smart building - gateway cloudgate de option
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Smart Building
Los procesos de control y automatización industriales se fueron trasladando lentamente a
otras áreas. Uno de las primeras aplicaciones herederas fue la domótica, que pretendía
automatizar el hogar y hacer la vida más fácil. Con la llegada de la revolución IoT
(Internet of Things), el proceso de automatización de nuestro entorno se acelera
exponencialmente y aquello que antes era cotidiano, se convierte en inteligente, sostenible,
optimizado y servicial. Aparecen nuevos conceptos como SmartCities, SmartCars y
SmartsBuildings.
En el caso de los edificios inteligentes (SmartBuildings), el control total y absoluto de todos
los factores que afectan al funcionamiento operativo de estos permite mejorar los servicios,
optimizar los recursos, economizar los consumos y garantizar la seguridad. Para ello es
necesario disponer de información centralizada, gestionada y ordenada de diferentes
aspectos como el nivel de luz natural, la temperatura, las distintas alarmas (incendios, fugas
de agua, detección de gases, bloqueo de ascensores), los consumos (agua, gas, aire
acondicionado, calefacción), el control de personas e iluminación (biométricos, detectores de
presencia, entradas automatizadas) y cosas (entrada y salida mercancías y vehículos), entre
otros.
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Con toda esta información, los hoteles, colegios, edificios de la administración pública
(ayuntamientos, ministerios, consulados, hospitales, centros comerciales y de ocio, centros
de congresos, edificios de oficinas, y demás) pueden realizar una óptima gestión de los
recursos y economizar los gastos derivados así como mantenimiento preventivo y correctivo
más eficiente.
Cambio de paradigma: De la Automatización Industrial a IIoT
El esquema clásico de un Sistema SCADA (Supervision Control and Data Adquisition)
comprende tres capas: Campo, Control y Supervisión.
En la capa de campo se sitúa toda la sensórica y los actuadores, el contacto directo con el
mundo real. La capa de control está formada por las máquinas de control PLC (Programmable
Logic Controller) que actúan de forma independiente, automática, siguiendo un algoritmo
previamente programado. La última capa, de supervisión, la forma el HMI (Human Machine
Interface). En esta capa es donde el operario de la sala de control puede obtener informes,
recibir alarmas, visualizar estados, programar tareas, etc.
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Con la aparición del IoT y su aplicación al mundo industrial IIoT (Industrial Internet of
Things), este paradigma ha cambiado. El clásico esquema SCADA de “Campo-Control-
Supervisión” se ha convertido en “Thing-Gateway-Cloud”.
Las Things (sensores) envían los datos al Gateway IoT (router). Éste sube los datos al Cloud
(servidores) - a la nube. A través del dashboard (pantalla de control), el usuario obtiene la
presentación de los datos desde cualquier equipo conectado a Internet (ordenador, teléfono
móvil, tablet, etc...), tanto datos en tiempo real, alarmas, como históricos, estadísticas y
demás.
Ya no es necesario un experto operario de control capaz de relacionarse con el HMI, sino
que los resultados se presentan en amigables pantallas fácilmente manejables por usuarios.
Solución técnica
La comunicación de los sensores y actuadores con el Gateway se implementa con buses
industriales. La mayoría de sensores y contadores disponibles en el mercado
ofrecen conexión RS-485 y compatibilidad Modbus. El Gateway, a su vez, recoge toda
la información producida y la sube a la nube, óptimamente mediante tecnología celular.
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Selección del Gateway: Cloudgate
Uno de los Gateways más laureados en Europa y especialmente adecuado para
aplicaciones en SmartBuilding es el prestigioso Cloudgate, de la marca belga
Option, conocidos por las tarjetas PCMCIA.
Se trata de un Gateway modular, con espacio para 2
tarjetas dedicadas, hecho que permite moldearlo según
las necesidades de la aplicación. Para Europa se
presentan tres variantes de modelos base: “Cloudgate
Ethernet”, “Cloudgate 3G EMEA” y “Cloudgate LTE WW”.
El más básico “Cloudgate Ethernet”, como opción
económica, dispone de un solo puerto Ethernet de serie.
“Cloudgate 3G EMEA” añade conexión 3G/2G y GPS de
serie. Finalmente, el modelo base de gama más alta,
“Cloudgate LTE WW” viene con conexión LET/3G/2G y
GPS de serie y tarjeta microSD.
Como complemento para añadir funcionalidades a los modelos base, Option
ofrece cinco tarjetas básicas:
WLAN expansion Card: Wifi 802.11 a/b/g/n. AP y cliente. Dual SSID.
Low cost serial card: RS-232.
Industrial serial card: RS-232 y RS-485.
Ethernet switch: 4 puertos 10/100 Base-T y tarjeta microSD.
Telematics Card: acelerómetro de 3 ejes, UART, USB, dual SIM.
Aparte de estas tarjetas básicas, Option dispone de más oferta, como tarjetas KNX, tarjetas
con bus CAN, con GPIO analógicas y digitales e incluso tarjetería para desarrollo propio de
HW o de SW.
Una característica diferencial del Cloudgate que lo hace idóneo para aplicaciones IoT/IIoT es
la disponibilidad de un plug-in integrado denominado LuvitRED, heredero de NodeRED, que
permite realizar programación visual en el mismo Cloudgate, accediendo desde un
navegador.
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LuvitRED contiene una amplia gama de nodos específicos para implementar comunicaciones,
desde nodos para buses industriales como Modbus hasta nodos IoT como TCP, UDP, HTTP.
Finalmente, cabe destacar que Option facilita gratuitamente CloudgateUniverse; un
centro de control de los Cloudgates instalados, accesible desde internet, desde
donde se puede consultar el estado del equipo, actualizar el firmware o añadir plugins de
forma no presencial, tanto individualmente como en grupo, así como descargar librerías,
manuales, entre otros servicios.
Selección de componentes
Con el fin de enviar los datos por 3G a la nube, se debe seleccionar el “Cloudgate 3G EMEA”.
A partir de aquí, para crear la red sensores conectada al Cloudgate por Modbus RTU es
necesario añadir la tarjeta “Industrial Serial Card”.
Junto con la antena 3G y la fuente de
alimentación, el Gateway final estaría formado por los siguientes componentes:
Código Componente
CG0112-11938 CloudGate 3G EMEA
1008378 3G antenna
1008504 AC power supply 12V/1A and cable
CG1102-11920 Industrial serial card (RS232/RS485)
Esta configuración permite, con una sola Industrial Serial Card, crear una red Modbus RTU
de hasta 32 sensores conectados como esclavos.
Conexión de la red de sensores
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La Industrial Serial Card (CG1102) seleccionada dispone de puerto RS-232 y puerto RS-485.
El puerto RS-485 “Serial 2” (conector verde), sobre el que se implementa Modbus RTU,
presenta aislamiento de 22KV, y una velocidad máxima de 921.6 Kbaudios.
Se recomienda realizar una configuración de dos hilos (Tx/Rx), conectados a los pines
TX+/TX- de la tarjeta. Esta configuración habrá que indicarla en la tarjeta, colocando el
interruptor de selección de cable “Wires” en posición “2W” (2 Wires). Para evitar
interferencias en la señal de datos, se debe utilizar un cable trenzado blindado. En los nodos
extremos de la red se debe añadir una resistencia de acoplamiento de 120 Ohms. La propia
tarjeta dispone de un interruptor “Termination” que permite activar la resistencia de
acoplamiento, en el caso que el Cloudgate se sitúe en uno de los extremos de la red.
Activación del Cloudgate
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Para empezar a utilizar el Cloudgate es necesario activarlo en CloudgateUniverse
(www.cloudgateuniverse.com), para lo que se deberá obtener una cuenta de usuario
dándose de alta en el mismo. Este proceso se puede realizar directamente con un teléfono
móvil a través del código QR visible en la etiqueta situada en la base del dispositivo o
directamente introduciendo el número de serie en la página web.
Una vez activado, se puede configurar, como cualquier router, accediendo a la interfaz web
a través de un cable de red o, si dispusiera de tarjeta WiFi, conectándose directamente al
punto de acceso indicado en la etiqueta.
Bien al tener insertada la tarjeta SIM y el dispositivo conectado via 3G a Internet, o bien
dándole acceso a internet a través de la conexión Ethernet, ya se puede volver a
CloudgateUniverse y actualizarlo a la última versión de firwmare e instalar LuvitRED.
Programación de LuvitRED
Con LuvitRED instalado, ya se puede programar el
Cloudgate para que envíe los datos de los sensores
de la red Modbus a un servidor TCP en la nube.
En la interfaz se accede a LuvitRED a través de “Plugin->LuvitRED->Advanced Editor”. Se
abrirá una nueva pestaña del navegador con el entorno de programación.
Una vez dentro de LuvitRED, para enviar los datos de los sensores a la nube, se debe obtener
los datos del bus, tratarlos y enviarlos al servidor TCP. Seleccionando las casillas del menú
de funciones situado a la izquierda de la interfaz, se puede crear el siguiente esquema.
Está formado por cinco componentes:
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Debug: permite debugar el esquema.
Modbus Poll: mediante encuesta, recoge los datos de cada uno de los sensores
conectados al bus.
Extraction: obtiene los datos recogidos por el bus.
Json: convierte el objeto JavaScript Object Notation en una tabla lua (matrices
asociativas).
Tcpout: envía los datos a un servidor TCP externo.
Para configurar cada componente basta hacer doble click en él y rellenar los datos de la
ventana de configuración asociada. En general, las pantallas de configuración son bastante
intuitivas, como ejemplo se muestra la del componente Modbus Poll. En este nodo sólo hay
que tener en cuenta que la red RS-485 se muestra en el sistema operativo como /dev/ttySP4
y los datos de la conexión RS-485.
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En el nodo Extraction se debe indicar el lugar que ocupa el dato (byte de inicio), su tamaño,
si fuera menester, la operación de cálculo para obtener el valor de medida asociado al dato
y el nombre asociado (temperatura, humedad, etc..).
Finalmente, en el nodo TCP, tan sólo habrá que indicar el tipo de servidor (Remote TCP
Server), el Host y el número de puerto.
En Monolitic somos expertos en comunicaciones industriales para entornos IIoT
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