INTRODUCCION A LOS EDIFICIOS INTELIGENTES Y DOMOTICA Contenido Definición Características y objetivos Aspectos a automatizar (aplicaciones) Estructura de los sistemas de control para ei Situación actual Inteligencia? Lista de dispositivos para control domótico distribuido Gestión energética Tecnologías actuales 2
Definición Domótica: DOMus + robótica Conjunto de servicios proporcionados por sistemas tecnológicos integrados, como el mejor medio para satisfacer necesidades básicas, del hombre y su entorno, en: Seguridad Comunicación Gestión energética, y Confort. (salud medioambiental y ecología) Edificios inteligentes: se aplica a edificios distintos de viviendas (fabricas, hospitales, oficinas, centros docentes, hoteles, etc.) Domotique, smart house, home automation, home systems,... 3 Definición Comunicaciones Energía DOMOTICA Confort Seguridad 4
Características y objetivos Motivaciones: El hombre trata de reducir al máximo su trabajo físico. Nuevos comportamientos y usos en la humanidad: Problemas de seguridad Trabajan ambos cónyuges Cada vez hay más personas de la tercera edad. Minusvalías. Teletrabajo Mayor conciencia sobre los problemas ecológicos (reducción del consumo de energía, etc.). 5 Características y objetivos Se trata de asegurar a los usuarios del edificio un aumento del confort, de la seguridad, del ahorro energético y de las funciones de comunicación. Control remoto desde dentro de la vivienda, a través de un esquema de comunicación de distintos equipos: reducción de la necesidad de desplazarse dentro de la vivienda. Control remoto desde fuera de la vivienda. (calefacción por teléfono, etc.): seguridad y confort Programación: de acciones en función de condiciones del entorno (movimiento, hora, T interior, T exterior, etc,): riego del jardín: aumento de confort y ahorro de tiempo y de energía, Acceso a servicios externos: información, telecompra, telebanco, telemédico, etc.: ahorro de tiempo 6
Aspectos a automatizar (Aplicaciones) Seguridad Bienes: Control de acceso, control de presencia, simulación de presencia Personas: acceso automático a servicios de seguridad, Samur, 062, policía, etc. Averías e incidentes: detección de averías en accesos, ascensores, o producción de incendios, fugas de gas y agua, etc. Desvio de llamadas telefónicas a bomberos, policía, propietario, etc. 7 Aspectos a automatizar (Aplicaciones) Comunicación Interna: integración de videoportero, TV, PC, red telefónica, etc.: Visualización de imágenes internas o externas, interfonos internos, etc. Externa: Servicios a través de Internet, comercio electrónico, etc. visualización el aula de la guardería,... Video comunicación. Supervisión de alarmas o del estado de la vivienda a través de teléfono, etc. Control de la calefacción o de la cocina vía teléfono, Internet,.. Etc. 8
Aspectos a automatizar (Aplicaciones) Gestión energética Se controla el consumo de energía eléctrica mediante: Termostatos (aire acondicionado, etc.) Temporizadores Relojes programadores (tarifas nocturnas de electricidad) Desconexión automática de aparatos, cuando se sobrepasa un determinado nivel de potencia, 9 Aspectos a automatizar (Aplicaciones) Confort Control automático de servicios y sistemas: Calefacción Agua caliente Refrigeración Iluminación Música ambiental Accesos Persinas Toldos Ventanas Riego automático 10
Aspectos a automatizar (Aplicaciones) Otros Aspiración centralizada Electrodomésticos inteligentes 11 Estructura de los sistemas de control para EI En general, un sistema domótico dispone de: Equipos que detectan información sobre el entorno (sensores, detectores, captadores, etc.) Equipos que actúan sobre el entorno (actuadores o circuitos de potencia: relés, motores, interrupciones en un computador, luces, electroválvulas, etc.). Entradas de consignas (mando a distancia, etc.) Equipos de procesamiento de la información (unidad central o distribuida): En función de las señales detectadas y consignas, y de un determinado programa, generan las señales que controlan los actuadores.son los que realmente realizan el control Red de comunicación (bus de comunicaciones): interconecta los distintos elementos del sistema, y, posiblemente, una red externa (Internet, tlf,...). 12
Estructura de los sistemas de control para EI Esquema Sensores Procesador Actuadores Consignas 13 Estructura de los sistemas de control para EI Señales analógicas y digitales Señales analógicas y digitales Sensores Temperatura Presión Posición Sonido Humo Presencia, etc. Procesador Consignas Teclado, mando a distancia, pantalla táctil, etc. Actuadores Relé Electroválvula, Motor, Altavoz, etc. PC Microprocesador Microcontrolador PLC Autómata programable, etc. 14
Aspectos del diseño Planteamiento de diseño: Tipo de arquitectura: centralizada o distribuida Topología Medio de transmisión Protocolo de comunicaciones Interfaces Sensores Actuadores Fuente de alimentación 15 Estructura de los sistemas de control para EI Arquitectura: Centralizada: un computador central (PC, por ejemplo), supervisa toda la instalación. Versátil pero poco fiable Distribuida: cada elemento (o tipo de elementos) a supervisar tiene un elemento de control específico. Mixta Topología de la red: en estrella, en bus, etc. 16
Estructura de los sistemas de control para EI Medios de transmisión: Conductores eléctricos: Red eléctrica (corrientes portadoras): bajo coste (instalación existente), facilidad de conexión, baja velocidad de transmisión, poca fiabilidad, necesidad de filtro. Cable, par de cables, par apantallado, pares trenzados Cable coaxial: video y datos de alta velocidad Fibra óptica: Fiabilidad, inmunidad al ruido, alta velocidad, elevado coste. Inalámbricos: Infrarrojos: pequeñas distancias Radifrecuencia (similar a los teléfonos inalámbricos): instalación más sencilla que con cableado, muy versátil, interferencias. 17 Estructura de los sistemas de control para EI Protocolos: Formatos de intercambio de datos, mensajes y órdenes entre los distintos elementos. Estándar: Reconocidos por organizaciones o agrupaciones de usuarios: X10, EIB, EHS o LonWorks. Gran interés comercial. Propietarios: desarrollados por una empresa para interconectar sus propios productos. Interfaces: Elementos que adaptan las características mecánicas o eléctricas de dos dispositivos distintos para hacerlos compatibles. Por ejemplo, la interfaz entre un bus y un sistema a supervisar. 18
Estructura de los sistemas de control para EI Sensores: Presencia Humo Humedad Temperatura Presión Intensidad luminosa Elementos a supervisar (actuadores): Relés Electroválvulas Interrupciones Altavoz Etc. 19 Estructura de los sistemas de control para EI Fuentes de alimentación: Suministra energía a los distintos elementos activos de la red. Modalidades: Fuente de alimentación estándar (AC DC) Sistema de alimentación ininterrumpida: Batería (con cargador), de mayor o menor duración, dependiendo del nodo (8 horas, por ejemplo) Supervisor de la alimentación 20
Estructura de los sistemas de control para EI Tipos de nodos: Nodos de control estándar: Ejecutan los programas de control Controlan los parámetros de cada estancia. Nodos de supervisión: interfaces con el entorno: Alarmas técnicas (agua, gas, humo y fuego) Detección de intrusos (Vigilancia y simulación de presencia) Sirena interior (avisador acústico y rearme de alarmas) Luces exteriores Nodo telefónico: comunicaciones interiores y exteriores. Control de las funciones de supervisión mediante el teclado o voz, a través de un teléfono Nodo de portero Nodo de TV: puede realizarse la supervisión con el mando a distancia y la pantalla de TV 21 Estructura de los sistemas de control para EI Tipos de nodos (continuación): Nodos exteriores: Sirena exterior, medidor de la luz exterior. Nodos de comunicaciones: Repetidores Dispositivos de encaminamiento ( routers ) y pasarelas ( gateway ). 22
Estructura de los sistemas de control para EI: Sistemas distribuido con bus Bus de comunicaciones Sensor Sensor Procesador Actuador Consignas Procesador Actuador Procesador Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Consignas Actuador Procesador Sensor Consignas Procesador Actuador Nodo de la red Señales digitales (cable o fibra) 23 Factores para el diseño Criterios de diseño: Preinstalación del sistema en la fase de construcción Facilidad de ampliación e incorporación de nuevas funciones Simplicidad de uso Grado de estandarización e implantación de los elementos del sistema Variedad de elementos de control y de funciones disponibles Servicio post-venta 24
Situación actual Aspectos: Hogar interactivo: teletrabajo y teleenseñanza Hogar automatizado USA Estándar CEBus para el hogar Proyecto Smart House: cabla unificado para todos los sistemas (electricidad, antenas, TV. Teléfono, alarmas, Internet, etc.). Marketing: Casas-laboratorio (2); casas-prototipo (15), casas- demostración (100) 25 Situación actual Japón: Ya en 1990 había más de 600.000 instalaciones domóticas En la actualidad más de 8 millones. La tendencia es hacia el hogar automatizado Europa: Grandes inversiones con los programas Eureka y ESPRIT. Francia: puede considerarse país pionero (Minitel videotexto interactivo-, Casa Lyon Panorama, proyecto HD2000) Países nórdicos: un gran desarrollo en telecomunicaciones y ahorro energético 26
Inteligencia? Por lo general se utilizan sistemas de control y tecnología muy convencional Desde el punto de vista de las Tecnologías de la Información y de las comunicaciones, la Domótica es una aplicación más. Inteligencia: Aprendizaje Adaptación Modelos para sistemas inteligentes: redes neuronales artificiales 27 ARQUITECTURA DE CONTROL DISTRIBUIDO 28
ELEMENTOS DE SISTEMA DOMOTICA PARA CONTROL DISTRIBUIDO 29 LISTA DE DISPOSITIVOS PARA CONTROL DOMOTICO DISTRIBUIDO INTERRUPTORES CONFIGURABLES (LUCES, PERSIANAS, ETC.. RELES Y CONTACTORES PARA ACTIVACIÓN DISPOSITIVOS DE POTENCIA TERMOSTATOS PROGRAMADORES HORARIOS CONTROLADORES DE INTENSIDAD LUMINOSA ACTUADORES PARA PERSIANAS INTERFACES PARA COMPUTADOR CONSOLAS VISUALIZADORES MANDOS A DISTANCIA OTROS: FUENTES DE ALIMENTACION, ACOPLADORES DE LINEA,.. 30
31 SOFTWARE ESPECIFICO DE VISUALIZACION DOMOTICA 32
APLICACIONES DE CONTROL DOMOTICO SEGURIDAD ( INTRUSOS, INCENDIOS, AGUA, GAS,...) CONTROL DE ACCESOS TELEASISTENCIA CLIMATIZACION (CALEFACCION, AGUA CALIENTE, AIRE ACONDICIONADO, VENTILACION) ILUMINACION RIEGO CONFORT (PERSIANAS, TOLDOS, PUERTAS.. ) COMUNICACIONES (TELEFONIA, REDES DE DATOS,... INTERNET) SISTEMAS MULTIMEDIA (TV, AUDIO, VIDEO, DVD,...) ELECTRODOMESTICOS CONTROL Y GESTION DE ENERGIA 33 GESTION ENERGETICA CALEFACCION AGUA CALIENTE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE VENTILACION ILUMINACION 34
FUENTES DE ENERGIA ELECTRICIDAD GAS FUEL-OIL CARBÓN ENERGIA SOLAR 35 FUNCIONES PARA LA GESTION ENERGETICA REGULACION PROGRAMACION OPTIMIZACION DESCONEXION SEGURIDAD 36
REGULACION SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO CONTROL EN LAZO CERRADO CONTROL TODO-NADA 37 REGULACION EN FUNCION DE LAS CONDICIONES EXTERNAS Potencia -10 +20 Temperatura externa EMISOR CONTROLADOR MEDIDOR 38
REGULACION EN FUNCION DE LA TEMPERATURA INTERNA MEDIDOR EMISOR CONTROLADOR 39 REGULACION CON UNA UNICA RED DE REGULACION DISTRIBUCION LOCAL MEDIDOR Temp-Exterior CONTROLADOR P GENERADOR T 40
REGULACION PARA INSTALACION MIXTA: BASE + APOYO MEDIDOR Temp-Exterior CONTROLADOR P Suelo radiante + convección Punta GENERADOR Fondo T 41 CALEFACCION POR SUELO RADIANTE 42
PROGRAMACION PERIODICA (mediante programador horario): Parando los equipos Desplazando la Temperatura deseada Ejemplos Reducción nocturna de calefacción o aire acondicionado, agua caliente o calefacción. NO PERIODICA Con detectores de presencia (infrarrojos). Sólo se pone en marcha los dispositivos de climatización cuando hay ocupación 43 DESCONEXION DE EQUIPOS Cuando el consumo de potencia alcanza un determinado nivel. Se usa para no superar la potencia contratada (Ahorro importante de costes energéticos). Se desconectan los equipos según prioridades: Ejemplo: Prioridad de la cocina eléctrica frente a calefacción, lavadora o agua caliente. Sistemas de desconexión: Por programa (se corta el termo por la noche) Por umbral (se desconecta una carga si se supera la potencia) Integrador (Seguimiento continuo cada 10 minutos, alternancia en equipos) 44
OPTIMIZACION Minimización de costes (valorando vida de los equipos y confort usuarios). Programación optimizada: Cálculo hora arranque para conseguir la temperatura deseada en función de la Temp. Ambiente, la Temp. Exterior y las paradas previstas. Debe ser autoadaptativa: hay que tener en cuenta los resultados de los días anteriores y el comportamiento dinámico de todo el sistema. Optimización de calefacción eléctrica (evitar las horas punta) Optimización con acumuladores de calor. Carga de acumuladores con tarifa nocturna y descarga diurna de calor. 45 EJEMPLO DE OPTIMIZACION 46
SEGURIDAD PROTECCION DE INSTALACIONES (Y DE PERSONAS) LIMITACION DE TEMPERATURAS DEL AGUA (CON TERMOSTATOS DE SEGURIDAD) LIMITACION DE LAS TEMPERATURAS DEL AIRE LIMITACION DE PRESIONES (PRESOSTATOS) SEGURIDADES EN QUEMADORES DE GASOIL (DETECTORES DE LLAMA) Y DE GAS 47 TECNOLOGIAS ACTUALES (I) Tecnologías Cableadas - Bus Europeo de Instalación (EIB) -LonWorks. - Sistemas Propietarios. - Ethernet (?) Tecnologías por Corrientes Portadoras - Sistema X10. - European Home System (EHS) 48
TECNOLOGIAS ACTUALES (II) Tecnologías Inalámbricas - Home RF. -HiperLan2. - IEEE 802.2. - Infrarrojos. -Bluetooth. 49 TECNOLOGIAS ACTUALES (III) Nuevas Iniciativas - Konex - Jini -HomePlug -HomePna - Upnp. 50