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7/25/2019 Plan de tesis_Baez_corregido 01-11-2015.pdf

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRNICA

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DOMTICO PARA UNAVIVIENDA ESTNDAR

TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIEROELECTRNICO:

CHRISTIAN RICHARD BAEZ ALCOCER

MARCO ANTONIO CNTARO HERNNDEZ

ROBERTO ANTONIO CUEVA MIJAHUANCA

CALLAO, OCTUBRE, 2014PER


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DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DOMTICO PARA UNAVIVIENDA ESTNDAR


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DEDICATORIA

A nuestros padres, que con su gran paciencia y apoyo nos impulsaron ymotivaron hacia la realizacin de la presente tesis.


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NDICE

pgina

PORTADA

TITULO

NDICE 1

RESUMEN 4

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 5

1.1 Identificacin del problema 51.1.1 Domtica y el Ahorro de energa 51.1.2 Domtica y la Seguridad 51.1.3 Nuevas Tecnologas en la domtica 6

1.2 Formulacin de problema 61.2.1 Problema general 71.2.2 Sub-problemas 71.3 Objetivos de la investigacin 71.3.1 Objetivo general 71.3.2 Objetivos especficos 7

1.4 Justificacin 8

1.5 Limitaciones y facilidades 81.5.1 Limitaciones 91.5.2 Facilidades 9

1.6 Trminos y definiciones 9

II. MARCO TERICO 11

2.1 Antecedentes de estudio 112.1.1 Primer protocolo domtico: X10 122.1.2 Nacimiento de los estndares: KNX y LON 142.1.3 Llegada de los sistemas inalmbricos: XBEE y ZWAVE 17


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2.2 Marco conceptual 192.2.1 Estndar KNX 19

2.2.2 Medio de comunicacin KNX 212.2.3 Topologa KNX 412.2.4 El Software ETS 502.2.5 Elementos de instalacin del proyecto 592.2.6 Desagregado de componentes y equipos a controlar 722.2.7 Tipos de Control Domtico del proyecto 752.2.8 Tipo de red del proyecto: Bus Dedicada 772.2.9 Topologa de red del proyecto 772.2.10 Diagrama de flujo de la red del proyecto 78

III. VARIABLES E HIPTESIS 80

3.1 Variables de la investigacin 803.1.1 Variable independiente (VI) 803.1.2 Variable dependiente (VD) 80

3.2 Operacionalizacin de variables 80

3.3 Hiptesis general e hiptesis especifica 803.3.1 Hiptesis general 803.3.2 Hiptesis especfica 81

IV. METODOLOGA 82

4.1 Tipo de investigacin 824.2 Diseo de la investigacin 824.3 Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos 824.4 Plan estadstico de anlisis de datos 82

V. RESULTADOS 835.1 Configuracin implementacin y programacin 835.1.1 Tablero de control 835.1.2 Sensores y actuadores 845.1.3 Touch Panel Eelecta 865.1.4 Protector de Pantalla 875.1.5 Men principal 875.1.6 Sala-Comedor 885.1.7 Habitacin 895.1.8 Escenas 90

5.1.9 Programador horario 91


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5.1.10 Editar hora de activacin de escenas 915.1.11 Exterior 93

5.1.12 Control por Ipad y Smartphone 945.2 Planos de distribucin y elctricos 96

VI. DISCUSION DE RESULTADOS 99

6.1 Contratacin de Hiptesis con los resultados 996.2 Contratacin de resultados con otros estudios similares 103

VII. CONCLUSIONES 106

VIII RECOMENDACIONES 107

IX REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 108

Anexo A: Matriz de consistencia 110

Anexo B: Checklist del Proyecto Inicio

Anexo C: Checklist del Proyecto Entrega


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RESUMEN

En la actualidad una de las aplicaciones con mayor auge en la electrnica es laDomtica. Los alcances de la domtica usando diversas tecnologas nos permitencontar dentro de una casa, oficina, hospitales, fbricas o cualquier tipo deedificacin, con una amplia variedad de dispositivos electrnicos interconectadosentre s, capases de automatizar diversos procesos y brindarnos el control de estos

desde la misma unidad o remotamente.

Nuestro proyecto domtico permite una gestin eficiente del uso de los cuatro pilares de la domtica: Confort, Seguridad, Energa y Comunicacin en inmueblesestandarizados.

Debido al actual crecimiento del sector construccin referente a los edificios dedepartamentos y sumado al rpido avance de las tecnologas de comunicacin hallevado a grandes empresas en el Per a apostar e invertir por el perfeccionamiento de estos sistemas.

La solucin que ofrecemos para la implantacin de un sistema domtico con lascaractersticas planteadas, garantiza la calidad, eficiencia y confiabilidad tanto ensus productos como al operar. Al inicio de este proyecto se realiz un estudio,anlisis y comparacin de todas las tecnologas, estndares y protocolos existentesen el mundo aplicados a la domtica, as como sus ventajas y limitaciones.

Como finalidad de este proyecto es la implementacin de un sistema domtico enuna vivienda estndar unifamiliar.


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I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 Identificacin del problema

Los principales servicios que la domtica est dedicada a brindar son confort,seguridad, energa y comunicacin dentro de una vivienda. En los principales pases del mundo la automatizacin de viviendas es un requisito fundamental entodo proyecto de construccin. Asimismo el gran avance de las nuevastecnologas en la automatizacin de hogares junto con el avance en el rea deredes y comunicaciones ha servido de motivacin para el desarrollo de nuevasalternativas de diseo e implementacin en el rea la domtica.

1.1.1. Domtica y el ahorro de energa

Unos de los principales problemas mundiales es el ahorro de energa y la falta deseguridad, el Per no es ajeno a esto. El consumo de energa por hogar es cada vezms alto, siendo la electricidad la fuente de mayor uso en el sector residencial, enel que la gran mayora de electrodomsticos consume energa elctrica. Segnfuentes de la Direccin General de Electricidad del Ministerio de Energa y minasel consumo por habitante paso de 794 kW.h a 1296 kW.h en el 2014 cifra quecontinua en aumento.

1.1.2. Domtica y Seguridad

Asimismo en el tema de la seguridad de los edificios de departamentos estos sondiseados en nuestro pas en funcin a necesidades sumado a la escasa inversineconmica y el desconocimiento de sistemas de automatizacin electrnica que sise toma en cuenta lograra una prevencin efectiva en la seguridad de hogares.

Tambin existe una poltica deficiente para contrarrestar los robos a viviendas,siendo los distritos residenciales como Miraflores, San Isidro, La molina, Surco,


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San Borja y otros los ms afectados que se han convertido en el blanco de bandasdelictivas. Es as que el uso de la tecnologa para solucionar estos problemas es demucha importancia y el mercado peruano est comenzando a invertir en ello.

Segn cifras del INEI, resultados del semestre enero - junio 2015, el 11,1% de lasviviendas del rea urbana a nivel nacional son afectadas por robo o intento derobo, mientras que el 4,7% son afectadas solo por robo, y un 6,9% el delincuenteno logr concretar el robo.(Estadsticas de Seguridad Ciudadana INEI )

1.1.3. Nuevas tecnologas de la domtica

Si bien hoy en da en el mundo la domtica es un trmino comnmente usado, enel Per an existe el problema de desconocimiento de la tecnologa, es decir elcliente requiere actualmente de mayor informacin para manejar equiposnovedosos en base a tecnologas modernas. La domtica es tambin la parte de latecnologa (electrnica, telecomunicaciones e informtica), las cuales cada ao sellenan de novedades.

1.2 Formulacin del problema

Debido al auge en la construccin de nuevas casas y edificios residenciales endiversas zonas de la capital, se presenta la necesidad de disear e implementar unsistema domtico que sea ms eficiente y est a la par con el desarrollo de las

nuevas tecnologas para optimizar el consumo elctrico, mejorar el confort y darseguridad a las viviendas.


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1.2.1 Problema general

Cmo se puede optimizar el consumo de energa, dar seguridad y brindar conforta un inmueble aplicando tecnologas existentes que pueda contar con un entornoamigable para los usuarios finales?

1.2.2 Sub-problemas

- De qu manera un sistema domtico moderno mejora la calidad de vida de

los habitantes de una vivienda.- De qu manera se comprueba la importancia de usar tecnologa en hogares

sin que estos sean difciles de usar.- Es posible utilizar tecnologas de eficientes y reducir costos en una

instalacin domtica

1.3 Objetivos de la investigacin

1.3.1 Objetivo general

Disear e implementar un sistema de control domtico descentralizado que secomunique utilizando el protocolo normalizado KNX, capaz de ser controladodesde una pantalla tctil, un teclado y remotamente desde un Ipad y Smartphone.

1.3.2 Objetivos especficos

- Disear la topologa de red para una vivienda estndar.- Integrar e instalar al sistema dimensionado equipos de control basados en

el estndar KNX, para el accionamiento y control de la iluminacin y persianas.


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- Realizar la programacin de los equipos de control con la herramientasoftware ETS.

- Disear la configuracin para el control desde un Ipad y Smartphonemediante la aplicacin HouseInHand.

1.4 Justificacin

Actualmente existe la necesidad de implementar sistemas domticos, que sean

desarrollados con equipos eficientes basados con una tecnologa de comunicacinque sea reconocido por estndares internacionales.

A causa del boom de sector construccin e inmobiliario existe la gran demanda deinstalar sistemas domticos que sean robustos, confiables, que estn acorde a lasexigencias del mercado y a un bajo costo.

1.5 Limitaciones y facilidades

1.5.1 Limitaciones

a) Limitacin temporal

Debido a que recin se est tomando importancia al desarrollo tecnolgico, an

podemos encontrar el desconocimiento de las personas hacia el uso de nuevastecnologas.

b) Limitacin econmica

La implementacin de este sistema requiere de una considerable inversin, una delas causas por las cuales se evita utilizar tecnologa apropiada para inmuebles,adems de escasas empresas nacionales dedicadas a este rubro.


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c) Limitacin social

A lo largo del pas existe gran parte de las viviendas que no cuentan con lainfraestructura adecuada para que un sistema domtico pueda ser implementado,sumado al desconocimiento de esta tecnologa en gran parte de la sociedad.

1.5.2 Facilidades

Como facilidad del proyecto es que contamos con un inmueble donde poderrealizar nuestras pruebas de instalacin y funcionamiento.

1.6 Trminos y Definiciones:

- Vivienda: Edificacin independiente o parte de una edificacinmultifamiliar, compuesta por ambientes para el uso de una o varias

personas, capaz de satisfacer sus necesidades de estar, dormir, comer,cocinar e higiene. El estacionamiento de vehculos, cuando existe, forma parte de la vivienda(REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES Decreto Supremo Nro. 011-2006 - VIVIENDA, del 05.05.2006 Ttulo I: Generalidades NORMA G.040 DEFINICIONES.

- Vivienda estndar: Para propsitos de estudio en este Plan de Tesis seconsiderar el trmino vivienda estndar como una casa unifamiliar quecuenta con solo un dormitorio, cocina, bao y terraza. El cual es de densidad2 (personas).

La definicin de edificaciones para vivienda y la clasificacin y tipo deviviendas se contempla en el REGLAMENTO NACIONAL DEEDIFICACIONES Decreto Supremo Nro. 011-2006 - VIVIENDA, del


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05.05.2006Ttulo III: Edificaciones NORMA A.020 VIVIENDACAPITULO I GENERALIDADES.

- KNX: es un estndar de interconexin de dispositivos domticos (sensores,actuadores y controladores) que define el protocolo de comunicacin entreestos elementos.

- KNX Association: Es la Asociacin internacional para la promocin del protocolo de bus KNX

- ETS: Engineering Tool Software (herramienta de software de ingeniera).
http://www.knx.org/http://www.knx.org/https://es.wikipedia.org/wiki/KNXhttps://es.wikipedia.org/wiki/KNXhttp://www.knx.org/


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II. MARCO TERICO

2.1 Antecedentes de estudio

La electricidad nos ha permitido elevar el nivel de confort en nuestras casas y hadado paso a la aparicin de los electrodomsticos: lavadora, refrigeradora, cocinaterma, horno microondas, luces y toda mquina capaz de realizar tareascotidianas. El desarrollo de estas mquinas fue posible gracias al avance de laelectrnica las cual nos permite controlar determinados procesos que se llevan acabo en el hogar.

A mediados de la dcada de 1980 a 1990 surge el concepto de Edificio Inteligentey con ello atrajo la atencin de constructores de edificios y del mercadoinmobiliario. Esta nueva propuesta integr todos los aspectos de comunicacindentro del edificio, seguridad, control del sistema de temperatura del edificio y laadministracin de la energa.

En la actualidad, al estudio de edificios inteligentes se le llama Inmtica y sedefine como el estudio de la estructura de un edificio que facilita a usuarios yadministradores, herramientas y servicios integrados a la administracin y lacomunicacin. El diseo de estas estructuras cubre las necesidades reales de losusuarios y administradores, haciendo uso de todos los posibles adelantostecnolgicos, incluyendo adems, factores humanos, ergonmicos y ambientales.

Cuando se populariz esta estructura; principalmente en Europa, Estados Unidos yJapn; las personas constructoras de estos edificios se dieron cuenta que podanrealizar lo mismo en las casas donde ellos habitaban; fue as como surgieron lascasas inteligentes y a su estudio se le llam Domtica, que es la integracin de lossistemas elctricos-electrnicos y las comunicaciones, de tal manera que la casa pueda detectar la presencia de personas, la temperatura, el nivel de luz etc. yreaccionar por s sola, a estos estmulos regulando el clima, la iluminacin,

conectando la alarma etc. Al mismo tiempo que es capaz de comunicarse e


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interactuar con nosotros y por multitud de medios: pantalla tctil, PC, mvil,llegando a elevados niveles de confort, seguridad y sobre todo ahorro energtico.

En la actualidad el concepto de Hogar Digital ha empezado a ganar terreno en losltimos aos (Stefan Junestrand, Xavier Passaret, Daniel Vazquez. Domotica yHogar Digital 2015) viene siendo un concepto an ms amplio que el de ladomtica en el sentido que no hace referencia estrictamente a la tecnologa de estamanera es que el hogar digital tiene su punto de partida en los servicios, sistemasy funcionalidades.

2.1.1 Primer protocolo domtico: X10

La Historia de la domtica la inici con el protocolo X10, basada en corrientes portadoras, fue desarrollada entre 1976 y 1978.

X10 surgi de una familia de chips denominada los proyectos X(o series X). Esta

empresa comenz a desarrollar este proyecto con la idea de obtener un circuitoque pudiera ser insertado en un sistema mayor y controlado remotamente. Encolaboracin con BSR, una empresa dedicada a los sistemas de audio, se comenza construir los dispositivos X10. El primer mdulo poda controlar cualquierdispositivo a travs de la red elctrica domstica (120 o 220 V y 60 o 50 Hz)modulando pulsos de 120 KHz (0 = sin pulso, 1 = pulso). Con un simple protocolo de direccionamiento, podan ser localizados un total de 256 dispositivos

en la red. El protocolo soporta 16 grupos de direcciones denominados cdigos decasa (desde la A a la P), y otras 16 direcciones para cada cdigo de casa,denominadas cdigos de unidad.

La comunicacin se realizaba por cadenas de control, que son sucesiones de unosy ceros que completaban los comandos. En su primera versin tan slo existanseis operaciones, encender, apagar, aumentar, disminuir, todo apagado y todoencendido. Estas seales son recibidas en todos los mdulos, pero slo el mdulo


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con la misma direccin que la indicada en el mensaje de control realizar algunaoperacin. El mensaje completo tiene 48 bits. Posteriormente, los cdigos deoperacin fueron extendidos a 256 con una cabecera especial, e incluso, lacantidad de informacin que porta un mensaje puede ser mayor de 48 bits si esusado el cdigo de datos extendidos en la cabecera de control del mensaje.

La transmisin X10 est sincronizada con los pasos por cero de la corriente. Ununo binario est representado como un pulso de 120 KHz durante un milisegundo,y un cero como la ausencia de ese pulso. La transmisin completa de un cdigo

X10 necesita 11 ciclos de corriente. Los dos primeros ciclos con para el cdigo deinicio de mensaje, 1110. Los cuatro siguientes son el cdigo de casa, y los cincosiguientes con el cdigo de unidad o de funcin. Este bloque completo estransmitido dos veces, separadas cada una por tres ciclos de corriente.

La sencillez y sobretodo la accesibilidad al protocolo, deriv en multitud deaplicaciones software y hardware, una variada red de distribucin, incluso bajo

internet as como la creacin de marcas con productos X10 que pasaron ainstalarse de forma masiva en grandes promociones inmobiliarias.

En la actualidad se siguen creando empresas alrededor de X10, aportandonovedades (como control de voz, integracin multimedia, etc.) en aplicacionesdiseadas por usuarios de este protocolo.

Por otra parte, el principal problema de X10 es que usa las corrientes portadoras

para transmitir la seal, esta depende directamente de la calidad con que llegue anuestros hogares y por tanto es muy vulnerable a las frecuentes alteraciones de lamisma. Existen filtros que amortiguan ese efecto, o lo minimizan, pero nuncaconsiguen erradicarlo del todo, la mayora de los usuarios de X10 conviven conestos problemas, aadido a que solo se pueden controlar sistemas conregulaciones sencillas: ON/OFF, lo descartan para regulaciones con funcioneslgicas ms complejas como: climatizacin.


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2.1.2 Nacimiento de los estndares: KNX y LON

Al mismo tiempo que se extenda el protocolo X10, grandes empresas del sectorelctrico, relacionadas con la automatizacin, pensaron en dar mayor utilidad a losautmatas programables y sacarlos de las tareas de regulacin y control en lasfbricas, para llevarlos a controlar los sistemas de las viviendas. As nacieron EIB,Batibus y EHS.

Estas tres soluciones para el control de viviendas y edificios en Europa, intentaron

al principio desarrollar sus mercados separadamente, tratando de hacerse un lugaren la normalizacin europea. Batibus lo hizo especialmente bien en Francia, Italiay Espaa, mientras que EIB lo hizo en los pases de habla alemana y norte deEuropa. Por su parte, EHS fue la solucin preferida para fabricantes de productosde lnea blanca y marrn.

En 1997estos tres consorcios decidieron unir fuerzas con el declarado objetivo dedesarrollar conjuntamente el mercado del hogar inteligente, acordando crear unanorma industrial comn que tambin podra ser propuesta como normainternacional.

En 2002, la recin creada KNX Asociacin, con sede en Bruselas, present elnuevo estndar, que est basada en la pila de comunicacin de EIB completadacon los mecanismos de configuracin, medios fsicos y experiencia de aplicacinoriginalmente desarrollados por Batibus y EHS4.

KNX define varios medios de comunicacin fsica:

- Cableado de par trenzado (heredado de BatiBUS y EIB Instabus)- Red elctrica (heredado de EIB y EHS - similar al utilizado por X10)- Radio (KNX-RF)- Ethernet (tambin conocido como EIB net/IP o KNX net/IP)
https://es.wikipedia.org/wiki/Europahttps://es.wikipedia.org/wiki/Franciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Italiahttps://es.wikipedia.org/wiki/Espa%C3%B1ahttps://es.wikipedia.org/wiki/1997https://es.wikipedia.org/wiki/1997https://es.wikipedia.org/wiki/Espa%C3%B1ahttps://es.wikipedia.org/wiki/Italiahttps://es.wikipedia.org/wiki/Franciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Europa


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Es as que se logr penetrar lentamente en un mercado reticente como es laconstruccin a pesar de que es un sistema muy robusto y fiable. Durante un corto periodo de tiempo, este sistema se llam Konnex, pasando a la actualdenominacin KNX.

Desde entonces ha experimentado un constante crecimiento sin precedentes. Si en2005 existan unos 80 fabricantes de productos KNX, en el 2007 ya eran 107, y afinales del 2008 cerca de 140. Expandindose a otros pases donde esta tecnologaera poco conocida como: Estados Unidos, China, Eslovenia o Emiratos rabes

Unidos, aprovechando que es un estndar mundial.

En 1999 el protocolo de comunicaciones (entonces conocido como LonTalk) fue presentado a ANSI y aceptado como un estndar para redes de control (ANSI /CEA-709.1-B). La Red elctrica de Echelon y tecnologa de par trenzado desealizacin tambin se present a ANSI para la normalizacin y fue aceptado.Desde entonces, ANSI / CEA-709.1 ha sido aceptado como base para IEEE 1473-L (controles en el tren), AAR sistemas de frenado electro-neumticos para lostrenes de mercancas, IFSF (control europeo gasolinera), SEMI (fabricacin deequipos de semiconductores) y en 2005 como EN 14908 (estndar Europeo deautomatizacin de edificios). Este protocolo es tambin una de las varias capas deenlace de datos / capas fsicas del BACnet ASHRAE/ Norma ANSI para laautomatizacin de edificios.

China ratific la tecnologa como norma de control nacional, GB / Z 20.177,1-

2006 como un edificio y el nivel de la comunidad inteligente, GB / T 20299,4-2006; y en 2007 CECED, el Comit Europeo de Fabricantes de equiposdomsticos, adopt el protocolo como parte de sus normas ElectrodomsticosControl y Seguimiento - aplicacin especficas de interfuncionamiento(AIS).

Durante 2008 ISO y IEC han concedido el protocolo de comunicaciones,tecnologa de sealizacin de par trenzado, tecnologa de sealizacin de la lnea


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elctrica, y el protocolo de Internet (IP) de compatibilidad con las normas nmeroISO / IEC 14.908-1, -2, -3, y -4.

Al igual que KNX ha sufrido un fuerte incremento en el nmero de fabricantes yde productos disponibles, se estima que en 2006 haba 60 millones de dispositivoscon tecnologa Lonworks.

Para el ao 2010 aproximadamente 90 millones de dispositivos se instalaron conla tecnologa LonWorks. Los fabricantes en una variedad de industrias,

incluyendo la construccin, hogar, alumbrado pblico, transporte, servicios pblicos, y la automatizacin industrial han adoptado la plataforma como base para sus ofertas de productos y servicios. Estadsticas sobre el nmero delocalizaciones que utilizan la tecnologa LonWorks son escasos, pero se sabe quelos productos y las aplicaciones construidas en la parte superior de la plataformaincluyen funciones tan diversas como el control integrado de la mquina, lailuminacin municipal y la carretera / tnel / calle, calefaccin y aireacondicionado sistemas de medicin elctrica inteligente, control de metro tren,iluminacin edificio, iluminacin del estadio y de control de altavoces, sistemasde seguridad, deteccin y extincin de incendios y monitoreo ubicacin recinnacido y alarmantes, as como control de carga remota de generacin de energa.

Actualmente la mayora de las grandes empresas del sector elctrico se handecantado por uno o ambos protocolos, de manera que se estn posicionandofuertemente en el sector con mltiples productos y soluciones para: Domtica(viviendas), Inmtica (edificios y sector terciario) y Urbtica (control de sistemas,como el alumbrado pblico en ciudades).


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2.1.3 Llegada de los sistemas inalmbricos: XBEE y Z-WAVE

Los mdulos XBee son dispositivos que integran un transmisor - receptor deZigBee y un procesador en un mismo mdulo, lo que le permite a los usuariosdesarrollar aplicaciones de manera rpida y sencilla.

Zigbee es un protocolo de comunicaciones inalmbrico basado en el estndar decomunicaciones para redes inalmbricas IEEE_802.15.4. Creado por ZigbeeAlliance, una organizacin, tericamente sin nimo de lucro, de ms de 200

grandes empresas (destacan Mitsubishi, Honeywell, Philips, Motorola, Invensys),muchas de ellas fabricantes de semiconductores. Zigbee permite que dispositivoselectrnicos de bajo consumo puedan realizar sus comunicaciones inalmbricas.Es especialmente til para redes de sensores en entornos industriales, mdicos y,sobre todo, domticos.

XBee es el nombre comercial de Digi International para una familia de formfactor compatible con mdulos de radio. Las primeras radios XBee seintrodujeron bajo la marca MaxStream el 2005 y se basaron en la norma 802.15.4-2003 diseada para conexiones punto a punto y comunicaciones estrella por elaire a velocidades de transmisin de 250 kbit / s. Una versin de los XBeesllamado el XBee programable tiene un procesador a bordo adicional para elcdigo de usuario. El XBee programable y un nuevo montajesuperficial (SMT)versin de los radios XBee fueron tanto introducidos el 2010.

Por otro lado Z-Wave es un tipo de comunicacin inalmbrico diseado para permitir que los dispositivos en el hogar (iluminacin, controles deacceso,sistemas de entretenimiento y electrodomsticos, por ejemplo) puedancomunicarse entre s para los fines de la domtica.

La tecnologa Z-Wave minimiza el consumo de energa de modo que seaadecuado para dispositivos que funcionan con bateras. Z-Wave est diseado

para proporcionar una transmisin fiable, con velocidades de paquetes de datos de
http://www.prescriptiondrug-info.com/drug_information_online.asp?title=IEEE_802.15.4http://www.zigbee.org/http://www.zigbee.org/https://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Digi_International&usg=ALkJrhiSV1bKl0YtNLRosrgGfcTJiKNgtQhttps://en.wikipedia.org/wiki/Computer_form_factorhttps://en.wikipedia.org/wiki/Computer_form_factorhttps://en.wikipedia.org/wiki/802.15.4https://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/SMT&usg=ALkJrhgxLWPbGe9rsYb-uVNijnlGqh974whttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Lighting&usg=ALkJrhhi8-EG8I404kSmbY1u2lmxoaIpEwhttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Access_controls&usg=ALkJrhhR9qHj-6lKNi_0vKQmRBam9Emo-whttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Access_controls&usg=ALkJrhhR9qHj-6lKNi_0vKQmRBam9Emo-whttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Household_appliance&usg=ALkJrhi_mwQ_qEFmxqEMdeDse7nRk7KoXQhttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Home_automation&usg=ALkJrhgke4e9bKp42O3FlSy1vHp_saKjuQhttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Home_automation&usg=ALkJrhgke4e9bKp42O3FlSy1vHp_saKjuQhttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Household_appliance&usg=ALkJrhi_mwQ_qEFmxqEMdeDse7nRk7KoXQhttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Access_controls&usg=ALkJrhhR9qHj-6lKNi_0vKQmRBam9Emo-whttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Access_controls&usg=ALkJrhhR9qHj-6lKNi_0vKQmRBam9Emo-whttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Lighting&usg=ALkJrhhi8-EG8I404kSmbY1u2lmxoaIpEwhttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/SMT&usg=ALkJrhgxLWPbGe9rsYb-uVNijnlGqh974whttps://en.wikipedia.org/wiki/802.15.4https://en.wikipedia.org/wiki/Computer_form_factorhttps://en.wikipedia.org/wiki/Computer_form_factorhttps://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.pe&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Digi_International&usg=ALkJrhiSV1bKl0YtNLRosrgGfcTJiKNgtQhttp://www.zigbee.org/http://www.zigbee.org/http://www.prescriptiondrug-info.com/drug_information_online.asp?title=IEEE_802.15.4


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hasta 100 kbit / s, a diferencia de Wi-Fiy otros 802.11 IEEE basados en sistemasLAN inalmbricasque estn diseados principalmente para altas velocidades dedatos . Z-Wave funciona en el rango de frecuencias sub-gigahertz, en torno a 900MHz.Esta banda compite con algunos telfonos inalmbricosy otros dispositivosde electrnica de consumo, pero evita las interferencias con Wi-Fi, Bluetoothyotros sistemas que operan en la concurrida 2,4 GHz banda. Z-Wave est diseado para ser fcilmente incorporado en los productos de electrnica de consumo,incluidos los dispositivos de la batera operada, como mandos adistancia, detectores de humoy sensores de seguridad.Z-Wave fue desarrollado por una compaa danesa llamada Zen-Sys que fue adquirida por SigmaDesignsen 2008.

A partir de 2015 Z-Wave con el apoyo de ms de 325 fabricantes de todo elmundo crean una amplia gama de productos de consumo y comerciales en losEE.UU., Europa y Asia. Las capas inferiores, MAC y PHY, son descritos por laUIT-T G.9959y son compatibles con versiones anteriores. Los chips de

transceptores Z-Wave son suministrados por Sigma Designs y Mitsumi. Algunos proveedores de productos Z-Wave tienen opciones de cdigo abierto para lascomunidades de aficionados. Ellos requieren usuarios que comienzan con untransceptor de Z-Wave completa de un Z-Wave OEMtales comoIntermatic USBstick. El proyecto xPL tambin proporciona soporte de cdigoabierto para los productos Z-Wave, pero requiere Microsoft Windows.Desde2010, hay un proyecto llamado Open-Zwave que busca ofrecer apoyo al

desarrollo sin costosos kits de desarrollo de software.Otro proyecto ha creado una placa hija Z-Wave para el Raspberry Pi,una placa de computadora tamao de unatarjeta de crdito.

Z-Wave es un protocolo orientado al control residencial y mercado de laautomatizacin. Conceptualmente, Z-Wave est destinado a proporcionar unmtodo fiable an sencillo de controlar de forma inalmbrica luces y los aparatosen una casa. Para cumplir con estos parmetros de diseo, la Zensys o Sigma

Designs paquete Z-Wave incluye un chip con una baja tasa de datos que ofrece la
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entrega de datos fiables, junto con la sencillez y la flexibilidad. Z-Wave trabaja enla (industrial, cientfica y mdica ISM banda) en una sola frecuencia de radioutilizando la frecuencia de cambio de claves(FSK). El rendimiento es dehasta 100 kbit / s (9.600 bits / s utilizando chips de la serie de ms edad) yadecuado para aplicaciones de control y sensores. Cada red Z-Wave puede incluirhasta 232 nodos, y consta de dos conjuntos de nodos: los controladores ydispositivos esclavos. Los nodos pueden ser configurados para retransmitir elmensaje con el fin de garantizar la conectividad en la multipathmedio ambientede una casa residencial. La gama media de la comunicacin entre dos nodos es de100 metros, y con la capacidad mensaje a subir hasta cuatro veces entre los nodos,esto da suficiente cobertura para la mayora de las casas residenciales.

En la ltima dcada se observa un fuerte desarrollo de productos, en gama ycapacidades, sobre todo en sistemas abiertos (KNX y LON), muchos fabricantesde sistemas complementarios relacionados con la domtica, como SOMFY(automatismos de persianas y puertas)o DALI (iluminacin) han creado pasarelas

para conectar sus sistemas a estos estndares con normalizacin internacional(ISO), ampliando su mercado y pasando de sistemas aislados de regulacin local asistemas integrados en estndares domticas.

2.2 Marco Conceptual

2.2.1 Estndar KNX

KNX es un sistema de bus desarrollado para el control y la automatizacin deviviendas y edificios. Todos los dispositivos usan el mismo medio decomunicacin y pueden intercambiar informacin a travs del bus comn. Ellotiene dos consecuencias:

- El acceso al bus debe estar regulado de forma inequvoco (procedimientode acceso al bus).
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- La mayora de datos transmitidos no son datos tiles ( por ejemploapagar o encender la luz), pero datos de direccin (quin enva lainformacin y a quin est dirigida

Otro aspecto importante del sistema KNX es su topologa descentralizada. No serequiere de ninguna unidad central.La inteligencia del sistema est distribuida por todos los dispositivos. No obstante, unidades centrales no estn excluidas. Encaso necesario, por ejemplo para aplicaciones muy especficas, es posible aadiropcionalmente unidades centrales. Cada dispositivo, es decir, participante en el

bus, dispone de su propio microprocesador. La gran ventaja de estadescentralizacin es que si un dispositivo falla, el resto de la instalacin siguefuncionado. Slo queda afectada aquella aplicacin con el dispositivo daado.Adems de los dispositivos de sistema (fuente de alimentacin, interfaz de programacin, acopladores, etc.) se distinguen en KNX dos tipos de dispositivos:sensores y actuadores. Sensores son elementos que detectan acciones en eledificio (pulsacin de una tecla, movimiento, cambios de temperatura, etc.) y las

convierten en telegramas para poder enviarlas al bus (paquetes de datos).Aquelloselementos que reciben los telegramas y convierten las rdenes ah contenidas enacciones se denominan actuadores. Los sensores representan los emisores derdenes, mientras que los actuadores son los receptores y ejecutores de dichasrdenes.

FIGURA 1 PRINCIPIO SENSOR/ACTUADOR


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2.2.2 Medios de comunicacin KNX

a) Par trenzado KNX (TP)

El par de hilos trenzado (TwistedPair, TP) es con creces el medio decomunicacin ms usado en instalaciones KNX. Todos los participantes estnconectados entre s mediante el bus. El cable tiene un coste bajo, y su instalacines sencilla.

- Fuente de alimentacin

En el caso de KNX TP proporciona el cable bus a todos los participantes tanto laalimentacin de tensin necesaria as como los datos. La tensin nominal delsistema bus es de 24 V. Las fuentes de alimentacin inyectan al bus una tensinde 30 V. Los participantes funcionan correctamente con una tensin entre 21 V y30 V, es decir, hay un margen de tolerancia de 9 V para absorber posibles cadasde tensin en el cable o debido a resistencias en los puntos de conexin. En los participantes debe separarse, como primer paso, la tensin continua para laalimentacin de la tensin alterna con la informacin. Un condensador produce latensin continua para la alimentacin, un transformador desacopla la tensinalterna con la informacin. Otra funcin del transformador es, en el caso de participantes que emiten datos, superponer la tensin con informacin a la tensindel bus.

- Velocidad de datos y formatos de seal

La velocidad de transmisin asciende a 9.600 Bit/s. La informacin se transmiteen Bytes de forma serial usando el procedimiento de transmisin de datosasncrona. En caso de transmitir un cero lgico, la tensin disminuye brevemente,y en mximo 104 microsegundos vuelven a subir y nivelarse en la tensin del


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principio. Ello es debido al efecto inductivo de la bobina de la fuente dealimentacin. La transmisin de un uno lgico corresponde al estado inactivo del bus. Una caracterstica importante de la transmisin KNX TP es el acoplamientosimtrico de las seales al bus, es decir, no hay un punto de referencia fijo del bushacia tierra. Ello se denomina una transmisin simtrica libre de tierra. Unreceptor no registra la tensin de cada conductor individual de bus hacia tierra(como lo es por ejemplo en un interfaz

USB), pero s evala un cambio en la diferencia de tensin entre ambos. Sin

ningn hardware significativo adicional se obtiene una resistencia a interferenciasmuy elevada, ya que la interferencia se acopla a ambos conductores de formaigual y se compensa (diferencial). El emisor genera la tensin alterna quecorresponde a un cero lgico enviando slo una media onda, reduciendo la tensinexistente en el par de conductores del bus unos 5 V. Despus de aproximadamentela mitad de un perodo de Bit se elimina esa reduccin. El resto del sistema (cable bus, transformadores y condensadores de todos los participantes, y muy

importante la inductancia de la fuente de alimentacin) generan una onda decompensacin positiva (circuito resonante).

FIGURA 2 FORMATO DE SEAL EN KNX TP


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FIGURA 3 TRANSFERENCIA DE DATOS SIMTRICA

- Estructura del telegrama

El intercambio de informacin se realiza mediante los llamados telegramas. Untelegrama consiste de una serie de caracteres, siendo un carcter una combinacinde 8 ceros y unos, es decir 8 Bit o 1 Byte. Habitualmente se unen varios caracteresen un campo. Los telegramas KNX TP se componen de 4 campos:

- En el campo de control se define la prioridad del telegrama, as como si seha repetido el telegrama o no (en caso que el receptor no responda).

- En el campo de direccin se define la direccin fsica del emisor as como

la direccin del destinatario (direccin fsica o direccin de grupo).- El campo de datos contiene los datos tiles propiamente dicho y puedetener una longitud de hasta 16 Byte.

- El campo de comprobacin sirve para verificar la paridad.


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FIGURA 3 ESTRUCTURA DE TELEGRAMA EN KNX TP

- Procedimiento de acceso al bus

El bus KNX usa un acceso denominado aleatorio dependiendo de sucesos. Untelegrama slo puede ser transmitido si no hay ninguna otra transmisin en esemomento. Para evitar colisiones durante la transmisin, la prioridad se regulasegn el procedimiento CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / CollisionAvoidance). Cada participante emisor escucha Bit por Bit el trfico de datosexistente en el bus. Si se da la casualidad que dos emisores envan su telegramasimultneamente suceder en un momento dado, como muy tarde al enviar elcampo de direccin, que un emisor enva un cero y el otro un uno. Aquel emisorque quiere enviar el 1 detecta que hay otro emisor que est enviando un cero, loque llevara a una colisin. En consecuencia aborta la transmisin, dando prioridad al otro emisor. Una vez finalizada la transmisin prioritaria, la

transmisin abortada reinicia el envo. En el campo de control es posible definirun nivel de prioridad, lo que permite al integrador fijar qu telegramas tienen preferencia sobre otros. En el caso de una colisin de dos telegramas con la misma prioridad se sigue lo indicado arriba (un cero tiene prioridad sobre un uno).


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FIGURA 4 ESTRUCTURA DE TELEGRAMA EN KNX TP

- Conexin de dispositivos bus

Los dispositivos se conectan al cable bus mediante los llamados terminales bus.

Se trata de terminales enchufables donde pueden conectarse hasta 4 cables KNX.Los terminales bus permiten desconectar un dispositivo sin interrumpir la lnea, loque representa una de las grandes ventajas del sistema KNX: si se desconecta undispositivo, todos los dems pueden proseguir con el intercambio de informacin.

FIGURA 5 TERMINAL DE BUS CON CABLE DE BUS ENTRANTE YSALIENTE


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b) Powerline KNX (PL)

El uso de la red de fuerza (230 V) existente en un edificio para la transmisin dedatos representa una medio de comunicacin rentable, sobre todo parainstalaciones nuevas en casos de rehabilitacin, y tambin para ampliar unainstalacin KNX existente. Para KNX

PL no se requiere ningn cable de bus especfico, se utiliza una de las tres fasesms el neutro para la transmisin. Las seales de informacin son superpuestas ala tensin de la red.


En KNX PL no se necesita ninguna fuente de alimentacin, los dispositivos KNXson alimentados directamente desde la red 230 V. Acopladores de fases aseguranque pueden usarse las tres fases, mientras que filtros de banda evitan que lasseales se propagan por toda la red de fuerza del edificio e incluso a la redexterna. En vez de acopladores de fases tambin es posible el uso de acopladoresde sistema.


La velocidad de transmisin en KNX PL asciende a 1.200 Bit/s. Los ceros y unoslgicos se transmiten con el llamado mtodo codificacin de la modulacin defrecuencias por transferencia (SFSK = Spread Frequency Shift Keying). Unaseal con la frecuencia de 105,6kHz generada por el emisor corresponde a un cerolgico, mientras que una seal de 115,2 kHz corresponde a un uno lgico. Estasseales son superpuestas a la tensin de red (230 V / 50 Hz). Gracias a tcnicas decomparacin y un procedimiento de correccin inteligente es posible detectar lasseales, incluso en presencia de interferencias. La frecuencia media entre ambas


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seales es 110 kHz, por lo que se conoce este medio de transmisin tambin comoPL110. Los niveles de transmisin de las seales superpuestas es frecuentementeigual al nivel de ruido habitual que existe en las redes altamente contaminadas dehoy en da. En consecuencia, stos pueden ser detectados slo mediante mtodosde procesamiento digital, en los cuales se adapta constantemente la potencia detransmisin y la sensibilidad de recepcin de los dispositivos a las condiciones dela red.

FIGURA 6

FORMATO DE SEAL EN KNX PL

- Estructura de telegrama

Los telegramas KNX PL son, en principio, telegramas KNX TP ampliados. LostelegramasKNX PL se componen de 4 campos:

- El campo de ensayo sirve para la sincronizacin y el ajuste de niveles entreemisor y receptor.

- Los campos de prembulo indican el inicio de la transmisin y regulan elacceso al bus. Tambin se usan para evitar colisiones de telegramas.

- El tercer campo contiene el telegrama KNX TP completo, tal como se

explic ms arriba.


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- El campo del ID del sistema contiene un identificador que sirve paramantener las seales de diferentes instalaciones KNX PL separadas, lo queasegura que slo dispositivos con el mismo ID pueden comunicarse entres.

FIGURA 7 ESTRUCTURA DE TELEGRAMA EN KNX PL


Al igual que en KNX TP se requiere tambin en KNX PL un procedimiento deacceso al bus para evitar colisiones de telegramas. Ello slo es posible el envo delos telegramas en tiempos deferidos. Todos los dispositivos conectados a la lnease encuentran por defecto en el estado de receptor. Slo si se dan una serie decondicionantes pueden pasar al modo emisor. Si un dispositivo detecta unacombinacin de Bits de un prembulo significa que el bus est ocupado por otro

dispositivo. Aqu es posible diferenciar entre Bus ocupado y Bus bloqueado.En el caso de Bus ocupado se interrumpe el intento de transmisin y se reiniciaen un momento posterior. Ese momento es determinado de forma aleatoria deentre 7 posibles tiempos. Este mtodo reduce la posibilidad de colisionesdrsticamente.


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La conexin de los dispositivos bus se realiza directamente a la red 230 V.

c) Radiofrecuencia KNX (RF)

La transmisin por radiofrecuencia es idnea cuando el tendido de un bus o cablees difcil o incluso imposible (por ejemplo en ubicaciones remotas o edificios degran valor arquitectnico).

KNX RF tambin es ideal para ampliaciones de instalaciones KNX TP.Tericamente es posible ejecutar toda una instalacin completa mediante KNXRF, sin embargo es poco probable en la prctica.


Para poder ubicar los sensores KNX RF independientes de la red 230 V, stos sonalimentados habitualmente mediante una batera. Ello slo es posible si losdispositivos no deben estar permanentemente en estado de emisor. Para ello se hadefinido en KNX un modelo de dispositivo unidireccional que emite seales slocuando es necesario y que no contiene la funcin de receptor. Por el contrario, losactuadores deben estar permanentemente listos para recibir seales y deben ser, por lo tanto, bidireccionales. La alimentacin se realiza normalmente a travs de

la red 230 V. En KNX, todos los receptores deben ser capaces de emitir. Laenorme potencialidad del sistema KNX se comprueba teniendo en cuenta latotalidad del sistema.


La tcnica de radiofrecuencia se basa en la modulacin de una onda de seal sobre

una onda portadora. Ello es posible a travs de la amplitud (modelacin de


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amplitud), la frecuencia (modulacin de frecuencia), fase (modulacin de fase) ode una combinacin de stos. La seal modulada es transmitida a los recetores ydesmodulada por stos, es decir, la informacin es recuperada. KNX RF usa elmtodo de modulacin de frecuencia. Los estados lgicos uno y cero songenerados mediante una ligera variacin de la onda portadora, tambin conocidacomo frecuencia media.

La correcta eleccin de la frecuencia media es esencial para la calidad de latransmisin. Existen dos versiones de KNX RF, compatibles hacia arriba: KNX

RF Ready y KNX RF Multi. La frecuencia media en KNX RF Ready es de 868,3MHz y slo se dispone de un canal de comunicacin. No obstante, transmisiones por radiofrecuencia con un solo canal son vulnerables a interferencias provenientes de otros sistemas no-KNX en la misma banda o adyacentes condiferentes procedimientos de acceso al medio.

KNX RF Multi soluciona estas interferencias mediante dispositivos que puedenconmutar de un canal ocupado ( por ejemplo F1 que es idntico al usado en KNXRF Ready) a otro canal de radiofrecuencia, es decir idneamente a dos canalesrpidos (F2 y F3) o dos canales lentos (S1 y S2). Los canales rpidos estn pensados para aplicaciones operados por el usuario, como por ejemplo encender oapagar la luz, subir o bajar la temperatura, etc. Los canales lentos estn pensados para dispositivos que necesitan estar permanentemente en modo receptor, como por ejemplo la regulacin de sistemas HVAC. Canales rpidos tienen un ratio dedatos de 16.384 kbps, los lentos la mitad de este valor. Mientras que para loscanales F1 y F2 el ratio de transferencia de datos (duty cicle) puede ser slo 1 % o0,1 % con un mximo de 25 mW, para canales F3 y S1 puede ser incrementadohasta el 100 % con un mximo de 5 mW (pero con 25 mW tambin slo 1 %). Elratio de transferencia de datos para el canal S2 est limitado al 10 % con unmximo de 25 mW. A pesar que los dispositivos siempre tienen capacidad deenviar telegramas, son conmutadosal modo sleep para reducir su consumohasta un80 % para canales rpidos y hasta un 99 % para canales lentos, siendodespertados slo peridicamente para recibir telegramas.


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Para asegurar compatibilidad entre dispositivos mono-canal y multi-canal se hadesarrollado un esquema de compatibilidad, lo que significa que los nuevosdispositivos mono-canal deben usar ahora prembulos ms largos. Losdispositivos multi-canal deben ser capaces de trabajar tambin en modo mono-canal.

En KNX RF Multi tambin es posible verificar que el telegrama se ha recibidocorrectamente. Un acuse de recibo directo rpido (Fast IACK) se puede obtener de64 receptores individuales. Si no se recibe el Fast IACK se repite la transmisin

del telegrama automticamente.

En instalaciones de mayor envergadura pueden usarse retransmisores para enviartelegramas a instalaciones distantes. Para enlazar un sistema KNX RF con unsistema KNX TP se usan acopladores de medios.

FIGURA 8 MODULACIN DE FRECUENCIA Y SEAL EN KNX RF


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Al igual que en los dems medios de comunicacin KNX, en KNX RF se envanlos datos tiles mediante telegramas multicast. Ello significa que un telegrama puede ser ledo por varios receptores simultneamente, por ejemplo para encendervarios puntos de luz a la vez. Los telegramas KNX RF estn formados por varios bloques de datos separados por varios campos de comprobacin (checksum). Los bloques de datos contienen los datos tiles propiamente dicho, as comoinformacin especfica del bus que se requieren para el direccionamiento. El primer bloque de datos consta de 3 campos: el primero, el campo de control,contiene informacin acerca de la longitud del telegrama, la calidad de latransmisin (rendimiento), el estado de la batera de los dispositivos operados con batera, y si se trata de un dispositivo unidireccional. El segundo campo contiene o bien el nmero de serie KNX, o bien la direccin de dominio. El nmero de seriees asignado por el fabricante y no puede ser modificado. Durante la puesta enmarcha se evala en modo E (Easy) el n mero de serie del receptor junto a la

direccin fuente del emisor. En el caso de los dispositivos KNX RF modo S(System) se asigna la direccin de dominio mediante el ETS (a partir de la versin5) y separa instalaciones KNX RF adyacentes. El tercer campo, el campo deseguridad, sirve al receptor para confirmar que el telegrama se ha recibidocorrectamente.

El tercer bloque de datos consta, adems de otros campos de control y seguridad,

de campos que contienen la direccin fuente individual (direccin fsica), ladireccin destino, as como la informacin til. Dependiendo de la longitud de lainformacin puede ser necesario enviar otros bloques de datos.


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FIGURA 9 ESTRUCTURA DE TELEGRAMA EN KNX RF

FIGURA 10 BLOQUES DE DATOS EN TELEGRAMAS KNX RF


Los dispositivos unidireccionales envan telegramas slo cuando sea necesario.Debido al muy reducido ratio de transferencia (duty cicle = duracin de un pulsoen relacin a un perodo completo) de 1 % es prcticamente imposible que existan

colisiones de telegramas, incluso en KNX RF Ready. Los dispositivos bidireccionales comprueban el trfico en el canal antes de enviar un telegrama. Siel canal est ocupado espera hasta que est libre. Como ya se ha mencionado msarriba, los emisores pueden pedir en KNX RF Multy un acuse de recibo deltelegrama.


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- Conexin de dispositivos bus

Los dispositivos KNX RF se ofrecen para montaje empotrado, en superficie o encaja. Los dispositivos para montaje empotrado son habitualmente elementos paraencender, apagar o regular la luz o para accionar persianas, a los cuales seconectan las teclas de accionamiento. Los componentes para la comunicacin porradio pueden estar integrados en las teclas, o bien en los dispositivos empotrados.En la variante montaje en superficie o en caja existen diferentes sensores,actuadores o combinaciones de stos que pueden montarse o adherirse encualquier lugar y superficie.

d) KNX IP

Ethernet es una red de comunicacin abierta (independiente de cualquierfabricante) de altas prestaciones regulada segn Norma IEEE 802.3. Ethernet se

usa como red local, sobre todo en conjunto con internet. En los mercadosmundiales existen varias estructuras de diferentes redes. El estndar Ethernetdefine las reas fsicas (las llamadas capas), es decir, se regula entre otrosaspectos:

- El formato de las seales en el bus.- Qu tipos de cables deben usarse.- La configuracin de los terminales del cable.- Cmo deben acceder los diferentes participantes al sistema comn.- Cmo deben representarse los caracteres.- Qu mtodos de seguridad deben usarse para los bloques de datos.

No obstante, en la prctica no son suficientes estas definiciones para el envo dedatos entre dos dispositivos. Deben definirse numerosos detalles sobre el protocolo usado, ello es especialmente importante en redes de gran envergadura


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como por ejemplo internet. Para que ordenadores puedan comunicarse entre s serequieren protocolos. TCP/IP es un grupo de protocolos o reglas (familia de protocolos) introducido en 1984 y muy usado hoy en da. A pesar que TCP/ IP semenciona siempre junto, se trata en realidad de dos protocolos: TCP (=Transmission Control Protocol) e IP (= Internet Protocol). Para ser ms exactosan hay que mencionar un tercer protocolo igual de importante: UDP (= UserDatagram Protocol). El protocolo base, IP, asegura que todos los paquetes dedatos son enviados de un participante a otro, y todo ellos a travs de rutasoptimizadas. Para ello se requieren las llamadas direcciones IP. El protocolo TCPque se basa en el protocolo IP se usa para una gran cantidad de aplicaciones en lared, como por ejemplo el envo de e-mails o surfear en internet. TCP estableceuna conexin permanente y segura y garantiza que los paquetes de datos sonenviados en el orden correcto y reconstruido por el receptor (protocolo orientado aconexin). El protocolo UDP usa para aquellas aplicaciones en las que una prdida ocasional de paquetes de datos es tolerable, por ejemplo en transmisin devideo o audio.

Se trata de una conexin sin verificacin de errores, y los paquetes de datos seentregan de forma incontrolada (protocolo sin conexin). UDP es, en comparacincon TCP, mucho ms simple y rpido. En ciertas aplicaciones como por ejemplola transmisin de voz o video sera incluso contraproducente repetir (por ejemploun segundo ms tarde) el envo de un paquete de datos perdido. El protocolo UDPse usa frecuentemente en sistemas de automatizacin de edificios. Enlazar KNX

con Ethernet tiene las siguientes ventajas:

- La infraestructura de red existente en un edificio puede usarse para la lnea principal y el backbone de KNX (ms rpido, ms econmico, msconfortable).

- Es posible monitorizar y controlar el edificio a travs de Ethernet desdecualquier parte del mundo.


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- Varios edificios descentralizados pueden ser controlados desde un lugarcentral.

- El integrador tiene la posibilidad de programar, analizar y/o mantener unainstalacin KNX de forma remota.

- Protocolo

El sistema KNX usa mtodos de comunicacin de Ethernet: tunneling y routing.Ambos mtodos usan el protocolo UDP. Tunneling se usa para acceder al bus

desde redes locales o desde internet, por ejemplo para la programacin KNX.Routing se usa para el intercambio de telegramas a travs de Ethernet, porejemplo para acoplar dos instalaciones KNX TP a travs de Ethernet. Los protocolos KNX usados para ambos mtodos de comunicacin se denominanKNXnet/IP tunnelingy KNXnet/IP routing. La comunicacin IP en KNX puedeexplicarse usando el modelo de referencia OSI. La comunicacin se realiza atravs de la capa de aplicacin (que genera el telegrama KNXnet/ IP), la capa de

transporte (UDP), la capa de red (IP), as como Ethernet como capa fsica. Aligual que para KNX TP, se debe aadir al propio telegrama KNXnet/IPinformacin adicional (las cabeceras) especfica para cada capa.

FIGURA 11 KNXNET/IP EN EL MODELO DE REFERENCIA OSI


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En comparacin con KNX TP contiene el telegrama KNXnet/ IP algunainformacin adicional:

- Longitud cabecera, es siempre la misma. A pesar de ello se transmite detodas formas ya que es posible que la longitud pueda variar en versionesfuturas del protocolo. Esta informacin sirve para identificar el comienzodel telegrama.

- Versin de protocolo, esta informacin indica qu versin del protocoloKNXnet/ IP se est usando.

- Identificador del tipo de servicio KNXnet/IP, indica la accin que debellevarse a cabo.

- Longitud total, este campo indica la longitud total del telegrama.- Cuerpo KNXnet/IP, este campo contiene la informacin til.

FIGURA 12 ESTRUCTURA DE TELEGRAMA EN KNXNET/IP

- KNXnet/IP tunneling

Tunneling es usado cuando se pretende enviar desde el ETS telegramas KNX enmodo orientado a conexin dentro de un marco IP. En principio esto es siempre elcaso cuando se usa una direccin fsica como direccin destino (por ejemplo al programar una direccin fsica o al descargar el programa de aplicacin de undispositivo KNX). En tunneling, la comunicacin se realiza siempre mediante la

direccin IP del dispositivo KNXnet/ IP que se est usando para el tunneling.


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FIGURA 13 EJEMPLO DE KNXNET/IP TUNNELING: PROGRAMACIN DEUN DISPOSITIVO BUS A TRAVS DE ETHERNET

- KNXnet/IP routing

Routing es usando para la transmisin simultnea y sin conexin de telegramasKNX a varios participantes a travs de un router KNXnet/IP. Esto equivale a lacomunicacin en grupo en KNX TP. Routing se usa por ejemplo para acoplarcables TP. Un router KNXnet/IP usado como acoplador de lnea de un cable TPenviar un telegrama al lado IP solamente si la direccin de grupo correspondienteaparece en la tabla de filtro del router KNXnet/IP. Todos los dems router

KNXnet/IP usados como acopladores de lnea con otras lneas KNX TP enviarntelegramas desde el lado IP a su lnea TP solamente si la direccin de grupocorrespondiente aparece en la tabla de filtro del router KNXnet/IP.


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integracin de un software de sistema KNX se puede convertir cualquier aparatocon conexin a red en un dispositivo sin necesidad de hardware adicional.

Indiscutiblemente, el futuro pertenece a las topologas jerrquicas: Ethernet seseguir estableciendo como backbone de alto rendimiento y para la conexin deelementos e alta complejidad (KNX IP). En cambio, KNX TP, KNX PL y KNXRF mantendrn su relevancia en la conexin de sensores y actuadores. Ningnotro sistema como KNX ofrece tantos medios de comunicacin.

- Comparacin del ratio de transferencia

A pesar de los diferentes medios de comunicacin se trata de un nico sistema de bus. Para su programacin y puesta en marcha se necesita un nico software(ETS). Los dispositivos se diferencian slo por su conexin, lo que no tienerepercusin a la comunicacin entre ellos: las direcciones de grupo son iguales para todos los medios, los dispositivos de diferentes fabricantes soninteroperables, etc.

Una diferencia sustancial de los medios es su ratio de transferencia de datos. KNXTP necesita en condiciones de trfico en el bus normales unos 20 ms paratransmitir un telegrama. Slo al programar un dispositivo se duplica el tiempo. Un bus KNX TP puede transmitir un mximo de 50 telegramas por segundo.En KNX PL se transmiten 6 telegramas por segundo. Ello es debido a la menorvelocidad, telegramas ms largos y un mtodo de acceso al bus diferente


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2.2.3 Topologa KNX

a) KNX TP

- Disposicin

La unidad bsica de una instalacin KNX TP es una lnea. Una lnea contiene unafuente de alimentacin (con bobina incluida) y habitualmente mximo 64

dispositivos KNX. La fuente de alimentacin y el par trenzado cumplen con dosfunciones: alimentan a los dispositivos con la tensin necesaria y posibilitan elintercambio de telegramas entre todos los participantes. El cable bus puedetenderse libremente y puede ser ramificada en cualquier punto. Comoconsecuencia se obtiene una estructura de rbol abierta, lo que permite adaptarseflexiblemente a cualquier situacin de proyecto. Mediante amplificadores de lnease pueden conectar ms de 64 participantes a una lnea. Estas ampliaciones son

denominadas segmentos de lnea. Dicho segmento de lnea consiste de una fuentede alimentacin (con bobina incluida) y otros 64 dispositivos adicionales comomximo. En este caso, el amplificador de lnea cuenta como dispositivo. Puedenoperar mximo 3 amplificadores en paralelo, es decir la configuracin mxima deuna lnea con 3 amplificadores es de 255 dispositivos.

Otra forma de ampliar una instalacin es mediante lneas adicionales usandoacopladores de lnea. Debido a que en la prctica los amplificadores de lnea y losacopladores de lnea (e incluso los acopladores de rea) estn integrados en elmismo hardware, habitualmente no se ocupa la configuracin mxima de unalnea, pero s se instalan varias lneas nuevas. Ello permite, por un lado, obteneruna instalacin mejor estructurada, y por otro reducir el nmero de telegramas encada lnea, usando para ello la funcin de filtroe los acopladores de lnea:telegramas que no estn destinados a una lnea en concreto no son transmitidas.Pueden conectarse hasta 15 lneas mediante acopladores de lnea a una lnea

principal, formando as un rea. La lnea principal tambin puedellevar hasta 64


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dispositivos, sin embargo no se permite la conexin de amplificadores de lnea.Los acopladores de lnea cuentan como dispositivo de bus. Cada lnea necesita su propia fuente de alimentacin. La topologa descrita con lneas y reas ofreceventajas muy importantes:

- Aumento de la seguridad operativa gracias a la separacin galvnica cada lnea y rea tiene su propia fuente de alimentacin. Si falla una fuentede alimentacin, el resto de la instalacin sigue funcionando sin problemas.

- El trfico de datos local en una lnea o rea no repercute sobre el trfico enotras lneas o reas.

- La topologa permite una estructura clara y lgica para la puesta enmarcha.

FIGURA 15 LNEA KNX TP


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FIGURA 16 CONFIGURACIN MXIMA DE UNA LNEA KNX TP

FIGURA 17 UN REA EN KNX TP: PUEDEN ACOPLARSE HASTA 15LNEAS A UNA LNEA PRINCIPAL


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FIGURA 18 PUEDEN ACOPLARSE HASTA 15 REAS MEDIANTEACOPLADORES DE REA EN KNX TP

- Longitud de cables

Por motivos de formacin de las seales y de su retardo de transmisin mximo permitido, las longitudes del cable de un segmento de lnea estn limitadas segnlo siguiente:

- Distancia mxima de la fuente de alimentacin al dispositivo bus: 350 m.- Distancia mxima entre dos dispositivos bus: 700 m.- Longitud mxima de un segmento de lnea: 1.000 m.-

Distancia mxima entre dos fuentes de alimentacin (con bobina) en lamisma lnea: segn indicaciones del fabricante.

- Direcciones fsicas

A cada dispositivo en un sistema KNX le es asignado una direccin nica einconfundible, la direccin fsica. Esta direccin consta de tres cifras separadas


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por puntos y es asignada en funcin de su ubicacin dentro de la topologa del bus:

- La primera cifra indica el nmero del rea.- La segunda cifra indica el nmero de la lnea.- La tercera cifra indica un nmero correlativo dentro de la lnea.

La direccin fsica sirve para identificar cada dispositivo de forma inequvoca yadems para poder programarlos. Hay que tener en cuenta que a los acopladoresde lnea y rea se debe asignar siempre el nmero correlativo 0. Ejemplos:

- Direccin fsica 1.1.0: se trata de un acoplador de lnea que acopla la lnea1 con la lnea principal de la primera rea.

- Direccin fsica 2.3.20: participante nmero 20 de la tercera lnea de lasegunda rea.

b) KNX PL

- Disposicin

La topologa en KNX PL tambin es estructurada, al igual que en KNX TP, enlneas y reas. La unidad ms pequea es una lnea con 255 participantes. Un reaconsta de 15 lneas PL acopladas a una lnea TP. Para ello se usan acopladores de

medio en vez de acopladores de lnea. La cantidad de reas est limitada a 8. Lasdiversas lneas PL deben ser separadas entre s mediante filtros de banda. Losacopladores de sistema ofrecen, al igual que los dems acopladores, una funcinde filtro lo que reduce el nmero de telegramas en cada subsistema. Gracias a ellose reduce el trfico en cada rea. Debido a que el trfico de datos en KNX PL esconsiderablemente menor que en KNX TP representa una alternativa interesante para no sobrecargar el bus.


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Los acopladores de medios les es asignado (al igual que acopladores de lnea yrea) el nmero correlativo 0. Todos los dems dispositivos reciben una direccinacorde a su ubicacin en la topologa del bus. Ejemplos:

Direccin fsica 1.5.0: acoplador de medios que acopla la quinta lnea PLcon la lnea principal de la primera rea.

Direccin fsica 2.3.20: participante nmero 20 de la tercera lnea de lasegunda rea.

c) KNX RF

- Disposicin

Los dispositivos de un sistema KNX RF no estn sujetos a ninguna estructura jerrquica. Se pueden instalar prcticamente en cualquier sitio, y teniendo encuenta el alcance de la seal de radiofrecuencia, cualquier sensor puedecomunicarse con cualquier actuador. Dado que no puede definirse el alcance de laseal con exactitud, existe el riesgo que dispositivos

KNX en instalaciones adyacentes tambin puedan recibir las seales KNX RF.Por lo tanto debe asegurarse que no existan interferencias entre diversasinstalaciones. Por ello emite cada emisor de radio como parte del telegrama unnmero de serie o una direccin de dominio. Solamente aquellos receptores quehan sido parametrizados con estos datos puede leer la informacin transmitida.Una instalacin KNX puede disearse exclusivamente con dispositivos KNX RF,o puede ser una combinacin con otros medios, por ejemplo KNX TP. Paraacoplarlos s usan acopladores de medios.


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Los acopladores de medio reciben una direccin fsica acorde a su ubicacin en latopologa.Ejemplo:

- Direccin fsica 2.3.20: participante (o acoplador) nmero 20 de la terceralnea de la segunda rea.

d) KNX IP

- Disposicin

KNX IP puede usarse para sustituir lneas principales o de reas. Para ello se usanrouterKNXnet/IP. Estos routerdisponen en el lado superior de una puerta Ethernet as

como de una conexin KNX TP que transmiten los telegramas KNX mediante el procedimiento del routing a otros routerKNXnet/IP. Gracias al medio decomunicacin adicional Ethernet se una flexibilidad an mayor de la topologaKNX. Los routerKNXnet/ IP pueden usarse tanto como acopladores de lnea ascomo acopladores de rea. Como todos los dems acopladores tambin ofrecen lafuncin de filtrar los telegramas. Adems es posible programar dispositivosubicados en otras lneas. Algunos fabricantes ofrecen tambin routerque soportan

el filtraje de direcciones fsicas. De esta forma se evita una programacin errneade dispositivos ubicados en otras lneas o reas. Los routerKNXnet/IP secomunican con otros router y los dems participantes a travs de Ethernet usandoel mtodo del routing. La mayora de los routerKNXnet/IP soportan tambin elmtodo del tunneling, es decir pueden ser usados tambin como interfaz de programacin para el ETS. Adicionalmente se pueden usar los routerKNXnet/ IP para enlazar instalaciones KNX completas entre s. Esto puede ser por ejemplointeresante si dos edificios equipados con una instalacin KNX TP deben ser


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centralizados. Si ya existe una conexin Ethernet entre ambos edificios (enedificios terciarios habitual) no es necesario tender un cable KNX entre ellos.KNX IP se usa tambin para enlazar dispositivos KNX entre s, por ejemplo pantallas de visualizacin. Como ltimo se ofrecen tambin soluciones desoftware que se comunican con sistemas KNX a travs de KNXnet/IP.

FIGURA 19 ACOPLAMIENTO DE DE LNEAS KNX TP MEDIANTEROUTER KNXNET/IP

FIGURA 20 ACOPLAMIENTO DE DE REAS KNX TP MEDIANTE ROUTERKNXNET/IP


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FIGURA 21 ACOPLAMIENTO DE DOS INSTALACIONES KNX UBICADOS

EN LUGARES DISTINTOS

- Longitud de cables

Para las instalaciones Ethernet se usan los llamados cables de red. En el mercadose ofrecen en varias categoras y se distinguen en funcin deltipo de conductor ysu aislamiento. Por regla general, su longitud no debe superar los 100 m. Parainstalaciones ms grandes deben usarse componentes de red que sirven para unirsegmentos de lnea. Dicha longitud mxima no suele ser un obstculo enviviendas. En edificios terciarios debe usarse. Como ya se ha mencionado antes, lainfraestructura de red existente.


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Los router KNXnet/IP reciben en el caso del routing el nmero correlativo 0,mientras que en el caso del tunneling se les puede asignar cualquier nmerodeseado. Ejemplos:

- Direccin fsica 1.5.0: router KNXnet/IP actuando como acoplador delnea que acopla la quinta lnea con la lnea principal de la primera rea.

- Direccin fsica 2.3.20: interfaz de programacin KNX IP con el nmero

correlativo 20 ubicado en la tercera lnea de la segunda rea.

FIGURA 22 EJEMPLO DE UNA TOPOLOGA KNX INCORPORANDOTODOS LOS MEDIOS (TP, PL, RF, IP)

2.2.4 El software ETS

El sistema KNX ofrece dos modalidades para la programacin de instalacionesKNX:

- Modo Easy (Modo E), esta configuracin no se realiza con un ordenador,sino con un programador de mano, mediante teclas o por otros medios.Esta modalidad es idnea para instaladores que s tienen conocimientos

bsicos de sistemas de bus pero no de herramientas de software. Si se


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desea ampliar en un futuro esta instalacin se puede realizar tambin enmodo S.

- Modo System (Modo S), aqu se debe utilizar una herramienta de software(ETS). Esta herramienta permite enlazar y poner en marcha losdispositivos.

a) Funciones del ETS

Una instalacin KNX es configurada mayoritariamente en modo S, es decirmediante el software ETS instalado en un ordenador. ETS sirve para procesar los programas de aplicacin facilitados por los fabricantes para sus productos. Se pueden realizar por ejemplo las siguientes tareas:

- Descargar desde internet (catlogo online) o desde las respectivas webs los programas de aplicacin de cada fabricante.

- Ajustar los parmetros de los programas de aplicacin.

- Enlazar los objetos de comunicacin con los programas de aplicacinmediante direcciones de grupo.

- Descargar los programas de aplicacin parametrizados desde el ETS a losdispositivos.

Adems de las herramientas para programar y poner en marcha ofrece el ETStambin numerosas funciones de diagnstico y anlisis de posibles errores.

b) Estructura del ETS

El ETS se ha desarrollado segn las reglas de diseo de Windows lo que asegura aaquellos usuarios familiarizados con otros productos de Microsoft aprender el usodel ETS con facilidad y rapidez. ETS ofrece varias ventanas de trabajo querepresentan el proyecto KNX de diferente forma:


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- La ventana principal representa el proyecto desde el punto de vista deledificio, mostrando las diferentes habitaciones y los cuadros dedistribucin a los cuales se pueden asignar los dispositivoscorrespondientes. De esta forma es muy sencillo encontrar en el ETS losdispositivos en funcin de su ubicacin.

- La ventana de direcciones de grupo representa el proyecto desde el puntode vista de las funciones existentes. Aqu se puede ver con facilidad qudispositivos interactan entre s.

- La ventana de topologa muestra la estructura del proyecto KNX, es decirlas direcciones fsicas.

Cada ventana est dividida en dos partes. A la izquierda se muestra una vistageneral en forma de rbol, a la derecha se muestra parte de este rbol en forma delista con todos los detalles. En la parte superior de la ventana se encuentran barrasde men donde pueden elegirse las funciones disponibles. Para las funciones deuso frecuente existe una barra de acceso rpido. La estructura de las ventanas y

sus dos partes puede ser ajustada por el usuario segn sus conveniencias.

FIGURA 23 DIFERENTES VENTANAS DE TRABAJO EN ETS


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c) Diseo de un proyecto KNX

Despus de instalar el ETS en el ordenador an no es posible empezar con eldiseo del proyecto. Primer es necesario descargar los datos de los productosinvolucrados. Estos datos son ofrecidos por los fabricantes gratuitamente en formade bases de datos y pueden descargarse desde sus pginas web o bien a travs deinternet. Como alternativa puede usarse tambin el Catlogo Online KNX. Unavez instaladas las bases de datos se puede empezar con la programacin,siguiendo los siguientes pasos:

- Crear un proyecto con su respectivo nombre que permite encontrarlo yeditarlo posteriormente.

- Reproducir el diseo del edificio y los dispositivos instalados, definir laestructura del edificio y de la topologa de bus, y definir las direccionesfsicas de los dispositivos.

- Ajustar los parmetros de los productos segn los requerimientos del

proyecto. Por ejemplo en el caso de una tecla hay que definir si servir para regular la luz (diming), para subir o bajar una persiana o simplemente para encender o apagar la luz. En el caso de los actuadores se define atravs de la parametrizacin si hay funciones temporizadas o con quvelocidad debe regular el dimmer la luz.

- Definir las funciones del proyecto y de las direcciones de grupo. Ejemplo:En una oficina existen dos tiras de luminarias que pueden ser encendidas o

apagadas individualmente o ambas a la vez. Se deben programar tresfunciones, y para ello se requieren tres direcciones de grupo:encender/apagar tira 1, encender/apagar tira 2, y encender/apagar tiras 1 y2 juntas.

- Enlazar los objetos de comunicacin de los dispositivos KNX mediantedirecciones de grupo. O dicho de una forma grfica, se tienden cables

virtuales entre las entradas y salidas virtuales de lo s dispositivos.Gracias a ello se define qu sensores interactan con qu actuadores.


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- Asignar los dispositivos KNX programados a las localidades dentro deledificio (opcional).

- Comprobar el correcto funcionamiento de la programacin, guardar el proyecto e imprimir la documentacin.

FIGURA 24 ESTRUCTURA DEL EDIFICIO Y DISPOSITIVOS

FIGURA 25 DEFINICIN DE PARMETROS DE DISPOSITIVOS

FIGURA 26 LA VENTANA DE DIRECCIONES DE GRUPO

plan de tesis_baez_corregido 01-11-2015.pdf

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