La automatización de edificios construida a partir de la experiencia en el sector industrial

Los edificios, ya sean centros comerciales, viviendas o dedicados a oficinas, son sistemas complejos que incluyen subsistemas cruciales para el buen funcionamiento de éstos: iluminación, climatización, protección contra incendios, etc. Muchas veces, lo que pasa desapercibido es el complejo y constantemente activo mecanismo de control para mantener las condiciones adecuadas de habitabilidad, ocupación o almacenamiento en cada área individual. Los procesos son generalmente los mismos que en los sistemas de producción: gran cantidad de sensores se monitorizan constantemente para obtener la lectura del producto final (por ejemplo, la temperatura de una habitación), que se obtiene como resultado del control de diferentes equipos en función de las mediciones tomadas.

Ya han quedado muy atrás los tiempos en los que el control se limitaba casi exclusivamente a la calefacción y aire acondicionado. Con la atención puesta en la eficiencia energética, hoy en día los sistemas tradicionales de ventilación y calefacción están siendo reemplazados por colectores solares o bombas de calor. El calor disipado en determinadas zonas con sobretemperatura se recicla por medio de intercambiadores de calor. Sistemas fotovoltaicos también ayudan a alcanzar la potencia energética requerida por el edificio. Sofisticados sistemas monitorizados de distribución de aire reducen las necesidades de calefacción en invierno y de enfriamiento en verano. Incluso en algunos casos la automatización va más allá, controlando que el suministro de energía a elementos tales como ordenadores, máquinas o iluminación de habitaciones sea suministrado sólo cuando es necesario. La integración de dispositivos de emergencia tales como detectores de humo, circuitos de agua o iluminación de emergencia también es frecuente.

Incluso los equipos que se controlan tienen similitudes con los encontrados en la industria: en su mayor parte implica el control de servoaccionamientos para la operación de bombas, ventiladores, compresores, ‘flaps’ o actuadores diversos. La única diferencia: en automatización de edificios las demandas de tiempos de reacción tanto en lazo abierto como cerrado son menos restrictivas que en la ingeniería de procesos, donde frecuentemente se requieren respuestas del orden de microsegundos.

¿Qué mejor que utilizar una tecnología ya ampliamente reconocida y que gracias a su nivel de rendimiento cumple sobradamente con los requerimientos de la automatización de edificios? La solución integra todos los aspectos necesarios: desde la lectura individualizada de los sensores al control inteligente de motores y servoaccionamientos, desde la automatización de subsistemas (HVAC, iluminación, etc.) a la visualización total del sistema. Todo ello proviene directamente del mismo proveedor, eliminando así interfaces entre productos de diferentes proveedores y utilizando herramientas de software adecuadas que permiten un desarrollo rápido y seguro de la solución completa.

Este tipo de solución completa es la que suministra B&R, especialista en el suministro de sistemas de automatización de máquinas y sistemas. Cubre el proceso en su totalidad: desde la gestión con el sistema de control de procesos B&R Aprol hasta la configuración de la CPU del autómata, desde el interface de comunicación de los autómatas de la familia X20 hasta el control de los servoaccionamientos inteligentes de las familias Acopos y Acoposmulti.

Los distintos elementos que forman parte del sistema interactúan entre ellos por medio del bus de alta velocidad Powelink, que está basado en Ethernet y que garantiza una alta densidad de datos en un sólo cable con tiempos de respuesta de milisegundos. Esta alta densidad no sólo permite disponer de gran cantidad de información de los sensores (y con ello un control más preciso) sino que también permite disponer en la misma trama de información de diagnóstico, mejorando así el mantenimiento preventivo y el diagnóstico de los diferentes componentes.

El control de los motores por medio de variadores de frecuencia y servoaccionamientos también se integra utilizando este bus de alta velocidad, reduciéndose así la necesidad de cableado de entradas/salidas. La conectividad a dispositivos domóticos tales como las unidades de control para habitaciones, control de accesos, flaps de ventilación o válvulas se establece utilizando pasarelas a redes más habituales en este ámbito como Modbus, LonWorks o MP Bus.

Además de ser más robusto que las tecnologías convencionales en automatización de edificios, el sistema de control X20 se caracteriza por un alto rendimiento gracias a que está concebido para aplicaciones industriales. Esto permite que a una sola CPU se le puedan añadir otras tareas de control del edificio, tales como HVAC o iluminación. Esta familia de producto cuenta además con módulos dedicados que pueden ser aprovechados para implementar una determinada funcionalidad de una forma sencilla, como en el caso del módulo especial de medida y gestión de energía.

Gracias a su tamaño compacto, las CPU de X20 y su extenso catálogo de módulos de periferia y de comunicaciones permiten el ahorro de espacio en las salas de control. Los módulos de la familia X20 están disponibles en el mismo tamaño también en su versión certificada para seguridad integrada de nivel 3 (Sil3), para ser utilizados en áreas críticas como monitorización de sistemas de extinción de incendios, detectores de humo o sistemas de extracción de calor. El diseño puede implementarse de una forma centralizada o descentralizada utilizando como bus de campo Powerlink, a través del cual se integra la gestión de seguridad y por lo tanto, minimizando cableado.

Además existe una ventaja particularmente importante para la fase de puesta en marcha, servicio y mantenimiento: gracias a la modularidad y a los terminales extraíbles, los módulos pueden ser sustituidos sin utilizar herramientas y sin quitar los cables, incluso mientras el sistema está funcionando. La posibilidad de precableado y preensamblaje de los módulos permite ahorrar tiempo en la fase de puesta en marcha. Además, como están concebidos para trabajar en el ambiente industrial, admiten unas temperaturas de trabajo de hasta 60°C y tienen una vida útil más larga. En el caso de las comunicaciones, la posibilidad de ‘cross-communication’ de Powerlink permite la trasferencia de información entre nodos sin tener que pasar por un maestro, y con ella la distribución de las diferentes tareas según necesidades en los diferentes sistemas, contribuyendo a un buen balance de la carga de toda la instalación y permitiendo futuras expansiones.

La robustez de los sistemas industriales (muy fiables frente a errores) es requerida también en actividades de monitorización y control de procesos ejecutadas sobre PC. En el caso de los PC industriales, disponibles en una amplia gama de microprocesadores y opciones de configuración, permiten garantizar una larga vida útil y sin mantenimiento gracias a que no usan ventiladores internos ni discos duros (elementos con partes mecánicas móviles), beneficiándose además de diseños muy compactos. La familia de PanelPCs, además de todas estas ventajas, permite integrar las tareas de visualización y control en un mismo sistema, que también se pueden desarrollar con los paneles de operador compactos Panelware de B&R. El uso tan extendido de estos productos en el ámbito industrial hace que la relación calidad/precio sea un parámetro a tener en cuenta en el momento de la decisión de la compra. Por otro lado, aunque en este ámbito no es muy habitual, dada la larga vida útil de las instalaciones es de gran importancia el poder garantizar la disponibilidad de dispositivos iguales o equivalentes por un largo periodo de tiempo de más de diez años.

A nivel de proceso, la integración del software de desarrollo es una de las ventajas del sistema de control de procesos de B&R Aprol. Un sistema de programación gráfico orientado a objetos hace posible crear de forma modular el código, simularlo y testear el proyecto completo basándose en una orientación funcional. En vez de combinar diferentes programas usando listados de rutinas, este método distribuye la totalidad del programa sobre el hardware existente independientemente de la topología física de conexiones.

El propio desarrollo de software y su mantenimiento quedan simplificados con el uso de librerías tanto para periféricos estándar como para típicos elementos de automatización de edificios, tales como el control de calefacción, chillers, aire acondicionado, controles individuales de clima, etc. Esto no sólo reduce el esfuerzo de la programación y los riesgos de errores, sino que también reduce el mantenimiento y la programación en el caso de futuras ampliaciones.

La capacidad de poder distribuir todo el software permite que la tecnología de control esté disponible desde cualquier punto del sistema, siendo incluso accesible desde PC de oficina del mismo edificio o por acceso remoto desde un centro de control externo. El acceso múltiple a la misma información también es posible sin que haya colisiones. Además incluye un sistema intuitivo de solución de problemas; así, un simple click en una alarma nos llevará directamente a la zona afectada en el sinóptico de la instalación.

“Con la combinación del sistema de control de procesos Aprol, la familia de controladores X20 y la tecnología de servoaccionamientos Acopos, somos capaces de ofrecer un nuevo sistema de excelentes prestaciones que soluciona de una forma uniforme tareas de gestión en el área de automatización de edificios”, dice Gerald Kalliwoda, responsable de Building Automation en B&R. “El excelente rendimiento se consigue gracias a la utilización de funciones específicas para estas áreas de aplicación, la seguridad necesaria está garantizada gracias a la experiencia probada en el área industrial y una destacable relación precio/ rendimiento es posible gracias a la consolidada posición de estos productos en el uso industrial”.