Estudio del control de carga a partir de las propias líneas de transmisión

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ingeniería Eléctrica. Departamento de Electroenergética.. TRABAJO DE DIPLOMA. Estudio del control de carga a partir de las propias líneas de transmisión. Autor: Yandriel Justo Barroso Hernández. Tutor: Dr. Jose Angel González Quintero.. Santa Clara 2005.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ingeniería Eléctrica. Departamento de Electroenergética.. TRABAJO DE DIPLOMA. Estudio del control de carga a partir de las propias líneas de transmisión. Autor: Yandriel Justo Barroso Hernández. Tutor: Dr. Jose Angel González Quintero Profesor del Departamento de Electronergética. Email Pepe@uclv.edu.cu. Santa Clara 2005.

(3) …”Lo que me maravilla es la impotencia de la fuerza: de los dos poderes, la fuerza y la inteligencia, es la fuerza la que acaba siempre por perder”…. NAPOLEÓN BONAPARTE..

(4) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería. Eléctrica. autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. ________________________ Firma del Autor. Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada. _________________ Firma del Tutor. _________________________ Firma del Jefe del Departamento De Ingeniería Eléctrica.. ______________________________ Firma del Responsable de información Científico Técnica.

(5) Resumen.

(6) El siguiente trabajo trata el aspecto de transmisión de datos por las líneas eléctricas y sus aplicaciones en el hogar, la industria y la empresa eléctrica. En el hogar, la utilización y automatización del mismo para crear un ambiente domotico y las posibilidades de ahorro energético en este sentido. En este caso el X10 con su modulación a 120 KHz. permite las funciones básicas de encendido /apagado/atenuar (DIM) de los electrodomésticos compatibles. En la industria podemos a través de sensores. controlar motores eléctricos. .Procesando en un ordenador las señales emitidas por estos sensores, es posible tener un mayor control sobre las averías, que de ser graves podría ocasionar fallas a nivel industrial que paralizaría la producción completa. En la empresa eléctrica, con la automatización de los metros contadores, que en ocasiones es casi imposible la lectura debido a las condiciones climáticas de algunos países, el control y desconexión a partir del voltaje máximo y mínimo solicitado por el cliente, o simplemente la ocurrencia de un apagón en zona residencial como industrial, reportando el suceso a la unidad de control. De PLC se obtuvo características sobre el protocolo de comunicaciones empleado, la topología de la red, ventajas y desventajas..

(7) Tarea Técnica..

(8) TAREA TÉCNICA 1. Realizar una revisión bibliográfica sobre el estado del arte en el novedoso tema de la comunicación a través de las líneas de potencia haciendo énfasis en la aplicación de la misma en la domótica y el control de carga. 2. Buscar las carateríticas fundamentales de una red PLC: topología, protocolos empleados 3. Buscar las aplicaciones fundamentales hasta el momento en redes domésticas. 4. Buscar las aplicaciones fundamentales hasta el momento en Redes de Distribución de Energía Eléctrica, así como en ambientes industriales. 5. Buscar las ventajas y desventajas. 6. Elaborar un informe que valore y discuta los resultados.

(9) Índice..

(10) INDICE Introducción………………………………………………………………………...1 Capítulo 1 Generalidades de PLC 1.1 Desventajas de PLC………………………………………………..…………………….……………3 1.1.1 Limitaciones…………………..………..……………………………………………3 1.1.2 La suciedad electromagnética de los cables(4)………………………….7 1.2 Aspectos positivos de esta tecnología………….……………………………....8 1.3 El hogar digital y la tecnología PLC………………….……………………...11 1.3.1 Servicios suministrados a través de los cables eléctricos…………..13 1.3.2 Número de usuarios de un transformador y la velocidad a Internet…………………………………………………………………………16 1.3.3 Topología de la red plc…………………………………………………………...17 Capitulo 2 Aplicaciones de PLC 2.1 Equipos y servicios aplicables en el hogar…………………...………………..29 2.1.1 Prestaciones de un sistema domótico…...…………………………29 2.1.2 Protocolo x-10…………………...………………………………….30 2.2 PLC en beneficio de las empresas eléctricas…………………………...……..37 2.2.1 Topología de los Sistemas PLCNB………………………………..46 2.3 Sistema de reparación inmediata de alumbrado público...…………………..49 2.4 PLC en industria…...…………………………………………………...………50 Abreviaturas del documento………………………………………………………53 Conclusiones………………………………………………………………………..54 Bibliografía…………………………………………………………………………57.

(11) Introducción..

(12) En efecto, la idea de transmitir datos empleando la red eléctrica no es nueva., de hecho son las propias compañías eléctricas las que han desarrollado los sistemas llamados PLC (Power Line Communications) y c o n e l l o s l l e g a r a a p l i c a r l o a s u n e g o c i o d e v e n d e r e l e c t r i c i d a d , de ese modo podían leer las lecturas de sus grandes consumidores y facturarlos fácilmente. En la actualidad no solo se utiliza con ese propósito sino con muchos más y para las empresas eléctricas seria un negocio adicional el trasmitir datos a altas velocidades por sus redes. Para este sistema es necesario modernizar y acondicionar. la infraestructura. existente en la red eléctrica. Las redes normalmente pueden transmitir señales regulares de baja frecuencia en 50 o 60 Hz. y señales mucho más altas, sobre 1 Mhz. sin que ambas frecuencias se molesten entre si, ya que las de baja frecuencia llevan energía mientras que las de alta frecuencia llevan los datos., las comunicaciones utilizando el cableado eléctrico no es del todo perfecto ya que en este cable esta presente los ruidos introducidos por motores, elevadores, afeitadora, en fin todos aquellos equipos que inyectan a la red eléctrica armónicos que atentan contra PLC, la presencia de estos ruidos influye negativamente de todos los aspectos ya que es necesario filtrar dichos ruidos para eliminarlos al máximo, lo cual es un costo que debes tener en cuenta al utilizar este tipo de comunicaciones. El hecho de que PLC utilice las líneas eléctricas para el flujo de datos no solo para el uso de un ordenador o para conectar dos ordenadores sino también para conectar varios ordenadores a la red de redes o sea Internet, además poder utilizar por este mismo medio la telefonía IP, además en aplicaciones domesticas permitiendo la interconexión de los equipos existentes en el hogar de forma interactiva y automatizada dando lugar a un hogar digital o más bien llamado un hogar con aplicaciones dómoticas. Por lo anterior expuesto los objetivos esenciales de este trabajo se centran en: •. Realizar una revisión bibliográfica sobre las comunicaciones utilizando la red eléctrica, problemas y ventajas de la misma.. •. Estudio de los diferentes sistemas utilizados tanto en el hogar como a nivel de empresa..

(13) •. Estudio sobre la topología de la red PLC y sus diferentes dispositivos.. •. Analizar de forma teórica la posibilidad de implantación en nuestro país.. En este sentido muchos países como Brasil, Alemania, Correa. y España además de poseer redes de este tipo llevan a cabo investigaciones en gran escala para obtener un modem perfecto en este sentido que minimice más aun los ruidos del cableado y que aumente la velocidad de los datos por este medio, pero para nadie es un secreto que PLC es un fuerte competidos para aquellas compañías existentes que brindan sus servicios desde hace ya tiempo a sus usuarios y puede además ser la esperanza de aquellos que fueron despreciados por otras compañías. Esta tecnología de transmisión de datos. por la red eléctrica tiene como. principal ventaja la transmisión de voz y datos a través de los cables eléctricos, convirtiendo cualquier enchufe de la casa en conexión potencial a todos los servicios de telecomunicaciones reduciendo de ese modo el cableado dentro de las instalaciones a solo los necesarios para el suministro eléctrico (Fig. 1). Fig.1 Sistema de comunicaciones por la red eléctrica..

(14) Capítulo 1..

(15) 1.1 Desventajas de PLC El uso de comunicaciones por la red eléctrica llega a resolver problemas a los menos favorecidos pero también se tiene que luchar contra algunos problemas que la afrontan.. 1.1.1. Limitaciones. Aunque existen varias ventajas a esta tecnología existen problemas en ella las cuales tienen que invertir dinero en la solución de problemas que puedan sacarla de competencia en relación con otras tecnologías de banda ancha. Todo no es perfecto en esta tecnología. La red eléctrica no ha sido diseñada para transmitir datos, sólo para transmitir energía, y esto hace que presente varias limitaciones principalmente técnicas. En primer lugar, hay que elegir un tipo de modulación que sea el más adecuado para la red eléctrica. En PLC se emplea. la modulación OFDM (Orthogonal. Frequency Division Multiplexing). Otro de los problemas reside en el número máximo de hogares por transformador. Las señales de datos de Power-Line no pueden sobrevivir a su paso por un transformador, sólo se utilizan en la última milla. El modelo europeo de red eléctrica suele colocar un transformador cada 150 hogares aproximadamente lo cual lleva a que la velocidad resultante sea la división entre la total y el número de consumidores. Si se juntan estos dos factores, se comprueba que es necesario que todos los transformadores vengan dotados de servidores de estación base Power Line y cuanto menor es el número de usuarios por cada transformador, más se elevan las inversiones necesarias. Es por eso que en Europa será más rentable que en Estados Unidos, donde el número de usuarios por transformador suele ser de 10.. En tercer lugar, están las interferencias. Al poco tiempo de realizarse las primeras pruebas se comprobó que algunas de las frecuencias no se podían usar porque generaban interferencias en otros servicios existentes. Por ejemplo, el uso de determinadas frecuencias en las cercanías de un aeropuerto podía interferir, de hecho interfería, con las frecuencias de la torre de control y las de los radares de.

(16) aproximación. También se puede llegar a interferir con las transmisiones convencionales de radio en FM o con las de los servicios de emergencia, como bomberos o policía. El caso británico resulta especialmente curioso. Tras diversas pruebas se comprobó que los enchufes utilizados en ese país tenían una forma que los convertían en perfectísimas antenas capaces de redifundir como señales de radio aéreas los datos de PLC, con lo cual cualquiera podría transmisiones. violando. la privacidad. y. la. “escuchar”. confidencialidad. comunicaciones. Este último es precisamente uno de los aspectos. estas de. las. menos. investigados de PLC (4). Al ser la infraestructura eléctrica un medio ruidoso, no solo se debe afrontar la atenuación de la señal, sino eventos tales como el arranque y parada de equipos, interruptores de distinto tipo, algunos con emisión de radiaciones atenuadas a los pocos metros, pero otros, como aquellos que ponen en marcha ascensores y aparatos de aire acondicionado, con señales emitidas de mucha mayor intensidad. La impedancia terminal de la red tenderá que variar con la frecuencia y medir el tiempo como el patrón de la carga del consumidor y los tipos de la carga varíe. La unión mal hecha de conductores causa un efecto multidireccional dando por resultado muestras o armónicos en ciertas frecuencias.(13)(19). Estas imperfecciones del canal hacen la modulación de la señal sobre una línea de energía difícil. Todas estas interferencias deben superarse utilizando diversos mecanismos, siendo el primero de ellos el recurso a las ya mencionadas posibilidades de ajuste espectral que la capacidad multiportadora del PLC ofrece, lo cual se traduce a dinero que hay que invertir para eliminar al mínimo dichos problemas. Sin embargo, el adelanto de la modulación de la señal y las técnicas de la codificación del control de error ahora hacen la comunicación PLC posible.(13) Los ruidos Power Line se pueden clasifican en: 1. Ruido de fondo coloreado: Este ruido tiene una densidad espectral de la energía relativamente baja, que es variante de la frecuencia. El ruido es causado por fuentes de ruido débiles numerosas. La densidad espectral de la energía de este tipo de ruido varía en términos de minutos o de horas..

(17) 2. Ruido de banda estrecha: Este ruido consiste en señales sinusoidales con amplitudes moduladas. Las fuentes del ruido son estaciones de la difusión y el nivel de ruidos varía dentro del día. 3. Ruido impulsivo periódico que es asincrónico a la frecuencia principal: Los impulsos tienen un tiempo de la repetición generalmente a partir de 50 kilociclos a 200 kilociclos.. El ruido es causado sobre todo por fuentes. conmutadas de alimentación. 4. Ruido periódico que es sincrónico a la frecuencia principal: Los impulsos tienen un índice de la repetición de 50 o de 100 Hz y son sincrónicos al ciclo principal. La duración de impulsos es corta, generalmente en orden de microsegundos. Este ruido es causado por las fuentes de alimentación que funcionan sincrónicas con el del ciclo principal. 5. Ruido impulsivo asincrónico: El ruido es causado en la red de distribución. Los impulsos tienen una duración a partir de algunos microsegundos hasta algunos milisegundos. La densidad espectral de la energía de este tipo de ruido puede tener niveles más de 50 DB sobre el ruido de fondo (17). A continuación se muestra una figura 1.0 donde se muestra el ruido producido en un edificio, en el se muestran los ruidos mas significativos. (19).

(18) Fig.1.0 Panorama de ruido en el interior de un edificio. Para eliminar estos ruidos parásitos pueden utilizarse filtros por toda la red que eliminen estos ruidos y protejan servicios que puedan ser interferidos. El precio a pagar por colocar estos filtros consiste en una disminución del ancho de banda disponible y por tanto de la velocidad alcanzable por el sistema. En el caso de edificios de gran altura puede ocurrir que la señal llegue sin problemas hasta un cierto piso, pero el nivel de degradación limite de su empleo a partir de ahí. Circunstancias análogas pueden tener lugar en edificios de topología complicada y que por tanto impongan amplias distancias eléctricas. En ambos casos se requiere la instalación de un repetidor adicional, o bien la configuración del modem de alguno de los clientes como repetidor para el resto de usuarios.. En la actualidad muchas compañías eléctricas están realizando intensivas pruebas de campo. Como se ha comentado, en el caso español estas pruebas se están llevando a. cabo con pequeños grupos de usuarios, pero no van a pasar. demasiados meses antes de que se inicien pruebas masivas, y probablemente para.

(19) finales de este año o principios del que viene comiencen pruebas piloto con ciudades enteras. Esto va a permitir calibrar el monto global de las inversiones.. 1.1.2 La suciedad electromagnética de los cables Si piensa que el famoso espacio radioeléctrico está lleno de ondas de radio en constante peligro de interferencia, tendría que ver cómo está el tendido eléctrico. Es un problema de aislamiento. Compare un cable eléctrico con un cable de antena de televisión. El primero sólo está recubierto de plástico. El cable de antena tiene varias capas de plástico y una malla metálica intermedia que lo aísla de posibles interferencias.. Cualquier línea conductora es, por definición, una antena. Eso quiere decir que la instalación. eléctrica de una casa actúa como tal, y es muy sensible a las. interferencias que se produzcan en las frecuencias de transmisión de datos, alrededor de los 30 MHz.. La red eléctrica no está protegida contra las ondas de radio, pero tampoco contra el ruido electromagnético que puede introducir una afeitadora, la televisión o el propio PC que inyectan al sistema eléctrico armónicos. Todos estos aparatos se protegen a sí mismos de lo que pueda venir de la línea eléctrica (como una subida de tensión) con filtros y fusibles, pero nadie se preocupa de lo que vierten en ella. Parece sencillo, pero mientras que en las redes de telefonía solo hay que luchar contra la atenuación de la señal, en la eléctrica, arrancan y paran multitud de equipos, si damos un interruptor, salta un chispazo con una emisión de radiaciones electromagnéticas de todas las frecuencias, si lo que se enciende es una bombilla, los disturbios en la red se atenúan a los pocos metros, pero si el interruptor pone en marcha un ascensor, el aire acondicionado o una soldadura autógena, las señales emitidas son de mucha más intensidad y atenuarse a muchos metros afectando la red.. Pero también la radiación electromagnética ocurre en los hogares en las paredes mediante el cableado eléctrico, esa antena oculta en las paredes de la casa también.

(20) funciona a la inversa: como antena radiante. La transmisión de datos podría interferir con las frecuencias de los radioaficionados, por ejemplo. Aunque el verdadero problema es la seguridad, los datos serían literalmente retransmitidos hacia el exterior, a través de la línea y a través del aire; un regalo para los espías.. Los problemas técnicos se traducen en dinero: para filtrar y limpiar las líneas hacen falta equipos costosos, aún así, siempre hay un equilibrio entre la velocidad y el aislamiento: cuanto más. se filtre la línea, más difícil es transmitir a altas. velocidades.(4) Los sistemas empleados son similares a los empleados por. ADSL.. Las. frecuencias de transmisión se asignan dinámicamente y los sistemas de corrección de errores están muy desarrollados. El asunto no es sencillo. La suiza ASCOM y la española DS2 (que ha firmado un reciente acuerdo con Cisco) son algunas de las compañías que fabrican los equipos PLC más avanzados, que reducen al mínimo estos problemas por medio del nuevo chip DS2, teniendo que adoptar otras tecnologías el chip para poder brindar un mejor servicio e incluirlo en sus MODEM.(4). 1.2 Aspectos positivos de esta tecnología. Ventajas •. Tecnología de banda ancha.. •. Enchufe eléctrico (Toma única de alimentación, voz y datos.). •. Sin necesidad de obras ni cableado adicional.. •. Equipo de conexión (Modem PLC). •. Transmisión simultánea de voz y datos.. •. Conexión de datos permanente (activa las 24 horas del día).. •. Se emplea la infraestructura existente.. •. Los servicios ofertados son competitivos en calidad y en precio.. •. Alternativa válida a las conexiones ADSL.. •. Gran posibilidad de un despliegue masivo de la tecnología, ya que la red ya está implantada..

(21) •. Velocidades de transmisión de hasta 45 Mbps en el tramo de la Baja Tensión.. •. Velocidades de transmisión de hasta 135 Mbps en el tramo de la Media Tensión.. •. Proceso de instalación sencillo y rápido para el cliente final.. •. Permite seguir prestando el suministro eléctrico sin ningún problema (1).. •. Como la PLC se ha posicionado como un servicio de tipo IP utilizará routers de paquetes en vez de los de conmutación de circuitos típicos, de los suministradores de telecomunicaciones tradicionales, manteniendo así los costes de los equipos.. •. Como la electricidad se suministra a través de una conexión permanente, los servicios de transmisión de datos ofrecidos por la infraestructura eléctrica también están conectados permanentemente (no es necesario marcar el número de conexión) convirtiéndose en el ideal para el número creciente de servicios en línea. Las compañías eléctricas podrían pues comercializar un servicio básico de conexión a Internet con una suscripción mensual de tarifa plana, al igual que algunos operadores de cable. Pagar una tarifa estándar, sin tener en cuenta el nivel de utilización, será un gran atractivo para los clientes.. •. Al dar a los clientes de las compañías eléctricas acceso a Internet mediante la red que ya les suministra la electricidad, esta tecnología se pone virtualmente al alcance de cualquiera, con una escala potencial de mercado de masas sin necesidad de hacer las inversiones necesarias para enterrar el cableado hasta los hogares.. •. Ya existen varias tecnologías que transforman los cables eléctricos existentes en un cableado LAN (Local Area Network). Lo que hace diferente a la PLC es la alta velocidad de transmisión de datos que se puede conseguir y el hecho de que esté diseñada para trabajar en el exterior del hogar o del edificio. Por tanto, podrían instalarse sistemas sofisticados de automatización doméstica que permitiesen el acceso y el control remotos de aparatos electrodomésticos, alarmas antirrobo, etc.. •. PLC podría también facilitar a las compañías eléctricas la oportunidad de ofrecer servicios de valor añadido orientados sectorialmente, tales como la.

(22) gestión de la energía (enlazando contadores "inteligentes", controladores programables. y. dispositivos. "inteligentes". de. control. de. la. demanda/suministro, de modo que la empresa eléctrica suministradora del servicio pudiera introducir tarifas innovadoras que precisen el uso sensato de la energía), la información remota (la conexión permanente ofrecida por PLC se podría optimizar para proporcionar información en tiempo real o indicadores de estado en apoyo de algunas aplicaciones de seguridad para sistemas de alarma/vigilancia) y la automatización de la distribución (la lectura remota automática de los contadores mejoraría el control y ayudaría al proveedor en la gestión de los picos de demanda eléctrica). Algunas empresas eléctricas han empezado a usar recientemente estas técnicas.(16)(18). Esta tecnología ofrece a aquellos que fueron despreciados por ADSL o cable por citar ejemplo por el costo de la inversión puedan disfrutar de todos los beneficios de Internet , además de ello puede brindar servicio a lugares en el menor tiempo posible simplemente en el lugar donde exista un enchufe eléctrico es un cliente potencial, puede brindar por este medio la automatización del hogar como el ahorro de energía eléctrica, al poder instalar nuevos dispositivos que controlan el consumo de energía por ejemplo el alumbrado o el sistema de riego del jardín, además de eso quitar todas las instalaciones innecesarias en la casa, las cuales esta tecnología elimina y se crea un entorno mas bonito y confortable. PLC pueda ser un competidor en aquellas zonas donde presente condiciones óptimas, que son: •. Redes en buen estado.. •. Distancias cortas entre los usuarios y el transformador.. •. Número no muy alto de usuarios que comparten el enlace.. •. Red de transporte de calidad que concentre el tráfico procedente de los transformadores.. •. Prestación de telefonía power-line además del acceso a Internet.. •. Marco regulativo no muy restrictivo..

(23) 1.3 El hogar digital y la tecnología PLC. El Hogar Digital es un concepto relativo a viviendas conectadas, con un alto nivel de integración de las aplicaciones y sistemas tecnológicos lo que hace posible la integración de estos hogares en la sociedad de la información. El concepto de sociedad de la información alude a la capacidad de la sociedad actual de recibir y transmitir información en todo momento y. desde cualquier lugar.. Las. administraciones públicas española y europea han anunciado en diferentes ocasiones su clara voluntad de promover el acceso de los ciudadanos a Internet como método para garantizar su acceso a lo que se ha venido llamando “Era Digital” donde la tecnología PLC cumple una función vital pues con el solo hecho de poseer corriente eléctrica mediante el modem puede. tener acceso a Internet y de esa forma. automatizar el hogar. En el entorno físico del hogar, podemos distinguir diversos ámbitos para la prestación de servicios, en función de las exigencias del usuario. De este modo, podemos distinguir distintas dimensiones en el Hogar Digital: la de la seguridad, con sistemas de detección de intrusión y también de escapes de gas o agua, por ejemplo; la de las comunicaciones de voz, mediante sistemas de telefonía; la de la red de datos, mediante una red interna del hogar en la que almacenar información, la dimensión multimedia, con la gestión digital de música, televisión , cine y la domótica, que controla los elementos de la vivienda de forma automática. El concepto de hogar conectado implica la integración de todos esos ámbitos y la posibilidad de programarlos para que se adecuen a las expectativas del usuario. El objetivo de todo, el Hogar Digital es el de cubrir todas y cada una de las necesidades de sus habitantes de manera que estos tengan un control integro de la casa, consiguiendo con ello incrementar la seguridad, el confort,. mejorar las telecomunicaciones; ahorrar energía, dinero y tiempo;. facilitar la oferta de nuevos servicios. Las instalaciones comunes del. hogar son entre otras las de iluminación,. suministro eléctrico, antenas de televisión, televisión, telefonía, sistemas de acceso al recinto, alarmas, sistemas de climatización etc. (fig1.1). No es casual que el equipamiento electrónico en los hogares vaya en aumento: informático,.

(24) audiovisual, de comunicaciones y doméstico, al mismo tiempo que incorpora nuevas características y deja de operar de manera aislada. El objetivo de los nuevos sistemas y equipamiento del hogar, es la integración y el control de varios sistemas a la vez permitiendo su automatización y control. Es por esto que resulta tan importante fomentar la necesidad de conectar los dispositivos electrónicos entre sí, mediante estas redes de hogar, y con el exterior a través de Internet para poder disfrutar de servicios cada vez más avanzados.. Fig.1.1 Sistema conectado por la red eléctrica. El valor real de un Hogar Digital, radica en las funciones y servicios que permite disponer. Evidentemente esto incluye muchas funciones y servicios ya conocidos y usados, aunque el desarrollo continuado de nuevas funciones y servicios, permiten incrementar paulatinamente el valor añadido del Hogar Digital. Además esta integración, permite que los servicios tradicionales sean ofrecidos por nuevos actores, utilizando nuevas soluciones tecnológicas, donde el hecho de poseer Internet en el hogar ha desarrollado las denominadas TIC (Tecnologías de la Información y las Comunicaciones), se ha forjado una nueva forma de.

(25) entender la aplicación de tecnología en la vivienda, donde lo único importante es el propio usuario y las necesidades de este. Esto es, e n o t r a s p a l a b r a s la necesidad de control de los elementos tal y como procura la domótica se ha pasado a observar y facilitar las necesidades del usuario mediante la disposición de los servicios necesarios. En este aspecto la tecnología adquiere un papel de soporte muy importante a dichos servicios, siendo algo transparente para el usuario, el cual no tiene un interés técnico sino simplemente de utilidad, y en la manera que permite la consecución de sus necesidades y que permita aportar soluciones fáciles, útiles y económicas, con las finalidades claras de asegurar el bienestar y la seguridad.. 1.3.1 Servicios suministrados a través de los cables eléctricos. La tecnología PLC se ha probado. resultados que. han sido muy favorables,. teniendo transmisiones de datos desde 45 Mbps hasta 135 Mbps, existen 2 tipos de PLC, PLOC y PLIC.. PLOC permite la comunicación entre la subestación eléctrica y la red doméstica (electro-modem).. PLIC (Power Line Indoors Telecoms o comunicaciones interhogareñas utilizando la red eléctrica). Esto es, utilizando la red eléctrica interior de la casa, para establecer comunicaciones internas. Un ejemplo: PLIC es una de las vías utilizadas en domótica (otra que se suele utilizar también es la comunicación vía radio). Power Line emplea una red conocida como High Frequency Conditioned Power Network (HFCPN) para transmitir simultáneamente energía e información. Una serie de unidades acondicionadoras son las que se encargan del filtrado y separación de ambas señales. Así pues estas unidades acondicionadoras separarían la electricidad, que alimenta a los electrodomésticos, de las señales de alta frecuencia, que van a un módulo o unidad de servicio, donde se reconvierten en canales de vídeo, datos, voz, etc. En las subestaciones eléctricas locales hay servidores de estación base que se conectan a Internet generalmente a través de fibra óptica. Esto quiere decir que no se utiliza toda.

(26) la red eléctrica para la transmisión de datos distribución local. Es precisamente este tramo el único que se utiliza en PLC.(4).. Sin embargo, para su adecuado desarrollo, se deben exigir ciertas condiciones a las tecnologías que se emplearán en los equipos que se instalarán en el hogar los cuales tiene en común la relación existente con el servicio a Internet el cual puede ser suministrado en determinados lugares por los cables de la corriente eléctrica (PLC). Los principales requisitos son: •. Banda Ancha. La tecnología, tanto del interior del hogar como la que conecta éste con el exterior, debe ser capaz de proporcionar un elevado ancho de banda (velocidad de transferencia de la información) en los dos sentidos de la comunicación, a saber, sentido Red->Usuario (también conocido como downstream, o sentido descendente) y sentido Usuario>Red (upstream, o sentido ascendente). La diferenciación de estos dos sentidos, hace que se distinga entre tecnologías asimétricas, es decir, la capacidad de transferencia de información en un sentido es distinta a la del otro; y tecnologías simétricas, aquellas en las que ambos sentidos de transmisión cuentan con las mismas capacidades de transferencia de información.. Un aspecto a tener en cuenta con las tecnologías que se desplieguen en el hogar, es si la capacidad que ofrecen es dedicada (todo el ancho de banda disponible para el usuario) o compartida (el ancho de banda se reparte entre varios usuarios). En este último caso a medida que aumente el número de usuarios que acceden al recurso disminuyen las prestaciones que obtienen. En casos extremos, como por ejemplo muchos usuarios compartiendo un único enlace, se puede dar la situación de que una tecnología, inicialmente categorizada como de banda ancha, pase a ser de banda estrecha e incluso en situaciones extremas, deje de prestar los servicios que ofrecía.. Finalmente, conviene indicar que dentro del concepto de Banda Ancha no solo se considera la velocidad de transferencia (superior a 128 Kbps en sentido ascendente, y.

(27) 256 Kbps en sentido descendente) sino también aspectos tales como calidad de servicio, retardo, latencia, etc. que impactan directamente en la percepción que el usuario pueda tener del servicio que recibe. •. Conectividad Permanente conocida como “always-on”. Mediante esta posibilidad tecnológica, no es necesario establecer una llamada (al estilo tradicional) para efectuar una conexión a una red (ejemplo Internet) o servicio externo. Igualmente, y si los permisos de seguridad lo permiten, es posible que agentes externos al hogar (como por ejemplo personas, aplicaciones, sistemas, etc.) puedan acceder a funcionalidades del interior del hogar, posibilitando el desarrollo de nuevos servicios. La importancia de esta conectividad permanente es, incluso, superior a la capacidad de transferencia de información, ya que en el caso de algunos servicios la cantidad de información intercambiada no es mucha, aunque si durante muchos intervalos de tiempo y de corta duración.. •. Movilidad. En el interior del hogar puede darse el caso de necesitar tecnologías que posibiliten al usuario desplazarse sin “estar atado por un cable” mientras continua utilizando los servicios residenciales y de esa forma permitir el acceso a cualquier servicio desde cualquier sitio con cualquier terminal, se logra, principalmente, mediante el empleo del protocolo de Internet (IP, Internet Protocolos) que sirve de nexo de unión entre los servicios y las tecnologías.. •. Seguridad. La creciente dependencia de los usuarios con los servicios de telecomunicaciones hace que cobre cada vez más importancia la disponibilidad de los mismos. Por otra parte, al haber aumentado la cantidad de datos sensibles de usuarios domésticos y compañías que se intercambian por medios electrónicos, se necesitan tecnologías que permitan proteger la información intercambiada de intercepciones, falsificaciones o interferencias. Un modelo de red abierto, como el de.

(28) Internet, favorece la posibilidad de que alguien con suficiente conocimiento y una conectividad adecuada puedan realizar un ataque, a diferencia de lo que sucedía en las redes tradicionales. Por tanto, las tecnologías a usar deben permitir, o al menos facilitar, tanto la disponibilidad de los servicios como la protección de la información que se almacena y/o intercambia por medios electrónicos. •. Independientes. Es importante que una tecnología no se restrinja a la provisión de un (o unos) servicio concreto. Esto motivaría que el catálogo de servicios estuviera condicionado por la opción tecnológica escogida, las posibilidades de ampliación futuras (14).. 1.3.2 Número de usuarios de un transformador y la velocidad a Internet La tecnología de transmisión de datos por red eléctrica (PLC Power Line Communications) permite enviar información por los cables (ya existentes) de la red eléctrica. Para ello es necesario digitalizar la información a transmitir y adaptarla al medio de transmisión, es decir, los cables eléctricos.. Fig 1.2 Ancho de banda compartido entre usuarios Una característica de la tecnología PLC es que todos los domicilios conectados al concentrador comparten el mismo canal de comunicaciones, por lo que en PLC el.

(29) ancho de banda es compartido entre los usuarios que comparten el transformador (Fig1.2). Las velocidades máximas por usuario están entre los 100 Kbps y los 200 Kbps (se puede considerar como una tecnología de banda estrecha) ya que cada nodo por baja del transformador posee un modem PLC. En Europa cada nodo agrupa entre 200 y 300 casas que comparten el ancho de banda. Cada aparato conectado a la red es controlado por una dirección IP individual.(14). Tabla 1 Número de usuarios promedios por transformador EUROPA. 300 a 200. EEUU. 20 a 5. CHINA. 300 a 200. JAPÓN. 10 a 5. En dependencia del número de usuarios conectados al transformador será la velocidad que el usuario se podrá conectar a internet o gozar de los servicios de power-line, por ello en lugares donde existan muchos usuarios no llegaría a ser de banda ancha sino de banda estrecha aunque los modem se han desarrollado y se han obtenido en laboratorios hasta 200mbs/s, en lugares donde el número de usuarios es pequeño seria una magnifica velocidad pero no seria muy rentable a la compañía eléctrica o la compañía dedicada a implantar esta tecnología tendría que implantar mucho mas modem cabecera en los transformadores de distribución y encarecería la inversión, así que lo mejor seria en lugares donde el número de usuarios no es tan grande y no es pequeño tampoco para todos tener el beneficio.. 1.3.3 Topología de la red plc. La tecnología de transmisión por red eléctrica (PLC PowerLine Communications) ha experimentado un considerable desarrollo tanto técnico como comercial en los últimos años. Las mejoras en los esquemas de codificación y modulación han permitido conseguir velocidades de decenas de Mbps. Una de las aplicaciones más interesantes de la tecnología PLC es su utilización en el interior de los hogares convirtiendo las líneas de baja tensión en el soporte de una red de área local a la que se podrían conectar diversos equipos domésticos. Al utilizar.

(30) las líneas de baja tensión se podría construir una red doméstica sin necesidad de instalar nuevos cables reduciendo así los costes y evitando molestias a los usuarios. Las redes domóticas facilitan, inicialmente, la implantación de soluciones sencillas que permitan el encendido/apagado de equipos (climatización, iluminación, persianas), que proporcionen seguridad frente a robos (alarmas de presencia, de rotura de cristales) y accidentes (fugas de gas o de agua), pues estos aspectos son los que más preocupan a la mayoría de los ciudadanos. Como con la mayoría de las tecnologías de comunicaciones de datos a altas velocidades, PLC requiere el uso de conmutadores, ruteadores y repetidores para proporcionar una segmentación de la red que garantice el ancho de banda, el número de usuarios y los servicios proporcionados por las redes de comunicaciones de datos que estarían ahora sobre las redes de distribución eléctricas. Esto requiere de varios dispositivos posicionados entre la red y la subestación (S-Nodo), en espacios intermedios como los repetidores (R-Nodo), en transformadores de distribución (XNodo) y en la casa del cliente el modem PLC. En el transformador de media a baja tensión se encuentra una cabecera PLC de baja tensión, que es la terminación de línea que maneja el segmento de bajo voltaje que parte de dicho transformador. Esta función puede ser parte de un repetidor que simplemente repite la información que se transmite por la red de media tensión, puenteando el transformador de media/baja para altas frecuencias (que constituye un filtro paso bajo perfecto para las bandas de interés), o bien la terminación de línea de una función router o bridge que se conecta a la red de datos por un sistema de transporte convencional de telecomunicaciones, por ejemplo fibra óptica..

(31) Fig 1.3 Topología de la red. S-Nodo en la subestación. El S-Nodo se utiliza para conectar la red PLC a una red de backhaul, es decir, Internet, la red telefónica pública (PSTN) y otros. Típicamente, se instalaría a las subestaciones. de. medio voltaje (MV). donde se conectan múltiples líneas de. distribución de medio voltaje. Sin embargo, los S-Nodos también se pueden instalar en otra parte, como es en el sistema de la distribución, dónde pueda requerirse o desear la conectividad del backhaul.(Fig. 1.3). X-Nodo del transformador El X-nodo del transformador, puede funcionar para transferir los datos entre las líneas MV y bajo-voltaje (LV) y puede servir como un repetidor a lo largo de la línea.

(32) de MV. El X-nodo es un módulo que se encuentra convenientemente cubierto para poder ponerse en un ambiente expuesto a los elementos externos. A través de la adición de una tarjeta, el X-nodo puede proporcionar la funcionalidad de repetidor a un costo adicional pequeño. (Fig. .1.3). GW-Nodo en el cliente La red de PLC proporciona la conexión al cliente final por medio del GW-nodo. Este nodo contiene una interfaz de PLC que se conecta a una toma de corriente dentro de la casa y es un módulo construido para permitir varias interfaces para los servicios en la casa, como soporte para red de datos en la casa o servicios de telefonía por los puertos normales del teléfono analógico. La naturaleza del módulo GW-nodo (Fig. 1.3) puede soportar las redes en casa como son: servicios inalámbrico, HomePlug (PLC en el hogar) o HomePNA (datos sobre teléfonos alámbricos en casa).(8)(13). Las redes de PLC soportan el protocolo de administración simple de la red (SNMP) y otros servicios, como habilitar el monitoreo de los sistemas de redes para recoger las estadísticas que proporcionan los datos, monitoreando dispositivos de empresas específicos. Estos componentes soportan otras capacidades como la prioridad de tráfico, la asignación de ancho de banda, la calidad de servicio (QoS) y LANs virtuales (VLANs).. BayPass del transformador. El diseño del sistema PLC utiliza un bypass en el transformador de distribución y así entregar la señal al cliente local. Los transformadores de distribución atenúan significativamente. la. mayoría. del. espectro de RF utilizada por PLC. Por. consiguiente, una solución es crear un camino para el paso de la señal RF o a través de un bypass del transformador de distribución. Sin embargo, es indispensable que este camino se limite electricidad.(5). sólo a. la señal RF del PLC y. no a la los 60 Hz de.

(33) Las ventajas del bypass del transformador son su bajo costo, facilidad de instalación, mantenimiento y que no disminuye la fiabilidad total eléctrica. El bypass del transformador está compuesto de un acoplador inductivo de MV, un dispositivo X-Nodo y un acoplador de LV. El acoplador de LV puede ser inductivo o capacitivo que depende de la topología del sistema de distribución y otros factores. El módulo X-Nodo está montado dentro de la caja de comunicaciones del poste y energizada por una derivación de 110 V del circuito secundario. También podría instalarse una batería recargable, opcional, de suministro de energía, capaz de estar varias horas en funcionamiento posibilitando que cualquier falla en el circuito eléctrico se mantenga el servicio de Internet y telefonía en el hogar y ser continuo el servicio.(3) Para acceder a este servicio, es necesario un módem especial PLC por cada conexión particular (doméstico o empresa). Este módem, que es el único aparato del que se tendrá que preocupar el usuario, se conecta con un equipo denominado 'repetidor' situado en el cuarto de contadores del edificio o manzana. Este último equipo puede atender hasta 256 módems. La comunicación PLC por los cables electrónicos requiere de un modem cabecera en el centro de transformación eléctrica que ilumina el edificio para enviar la señal. En el domicilio del usuario se instala un modem PLC (similar a los de ADSL o RDSI) donde se podrán conectar sus equipos de transmisión de voz y datos como ordenadores, teléfonos, impresoras y potencialmente otros dispositivos preparados para ello (frigoríficos, alarma, aire acondicionado, etc). La tecnología Power Line Communications basa su estructura de funcionamiento, en la utilización de los cables eléctricos de baja tensión como medio de transporte desde un Centro Transformador, Hasta el cliente, permitiendo entregar servicios de transferencia de datos como, por ejemplo, acceso a Internet Banda Ancha. Básicamente, esto transforma al cableado de baja tensión, en una red de telecomunicaciones donde los enchufes de cada hogar u oficina, se vuelven puntos de conexión..

(34) Fig. 1.4 Arquitectura de la red La arquitectura de esta red consta de dos sistemas formados por tres elementos.(Fig 1.4) 1-El primer sistema denominado “de Outdoor o de Acceso”, cubre el tramo de lo que en telecomunicaciones se conoce “ultima milla”, y que para el caso de la red PLC comprende la red eléctrica que va desde el lado de baja tensión del transformador de distribución hasta el medidor de la energía eléctrica. Este primer sistema es administrado por un equipo cabecera (primer elemento de la red PLC)(Fig.1.5) que conecta a esta red con la red de transporte de telecomunicaciones o backbone. De esta manera este equipo cabecera inyecta a la red eléctrica la señal de datos que proviene de la red de transporte. Existen dos tipos de equipos cabecera, los de baja tensión y los de media tensión teniendo alcances de 300 m y 600 m respectivamente..

(35) Fig. 1.5 Tramo Outdoor o de Acceso 2-El segundo sistema se denomina “de Indoor” (Fig. 1.6), y cubre el tramo que va desde el medidor del usuario hasta todos los toma corrientes o enchufes ubicados al interior de los hogares. Para ello, este sistema utiliza como medio de transmisión el cableado eléctrico interno.. Para comunicar estos dos sistemas, se utiliza un equipo repetidor, segundo elemento de la red PLC. Este equipo, que normalmente se instala en el entorno del medidor de energía eléctrica, esta compuesto de un modem terminal y equipo cabecera. El primer componente de este repetidor recoge la señal proveniente del equipo cabecera del sistema outdoor y el segundo componente se comunica con la parte terminal del repetidor e inyecta la señal en el tramo indoor..

(36) Fig.1.6 Tramo Indoor 3-El tercer y ultimo elemento de la red PLC lo constituye el modem terminal o modem cliente, que recoge la señal directamente de la red eléctrica a través del enchufe (Fig. 1.7).. De esta manera tanto la energía eléctrica como las señales de datos que permiten la transmisión de información, comparten el mismo medio de transmisión, es decir el conductor eléctrico.. Fig. 1.7 Modem Terminal.

(37) A este modem se pueden conectar un computador, un teléfono IP u otro equipo de comunicaciones que posea una interfaz Ethernet o USB. La energía eléctrica funciona a una frecuencia de 50Hz o 60 Hz, aunque eventuales impurezas en su forma de onda puedan producir armónicas que incorporan ruidos hasta los 1000 Hz.. Por su parte en la tecnología PLC, el equipo cabecera (equipo emisor) emite señales de baja potencia (50mW) en un rango de frecuencias que van desde 1.6 Mhz hasta los 35 Mhz, es decir en una frecuencia varios miles de veces superior a los 50 Hz en donde opera la energía eléctrica. Al otro extremo del medio de transmisión (el cable eléctrico) existe un receptor (equipo Terminal) que es capaz de identificar y separar la información que ha sido transmitida en el rango de frecuencia indicado.. El hecho de que ambos servicios, los de energía eléctrica y los de transmisión de datos, operen en frecuencias muy distintas y distantes, permite que estos puedan compartir el medio de transmisión sin que uno interfiera sobre el otro. De esta manera, la tecnología PLC permite aprovechar una propiedad propia del conductor eléctrico que hasta la fecha se encontraba sin aprovechar: la banda de frecuencia no utilizada por la energía eléctrica. Un ejemplo reciente es el Modem PLC ATL90 con aplicaciones tanto monofásicas como trifásicas. Diagramas esquemáticos: 1. Tipo 1-Fase (Plc101-5, plc101-12).. ..

(38) 2. Tipo 3 Fases (Plc103-12).. La nueva serie del modem ATL90 del PLC La nueva generación permite que entre sus usos los siguientes: •. Automatización Casera. •. Lectura De Metro Automática. •. Control De proceso. •. Control de la calefacción y de la ventilación. •. Control Del Aire acondicionado. •. Control De la Iluminación. •. Estado que supervisa y control. •. Redes De Comunicaciones Bajas De Datos De la Velocidad. •. Edificios Inteligentes. •. Muestras y exhibiciones de la información. •. Sistema de alarmar del fuego y de la seguridad. •. Gerencia De Distribución De Energía. Algunas de sus características mas significativas es que un módem trifásico se puede conectar con varios módems monofásicos del PLC y el módem del PLC y los dispositivos existentes de los usuarios (sistemas) conectaron con la misma línea neutral, además se conectan por el lado de baja de los transformadores de distribución, se utilizan mayormente en aplicaciones industriales para lectura de metros contadores de forma remota además del control del semáforo y en la automatización del hogar. La topología común de la línea de energía de un hogar norteamericano se representa en la Figura 1.8 , la cual demuestra en forma de árbol-la topología de Power-Line en.

(39) una casa. Cada línea de energía se puede dividir en varias ramas. Los paquetes de datos se trasmiten por la red. La conveniencia de sus socket establece que el hogar pueda llegar a ser. un ambiente agradable para el cliente utilizando para ello. dispositivos que utilicen como medio de comunicación la red eléctrica.. Fig.1.8 a) Topología de una casa Norteamericana b) Ejemplo de utilización de la PC en PLC; DSL o cable. Algunos de los usos actuales de este sistema es por ejemplo la capacidad de registrar música o videos a través de una línea de energía. Por ejemplo, cuando una canción es difusión en la TV o un canal de la música, usted puede descargar la canción directamente a un jugador MP3 a través de la línea de energía. Otro uso es la oportunidad de registrar el vídeo digital directamente en una PC o aún un VCR digital..

(40) Tabla 1 Velocidad de aplicaciones en el hogar. Algunas aplicaciones realizables en una red PLC son por ejemplo: - un refrigerador puede pedir el alimento a través de la red de la línea de energía según su inventario, o puede enviar instrucciones de cocción a la microonda. Un horno elegante puede enviar la información ambiental de la temperatura al acondicionador de aire a través de una línea de energía, permitiendo que el acondicionador de aire preajuste la temperatura y mantenga los cuartos cómodos en la tabla anterior se releja la velocidad de transmisión de información de algunos equipos electrónicos utilizando la red eléctrica. (13).

(41) Capítulo 2..

(42) 1.4 Equipos y servicios aplicables en el hogar Con el uso de tecnología de banda ancha se puede regular y acondicionar el hogar según las comodidades de los usuarios como lo es por ejemplo regular las luces y la temperatura del hogar desde una pantalla táctil remota o utilizar el mismo dispositivo para controlar de forma integrada todos los aparatos de ocio de la casa, todo esto es gracias a el servicio de Internet que puede ser suministrador por PLC en lugares que sea mucho mas económico. Algunos de los dispositivos presentes en el hogar inteligente ya gozan de cierta popularidad. Es el caso del PVR (Personal Video Recorder), una especie de video inteligente que descarga de Internet la programación, graba los programas favoritos del usuario según sus preferencias y emite los programas televisivos con cierto retraso para evitar los anuncios. Es el caso de las neveras con capacidad para pedir a través de Internet los comestibles que se le hayan agotado, donde el propietario por su fácil programación puede entrar al menú y modificarlo según el desee. Estos dispositivos ya son realidad y se ofertan en el mercado.. 1.4.1 Prestaciones de un sistema domótico. o. Seguridad: mediante el sistema usted podrá realizar simulaciones de presencia en su vivienda, así como si provee de detectores de intrusión, movimiento, fuga de agua entre otros, el sistema mediante una centralita pueda dar aviso a una central de alarmas o bien a teléfonos particulares programados en caso de que haya una intrusión o alguna avería técnica en su vivienda, además de poder conocer el estado de la vivienda desde cualquier lugar del mundo.. o. Confort: mediante la administración de estos dispositivos usted podrá actuar sobre ellos desde sus propios pulsadores o si lo prefiere para mayor comodidad mediante mandos a distancia podrá controlar todos los dispositivos ya sea luces, persianas o bien electrodomésticos, desde un mismo sitio, además según el mando de su elección puede configurarlo de tal forma que con un solo mando usted pueda, por ejemplo, controlar el sistema de luces de encendido, apagado o manejar la intensidad de dicha luz y que este.

(43) mismo mando le sirva para actuar sobre el televisor para cambiar los canales o actuar sobre el DVD , sin necesidad de cambiar de mando. o. Ahorro Energético: puede adecuar el sistema para que a determinadas horas ponga en funcionamiento algún tipo de elemento o que encienda o apague las luces según usted lo crea necesario, de esta forma habrá un aumento de ahorro eléctrico; por ejemplo: si usted sale de su vivienda y desea que al regreso su vivienda esté con una temperatura agradable, ya no es necesario que al salir deje la calefacción funcionando, sólo necesitaría realizar una llamada telefónica antes de su regreso para poner en marcha la calefacción y el dispositivo por medio de la red eléctrica se comunicara con la calefacción y la pondrá a funcionar además de eso existen variantes en las cuales se puede conectar por vía Internet a la casa y hacer la misma operación .. 1.4.2 Protocolo x-10 Una de las variantes mas difundidas es la llamada X-10 su funcionamiento se basa en la utilización de la red eléctrica existente en cualquier tipo de edificio, ya sea casa u oficina, como medio físico para la comunicación interna de los distintos componentes del sistema domótico, se puede lograr un sistema domótico de altas prestaciones y baja inversión. Su instalación y configuración es tan sencilla que el propio usuario puede configurar las aplicaciones que desee en cada momento entre una amplio abanico de funciones.,permite la gestión integrada de persianas, toldos, cortinas, electro-válvulas motorizadas en dos sentidos de actuación, luces, equipos electrónicos (aparatos de radio, electro-válvulas, calderas de calefacción, cafeteras, ...) cuya actuación sea encendido/apagado/DIM.... El medio de transmisión en el sistema X-10 es la red eléctrica de 230 V de la vivienda; en una instalación monofásica, las órdenes se propagan en todas direcciones pasando incluso por los magneto-térmicos. El sistema X-10 es un estándar de Transmisión a través de corriente portadora, el cual permite conectar dispositivos a su red eléctrica, persianas, luces, toldos y demás equipos que utilicen una alimentación de 220 V, para ser administrados mediante equipos compatibles con esta tecnología..

(44) El protocolo esta formado de tal forma que la señal portadora es captada por cualquier modulo receptor conectado a la línea de alimentación eléctrica, traduciéndose en un evento ON, Off, DIM. De esta forma se garantiza el apagado y encendido de los equipos pero mas que eso, permite por medio de DIM poder medir la cantidad de luz que esta entrando a la habitación y poder variar la intensidad de la luz hasta un nivel deseado en dependencia de la hora del día que se encuentre y así contribuir con el ahorro energético, además de eso disponer por remoto del encendido de electrodomésticos que contribuyen al ahorro como por ejemplo horno, calefacción, etc. El sistema utiliza, para el telemando, señales de alta frecuencia. Los emisores envían órdenes de mando en forma de impulsos. Cada paquete de impulsos tiene una duración de 1 milisegundo. El contenido del paquete determina el ritmo y orden de sucesión de los impulsos. Los datagramas (Figura 11) se transmiten con una frecuencia portadora de 120 kHz. sobre la línea de corriente alterna, se trabaja en esta frecuencia en el paso por cero de la misma para reducir al máximo los ruidos de la red Todo el procedimiento se denomina modulación de código de impulsos (PCM).Con el fin de suprimir las Influencias perturbadoras de la red, las entradas sólo están abiertas una fracción de tiempo De la totalidad del tiempo de funcionamiento, para poder recibir las señales de emisión. Este espacio de tiempo se produce inmediatamente después del paso por cero de la tensión de la red, momento en el que la probabilidad de perturbación o fallo es menor. De emisión superior a 50 m V y 0.5 watt. Si el último BIT transmitido es un “0”, se emite un datagrama de dirección, si es un “1 “, se ha recibido un datagrama de función. Todos los datagramas, para mayor seguridad, se emiten dos veces. La duración de emisión se duplica así, a 440 milisegundos. Por tanto, los datagramas de direcciones y función precisan 880 milisegundos. Entre el arranque del datagrama y la realización de la función, transcurre, por lo tanto, aproximadamente 1 segundo.(9) ..

(45) Fig.2.1. Estructura de un datagrama X10 Estos datagramas son de 220 milisegundos. Cada uno se compone de cuatro partes de información: • Código inicial: 2 bits. • Código domiciliario: 4 bits. • Código de aparatos/funciones: 4 bits. • Identificación de aparatos/funciones: 1 bit. El sistema x-10 consta de 6 funciones Agrupados formando comandos; en total eran 6: encendido, apagado, reducir, aumentar, todo encendido, todo apagado. El sistema X-10 ha sido desarrollado para ser flexible y fácil de usar. Se puede empezar con un producto en particular, por ejemplo un mando a distancia, y expandir luego el sistema para incluir la seguridad o el control con el ordenador, siempre que desee, con componentes.

(46) Fig.12 Protocolo x-10 .Esquema básico de una instalación utilizando a red eléctrica..

(47) El sistema X-10 utiliza la señal senosoidal de 50 HZ de la vivienda para que transporte las señales X-10. La técnica se denomina de "corrientes portadoras" (Power Line Carrier). Para modular la señal de 50 Hz europea (en USA es de 60 HZ) el transmisor utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la señal senoidal. Se puede insertar la señal X-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de la onda senoidal. La codificación de un bit 1 o de un bit 0, depende de cómo se inyecte esta señal en los dos semiciclos. Un 1 binario se representa por un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo y el 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 KHz. En un sistema trifásico el pulso de 1 milisegundo se transmite con el paso cero para cada una de las tres fases, la información se cifra en señales de alta frecuencia con la posibilidad de identificar mecanismos individuales y así cada aplicación contienen un codigo. Distribuidores en Europa: •. http://www.laser.com/ Tienda en el Reino Unido para 230V 50/60 Hz. •. http://www.cocoonz.com/ Distribuidora Belga. Vende HAL2000. •. http://www.comfort.org.uk/ Tienda en el Reino Unido. •. http://www.domodesk.com/ Empresa Española. •. http://www.save.es/x10.htm Empresa Española. Productos X10 Se ha realizado una comparativa entre los precisos de las dos últimas empresas que, son las más accesibles, y con otra empresa americana (SmartHome). Se han elegido los productos que se consideran más comunes y que permitan hacerse una idea de un presupuesto. En apartados posteriores se explican productos más completos que permiten mayores prestaciones. Hay que tener en cuenta que los productos X10 están pensados para ser vendidos en USA, donde las características de la red eléctrica son distintas a las Europeas (la red eléctrica americana va a 110V/ 60 Hz). Esto produce un encarecimiento del producto al tener que comprar convertidores o realizarlos.

(48) expresamente para el mercado Europeo, notablemente inferior al americano. Además dentro de Europa también existe diversidad en las instalaciones eléctricas, con lo que se pueden distinguir también los productos dependiendo del país Europeo al que están destinados Nombre producto. Breve descripción. Tienda. Modelo. Módulo Universal. Controla el encendido apagado de aparatos de bajo voltaje. Hasta 5 A. Sólo recibe.. Domodesk. DD-2004. Laser. AM12X. Similar al anterior. Hasta 500W y Módulo para 16 A. electrodoméstico s Módulo para electrodoméstico s. Similar al anterior. Hasta 16 A.. SmartHome. 2001PH. Sensor Puerta/Ventana. Manda una señal de RF a un módulo de seguridad cuando se activa. Domodesk. DD-4006. Sensor Puerta/Ventana. Igual que el anterior. Laser. DW534. Detector de movimiento interno. Alcanze:12m. Angulo detección:90ºSe comunica por RF con un modulo Rx. Domodesk. DD-4003. Detector de movimiento interno. Igual que el anterior.. SmartHome. 4086V2. StarGate. -Respuesta de voz interactiva. Domodesk. DD-5005. SmartHome JDS Stargate -Programación con macros TimeComander Plus. -Controlador X10 -Incluye control Audio/Video -Sensores de entrada A y D -Programación con macros. Domodesk. DD-5004. SmartHome TimeComma nder.

(49) Fundamentalmente se basa en el envío de mensajes muy simples entre dispositivos compatibles, haciendo uso del cableado de la red eléctrica existente en los hogares. Adicionalmente permite combinar actuaciones con sistemas de radio frecuencia compatibles X-10. La configuración de un sistema X-10 es sencilla pues basta con asignar a cada uno de los dispositivos un código de vivienda (A-P) y un código de unidad (1-16), con lo que se posibilita un total de 256 combinaciones distintas. Estos códigos se seleccionan de forma manual en cada dispositivo. El sistema cuenta con varios tipos de dispositivos como interfaces telefónicas para tele-controlar. la vivienda,. receptores. de. radio. frecuencia, módulos. temporizadores, reguladores de iluminación y otros. Para poder utilizar el sistema X-10 en una vivienda, bastaría con sustituir los pulsadores existentes por otros compatibles con X-10, añadir un receptor X-10 en cada uno de los elementos que se quiere controlar e incorporar los módulos de control que se deseen, en función de los elementos que se pretende controlarlo simplemente un sistema el cual pueda controlar remotamente vía Internet utilizando autómatas programables u otro sistema inteligente, en este caso los censores múltiples pueden enviar datos a lo largo de las líneas de distribución , siendo la transferencia de datos inmune a la estructura física del local o fabrica o del piso o paredes, la distancia de funcionamiento de PLC es mucho mas larga que las comunicaciones de radio de corto alcance. Con esta tecnología de acceso a internet se puede tener todas las comodidades que se tiene con los servicios de ADSL u otras compañías llegando a ser competitivas las ofertas de cada una de ellas en las aplicaciones en el hogar.. El dueño de una casa inteligente no deberá preocuparse por el estado del tiempo: su sistema despertador le informará, a través de la pantalla de la mesa de luz, cómo se encuentra todo allí afuera, e incluso se encargará de despertarlo antes si el reporte de vialidad señala que se encontrará con embotellamientos de tránsito insalvables de camino a la oficina. El sistema también estará programado para levantar de manera automática las persianas, regular la calefacción, encender la cafetera para que el desayuno esté listo, en el momento de salir de la ducha. Cuando comiencen los.

(50) movimientos diurnos en la casa, las alarmas se desactivarán. automáticamente,. también el sistema de riego en marcha durante la noche para aprovechar las horas de menor consumo de energía, se detendrá, y las luces del parque y el interior se apagarán una a una. Al salir rumbo a la oficina, no hará falta revisar las puertas y ventanas: el sistema se encargará de informarle si alguna está mal cerrada. Y luego, de manera remota, podrá conectarse con su casa para verificar que todo esté en orden, e incluso dar ordenes al sistema. De los sistemas domóticos que se ofrecen en el mercado mundial, se pueden apreciar diferentes configuraciones genéricas y comunes que permiten su clasificación atendiendo a determinados criterios. Una de las problemáticas de esta tecnología es que no es capas de cumplir varias tareas al mismo tiempo o sea si en el mismo instante de tiempo por dispositivos inteligente de ejecutan dos funciones entonces sucederá que se realice una sola labor o simplemente ninguna de las dos, siendo un problema para el usuario ya que no podrá obtener el objetivo deseado.. 1.5 PLC en beneficio de las empresas eléctricas Los metros contadores antiguos poseen la problemática que no pueden leerse a distancia , en países fríos por ejemplo en ocasiones se hace muy pesada la lectura del viejo metro contador pues en ocasiones la nieve puede llegar a ser un obstáculo para la lectura del mismo, y si no hay lectura no hay facturación ni beneficio para la Empresa que vende la energía, por ello se ha sustituido el metro contador por uno de tipo AMR capas de poder leerlo aplicado las comunicaciones a través de las redes eléctricas y así facturar lo consumido por el cliente. Las aplicaciones se muestran en la tabla 2.1..

(51) Los sistemas AMR se clasifican en lo siguiente:. El sistema AMR power line es el mas común pues lleva pocas inversiones iniciales y es el mas apropiado para aplicaciones rurales teniendo como ventajas principales el de tener acceso a las interrupciones, automatización de la distribución y control de carga. La Lectura Remota de Medidores, reduce el tiempo de lecturas, las quejas de los clientes, aumenta el flujo de efectivo, permite descubrir filtraciones de manera más rápida y elimina la molestia del cliente y las potenciales obligaciones que se generaban al momento de la medición en terreno, es capas de esta forma detectar.

(52) cualquier falla que realice y cuando ocurra un apagón se informara automáticamente lo cual reducirá el periodo de afectación. Los sistemas power-line no solo tienen como aplicaciones el servicio de Internet sino también prestaciones de servicios de la empresa eléctrica donde los Sistemas de Power Line Communications Narrow Band (PLCNB), también conocidos como Power Line Carrier, las prestaciones que este puede ofrecer y los beneficios que tendría para nuestro País el telecontrol de los grandes consumidores de energía eléctrica y mas en estos momentos en el cual nos encontramos enfrascados en un uso mas eficiente de nuestros recursos energéticos y en la mejora de la disponibilidad eléctrica.. Estos sistemas PLCNB tiene una amplia utilización en las empresas eléctricas de muchos países, ya que garantizan la elevación de la automatización a nivel de cliente, lo cual permite aumentar la cantidad de servicios que pueden ser ofertados a ellos y con esto la elevación de las ganancias de estas empresas. Para ello estos sistemas PLCNB están constituidos por el metro contador digital y el Transponder así como la conexión a un sistema de transmisión de datos de banda estrecha que permita el acceso remoto del mismo con la Gestión del Sistema. En la Figura 2.2 se muestra un metro contador utilizado en estos sistemas.. Fig 2.2. Metro Contador de la firma Quadlogic para el Servicio ARM..

(53) Entre las Prestaciones más conocidas se encuentran las siguientes: -. Servicio Automatic Metering Reading (AMR).. -. Servicio de Prepago Eléctrico.. -. Cambio de Tarifas por Horarios.. -. Control y desconexión a partir de Voltaje máximo y mínimo a solicitud del cliente.. -. Control de Desconexión Remota del Servicio Eléctrico.. -. Control de valores preestablecidos de Potencia Máxima.. -. Registrador de energía.. En la Figura 2.3 se muestra el metro MS 320 Advance el cual permite brindar todas las prestaciones anteriores además de poseer un puerto óptico para descargar la información contenida en el metro y su programación a partir de una PC portátil.. Fig. 2.3 Metro Contador MS320 Advance (múltiple prestaciones).. Detalles de las Prestaciones mas utilizadas en estos Sistemas PLCNB. Servicio ARM. De las diferentes Prestaciones que ofertan estos sistemas el más utilizado mundialmente es el Servicio ARM, el cual permite la tele lectura del consumo eléctrico de los clientes de la Empresa Eléctrica, en lo adelante las eléctricas, lo cual es muy importante sobre todo en los grandes consumidores a los cuales se les puede ofrecer detalles del consumo por día e incluso por horarios de este..