LonWorks en la climatización y la integración con otros sistemas
Gracias a la topología que puede adoptar el bus de campo, la velocidad de comunicaciones (78.100bps), la robustez de la tecnología y su protocolo, … hicieron, entre otras características que más adelante veremos, que muchos fabricantes de climatización adoptaran esta tecnología para el despliegue de sus sistemas de control. Para ejemplo, los numerosos controladores de Fan-coil (Fig. 1) que pueden existir en un edificio y deben de estar distribuidos junto al equipo electromecánico (válvulas y el propio Fan-coil).
Fig. 1: Controlador de fancoil LonWorks, cortesía de e-controls.
Desde su lanzamiento en el año 1990 por parte de Echelon Corporation, empresa creadora de la tecnología, y con un abanico de más de 4.000 productos actualmente, cientos de miles de sistemas basados en la plataforma LonWorks y decenas de millones de dispositivos LonWorks se han instalado en todo el mundo. Algunas de las múltiples áreas en donde es de aplicación son:
- Building Automation, en el que se incluye: viviendas, oficinas, centros comerciales, hoteles, retail, … y en el que se controlan todos los subsistemas del edificio: HVAC, iluminación, seguridad, accesos, incendios, energía, …
- Alumbrado público, en el que se telegestionan las infraestructuras y se hace control energético de las instalaciones mediante encendido/apagado de luminarias, regulaciones, detección de presencia y luminosidad, …
- Transporte, en el que se controlan y supervisan las infraestructuras de los servicios ferroviarios y trenes mediante los sistemas de iluminación, propulsión y frenado y control de puertas.
- Industria, en el que se controlan y supervisan múltiples tareas industriales: tratamiento de aguas residuales, sistema de iluminación, ventilación, …
- Gasolineras, donde la IFSF (International Forecourt Standards Forum) en el 2005 adoptó la tecnología LON para crear los perfiles para surtidores, máquinas de lavado de coches, Tótem de precios, etc. en gasolineras y crear así sistemas multivendedor/multifabricante.
Estos números se han ido consiguiendo, y siguen aumentando, gracias al constante esfuerzo en la estandarización de la tecnología desde su lanzamiento. En un reconocimiento de la madurez del protocolo y siguiendo el movimiento de la época, y actual, del uso de 'sistemas abiertos', en 1999 se convirtió en estándar americano bajo la norma ANSI/EIA/CEA-709.1-B; en los sucesivos años, diferentes países lo adoptaron como estándar nacional, convirtiéndose en estándar europeo en 2005 bajo la norma EN 14908 'Comunicación abierta de datos en automatización, control y gestión de edificios. Protocolo de control de red' y todas sus 6 partes: capas del protocolo, comunicación por par trenzado, especificación del canal de línea de potencia, comunicación IP, implementación y elementos para la aplicación. A finales de 2008, ISO (International Organization for Standardization) e IEC (International Electrotechnical Commission) aprobaron la tecnología LonWorks como estándar ISO/IEC 14908, partes 1, 2, 3 y 4, convirtiéndose en estándar mundial como Protocolo de Control de Red.
A su vez, y en paralelo, LonMark International (LMI), organización mundial sin ánimo de lucro creada para promover y avanzar en el negocio de la integración eficaz y abierta de sistemas de control de múltiples proveedores utilizando el estándar ISO/IEC 14908-1 y normas relacionadas, ha sido una importante fuerza impulsora a la hora de establecer las directrices de interoperabilidad, creando y publicando guías/pautas de apoyo al desarrollo independiente de productos que puedan conectarse perfectamente entre sí, y estando fuertemente comprometida a formar al mercado sobre el valor de los sistemas abiertos e interoperables, proporcionando herramientas, recursos y apoyo para sus miembros y sus mercados. Además, se encuentra en un proceso de mejora continua para incluir nuevas y útiles funcionalidades sin dejar de ser compatibles con las instalaciones ya existentes. Tiene desarrollados desde hace muchos años gran cantidad de perfiles funcionales orientados a la climatización (Fig. 2) que garantizan la interoperabilidad de fabricantes y servicios; así tiene desarrollados perfiles para controladores de fan-coil, UMA’s VAV, Chiller, CO2, temperatura, humedad, etc. Con estos perfiles, los fabricantes crean productos interoperables y certificados como el de la Fig. 3 que es un sensor de calidad del aire certificado por LonMark International.
Fig. 2: Perfil funcional de un controlador Chiller, cortesía de LonMark España.
Fig. 3: Sensor de Calidad de Aire LonWorks, cortesía de ISDE.
La Asociación LonMark España (LME), afiliada a LonMark International, tiene como objetivos en el territorio nacional compartir y difundir información sobre la tecnología y los productos LonWorks, promover el estudio de la tecnología entre centros de enseñanza e investigación, contribuir y apoyar la certificación y estandarización en los organismos competentes y promover los productos y servicios de las empresas que son miembro.
Entre los miembros de LonMark International y LonMark España se incluyen los principales fabricantes, integradores y usuarios de sistemas de control en una variedad de industrias, incluyendo la automatización, seguridad, iluminación, ascensores, transporte, equipos de fabricación de semiconductores, aparatos domésticos o de consumo, persianas, medición de la energía, construcción, inmobiliario, automatización industrial, … todo ello para disponer de un completo sistema abierto e interoperable, con todo lo necesario para diseñar y desarrollar dispositivos de control para su posterior instalación y puesta en servicio: herramientas de desarrollo, chips de comunicaciones, interfaces de comunicaciones, herramientas de instalación de dispositivos, interfaces de red, routers/switches, dispositivos de control, equipos para el control remoto de las instalaciones y analizadores de red.
Ésta es la base para un sistema abierto e interoperable, en el que los productos y soluciones de las empresas líderes del mundo, pero también pequeñas y medianas empresas, confluyen en una aplicación sencilla y directa que integra en una solución completa la gran variedad de componentes de los subsistemas existentes en una instalación, y que se comunican utilizando el mismo lenguaje, siendo más inteligente, más rentable y más fácil de mantener que los sistemas cerrados o integrados a través de pasarelas.
Las soluciones LonWorks obvian la necesidad de costosas pasarelas que los sistemas propietarios de control necesitan para conectarse a los BMS de los edificios. Uno de los aspectos más relevantes de una red LON es que cualquier dispositivo puede compartir datos con cualquier otro dispositivo, aunque sean de subsistemas diferentes, y que los interfaces de usuario se tratan como cualquier controlador del sistema, no hay ni maestros ni esclavos, como un dispositivo más de la red. Ésta es la misma forma con la que trabaja Internet. Cualquier ordenador puede solicitar información a cualquier servidor en cualquier lugar del mundo sin restricciones de quién o de dónde viene la información. LonWorks funciona de la misma manera y sigue muchas de las mismas reglas que Internet, pero está diseñado para redes de control con necesidades en mayor tiempo real.
Hasta ahora se han descrito aspectos básicos de la tecnología LonWorks, pero lo que realmente le hace muy potente es su capacidad de realizar comunicaciones 'peer to peer', esto es, que un equipo se comunique de forma directa con otro equipo de la misma red si necesidad de ningún controlador superior, o lo que comúnmente se denomina DDC; otra gran característica es la robustez del bus de campo pudiendo adoptar topologías en bus o Daysi chain, anillos y/o topologías libres, lo que hace que la instalación de controladores no deba seguir una reglas de continuidad (como es el caso de Bacnet MS/TP) facilitando enormemente la instalación y despliegue de equipos. Otro punto fuerte de la tecnología es la velocidad del bus de comunicaciones que es de 78.100bps, velocidad que supera por mucho a otras tecnologías del mercado como KNX donde tan solo alcanza los 9.600bps.
De todos estos aspecto se dieron cuenta los grandes fabricantes de sistemas de climatización y control a mediados de los años 90 y empresas como Honeywell, Johnson Control, Siemens, Carrier, Trend, Danffos, ABB, etc. adoptaron esta tecnología para ofrecer productos al mercado bajo este estándar; muchos de estos fabricantes no renunciaron a seguir haciendo productos con sus protocolos cerrados, pero el mercado del control se empezó a abrir y los diseñadores de sistemas vieron grandes ventajas para ellos al poder elegir los mejores productos o más competitivos para sus diseños y lo más importante que el cliente final no quedara en manos de un fabricante de por vida con sus sistemas cerrados que implican altos costos de mantenimiento y de servicio post venta.
Con la tecnología LonWorks los técnicos bien formados pueden mantener y operar redes que otros integradores hayan instalado, pueden crear redes de control con productos de diversos fabricantes y también se pueden mezclar diversos subsistemas. Aclaremos este punto: las instalaciones de un edificio están compuestas por multitud de subsistemas como pueden ser la propia climatización, la iluminación, ventilación, accesos, control y medición de energía, etc.
Muchos edificios implementaban estos sistemas de forma vertical haciendo tantas redes de control como subsistemas había en el edificio y la integración en una sola plataforma era una auténtica locura; por eso nació Bacnet IP, como herramienta de integración. Eso solucionó la integración, pero no resolvió de una manera efectiva la intercomunicación de subsistemas, ya que esto se tiene que hacer o por medio del ordenador de gestión o programando y configurando los grandes controladores que hacen a su vez de pasarela entre el subsistema y Bacnet IP.
Fig. 4: Arquitectura típica de integración BacNet IP.
Con la tecnología LonWorks esto no es necesario hacerlo así (ver Fig. 5). En el mismo bus pueden coexistir controladores de iluminación, acceso, medición energética y climatización, que compartan la información como es la de un detector de presencia para los subsistemas de climatización, iluminación, ventilación y seguridad; si este detector estuviera colocado en uno de los subsistemas de la Fig. 4, la información debería ser procesada o por el ordenador de supervisión o por uno de los grandes controladores y tener que atravesar los otros controladores, en cambio si la arquitectura es como la planteada en la Fig. 5 la información se queda dentro de la propia subred donde están coexistiendo equipos que manejan iluminación, manejadoras de aire, VAV, medición energética y ventilación.
Fig. 5: Arquitectura de integración LonWoks.
Puede observarse la diferencia de arquitectura entre la Fig. 4 y la Fig. 5 donde la primera son servicios verticales y estancos y la segunda son horizontales y abiertos; además, como se puede observar en la Fig. 5 se puede mezclar la red LonWorks con BacNet IP para poder integrar el Scada y la central de incendios, por ejemplo.
El mercado del control ha desarrollado teclados o pantalla táctiles que son capaces de controlar o monitorizar tanto iluminación, como climatización, persianas o ventilación sin necesidad de pasarelas o controladores que gestionen esa información. En la Fig. 6 se puede observar una botonera donde se controla la iluminación, persianas y climatización. Con estos ejemplos se pone de manifiesto la transversalidad de esta tecnología capaz de controlar múltiples subsistemas de las viviendas o los edificios.
Fig. 6: Botonera táctil LonWorks, cortesía de Simon.
Para terminar, comentar cómo los sistemas VRV o VRF de climatización se integran a las redes LonWorks. Como se sabe, estos sistemas son fabricados por grandes corporaciones como LG, Daikin, Mitshubisi, … que emplean para el control de sus máquinas buses de campos generalmente en RS-485, pero con protocolos o lenguajes propietarios; por tanto se hace necesario emplear una pasarela de comunicaciones para que estos sistemas puedan compartir o ser manejados desde LonWorks. Como se puede observar en la Fig. 7, a la red de control propia del sistema VRF hay que añadirle una pasarela para conectividad a la red LON. La pasarela permite realizar el control y monitorización de toda la instalación de HVAC desde cualquier sistema de control basado en la tecnología LonWorks. La pasarela traduce todas las variables de una unidad interior de climatización, como puedan ser la temperatura de consigna o ambiente, en variables de red estándar (SNVT). De esta forma, permite realizar el control de una manera totalmente transparente para el integrador del proyecto sin que sea necesario conocer el funcionamiento interno del sistema VRF.
Fig. 7: Sistema VRF, cortesía de LG.
