................................................................................105
4. Comparativa con otros lenguajes orientados a objeto ................................................................. 111
AUTENTIFICACIN MANEJADA POR EL CONTENEDOR EN TOMCAT. . 121
Introduccin .....................................................................................................................................121
La especificacin de Servlets 2.2.......................................................................................................121Tipos de autentificacin definidos. .................................................................................................122Modos de transporte....................................................................................................................... 123
Dominios de seguridad en Tomcat (server.xml). ........................................................................124tomcat-users.xml............................................................................................................................124Autentificacin mediante una Base de Datos .................................................................................. 124
Configuracin de una aplicacin......................................................................................................128Autentificacin BASIC. .................................................................................................................128Autentificacin FORM. ...................................................................................................................130
Problemas con Apache y Tomcat ..................................................................................................... 133
EXTENSIBLE MARKUP LENGUAJE (XML)................................................. 134
SISTEMAS EXPERTOS................................................................................. 171
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Automatizacin de procesos industriales
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1. Introduccin.................................................................................................................................. 171
2. Definicin de Sistema Experto...................................................................................................... 172
3. La reciente historia de los sistemas............................................................................................... 174
4. Usos de un sistema experto........................................................................................................... 176
5. Decisin de aplicacin de sistemas expertos .................................................................................178
6. Arquitectura y funcionamiento de un sistema experto ................................................................180
METODOLOGA ............................................................................................ 187
1. Introduccin: ................................................................................................................................ 187
2. Metodologa de desarrollo: ........................................................................................................... 188
3. Anlisis y diseo............................................................................................................................191
4. Casos de uso:................................................................................................................................. 1914.1 Manipular dispositivo............................................................................................................... 1924.2 Activar estado automtico del sistema....................................................................................... 1934.3 Activar estado manual del sistema ............................................................................................1954.4 Aadir sensor ...........................................................................................................................1964.5 Eliminar Sensor........................................................................................................................1974.6 Modificar sensor ...................................................................................................................... 1984.7 Aadir dispositivo .................................................................................................................... 1994.8 Eliminar dispositivo .................................................................................................................2004.9 Modificar dispositivo ............................................................................................................... 2014.10 Crear programa ...................................................................................................................... 2024.11 Eliminar un programa.............................................................................................................2044.12 Modificar un programa........................................................................................................... 2054.13 Activar un programa............................................................................................................... 2074.14 Visualizacin del fichero de log de zona. ................................................................................ 2094.15 Visualizacin de los ficheros de log de los dispositivos ........................................................... 210
5. Reglas de negocio..........................................................................................................................211
6. Secuencia de eventos:....................................................................................................................212
7. Diagramas de Clase ...................................................................................................................... 2177.1 Diagrama de paquetes...............................................................................................................2177.2 Diagrama de clases del paquete: proyecto .................................................................................2187.3 Diagrama de clases del paquete: Dispositivos ........................................................................... 2197.4 Diagrama de clases del paquete: Dispositivos.eventos ............................................................... 2207.5 Diagrama de clases del paquete: Sensores.................................................................................2217.6 Diagrama de clases del paquete: Sensores.Eventos.................................................................... 2227.7 Diagrama de clases del paquete: Programacin .........................................................................2237.8 Diagrama de clases del paquete: InterfazGrfico ....................................................................... 2247.9 Diagrama clases del paquete: InterfazGrfico.CreacinProgramas.............................................2257.10 Diagrama de clases del paquete: InterfazGrfico.Configuracin .............................................. 2267.11 Diagrama de clases del paquete: InterfazGrfico.Tabla............................................................ 2277.12 Diagrama de clases del paquete: XML .................................................................................... 2287.13 Diagrama de clases del paquete: Logs .....................................................................................2297.14 Diagrama de clases del paquete: Util....................................................................................... 230
8. Diagramas de secuencia................................................................................................................ 2318.1 Inicio del sistema: Inicio de los dispositivos.............................................................................. 232
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8.2 Inicio sistema: Inicio de los sensores ........................................................................................ 2338.3 Inicio del sistema: Inicio de los programas................................................................................ 2348.4 Activar automatizacin: Activar estado automtico. .................................................................. 2358.5 Activar automatizacin: Activar programa................................................................................ 2368.6 Activar automatizacin: Cambio en el estado de un sensor. .......................................................2378.7 Activar control manual: Activar estado manual. ........................................................................ 2388.8 Activar control manual: Manipular dispositivo..........................................................................2398.9 Configurar dispositivos: Mostrar configuracin dispositivos...................................................... 2408.10 Configurar dispositivos: Agregar un dispositivo. ..................................................................... 2418.11 Configurar dispositivos: Modificar un dispositivo. .................................................................. 2428.12 Configurar dispositivos: Eliminar un dispositivo. .................................................................... 2438.13 Configurar sensores: Mostrar configuracin sensor ................................................................. 2448.14 Configurar sensores: Agregar un sensor .................................................................................. 2458.15 Configurar sensores: Modificar un sensor ............................................................................... 2468.16 Configurar sensores: Eliminar un sensor .................................................................................2478.17 Configurar programas: Mostrar tabla de programas................................................................. 2488.18 Configuracin de programas: Crear un programa .................................................................... 2498.19 Configuracin de programas: Modificar un programa.............................................................. 2508.20 Configuracin de programas: Eliminar un programa ............................................................... 251
DESCRIPCIN DEL PROTOPITO ................................................................ 252
1. Dispositivo Bidireccional X10 para PC Modelo CM11A .............................................................252
2. Mdulo para dispositivos X10 Pro LM14A.................................................................................. 254
3. Mdulo de Lmpara casquillo rosca LM15 .................................................................................255
PRESUPUESTO ............................................................................................ 257
Fases del desarrollo .......................................................................................................................... 257
Dimensionamiento del equipo .......................................................................................................... 257
Plan de proyecto ............................................................................................................................... 258
Estudio econmico............................................................................................................................ 259
CONCLUSIN ............................................................................................... 260
BIBLIOGRAFA ............................................................................................. 262
APENDICES .................................................................................................. 264
MANUAL DE USUARIO .................................................................................... 1
1. Pantalla principal de la aplicacin: ..................................................................................................1
2. Estado manual de la instalacin .......................................................................................................3
3. Activar estado automtico de la instalacin.....................................................................................4
4. Automatizacin de la instalacin......................................................................................................5
5. Configuracin de programas............................................................................................................7
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Automatizacin de procesos industriales
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6. Creacin de programas.....................................................................................................................8
7. Edicin de programas.....................................................................................................................14
8. Eliminacin de programas..............................................................................................................16
9. Activacin de programa..................................................................................................................17
10. Manipulacin de dispositivos........................................................................................................19
11. Manipulacin de sensores .............................................................................................................21
12. Configuracin de dispositivos .......................................................................................................23
13. Configuracin de sensores ............................................................................................................27
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JUSTIFICACIN DEL PROYECTO
Justificacin acadmica
1. Profundizar en los conocimientos sobre Internet
2. Aumentar los conocimientos sobre el manejo del puerto Serie
3. Practicar los conocimientos sobre la comunicacin entre aplicaciones
4. Profundizar en la teora Cliente/Servidor
5. Utilizacin y estudio del lenguaje Java
6. Desarrollo de aplicaciones en Internet utilizando la plataforma J2EE
7. Aumentar conocimientos sobre la creacin de pginas WEB
Justificacin econmica
1. Mejora en la Utilizacin de los recursos de produccin.
2. Optimizacin de los costes de las materias primas
3. Reduccin en los costes de mano de obra.
4. Mejora en la toma de decisiones
5. Aumento de la eficacia en la consecucin de tareas
6. Aumento de la productividad
7. Reduccin de riesgos en la produccin.
8. Abaratamiento de la solucin en base a su replicacin.
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Automatizacin de procesos industriales
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LA AUTOMATIZACIN
1. Introduccin
Por siglos el ser humano ha construido mquinas que imiten las partes del
cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecnicos a las estatuas de sus
dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el
movimiento de estos era inspiracin de sus dioses. Los griegos construyeron estatuas
que operaban con sistemas hidrulicas, los cuales se utilizaban para fascinar a los
adoradores de los templos.
Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muecos
mecnicos muy ingeniosos que tenan algunas caractersticas de robots.
Jacques de Vauncansos construy varios msicos de tamao humano a mediados
del siglo XVIII. Esencialmente se trataba de robots mecnicos diseados para un
propsito especfico: la diversin.
En 1805, Henri Maillardert construy una mueca mecnica que era capaz de
hacer dibujos. Una serie de levas se utilizaban como ` el programa ' para el dispositivo
en el proceso de escribir y dibujar. Estas creaciones mecnicas de forma humana deben
considerarse como inversiones aisladas que reflejan el genio de hombres que se
anticiparon a su poca. Hubo otras invenciones mecnicas durante la revolucin
industrial, creadas por mentes de igual genio, muchas de las cuales estaban dirigidas al
sector de la produccin textil. Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de
Hargreaves (1770), la hiladora mecnica de Crompton (1779), el telar mecnico de
Cartwright (1785), el telar de Jacquard (1801), y otros.
El desarrollo en la tecnologa, donde se incluyen las poderosas computadoras
electrnicas, los actuadores de control retroalimentados, transmisin de potencia a
travs de engranes, y la tecnologa en sensores han contribuido a flexibilizar los
mecanismos autmatas para desempear tareas dentro de la industria. Son varios los
factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros robots en la dcada de
los 50's. La investigacin en inteligencia artificial desarroll maneras de emular el
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procesamiento de informacin humana con computadoras electrnicas e invent una
variedad de mecanismos para probar sus teoras.
Como se ha visto, las tendencias de globalizacin y segmentacin internacional
de los mercados son cada vez ms acentuadas. Y como estrategia para enfrentar este
nuevo escenario, la automatizacin representa una alternativa que es necesario
considerar.
Los pases de mayor desarrollo, poseen una gran experiencia en cuanto a
automatizacin se refiere y los problemas que ellos enfrentan en la actualidad son de
caractersticas distintas a los nuestros. Por lo cual es necesario precisar correctamente
ambas perspectivas.
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Automatizacin de procesos industriales
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2. Antecedentes
Las ideas y las invenciones de muchos matemticos, cientficos, e ingenieros
allanaron el camino para el desarrollo de la computadora moderna. En un sentido, la
computadora tiene realmente tres fechas una como calculadora mecnica, cerca de 500
a.c. , otra como concepto (1833), y la tercera del nacimiento como la computadora
digital moderna (1946).
La primera calculadora mecnica, fue un sistema de barras y de bolas mviles
llamados el baco, fue ideada en Babilonia alrededor de 500 a.c. El baco proporcion
el mtodo ms rpido de calcular hasta 1642, cuando el cientfico francs Pascal Blaise
invent una calculadora hecha de ruedas y de dientes. Cuando la rueda de las unidades
se mova una revolucin (ms all de diez muescas), se mova la muesca de la rueda de
las decenas; cuando la rueda de las decenas se mova una revolucin, se mova la
muesca de la rueda de los centenares; etctera. Mejoras en la calculadora mecnica de
Pascal fueron llevadas a cabo por los cientficos e inventores tales Gottfried Wilhelm
Leibniz, W.T. Odhner, Dorr E. Felt, Frank S. Baldwin y Jay R. Monroe.
El concepto de la computadora moderna primero fue contorneado en 1833 por el
matemtico britnico Charles Babbage. Su diseo de un "motor analtico" contuvo
todos los elementos necesarios de una computadora moderna: dispositivos de entrada de
informacin, un almacn (memoria), un molino (unidad que cmputo), una unidad de
control, y dispositivos de salida. El diseo llev ms de 50,000 piezas mviles en una
mquina de vapor tan grande como una locomotora. La mayora de las acciones del
motor analtico eran realizadas utilizando tarjetas perforadas, una adaptacin al mtodo
que ya era usado para controlar mquinas de cosido automtico de seda. Aunque
Babbage trabaj en el motor analtico por casi 40 aos, l nunca construy realmente
una mquina de trabajo.
En 1889 Herman Hollerith, inventor americano, patent una mquina
calculadora que cont, compar y orden la informacin guardada en tarjetas
perforadas. Cuando las tarjetas eran colocadas en su mquina, presionaban una serie de
contactos del metal que corresponda a la red de perforaciones potenciales. Cuando un
contacto encontraba en un agujero (perforado para representar la edad, ocupacin,
etctera), cerraba un circuito elctrico y aumentaba la cuenta para esa categora. Su
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mquina primero fue utilizada para ayudar a clasificar la informacin estadstica para el
censo 1890 de Estados Unidos.
En 1896 Hollerith fund la Compaa de Mquinas de Tabulacin para producir
mquinas similares. En 1924, despus una numerosa fusin, la compaa cambi su
nombre a International Bussines Machine Corporation (IBM). IBM hizo de la
maquinaria de tarjetas de oficina un negocio dominante en los sistemas de informacin
hasta que tarde en los aos 60, cuando una nueva generacin de computadoras hizo
obsoleta a la mquina de tarjetas.
En los ltimos 20 y 30 aos, varios nuevos tipos de calculadoras fueron
construidos. Vannevar Bush, ingeniero americano, desarroll el analizador diferenciado,
la primera calculadora capaz de solucionar ecuaciones diferenciales. Su mquina
calculaba con nmeros decimales y por lo tanto requiri centenares de engranajes y ejes
para representar los varios movimientos y lazos de los diez dgitos.
En 1939 los fsicos americanos John V. Atanasoff y Clifford Berry produjeron el
prototipo de una computadora en el sistema de numeracin binario. Atanasoff pensaba
que un nmero binario era mejor para satisfacer los cmputos que los nmeros
decimales porque dos dgitos 1 y 0 pueden ser representados fcilmente por un circuito
elctrico, que sera encendido o apagado. Adems, George Boole, matemtico
britnico, haba ideado ya un sistema completo de la lgebra binaria que se pudo aplicar
a los circuitos de la computadora.
La computadora moderna creci fuera de los esfuerzos intensos de la
investigacin montados durante la Segunda Guerra Mundial. Desde 1941 el inventor
alemn Konrad Zuse produjo una computadora operacional, la Z3, que fue utilizado en
los diseos de aviones y de misiles. El gobierno alemn rechaz ayudarle a refinar la
mquina, sin embargo, la computadora nunca alcanz su potencia completa.
Un matemtico de Harvard nombrado Howard Aiken dirigi el desarrollo de la
Calculadora Controlada de Secuencia Automtica de Harvard-IBM, conocida ms
adelante como la Marca I una computadora electrnica que utiliz 3,304 rles
electromecnicos como interruptores encendido-apagado. Terminada en 1944, su
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funcin primaria era crear las tablas balsticas para hacer la artillera de la marina ms
exacta.
La primera computadora completamente electrnica, que utiliz los tubos de en
vez de los rles mecnicos, era tan secreta que su existencia no fue revelada hasta
dcadas despus de que fuera construida. Inventada por el matemtico ingls Alan
Turing y puesta en operacin antes de 1943, el Colossus era la computadora con que los
criptgrafos britnicos rompan los cdigos secretos militares de los alemanes.
Como Colossus fue diseado para solamente una tarea, la distincin como la
primera computadora electrnica moderno de uso general pertenece correctamente a
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator). Diseada por dos ingenieros
americanos, Juan W. Mauchly y J. Presper Eckert, Jr., ENIAC entr servicio en la
universidad de Pennsylvania en 1946. Su construccin era una enorme hazaa de
ingeniera la mquina de 30 toneladas contuvo 17,468 tubos de vaco conectados por
500 millas (800 kilmetros) de cableado. ENIAC realiz 100,000 operaciones por
segundo. La invencin del transistor en 1948 trajo una revolucin en el desarrollo de la
computadora. Los tubos de vaco calientes, no fiables fueron substituidos por los
transistores pequeos del germanio (luego silicio) que generaban poco calor con todo
funcionado perfectamente como los interruptores o los amplificadores.
El descubrimiento en la miniaturizacin de la computadora vino en 1958,
cuando Jack Kilby, ingeniero americano, dise el primer circuito integrado verdadero.
Su prototipo consisti en una oblea del germanio que incluy los transistores, las
resistencias y los condensadores, los componentes principales del trazado de circuito
electrnico. Usando chips de silicio menos costosos, los ingenieros tuvieron xito en
poner ms y ms componentes electrnicos en cada chip. El desarrollo de la integracin
en gran escala (LSI) permiti abarrotar centenares de componentes en un chip; la
integracin a muy gran escala (VLSI) hizo crecer ese nmero a los centenares de
millares; y los ingenieros proyectan que las tcnicas de integracin ultra grande (ULSI)
permitirn ser colocados alrededor de 10 millones de componentes en un microchip el
tamao de una ua.
Otra revolucin en tecnologa del microchip ocurri en 1971 en que el ingeniero
americano Marcian E. Hoff combin los elementos bsicos de una computadora en un
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Automatizacin de procesos industriales
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chip de silicio minsculo, que llam microprocesador. Este microprocesador Intel
4004 y centenares de variaciones que las siguieron son las computadoras dedicadas que
hacen funcionar millares de productos modernos y forman el corazn de casi cada
computadora electrnica de uso general.
A mediados de los aos setenta, los microchips y los microprocesadores haban
reducido drsticamente el costo de los millares de componentes electrnicos requeridos
en un computadora. La primera computadora de escritorio accesible diseada
especficamente para el uso personal fue llamada la Altair 8800 y vendida por Micro
Instrumentation Telemetry Systems en 1974. En 1977 Tandy Corporation se convirti
en la primera firma principal del elemento electrnico para producir una computadora
personal. Agregaron un teclado y un CRT a su computadora y ofrecieron medios de
guardar programas en una grabadora. Pronto, una compaa pequea llamada Apple
Computer, fundado por el ingeniero Stephen Wozniak y los trabajos de Steven Jobs,
comenzaron a producir una computadora superior.
La IBM introdujo su computadora personal, o PC, en 1981. Como resultado de
la competencia de los fabricantes de clones (computadoras que funcionaron
exactamente como una PC IBM), el precio de computadoras personales cay
drsticamente. La computadora personal de hoy es 200 veces ms rpida que ENIAC,
3,000 veces ms ligera, y vario millones de dlares ms barata. En la rpida sucesin
de computadoras se ha contrado del modelo de escritorio a la computadora porttil y
finalmente a la del tamao de la palma. Con algunas computadoras personales la gente
puede incluso escribir directamente en una pantalla de cristal lquido usando una aguja
electrnica pequea y las palabras aparecern en la pantalla en mecanografiado limpio.
La investigacin en inteligencia artificial est procurando disear una
computadora que pueda imitar los procesos y las habilidades propias del pensamiento
del ser humano como el razonamiento, solucionar problemas, toma de decisiones y
aprender. Se cree que la inteligencia humana tiene tres componentes principales:
sentido, capacidad de clasificar y de conservar conocimiento, y capacidad de hacer
elecciones basadas en la experiencia acumulada.
Los sistemas expertos o los programas de computadora que simulan los
procedimientos de toma de decisin de humanos expertos, ya existen y exhiben los
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componentes segundos y terceros de la inteligencia. INTERNIST, por ejemplo, es un
sistema informtico que puede diagnosticar 550 enfermedades y desrdenes humanos
con exactitud tal como la de los doctores humanos expertos.
Hace veinte aos el espacio y la distancia eran obstculos formidables de lo que
poda o no hacerse con la computadora. Pero hoy en da la micro miniaturizacin y las
comunicaciones de datos han eliminado estos obstculos. La micro miniaturizacin de
la circuitera electrnica ha hecho posible colocar computadoras en relojes de pulsera, y
los satlites de comunicaciones permiten que computadoras ubicadas en extremos
opuestos del globo se comuniquen e intercambien informacin una con otra. Estas
pginas estn disponibles para cualquier persona a travs del INTERNET alrededor del
mundo. Ahora la puerta est abierta y el futuro es simplemente impredecible.
La extraordinaria versatilidad de las computadoras en todos los campos de la
actividad humana, as como su progresiva miniaturizacin han hecho posible traspasar
el umbral de los grandes centros de cmputo y el uso restringido de una casta de
especialistas de programadores, para convertirse en la herramienta obligada de cualquier
persona.
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3. Automatizacin
La historia de la automatizacin industrial est caracterizada por perodos de
constantes innovaciones tecnolgicas. Esto se debe a que las tcnicas de automatizacin
estn muy ligadas a los sucesos econmicos mundiales.
El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseo asistidos por
computadora (CAD), y los sistemas de fabricacin asistidos por computadora (CAM),
son la ltima tendencia y luego se cargaban en el robot inicia en automatizacin de los
procesos de fabricacin. stas tecnologas conducen a la automatizacin industrial a
otra transicin, de alcances an desconocidos.
Aunque el crecimiento del mercado de la industria Robtica ha sido lento en
comparacin con los primeros aos de la dcada de los 80s, de acuerdo a algunas
predicciones, la industria de la robtica est en su infancia. Ya sea que stas
predicciones se realicen completamente, o no, es claro que la industria robtica, en una
forma o en otra, permanecer.
En la actualidad el uso de los robots industriales est concentrado en operaciones
muy simples, como tareas repetitivas que no requieren tanta precisin. Se refleja el
hecho de que en los 80s las tareas relativamente simples como las mquinas de
inspeccin, transferencia de materiales, pintado automotriz, y soldadura son
econmicamente viables para ser robotizadas. Los anlisis de mercado en cuanto a
fabricacin predicen que en sta dcada y en las posteriores los robots industriales
incrementaran su campo de aplicacin, esto debido a los avances tecnolgicos en
sensorica, los cuales permitirn tareas mas sofisticadas como el ensamble de materiales.
Como se ha observado la automatizacin y la robtica son dos tecnologas
estrechamente relacionadas. En un contexto industrial se puede definir la
automatizacin como una tecnologa que est relacionada con el empleo de sistemas
mecnicos-elctricos basados en computadoras para la operacin y control de la
produccin. En consecuencia la robtica es una forma de automatizacin industrial.
Hay tres clases muy amplias de automatizacin industrial: Automatizacin fija,
automatizacin programable, y automatizacin flexible.
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La automatizacin fija se utiliza cuando el volumen de produccin es muy alto,
y por tanto se puede justificar econmicamente el alto costo del diseo de equipo
especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de produccin
elevadas. Adems de esto, otro inconveniente de la automatizacin fija es su ciclo de
vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.
La automatizacin programable se emplea cuando el volumen de produccin es
relativamente bajo y hay una diversidad de produccin a obtener. En este caso el equipo
de produccin es diseado para adaptarse a la variaciones de configuracin del
producto; sta adaptacin se realiza por medio de un programa (Software).
Por su parte la automatizacin flexible es ms adecuada para un rango de
produccin medio. Estos sistemas flexibles poseen caractersticas de la automatizacin
fija y de la automatizacin programada.
Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de
trabajo interconectadas entre si por sistemas de almacenamiento y manipulacin de
materiales, controlados en su conjunto por una computadora.
De los tres tipos de automatizacin, la robtica coincide ms estrechamente con
la automatizacin programable.
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4. Tipos de Automatizacin.
Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se
deber analizar cada situacin a fin de decidir correctamente el esquema ms adecuado.
Los tipos de automatizacin son:
Control Automtico de Procesos
El Procesamiento Electrnico de Datos
La Automatizacin Fija
El Control Numrico Computarizado
La Automatizacin Flexible.
El Control Automtico de Procesos, se refiere usualmente al manejo de procesos
caracterizados de diversos tipos de cambios (generalmente qumicos y fsicos); un
ejemplo de esto lo podra ser el proceso de refinacin de petrleo.
El Proceso Electrnico de Datos frecuentemente es relacionado con los sistemas de
informacin, centros de cmputo, etc. Sin embargo en la actualidad tambin se
considera dentro de esto la obtencin, anlisis y registros de datos a travs de interfases
y computadores.
La Automatizacin Fija, es aquella asociada al empleo de sistemas lgicos tales
como: los sistemas de relevadores y compuertas lgicas; sin embargo estos sistemas se
han ido flexibilizando al introducir algunos elementos de programacin como en el caso
de los (PLC'S) O Controladores Lgicos Programables.
Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las mquinas de control numrico
computarizado. Este tipo de control se ha aplicado con xito a Mquinas de
Herramientas de Control Numrico (MHCN). Entre las MHCN podemos mencionar:
Fresadoras CNC.
Tornos CNC.
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Mquinas de Electro-erosionado
Mquinas de Corte por Hilo, etc.
El mayor grado de flexibilidad en cuanto a automatizacin se refiere es el de los
Robots industriales que en forma ms genrica se les denomina como "Celdas de
Manufactura Flexible".
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5. Generalidades del CNC
Actualmente existe un ambiente de grandes expectativas e incertidumbre.
Mucho de esto se da por los rpidos cambios de la tecnologa actual, pues estos no
permiten asimilarla en forma adecuada de modo que es muy difcil sacar su mejor
provecho. Tambin surgen cambios rpidos en el orden econmico y poltico los cuales
en sociedades como la nuestra (pases en desarrollo) inhiben el surgimiento de
soluciones autctonas o propias para nuestros problemas ms fundamentales.
Entre todos estos cambios uno de los de mayor influencia lo ser sin duda el
desarrollo de las nuevas polticas mundiales de mercados abiertos y globalizacin. Todo
esto habla de una libre competencia y surge la necesidad de adecuar nuestras industrias
a fin de que puedan satisfacer el reto de los prximos aos. Una opcin o alternativa
frente a esto es la reconversin de las industrias introduciendo el elemento de la
automatizacin. Sin embargo se debe hacerse en la forma ms adecuada de modo que se
pueda absorber gradualmente la nueva tecnologa en un tiempo adecuado; todo esto sin
olvidar los factores de rendimiento de la inversin y capacidad de produccin.
Uno de los elementos importantes dentro de este resurgir de la automatizacin
son la Mquinas de Herramientas de Control Numrico Computarizado, las cuales
brindan algunas ventajas adicionales que son de importancia considerar detenidamente,
lo cual es el propsito de este escrito.
Desde el Fortune hasta el OMNI, la riada de artculos sobre logros del
CAD/CAM no tiene fin. Con la misma rapidez aparecen los acrnimos relacionados con
l, tales como CIM, CAE, CNC, FMS y muchos mas. Como resultado, muchas personas
se asustan, estn confundidas y algo temerosas de esta nueva tecnologa. Los
trabajadores de plantas industriales atrasadas intentan competir en un mercado mundial
que cada vez ofrece mejor calidad y precios ms bajos.
Antes del siglo XX, la mayor parte de las tentativas de automatizacin resultaron
un fracaso. Muchas de estas tentativas tropezaron con una fuerte oposicin por parte de
los trabajadores. Por ejemplo, en Inglaterra a principios del siglo XIX los Luddites
destruyeron maquinaria textil como protesta por la reduccin de salarios y el desempleo.
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Sin embargo, a la vuelta de un siglo, la produccin en masa se convirti en la esencia
del modo de vida americano y ahora est pasando a ser el modo de vida universal.
Hoy en da vuelve a haber enemigos de la automatizacin, y no solamente en la
clase trabajadora. Muchos responsables de ingeniera y fabricacin estn desconcertados
ante la realidad de la computerizacin.
Aunque mucha gente usa los trmino CAD/CAM para las estaciones grficas, el
nombre es un acrnimo derivado del ingles COMPUTER Aided Design y Computer
Aided Manufacturing (Diseo Asistido por Computadora y Fabricacin Asistida por
Computadora). CAD/CAM son disciplinas distintas.
En realidad, CAD/CAM es un matrimonio entre numerosas disciplinas de
ingeniera y fabricacin. En una expresin ms simple, es una comunicacin
computarizada y una funcin de diseo para y entre ingenieros de fabricacin. Si lo
llevamos a sus ltimos extremos, podemos incluir en l casi todas las etapas de
fabricacin y gestin. En este caso, quedaran incluidos el marketing, ofimtica,
contabilidad, control de calidad y casi todo aquello que pudiera tener relacin con una
base de datos centralizada. En general, podemos interpretar el prefijo CA como Asistido
por Computador y sinnimo de automatizacin.
Algunas de las funciones ms comunes del CAD son el modelado geomtrico,
anlisis, prueba, delineacin, y documentacin. El CAM, por su parte, incluye control
numrico, robtica, planificacin y control de fabricacin. Ambas disciplinas estn
interrelacionadas por una base de datos comn.
El concepto de tecnologa de grupo ha resultado de interese para muy distintas
personas: ingenieros de diseo: ingenieros de fabricacin, diseadores y planificadores
de procesos industriales e incluso agentes de compra. Permite al ingeniero un acceso
inmediato a partes ya diseadas similares a aquella en la que se encuentran trabajando,
de forma que no precisa redisearla. El ingeniero de diseo puede estudiar diseos
previos y limitarse a menudo a hacer cambios en lugar de uno nuevo. Para el
planificador de procesos industriales, los diseos estandarizados hacen que la
estructuracin y encaminamiento de las partes resulten mucho mas fciles. Los
ingenieros de fabricacin comprueban que los costes de estampacin y fijado se
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reducen, as como el tiempo de organizacin. La GT permite que el agente de compras
consiga abaratamientos al poder adquirir un gran nmero de piezas iguales cada vez.
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TECNOLOGA EUROPEAN INSTALLATION BUS
(EIB)
1. Introduccin
1.1 Automatizacin y evolucin histrica
Es frecuente encontrar el trmino inteligente aplicado a un edificio, siendo, en
muchas ocasiones, una utilizacin del trmino poco apropiada. Los inicios de su uso hay
que buscarlos en la ciencia informtica, donde se habla de terminales tontos (dumb) y
de terminales inteligentes (smart) para diferenciar los que disponen de capacidad propia
de proceso de datos de aquellos que no la tienen. Esta capacidad de proceso est
asociada a la disponibilidad del elemento que constituye la base del desarrollo acelerado
de la informtica en los ltimos tiempos: el microprocesador. La incorporacin de
microprocesadores a distintos equipos ha hecho que se extienda el trmino
inteligentes aplicado a los mismos.
Por otro lado, la paulatina convergencia de la informtica y las
telecomunicaciones, provocada tanto por la aplicacin de tecnologas digitales a las
comunicaciones (lo que sera la informatizacin de las telecomunicaciones) como por la
necesidad de que los ordenadores puedan transmitir y recibir datos de otros equipos
electrnicos, hace que, de hecho, no se hable separadamente de informtica y
telecomunicaciones, sino del conjunto de ambas como de las Nuevas Tecnologas de la
Informacin (NTI). En este contexto, una vivienda puede ser denominada inteligente
cuando a sus equipos e instalaciones tradicionales se incorporan nuevas tecnologas de
informacin.
Se utilizan tambin otros trminos para describir este concepto, como el de
vivienda automatizada o expresiones mucho ms genricas, como la de sistemas
domsticos. Pero el trmino ms utilizado es el de domtica, an siendo el ms
ambiguo en cuanto a los sistemas inteligentes se refiere. Es un trmino que proviene del
francs domotique, como unin de la palabra latina domus (casa) y robotique (robtica).
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Esto es, la robotizacin de la vivienda, o mejor dicho, la automatizacin del
hogar. Sin embargo, este trmino no es bien acogido por parte de ciertos sectores. Se
debe ante todo a que la domtica no ha evolucionado tan bien como se esperaba en el
mercado espaol, y el trmino suena tambin, en algunos casos a fracaso, lujo intil,
sistemas que fallan y alto precio. Pero cada vez el trmino domtica se incorpora en el
vocabulario tcnico, adems de tener un significado y una definicin, (Domtica:
concepto de vivienda que integra todos los automatismos en materia de seguridad,
gestin de energa, comunicaciones...) por lo que hoy en da est casi plenamente
aceptada.
El desarrollo tecnolgico y la convergencia entre la informtica y las
comunicaciones posibilita, de manera sencilla, la implantacin de los sistemas
domticos en viviendas y edificios. En poco tiempo, la domtica ha evolucionado
considerablemente en base a una serie de factores:
? ?Mayor calidad de vida, aumentando el bienestar y reduciendo el esfuerzo fsico,
el trabajo rutinario y el trabajo improductivo.
- ? ?La funcionalidad en edificios.
- ? ?El ahorro energtico.
- ? ?Comunicacin de la vivienda con el exterior.
- ? ?Todas estas ventajas que presenta la instalacin domtica debe, adems, ir
acompaado de una interface de usuario sencillo, de fcil manejo y
comprensin.
Dentro de los diferentes sistemas domticos existentes este trabajo se centra en el
estudio del sistema por bus de datos EIB. Pero antes de comentar sus caractersticas
veremos los diferentes servicios y aplicaciones que debe de cumplir un sistema
domtico, para ver si el EIB las cumple, al igual que una pequea referencia a los otros
tipos de sistemas existentes.
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1.2 Servicios y aplicaciones de una instalacin automtica.
Tal como se ha comentado, existe una gran variedad de servicios y aplicaciones
destinados a las viviendas domticas, lo que dificulta realizar una descripcin
exhaustiva de todas ellas. Pero todas esas tareas pueden agruparse en cuatro reas
funcionales.
A) La gestin de energa.
Con la gestin de la energa se busca optimizar el consumo energtico en la
vivienda. Para ello puede disponerse de un sistema de gestin de cargas elctricas
mediante el cual se desconecten de un modo selectivo y programado un cierto nmero
de equipos domsticos segn un ciclo preestablecido con el fin de no superar la potencia
elctrica contratada. As, por ejemplo, si un lavavajillas tuviese una fase crtica en su
ciclo de funcionamiento, el sistema de gestin de cargas podra parar momentneamente
el uso de una lavadora hasta que dicha fase no haya terminado.
La ventaja de este sistema es, adems de reducir la potencia elctrica contratada,
evitar sobrecargas en el de distribucin elctrica.
Tambin se puede llevar a cabo la utilizacin de energas renovables generadas
en la propia vivienda, tanto con sistemas activos como pasivos, como la utilizacin de la
energa solar a baja temperatura o como la recuperacin de energas residuales
generadas en el propio edificio, as como la utilizacin de energas alternativas como la
solar o elica ante imprevistos.
Otra forma de ahorro es incorporando un contador con doble tarifa, que haga
funcionar, mediante programadores horarios, distintos receptores dentro del horario
donde la energa elctrica sea ms barata (tarifa nocturna).
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Por otra parte, sistemas eficientes de climatizacin garantizan el nivel de confort
deseado por el usuario con el mnimo gasto de energa. Una sonda de temperatura
exterior a la vivienda regular el ritmo de trabajo de los mismos, mientras que sondas de
temperatura interiores permitirn la zonificacin de la climatizacin disponiendo niveles
de temperatura distintas para cada una de las estancias de la vivienda.
B) Gestin de seguridad.
Tiene como objetivo la proteccin tanto de personas como de bienes. Las
funciones de seguridad que incorporan casi todos los sistemas domticos se realizan del
mismo modo que cualquier otra funcin que puedan realizar. Es decir, el sistema de
control, ya sea centralizado o descentralizado, recibe un conjunto de seales de los
detectores perifricos y enva seales a sus actuadotes (activacin de una alarma,
encendido de una luz, envo de una llamada telefnica...). Fsicamente, esta
comunicacin se realiza dependiendo de la tipologa de cableado elegida: punto-a-
punto, bus o portadoras.
Cuando se produce una intrusin en la vivienda, detectores de presencia
distribuidos en lugares estratgicos detectan al intruso, activando el sistema de alarma.
Como respuesta a tal intrusin, se activar una sirena, a la vez que un transmisor
telefnico avisar al usuario de la intromisin mediante un mensaje hablado que llegar
al telfono indicado. Estos nmeros de telfono sern particulares, y nunca pueden ser
los correspondientes al del servicio de bomberos, ni hospitales, ni polica. Cuando el
usuario est ausente, podr simular su presencia mediante la activacin programada de
luces, radio, subida y bajada de persianas... De esta manera, la probabilidad de una
intrusin se reduce considerablemente.
En muchas ocasiones, un escape de agua no es detectable hasta que produce
efectos irreparables. Con un sensor de humedad en la cocina y aseos, es posible actuar
sobre una electro-vlvula, interrumpiendo el suministro de agua al detectar un escape.
Lo propio puede ocurrir al detectar una fuga de gas. De igual manera, al detectar
un incendio, detectores de humo y fuego harn que se activen las alarmas y avisarn, va
red telefnica a los bomberos.
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Dentro de esta rea funcional, existen aplicaciones que hacen referencia a la
seguridad personal del usuario en cuanto a su salud. Por ejemplo, si un miembro de la
familia se encuentra indispuesto, puede utilizar un pulsador porttil o fijo que activar
una alarma cuya respuesta sea enviar una llamada telefnica a un nmero indicado: un
vecino, un centro mdico...
C) Automatizacin de las tareas domsticas.
Con la automatizacin de algunas tareas domsticas se pretende aumentar el
nivel de confort del usuario. Es un grupo muy grande y recoge aplicaciones de muy
distinta ndole, como la comprobacin del correcto funcionamiento de los sistemas. Por
ejemplo, si mientras estamos viendo la televisin llaman a la puerta ser posible ver al
visitante en una pequea ventana que se abrir en una esquina del televisor, y actuar
sobre la cerradura elctrica de la puerta para permitir su entrada, por ejemplo mediante
un terminal telefnico.
Las persianas pueden gobernarse cmodamente mediante simples mandos a
distancia de forma individual o colectiva. Tambin puede instalarse una red de
aspiracin centralizada con tomas distribuidas por el inmueble. La iluminacin del
exterior de la vivienda se activar automticamente al detectar la presencia de una
persona cuando el grado de luminosidad ambiente sea inferior a un valor programado.
Del mismo modo, las viviendas con zonas ajardinadas pueden disponer de un sistema de
riego que se active automticamente segn el grado e humedad del suelo y segn un
horario preestablecido.
D) La comunicacin.
Otro grupo de aplicaciones viene dado por las comunicaciones entre personas y
entre personas y equipos, dentro y fuera de la vivienda. As, por ejemplo, pueden
activarse la calefaccin o cualquier equipo domstico de inters para el usuario con una
simple llamada telefnica. Adems, algunas aplicaciones, como ya explicamos antes,
requieren una comunicacin hacia el exterior, como el caso de mensajes de auxilio o
intrusin.
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Por otra parte, el uso de las redes de telecomunicacin actuales permiten
disfrutar de servicios telemticos para el hogar, como el telecontrol, que permiten el
control y gestin remotos de algunos sistemas o equipos tanto desde el interior como
desde fuera del hogar, incorporando dentro de este concepto aspectos relacionados con
la seguridad, alarmas... Tambin la tele-medida del consumo de servicios pblicos, tales
como agua, gas o energa elctrica, cuyas aplicaciones pueden permitir el conocimiento
de los consumos especficos de los equipos, la limitacin en funcin de las distintas
tarifas horarias, etc.
Otro servicio sera la tele-formacin, mediante el cual programas de educacin
pueden llegar al hogar a travs de distintos medios (va satlite, radiodifusin, red
telefnica, televisin por cable...) y que se pueden complementar con otras
herramientas, como el vdeo interactivo, etc.
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?2. Sistemas automticos.
Existen diferentes sistemas domticos. Dentro de los sistemas actuales los ms
relevantes son el sistema por corrientes portadoras, el sistema por controlador
programable y el sistema por bus de datos. Haremos una pequea introduccin a cada
uno de ellos.
2.1 Sistemas por corrientes portadoras.
Este tipo de sistema lo podemos estudiar mediante el estndar que ms difusin
tiene, el X-10. Es un sistema descentralizado y configurable (no programable). La
filosofa fundamental de diseo de X-10 es la de que los productos puedan interoperar
entre ellos, y la compatibilidad con los productos anteriores de la misma gama, es decir,
equipos instalados hace 20 aos siguen funcionando con la gama actual. Este sistema ha
sido desarrollado para ser flexible y fcil de usar. Se puede empezar con un producto en
particular, por ejemplo un mando a distancia, y expandir luego el sistema para incluir la
seguridad o el control con el ordenador, siempre que se desee, con componentes fciles
de instalar y que no requieren cableados especiales.
El sistema X-10 proporciona a los usuarios facilidad de manejo, a los
instaladores la flexibilidad y capacidad de crecimiento y la solucin de problemas
economizando proyectos.
Los fundadores de X-10 establecieron ciertos principios estratgicos que
permanecen a pesar del paso de los aos, como el de disear productos que incluyan
circuitos integrados propios cumpliendo objetivos de rendimiento o el de disear
productos para un amplio sector del mercado, con un bajo coste de manufacturacin.
Siguiendo estos principios y como X-10 tiene patentes en aspectos claves de la
tecnologa PLC (Power Line Carrier, transmisin por corrientes portadoras), no han
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tenido competidores desde los primeros productos X-10 introducidos en el mercado en
1978.
Las transmisiones X-10 se sincronizan con el paso por el cero de la corriente
alterna. Los interfaces Power Line proporcionan a onda cuadrada de 50 Hz con un
retraso mximo de 100 seg desde el paso por el cero de la corriente alterna. El mximo
retraso entre la entrada de la curva de la seal y de cruce por la salida de los pulsos de
120 KHz es de 50 seg.
Un 1 binario se representa por un pulso de 120 KHz durante un milisegundo, en
el punto cero, y el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz.
Estos pulsos de un milisegundo se transmiten tres veces para que coincidan con el paso
por cero en las tres fases en un sistema trifsico.
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2.2 Sistemas por controlador programable.
Uno de estos sistemas es el Simn VIS. Es un sistema centralizado que est
orientado a la gestin de pequeas y medianas instalaciones. El sistema cuenta con una
serie de elementos para interconexionarse entre s, pudiendo instalarse a distancia unos
elementos de otros. No es necesario disponer de un cuadro elctrico exclusivo para los
elementos que los componen, sino que se podrn distribuir en distintos cuadros
elctricos.
El Modulo de Control es programable y en l se procesa la informacin
procedente de las entradas y se ejecutarn las acciones definidas en la programacin
introducida.
La herramienta de programacin ser un ordenador personal provisto del
software terminal Simon VIS (TermVIS). Hay dos tipos de mdulos de entradas, uno de
230 V c.a., con 8 entradas con un neutro comn, y otro de 24 V c.c., con 16 entradas.
De modo similar hay 3 tipos de mdulos de salidas: uno de 230 V c.a., con 8 salidas rel
distribuidas en dos grupos de 4 salidas cada uno; otro de 400 V c.a., con 8 salidas de
rel, y otro de 24 V c.c., con 8 salidas s transistor.
En total gestiona 128 entradas y 128 salidas y dispone de 128 programadores
semanales. Tambin existen diversos complementos para incrementar las prestaciones
de la instalacin, como el mdulo de temporizadores o el de mdem.
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2.3 Sistema por bus de datos.
El EIB, sistema que analizaremos en este trabajo, es uno de los sistemas por bus
de datos ms utilizados. Antes de comenzar con su exposicin explicaremos algunas de
las ventajas e inconvenientes que tienen los buses con respecto a los otros sistemas
vistos en los apartados anteriores.
Las redes o buses domticos, (los sistemas basados en redes de transmisin de
informacin) comparten un canal de control o cableado nico al que se conectan tanto
los sensores como los bloques actuadores y la unidad central, que es capaz de hablar
individualizada o colectivamente con esos dispositivos. Vamos a analizar las
caractersticas exigidas a un sistema domtico y como se adapta el bus.
- ? ?Interaccin entre unidades. La caracterstica ms importante ofrecida por las
redes estriba en la infraestructura de comunicaciones de propsito general que
puede ser usada por las diferentes aplicaciones o dispositivos electrodomsticos
sin inferir unas con otras. Una red es capaz de reducir enormemente el cableado
existente en las instalaciones actuales, adems de permitir la interaccin entre
reas de aplicacin (no existente en sistemas convencionales); con mucho menos
cableado se obtiene incluso ms funcionalidad.
- ??Ampliabilidad. Se quiere indicar la facilidad de aadir nuevos dispositivos al
sistema domtico con un mnimo coste econmico y de esfuerzo por parte de
instaladores y usuarios. Con los buses el problema se reduce drsticamente, ya
que se emplea un solo cable para conectar todos los dispositivos. Se pueden
prever a lo largo del hogar una serie de tomas de conexin al bus o bien
empalmar desde cualquiera de los existentes. Incluso es vlido un enchufe
mltiple donde conectan cuantos dispositivos queramos. Existe una gran
flexibilidad a este respecto.
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- ? ?Sencillez de instalacin. El coste de instalacin de cables y conectores
normalizados debe mantenerse en el mnimo posible. Una red debera prestar
todos sus servicios a travs del menor nmero de conectores de caractersticas
distintas. Sera ptimo obtener todos los servicios a travs, por ejemplo, de un
conector nico.
- ? ?Ubicacin flexible de los dispositivos. Un bus ofrece una infraestructura de
control de propsito general, lo que quiere decir que no importa en que lugar del
cable se conecte un dispositivo, la funcionalidad va a ser totalmente
independiente de su ubicacin. Imaginemos una lavadora inteligente que
inicialmente est instalada en la cocina donde est funcionando perfectamente,
pero, por problemas de espacio se decide cambiar al garaje. El proceso de
instalacin quedar reducido a desconectar la lavadora de la cocina y conectarla
al garaje. Las rdenes de puesta en marcha, etc., que manda el controlador a la
lavadora le seguir llegando ahora en su nueva ubicacin.
En el esquema se ve un ejemplo de cmo funciona un bus. Los elementos son una
unidad central, sensores de presencia y una sirena. Estos comparten el mismo canal de
control, es decir, el mismo cableado. La unidad central recoge la informacin de los
sensores de presencia y activa la sirena segn la programacin existente.
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?3. Bus de instalacin europeo EIB
El European Installation Bus o Bus de Instalacin Europeo o EIB, es el
sistema por bus de datos ms utilizado y difundido actualmente para el control y la
gestin de edificios.
Para el desarrollo y promocin del sistema EIB se ha fundado en Europa una
asociacin de ms de setenta firmas fabricantes de material elctrico denominada EIBA.
3.1 La EIBA
La EIBA (European Installation Bus Association o asociacin del bus de
instalacin europeo) es la organizacin que rene a las empresas punteras en la tcnica
de instalacin elctrica para impulsar el desarrollo de sistemas de edificios y conseguir
ofrecer en el mercado europeo un sistema fiable.
La EIBA tiene sus sede en Bruselas, y es una Sociedad Cooperativa segn la
legislacin belga. Ms de 70 miembros, que como fabricantes cubren el 80% de la
demanda de aparatos de instalacin elctrica en Europa, pertenecen a la sociedad, entre
los que se encuentran Bosch-Jaeger, ABB, Elektro,... Los nuevos asociados e incluso
licenciatarios suelen ser aceptados.
El smbolo visible de la asociacin es la marca registrada "EIB". El
cumplimiento por los productos con los estndares requeridos por EIB, se comprueba en
laboratorios independientes. El logotipo EIB ofrece de esta forma, todas las garantas de
plena compatibilidad, con que se obliga a cada fabricante; as se consigue una plena
compatibilidad entre elementos de distintos fabricantes.
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Estas exigencias las realiza la EIBA especialmente, pues ella, segn se autodefine:
- ? ?fija directrices tcnicas para el sistema y los productos, adems de establecer
prescripciones de calidad e instrucciones de ensayo.
- ? ?pone a disposicin de las empresas asociadas y de sus participadas en las que
posean la mayora, as como de las licenciatarias, esto es, los colaboradores
EIBA, el "cmo-hacer" (know-how) actual y futuro del sistema.
- ? ?encarga a laboratorios de ensayo la realizacin de pruebas de calidad.
- ? ?est facultada, en caso de resultados de ensayo positivos, a conceder a los
colaboradores EIBA, una licencia de marca "EIB".
- ? ?colabora activamente en la normalizacin a travs de las empresas asociadas, y
adapta el sistema de Bus a las normas vigentes.
- ? ?promueve contactos con importantes gremios y proyectos nacionales e
internacionales.
Y aunque todos los miembros de la EIBA se han puesto de acuerdo sobre un
estndar unitario, se ha mantenido la competencia: los profesionales y los usuarios
continan disponiendo de la libre eleccin de los productos de diferentes fabricantes y
de las soluciones tcnicas.
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Automatizacin de procesos industriales
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3.2 Generalidades
El EIB es un sistema de control de instalaciones por Bus de datos.
Dentro del grupo de los equipos domticos el EIB se encuadra entre los sistemas
descentralizados. Es decir, que frente a los sistemas centralizados que dirigen el control
del edificio de forma centralizada, de tal modo que un error del ordenador central hara
caer toda la instalacin, el EIB es un sistema de control distribuido. En estos sistemas
cada nodo (sensores y actuadores) tiene inteligencia propia, es decir, puede actuar por s
mismo segn las consignas de actuacin que se le hayan programado durante su
instalacin. No hay central de control que pueda dejar inservible el sistema y, si cae un
nodo, el resto de la red funciona perfectamente. Todos los componentes trabajan
independientemente, sin necesidad de que otro elemento central vigile o coordine sus
funciones. Esto se consigue gracias a que cada componente tiene su propia electrnica
con un microprocesador y las memorias correspondientes.
El sistema EIB nace para hacer frente a los mercados japons y americano, basa
su potencia y versatilidad en que a todos los componentes les llega un bus de datos que
consta de dos hilos y que funciona a una tensin de 24 V en corriente continua. El
cometido de este bus es doble:
- ? ?Por una parte, suministra la alimentacin a los componentes del sistema, con una
tensin adecuada para su funcionamiento.
- ? ?Por otra, a travs de l se transmite el telegrama codificado para la comunicacin
entre los componentes.
Los componentes del sistema EIB se dividen en tres familias: Los sensores, los
actuadores y los aparatos bsicos y accesorios. Sensores son aquellos que envan
ordenes manual o automticamente a travs del bus, por ejemplo pulsadores,
termostatos... Los actuadores son los que reciben esas rdenes y las ejecutan, por
ejemplo salidas primarias (pequeos contactores), interruptores de persianas,
reguladores,... Los aparatos bsicos y accesorios no realiza funciones de gobierno ni de
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control, su nica misin es la de suministrar energa elctrica a los componentes a travs
del bus y servir a la vez como apoyo fsico para la propagacin de telegramas de
rdenes; son, por ejemplo, las fuentes alimentacin, boinas, perfiles de datos,
conectores,...
La instalacin ms sencilla puede ser slo de dos componentes (consenso y un
actuado) y una fuente alimentacin. La ms compleja podra tener hasta 11.520
componentes (64x12x15).
La filosofa de control descentralizado, ha dado pie al concepto de redes de
control (LON),con una clara relacin a las redes de rea local (LAN).Las topologas de
conexin y el funcionamiento son similares. En cambio, una LAN est especializada en
transmitir una elevada cantidad de informacin, con necesidad de un gran ancho de
banda, y una LON est especializada en la transmisin de seales de control de corta
duracin, requiriendo una velocidad de transmisin elevada y sin necesidad de un gran
ancho de banda en el medio de comunicacin. A estos sistemas no centralizados,
tambin se les llama redes de control.
El sistema EIB pueden utilizarse tanto en viviendas como en edificios del sector
terciario para las funciones de mando y control de, por ejemplo, la iluminacin,
persianas, toldos, calefaccin, seguridad,... es decir, que puede controlarse cualquier
elemento que requiera energa elctrica para su funcionamiento. No sirve, por supuesto,
para comunicaciones audiovisuales o para procesos de datos en trabajos con
ordenadores de oficinas.
Ventajas:
Se trata de una tecnologa claramente orientada hacia los instaladores, esto
implica que su puesta en funcionamiento es relativamente sencilla, basta con
parametrizar y dar direcciones.
El bus se adapta al tamao de la instalacin y a las funciones exigidas
progresivamente, pudiendo incorporarse hasta 10.000 componentes.
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De cara al proyectista, resulta ms fcil desarrollar el proyecto, pues el tendido
de conductores es ms sencillo, se utilizan menos cables, por tanto hay menor riesgo de
incendios, los tiempos de montajes son ms cortos, las redes de cables menos complejas
y, sobre todo, se consigue que las instalaciones sean ms fciles de ampliar o modificar.
De cara al usuario, representa menor coste de energa, mayor confort y ms
seguridad, sin olvidar lo ya dicho de la facilidad de modificaciones (sin tener en cuenta
la posible obra de empotramiento del bus) o ampliaciones y la sencillez en el
mantenimiento.
Otras ventajas que se atribuyen los fabricantes son:
- Es de aplicacin universal en edificaciones de cualquier tipo.
- Econmico en la utilizacin energtica.
- Coste de servicio minimizado.
- Tiempos de montaje reducidos.
- Sencillez de cableado de instalacin.
- Riesgo de incendio reducido. Menores costes de seguro.
- Compatible hacia arriba con otros sistemas de gestin de servicios.
- Compatible de sistema orientado al futuro.
- Adaptacin flexible de la instalacin en modificaciones de utilizacin.
- Componentes del sistema diseados para la prctica normal del instalador electricista.
- Asistencia eficaz en la fase de proyecto.
- Programa de software pensado para el instalador.
- Formacin orientada a la prctica.
- Mantenimiento sencillo.
- Servicios y asesora de una sola mano.
Inconvenientes:
Uno de los inconvenientes principales de este sistema domtico es el precio,
dado que sus componentes son ms caros que los de otros equipos centralizados. Pero
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dado que el precio depende de la demanda, a mayor produccin, menor precio, en el
futuro se prev una reduccin de este coste.
Otro inconveniente a la hora de su instalacin, es la necesidad de la instalacin
del medio fsico que intercomunica los distintos nodos, el bus es muy fcil de instalar en
una vivienda nueva a la vez que se hace la instalacin elctrica convencional, pero
supone un mayor trabajo su instalacin en viviendas ya habilitadas.
Por otra parte, y de cara a los fabricantes, hay que tener en cuenta que para
fabricar productos compatibles EIB, es necesario pertenecer a EIBA, o lo que es lo
mismo, pagar por ello.
La intencin de ofrecer un producto acabado y de funcionamiento sencillo que
se converta en una ventaja, se convierte en una desventaja cuando limita la flexibilidad
del estndar. A nivel de ingeniera, slo se puede actuar sobre la aplicacin del sistema,
no se puede optimizar el protocolo para un uso especfico.
En Espaa son muy pocas empresas que disponen de productos EIB. En
concreto slo Niessen, Siemens y Jung pueden satisfacer la potencial demanda de
cualquier cliente.
Adems, aunque existe una asociacin espaola de fabricantes de EIB, EIBA
Espaa, en principio encargada de potenciar y difundir la tecnologa EIB, aunando
esfuerzos y creando productos compatibles entre s, resulta que la mayora de estas
empresas no tienen productos EIB en el mercado. Y lo que es peor, alguna de estas
empresas tienen otros productos domticos alternativos de fabricacin propia, por lo
que da la sensacin de que en lugar de potenciar productos EIB, estn retrasando su
produccin y difusin mientras las ventas de sus productos actuales siga en aumento.
Tambin hay que tener en cuenta que, cada vez ms, la gente demanda
productos de control y, al no encontrar en EIB una alternativa real se pone en manos de
cualquier otra tecnologa alternativa (algunos incluso llegan a instalar basados en el
obsoleto BatiBS, del que se hablar a continuacin).
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Los beneficiados, son algunas empresas serias que continan realizando sistemas
domticos de control hechos a medida y basados en autmatas, junto con empresas que
fabrican sistemas de control domtico estndar.
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3.3 Tecnologa EIB
El tendido del la red del Instabs EIB se realiza de un modo coordinado con la
instalacin elctrica en el edificio funcional, el Instabs EIB une los distribuidores
principales, los pisos, paredes, techos y tambin los canales de debajo del antepecho de
las ventanas.
Los equipos para el bus, por ejemplo los de control para los diferentes
consumidores y para la supervisin del edificio, pueden montarse tanto en los
distribuidores como en los mismos equipos termina. El montaje centralizado de los
equipos del bus en los distribuidores ofrece un mejor acceso que el montaje en los
equipos terminales.
Sin embargo, en el montaje centralizado debe aceptarse un cableado radial hacia
los equipos terminales.
El tendido directo del Instabs EIB hacia los equipos terminales (sensores,
aparatos de iluminacin,...), simplifica, en cambio, el cableado tanto del bus como de
los conductores de fuerza. El montaje de los equipos de bus en los canales del antepecho
de las ventanas, combina las ventajas del cable