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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

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

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

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.

Automatizacin de procesos industriales

i

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.


ii

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.


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.


iv

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.


v

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


vi

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


vii

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


viii

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


ix

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


1

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.


2

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


3

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.


4

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


5

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


6

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


7

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


8

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.


9

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.


10

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.


11

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.


12

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".


13

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.


14

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


15

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.


16

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).


17

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.


18

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).


19

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.


20

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.


21

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.


22

?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


23

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.


24

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.


25

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.


26

- ? ?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.


27

?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.


28

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.


29

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

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