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INTRODUCCION A LOS “EDIFICIOS
INTELIGENTES” Y DOMOTICA
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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
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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 deviviendas (fabricas, hospitales, oficinas, centros docentes,hoteles, etc.)
Domotique, smart house, home automation, home systems,...
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Definición
DOMOTICA
Seguridad
Confort Energía
Comunicaciones
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Características y objetivos
Motivaciones:
El hombre trata de reducir al máximo su trabajo físico. Nuevos comportamientos y usos en la humanidad:
Problemas de seguridadTrabajan ambos cónyugesCada vez hay más personas de la tercera edad.
Minusvalías.TeletrabajoMayor conciencia sobre los problemas ecológicos
(reducción del consumo de energía, etc.).
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Características y objetivos
Se trata de asegurar a los usuarios del edificio un aumento delconfort, de la seguridad, del ahorro energético y de las funcionesde 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 porteléfono, etc.): seguridad y confort
Programación: de acciones en función de condiciones delentorno (movimiento, hora, T interior, T exterior, etc,): riegodel jardín: aumento de confort y ahorro de tiempo y deenergía,
Acceso a servicios externos: información, telecompra,telebanco, telemédico, etc.: ahorro de tiempo
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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 yagua, etc. Desvio de llamadas telefónicas a bomberos,policía, propietario, etc.
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Aspectos a automatizar (Aplicaciones)
Comunicación Interna: integración de videoportero, TV, PC, red
telefónica, etc.: Visualización de imágenes internas oexternas, 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.
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Aspectos a automatizar (Aplicaciones)
Gestión energética
Se controla el consumo de energía eléctrica mediante:Termostatos (aire acondicionado, etc.)TemporizadoresRelojes programadores (tarifas nocturnas de electricidad)Desconexión automática de aparatos, cuando se
sobrepasa un determinado nivel de potencia,
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Aspectos a automatizar (Aplicaciones)
Confort
Control automático de servicios y sistemas:Calefacción
Agua calienteRefrigeraciónIluminaciónMúsica ambiental AccesosPersinasToldos VentanasRiego automático
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Aspectos a automatizar (Aplicaciones)
Otros Aspiración centralizada Electrodomésticos inteligentes
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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, yde un determinado programa, generan las señales que controlanlos actuadores.Son los que realmente realizan el control
Red de comunicación (bus de comunicaciones): interconecta losdistintos elementos del sistema, y, posiblemente, una red externa(Internet, tlf, ...).
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Estructura de los sistemas de control para EI
Esquema
Sensores Actuadores
Consignas
ProcesadorProcesador
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Estructura de los sistemas de control para EI
Sensores Actuadores
Consignas
ProcesadorProcesador
Temperatura Presión Posición Sonido Humo Presencia, etc.
Relé Electroválvula, Motor, Altavoz, etc.
Teclado, mando a distancia, pantalla táctil, etc.
PC Microprocesador Microcontrolador PLC Autómata programable, etc.
Señales analógicas y digitales
Señales analógicas y digitales
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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
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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.
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Estructura de los sistemas de control para EI
Medios de transmisión:
Conductores eléctricos: Red eléctrica (corrientes portadoras): bajo coste (instalaciónexistente), 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.
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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 suspropios productos.
Interfaces: Elementos que adaptan las características mecánicas o eléctricas
de dos dispositivos distintos para hacerlos compatibles. Porejemplo, la interfaz entre un bus y un sistema a supervisar.
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Estructura de los sistemas de control para EI
Sensores:Presencia
HumoHumedadTemperaturaPresiónIntensidad luminosa
Elementos a supervisar (actuadores):RelésElectroválvulasInterrupciones AltavozEtc.
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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
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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 exterioresNodo telefónico: comunicaciones interiores y exteriores. Control de
las funciones de supervisión mediante el teclado o voz, a través deun teléfonoNodo de porteroNodo de TV: puede realizarse la supervisión con el mando a
distancia y la pantalla de TV
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Estructura de los sistemas de control para EI
Tipos de nodos (continuación) :
Nodos exteriores: Sirena exterior, medidor de la luz exterior. Nodos de comunicaciones:
RepetidoresDispositivos de encaminamiento (“routers”) y pasarelas(“gateway”).
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Estructura de los sistemas de control para EI:Sistemas distribuido con bus
Bus de comunicaciones
Sensor ActuadorConsignas
Señales digitales (cable o fibra)
Procesador
Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz
Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz
Consignas Consignas Procesador
Procesador
Procesador
ProcesadorSensor
Sensor Actuador
Interfaz
Actuador
Actuador
Nodo de la red
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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
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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)
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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, proyectoHD2000)
Países nórdicos: un gran desarrollo en telecomunicaciones yahorro energético
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¿Inteligencia?
Por lo general se utilizan sistemas de control y tecnología muyconvencional
Desde el punto de vista de las Tecnologías de la Información yde las comunicaciones, la Domótica es una aplicación más.
Inteligencia:
Aprendizaje Adaptación
Modelos para sistemas inteligentes: redes neuronales artificiales
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ARQUITECTURA DE CONTROL DISTRIBUIDO
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ELEMENTOS DE SISTEMA DOMOTICA PARACONTROL DISTRIBUIDO
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• INTERRUPTORES CONFIGURABLES (LUCES, PERSIANAS, ETC ..
• RELES Y CONTACTORES PARA ACTIVACIÓN DISPOSITIVOS DEPOTENCIA
• 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, ..
LISTA DE DISPOSITIVOS PARA CONTROLDOMOTICO DISTRIBUIDO
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SOFTWARE ESPECIFICO DE VISUALIZACION DOMOTICA
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• 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
APLICACIONES DE CONTROL DOMOTICO
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GESTION ENERGETICA
CALEFACCION AGUA CALIENTE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
VENTILACIONILUMINACION
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FUENTES DE ENERGIA
ELECTRICIDAD
GASFUEL-OILCARBÓNENERGIA SOLAR
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FUNCIONES PARA LA GESTION ENERGETICA
REGULACIONPROGRAMACIONOPTIMIZACION
DESCONEXIONSEGURIDAD
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REGULACION
SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
CONTROL EN LAZO CERRADOCONTROL TODO-NADA
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REGULACION EN FUNCION DE LASCONDICIONES EXTERNAS
CONTROLADOR
MEDIDOR
EMISOR
Potencia
Temperaturaexterna
-10 +20
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REGULACION EN FUNCION DE LA TEMPERATURAINTERNA
CONTROLADOR
MEDIDOR
EMISOR
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REGULACION CON UNA UNICA RED DEDISTRIBUCION
GENERADOR
MEDIDOR Temp-Exterior
CONTROLADOR P
T
REGULACIONLOCAL
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REGULACION PARA INSTALACION MIXTA:BASE + APOYO
Suelo radiante + convección
GENERADOR
MEDIDOR Temp-Exterior
CONTROLADOR
Fondo
Punta
P
T
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CALEFACCION POR SUELO RADIANTE
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PROGRAMACION
• PERIODICA (mediante programador horario):
• Parando los equipos
• Desplazando la Temperatura deseada
• Ejemplos
• Reducción nocturna de calefacción o aireacondicionado, agua caliente o calefacción.
• NO – PERIODICA
• Con detectores de presencia (infrarrojos).
• Sólo se pone en marcha los dispositivos de
climatización cuando hay ocupación
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DESCONEXION DE EQUIPOS
• Cuando el consumo de potencia alcanza un determinado nivel.
• Se usa para no superar la potencia contratada (Ahorroimportante de costes energéticos).
• Se desconectan los equipos según prioridades:
• Ejemplo: Prioridad de la cocina eléctrica frente acalefacción, 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 lapotencia)
• Integrador (Seguimiento continuo cada 10 minutos,alternancia en equipos)
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OPTIMIZACION
• Minimización de costes (valorando vida de los equipos yconfort usuarios).
• Programación optimizada:
• Cálculo hora arranque para conseguir la temperaturadeseada en función de la Temp. Ambiente, la Temp.Exterior y las paradas previstas.
• Debe ser autoadaptativa: hay que tener en cuenta losresultados de los días anteriores y el comportamientodinámico de todo el sistema.
• Optimización de calefacción eléctrica (evitar las horas punta)
• Optimización con acumuladores de calor.
• Carga de acumuladores con tarifa nocturna y descargadiurna de calor.
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EJEMPLO DE OPTIMIZACION
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SEGURIDAD
• PROTECCION DE INSTALACIONES (Y DE PERSONAS)
• LIMITACION DE TEMPERATURAS DEL AGUA (CON TERMOSTATOSDE SEGURIDAD)
• LIMITACION DE LAS TEMPERATURAS DEL AIRE
• LIMITACION DE PRESIONES (PRESOSTATOS)
• SEGURIDADES EN QUEMADORES DE GASOIL (DETECTORES DELLAMA) Y DE GAS
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Tecnologías Cableadas
- Bus Europeo de Instalación (EIB)
- LonWorks.
- Sistemas Propietarios.
- Ethernet (?)
Tecnologías por Corrientes Portadoras
- Sistema X10.
- European Home System (EHS)
TECNOLOGIAS ACTUALES (I)
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Tecnologías Inalámbricas
- Home RF.
- HiperLan2.
- IEEE 802.2.
- Infrarrojos.
- Bluetooth.
TECNOLOGIAS ACTUALES (II)
50
Nuevas Iniciativas
- Konex
- Jini
- HomePlug
- HomePna
- Upnp.
TECNOLOGIAS ACTUALES (III)