Montaje de los cuadros de control y dispositivos eléctricos y electrónicos de los sistemas domóticos e inmóticos. ELEM0111

Bibliografía

Capítulo 1

Elementos fundamentales para el montaje de los sistemas domóticos e inmóticos

1. Introducción

Los términos domótica e inmótica definen el conjunto de servicios proporcionados por los sistemas tecnológicos integrados que permiten satisfacer un conjunto de necesidades básicas de seguridad, comunicación, ahorro energético y confort. Los continuos avances electrónicos y tecnológicos permiten la implementación de sistemas domóticos e inmóticos, destinados a viviendas y edificios respectivamente, sobre un entorno cotidiano que permiten al usuario utilizar determinadas funcionalidades de forma automatizada y controlada.

A lo largo de este capítulo se realizará un estudio de los elementos fundamentales que componen los sistemas domóticos e inmóticos, así como sus características dependiendo de su instalación y principios de funcionamiento.

Asimismo se analizará la gama de productos electrónicos disponibles para el sector domótico e inmótico, sus áreas y servicios de aplicación, se definirán las normativas establecidas y se identificarán los dispositivos que integran la instalación.

2. Clasificación de los sistemas domóticos e inmóticos

Para comenzar se va a definir qué es un sistema domótico e inmótico, se analizarán las diferencias existentes entre un tipo de sistema y otro, se describirán las características generales, topologías de red utilizadas y normativas aplicables sobre instalaciones basadas en sistemas domóticos e inmóticos.

Un sistema domótico se define como el conjunto de tecnologías aplicadas a la automatización y control de la vivienda de forma inteligente, realizando una gestión eficiente sobre el gasto energético, proporcionando seguridad, bienestar, confort y comunicación entre el usuario y el sistema. El término domótica tiene su origen en la palabra del latín domus (casa) y el sufijo tica relacionado con áreas tecnológicas como la informática, robótica y automática. Los sistemas domóticos aportan una solución tecnológica a nuevas formas de vida basadas en el diseño de viviendas de forma personalizada, flexible y funcional en nuestro día a día así como el aumento de calidad de vida. Una instalación domótica en una vivienda proporciona numerosas ventajas en el día a día del usuario como protección del hogar, aumento de calidad de vida, mayor valor de la propiedad y ahorro energético.

Un sistema inmótico se define como el conjunto de tecnologías aplicadas a la automatización de forma inteligente de edificios no destinados a la vivienda como por ejemplo universidades, escuelas, hospitales, centros comerciales y hoteles, realizando una gestión energética eficiente, y proporcionando seguridad, confort y comunicación entre el usuario y el sistema. Los sistemas inmóticos permiten realizar un control energético eficiente mediante la configuración de funciones dependiendo de las necesidades de cada usuario y de cada edificio en el que se instala el sistema inmótico. La gestión y control del edificio proporciona información sobre el funcionamiento, servicios, mantenimiento y especialmente sobre el consumo energético innecesario. Dicha información permitirá analizar, supervisar y optimizar la eficiencia energética en los edificios y aplicar medidas correctivas para su mejora.

Los sistemas domóticos e inmóticos tienen como principal objetivo integrar un conjunto de equipos en un único sistema que pueda ser controlado por el usuario a través de un dispositivo, teléfono móvil, PC o unidad de control central.

Una solución domótica puede variar desde incorporar un único dispositivo que realiza una sola acción hasta sistemas más complejos que controlen todas las instalaciones de una vivienda. Los dispositivos que componen una instalación domótica son el controlador, actuador, sensor, bus de comunicaciones y elementos auxiliares y de interfaz.

Nota

En la actualidad, el sector domótico ofrece más funcionalidades a menor coste además de una amplia gama de productos, que gracias a la evolución tecnológica, permiten una fácil instalación y utilización por parte del usuario.

Actividades

1. ¿Cuál es la principal diferencia entre un sistema domótico y un sistema inmótico?

2. ¿Cuál es el objetivo principal de una instalación domótica e inmótica?

2.1. Tipos de arquitecturas para sistemas domóticos e inmóticos

Anteriormente se ha comentado que un sistema automatizado está compuesto por un conjunto de equipos como controladores, sensores y actuadores. Dependiendo del equipo en el que reside la inteligencia del sistema, se encuentran distintos tipos de arquitecturas para los sistemas domóticos e inmóticos como se muestra a continuación:

Arquitectura centralizada: su funcionamiento se basa en un controlador centralizado, que recibe toda la información necesaria producida por los diferentes sensores que componen el sistema. Esta información es procesada generando una serie de órdenes y finalmente enviada a los actuadores del sistema.

Arquitectura distribuida: en este tipo de arquitectura la inteligencia está distribuida por todos los módulos que componen el sistema, ya sean sensores o actuadores.

Arquitectura mixta: esta arquitectura es una combinación de las dos anteriores, en la que hay varios elementos de control (arquitectura descentralizada) encargados de adquirir y procesar información para finalmente transmitirla al resto de dispositivos que componen el sistema.

A continuación, se muestra una tabla donde se reflejan las ventajas e inconvenientes sobre la utilización de los tipos de arquitectura centralizada, distribuida y mixta.

La gran diferencia en cuanto a los aspectos de arquitectura entre un sistema domótico y un sistema inmótico se encuentra en que un sistema de tipo inmótico utiliza una arquitectura intermedia entre centralizada y distribuida, es decir, una arquitectura semidistribuida (mixta) debido a que un sistema inmótico normalmente debe controlar edificios de grandes dimensiones.

Importante

En un sistema inmótico se suele utilizar una arquitectura semidistribuida debido a la necesidad de controlar edificios de grandes dimensiones e instalaciones más extensas.

Actividades

3. ¿Qué ventajas proporciona al usuario la utilización de un sistema domótico en su vida cotidiana? ¿Y un sistema inmótico en un edificio?

4. Defina brevemente los distintos tipos de arquitecturas empleadas para los sistemas domóticos e inmóticos.

2.2. Medio de transmisión

Todo sistema inteligente está dotado de uno o varios elementos de control, que son los encargados de intercambiar la información, recibiendo y enviando datos entre los distintos dispositivos físicos a través de un medio de transmisión como puede ser un cableado de par trenzado, conexionado inalámbrico, radio frecuencia, corrientes portadoras o comunicación con fibra óptica. Los medios de transmisión utilizados dentro de la red formada por los distintos dispositivos que componen un sistema inteligente se pueden clasificar de la siguiente forma:

Medios dedicados: fibra óptica, par trenzado, cable coaxial.

Bus: KNX, LonWorks, CEBus.

Medios compartidos: red eléctrica, radiofrecuencia, infrarrojo.

Corrientes portadoras: X-10.

Inalámbrico: GammaWave, Z-Wave, Bluetooth, Zigbee, wifi.

Tipos de sistemas de transmisión domóticos e inmóticos

Dentro de un sistema domótico/inmótico la información se transmite a través de un soporte físico, es decir, la información se transmite por un medio de transmisión adaptado y adecuado a la comunicación entre los dispositivos dependiendo de la caracterización y tecnología empleada como se muestra a continuación:

Sistema punto a punto. Este sistema se caracteriza por necesitar un par de cables para unir los diferentes actuadores y sensores con la unidad central que es la encargada de manejar, dirigir y gestionar el funcionamiento de todo el sistema.

Sistemas basados en bus. Los sistemas basados en bus son aquellos en los que cada uno de los dispositivos que componen el sistema están unidos a un bus mediante el cual se lleva a cabo la comunicación. Este bus transporta la información y señales de comunicación entre la unidad de control, sensores y actuadores.

Sistemas inalámbricos. Los sistemas inalámbricos utilizan mensajes de radiofrecuencia para realizar la comunicación entre los dispositivos del sistema de manera que cada módulo deberá incorporar emisores y receptores para dicha comunicación, su utilización sustituye al numeroso y complejo cableado.

Sistemas con corrientes portadoras. Estos sistemas transmiten los datos de la red a través de las líneas de distribución eléctrica, no siendo el sistema más recomendable para la transmisión de datos, ya que la red eléctrica puede provocar la distorsión de la señal y el funcionamiento erróneo del sistema.

Definición

Protocolo de comunicaciones

Conjunto de normas y reglas que permiten a dos o más dispositivos establecer una comunicación entre ellos y enviarse información dentro del sistema.

Actividades

5. Busque información en internet sobre las tecnologías inalámbricas Bluetooth y Zigbee utilizadas en sistemas domóticos e inmóticos y analiza sus diferencias.

6. Realice un esquema sobre los distintos sistemas de transmisión dentro de una red domótica e inmótica.

Recuerde

La utilización de sistemas inalámbricos tiene como ventaja la eliminación del extenso cableado para la interconexión de los dispositivos que componen el sistema.

Una vez definidos los distintos grupos de medios de transmisión que se pueden encontrar en un sistema domótico e inmótico, habrá de centrarse en el desarrollo de dos tipos de medios de transmisión, los medios de transmisión por cable y los medios de transmisión inalámbricos.

A continuación, se van a describir cada uno de los medios de transmisiones cableadas e inalámbricas que más se usan habitualmente en la implantación e instalación de sistemas inteligentes domóticos e inmóticos.

Medios de transmisión cableados

Los medios de transmisión cableados, también llamados guiados, están compuestos por cables que se encargan de la conducción de las señales a través del sistema y sus características técnicas dependerán del tipo de conductor utilizado.

Los medios de transmisión cableados más utilizados en sistemas automatizados son:

DSL (Digital Subscriber Line): término que define las tecnologías de conexión digital a través de la línea telefónica básica (línea de suscripción digital).

Fibra óptica: cableado compuesto por materiales plásticos o vidrio y un hilo muy fino transparente en su centro. Su funcionamiento se realiza mediante envío de pulsos de luz que representan los datos y señales transmitidos.

Power Line Comunications (PLC): comunicación basada en el cableado de la red eléctrica convencional. Su funcionamiento consiste en transmitir señales de radio, aprovechando la red eléctrica para convertirla en una línea de datos digital de alta velocidad.

X-10: es un sistema o protocolo que realiza su funcionamiento y establece la comunicación de los dispositivos a través de la red eléctrica convencional. Transmite señales de control en formato de digital entre los equipos de automatización instalados en el hogar mediante ráfagas de pulsos de radio frecuencia a 120 KHz y sincronizados con la señal de red (50 Hz o 60 Hz).

Cable de fibra óptica, componente de Power Line Comunication (PLC) y módulo X-10 para lámpara (© Fotografía 1: Hhedeshian; Fotografía 2: Feureau Vía Web - CC BY-SA 3.0).

Cable coaxial y par trenzado: compuestos por materiales metálicos utilizados en la mayoría de infraestructuras de comunicaciones sobre viviendas y edificios, los más utilizados suelen ser de cobre. Las características y composición de los cables tipo coaxial y par trenzado son las siguientes:

Par trenzado: dos cables de cobre aislados entre sí mediante material aislante de forma entrelazada con el objetivo de reducir las interferencias y aumentar la potencia, transmisión de datos, voz y alimentación.

Cable coaxial: está formado por un conductor central de cobre encargado de transportar la información y un conductor exterior denominado malla que sirve como referencia de tierra. Entre ambos conductores se sitúa una capa aislante denominada dieléctrico y permite transmitir datos, señales de control, video y televisión.

Recuerde

Un sistema basado en X-10 utiliza la red de suministro eléctrico para el control y gestión de los dispositivos que integran el sistema automatizado.

Medios de transmisión inalámbricos

Los medios de transmisión inalámbricos o no guiados realizan la transmisión y recepción de señales y datos a través de antenas integradas dentro del sistema automatizado. A continuación, se detallan algunos de estos medios de transmisión inalámbricos:

Wifi: medio de transmisión de datos que utiliza ondas de radio, sin ningún tipo de cables y basado en el estándar IEEE 802.11.

GPRS (General Packet Radio Service): es una extensión del sistema global para la transmisión de datos no conmutados o también denominado por paquetes, que se utiliza en las comunicaciones móviles. Con la tecnología GPRS se pueden utilizar servicios como mensajes cortos (SMS), multimedia (MMS), internet, navegación y correo electrónico.

Bluetooth: protocolo especialmente orientado a dispositivos de bajo consumo, basado en transceptores de bajo coste y con baja cobertura. Permite la comunicación entre diferentes dispositivos para la transmisión de voz y datos mediante radiofrecuencia en la banda de 2,4 GHz, facilitando la sincronización de datos y la comunicación entre dispositivos fijos y móviles.

Radiofrecuencia (RF): se sitúa en el espectro electromagnético entre los 3 Hz y los 300 GHz. Esta tecnología es utilizada para la transmisión de datos y señales en la vivienda, ideal para controlar una infraestructura domótica, pero tiene el inconveniente de ser muy sensible a las perturbaciones e interferencias provocadas por las ondas electromagnéticas.

Infrarrojos: para establecer la comunicación a través de infrarrojos, como mínimo es necesario dos LED de ondas infrarrojas, un dispositivo con función de emisor y otro dispositivo con función de receptor.

Zigbee: se trata de un conjunto de protocolos para redes inalámbricas basados en el estándar IEEE 802.15.4 sobre la banda de 2,4 GHz, de fácil integración y bajo consumo.

Ejemplos de módulo GPRS, enchufe con transmisión RF, sensor de movimientos infrarrojos y router inalámbrico Zigbee.

Nota

La comunicación inalámbrica mediante tecnología Zigbee está orientada para aplicaciones que requieren comunicaciones seguras, con baja tasa de envío de datos y extensa vida útil de sus baterías.

2.3. Topología

El concepto topología hace referencia a la forma en la que se diseña la red que compone un sistema, en este caso concreto un sistema domótico/inmótico. La topología de red representa la relación entre cada uno de los enlaces de los que se compone dicha red, es decir, representa la unión existente entre todos y cada uno de los dispositivos (también llamados nodos) enlazados entre sí. La topología de red únicamente determina el modo y configuración de las conexiones entre los distintos nodos que componen el sistema, dejando a un lado parámetros como las tasas de transmisión, conexiones físicas y tipos de señales. Existen cinco modos posibles de topología de red aplicables a un sistema domótico e inmótico éstas son la topología en malla, estrella, árbol, bus y anillo. A continuación, se muestran las características sobre las topologías de red existentes:

Topología en malla: cada dispositivo o nodo de la red está conectado mediante enlace punto a punto y dedicado con todos los demás nodos que componen la red, de tal manera que permite transmitir mensajes de un nodo a otro por diferentes caminos y sin ningún tipo de interrupción siempre y cuando la red de malla esté complemente conectada.

Topología en estrella: cada nodo o dispositivo tiene un único enlace punto a punto y dedicado hacia un controlador central (concentrador). De esta manera los dispositivos no establecen conexión entre sí y tampoco permite el tráfico y comunicación directa entre los dispositivos. El controlador central es el encargado de gestionar el tráfico de información, es decir, realiza la función de intercambiador entre el dispositivo que quiere enviar datos y el dispositivo que los pretende recibir.

Topología en árbol: la topología en árbol puede ser considerada como un conjunto de redes estrella ordenadas jerárquicamente. Al igual que en la topología estrella, los nodos del sistema están conectados a un controlador central, sin embargo, no todos los nodos se conectan de forma directa al controlador, en este caso la mayor parte de los dispositivos se conecta a un controlador secundario que, a su vez, permanece conectado al central. En este caso, los nodos no necesitan actuar como repetidores, ya que esa función la realiza el controlador central, los nodos únicamente necesitan transmitir y recibir señales.

Topología en bus: la topología en bus es denominada multipunto, cada uno de los nodos del sistema se conectan a un único canal de comunicaciones denominado bus. Todos los dispositivos conectados al bus comparten un mismo canal para establecer la comunicación entre ellos.

Topología en anillo: cada nodo tiene una conexión de entrada y otra de salida, cada nodo incorpora un receptor y un transmisor que permite la comunicación con los dispositivos situados a su lado izquierdo y derecho. La señal circula a lo largo del anillo pasando por cada nodo hasta alcanzar su destino y dirección determinada.

Recuerde

En el diseño de una topología de red, únicamente se establece el modo y configuración que se va a llevar a cabo entre los distintos nodos y dispositivos que integran el sistema.

Actividades

7. Describa brevemente los tipos de medios de transmisión por cable que se pueden encontrar dentro de un sistema automatizado.

8. ¿Qué tecnologías inalámbricas se pueden usar para efectuar la comunicación dentro de un sistema automatizado domótico e inmótico? Indique alguna característica de cada tecnología.

9. Dibuje un diagrama a modo de ejemplo sobre cada una de las topologías de red aplicables a los sistemas domóticos e inmóticos.

2.4. Nivel de domotización según normativa vigente. Instalaciones de sistemas domóticos en viviendas. Prescripciones generales de instalación y evaluación

La normativa referente al nivel de domotización sobre instalaciones de sistemas domóticos en viviendas y prescripciones generales de instalación y evaluación se basa en la especificación de AENOR EA0026: 2006, en la que colaboraron el comité de AENOR SC205 y CEDOM (Asociación Española de Domótica e Inmótica). Dicha normativa surgió por la necesidad de crear un documento con carácter más comercial que aglutinara algunos aspectos que no era posible incluir en la guía ITC-BT 51 Instalaciones de sistemas de auto-matización, gestión técnica de la energía y seguridad para viviendas y edificios.

La normativa EA0026 especifica los requisitos mínimos que debe cumplir una instalación domótica contemplando la legislación vigente en el área de domótica y establece la certificación de instalaciones domóticas en base a una clasificación de cuatro niveles dependiendo del nivel alcanzado: Nivel 0 (preinstalación), Nivel 1 (básico), Nivel 2 (intermedio) y Nivel 3 (excelente).

Un sistema domótico es considerado como tal cuando alcanza el Nivel 1 en su instalación y evaluación cumpliendo los requisitos mínimos establecidos. Estas especificaciones sirven como referencia para la certificación de sistemas domóticos de viviendas y tiene como objetivos impulsar el desarrollo del mercado domótico, establecer unas prescripciones generales y requisitos mínimos de instalación, comparación de precios y ofertas en el mercado así como certificar y garantizar la calidad de la instalación y su correcto funcionamiento.

El documento fue dirigido y orientado a tres actores diferenciados a la hora de promover el uso e instalaciones de sistemas domóticos como son los siguientes:

Usuario final: definir necesidades, valorar presupuestos y ofertas del mercado.

Instalador: permitir el acceso a nuevas oportunidades de negocio y conseguir la certificación como instalador que garantiza calidad en la instalación.

Promotor: permitir la satisfacción de las necesidades de sus clientes y evolucionar en el sector residencial.

Durante la elaboración de esta normativa se planteó incluir instalaciones en viviendas y en edificios, pero tras el análisis de la variedad de usos y edificios existentes se desestimó. Por esta causa, la elaboración de la normativa EA0026 se centró en las viviendas y en la evaluación de aplicaciones sobre confort, seguridad, ahorro energético y comunicaciones.

A continuación, se muestra una tabla con las condiciones para determinar el nivel de domotización de una vivienda en cada uno de sus niveles partiendo del nivel mínimo (Nivel 1) para considerarse sistema domótico:

NIVEL 0: preinstalación.

Dejar preparada la vivienda para su posterior instalación domótica.

Elementos necesarios: cuadro eléctrico, cajas de derivación y línea de conexionado.

NIVEL 1: nivel básico, 13 dispositivos y 3 aplicaciones como mínimo.

Gestión de energía: programación de sistema de climatización, electrodomésticos, tarifa nocturna de energía y control de alumbrado.

Protección de bienes y personas: detección de fugas de gas y agua, así como iluminación programada para simulación de presencia.

NIVEL 2: nivel medio, 30 dispositivos para 3 aplicaciones como mínimo.

Gestión de energía: igual que el nivel básico y racionalización de circuitos.

Protección de bienes y personas: igual que el nivel básico y detección de incendios y presencia.

Confort: visualización de video y TV en diferentes estancias.

Comunicación: utilización de mando telefónico.

NIVEL 3: nivel superior, 45 dispositivos para 6 aplicaciones como mínimo.

Gestión de energía: igual que el nivel medio, además de conexión automática y programación de alumbrado interior y exterior.

Protección de bienes y personas: igual que el nivel medio, además de alerta médica sanitaria, llamada de auxilio, emergencia, etc.

Confort: igual que el nivel medio, además de automatización de toldos, persianas, control de iluminación interior, simulador de presencia en garaje y estancias.

Comunicación: igual que el nivel medio, además de videoportero, transmisión de alarmas, incidencias, etc.

El nivel domótico se determina sumando las sumas parciales de cada una de las aplicaciones integradas en la vivienda obteniendo de esta forma la suma total ponderada que establecerá el nivel de domótica correspondiente. Además de la suma total, se debe obtener el número de aplicaciones domóticas cubiertas, es decir, el número de aplicaciones domóticas en las que se