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Cómo gestionar con mayor eficiencia los recursos de nuestros edificios inteligentes

Sistemas y protocolos de comunicación para equipos y automatismos

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        A estas alturas, todos somos conscientes de que para controlar la expansión de la COVID-19 es necesario cumplir con ciertas normas de convivencia que nos permitan reducir el riesgo de contagio entre personas. Hoy en día, las nuevas tecnologías de comunicación nos pueden ayudar a que dichas normas se cumplan mediante el uso de sistemas que velen por una correcta automatización de procedimientos. En este punto es donde el concepto de Smart Buildings está ganando relevancia, ya que se sitúa en uno de los entornos de interacción más expuestos y sensibles al problema del contagio.

        Pensemos que el concepto de Smart Building va mucho más allá de un simple encendido automático de las instalaciones de un edificio. El Smart Building se basa en una completa arquitectura de tecnologías aplicada a las instalaciones del edificio con el fin de optimizar su eficiencia, prevenir incidencias y, del mismo modo, ayudarnos a respetar el cumplimiento de la distancia social entre personas (y demás normas de convivencia).
         
        Un Smart Building es, por lo tanto, aquel que incorpora equipamientos de uso terciario o industrial. Es decir, sistemas de gestión técnica automatizados y conectados a sus instalaciones. Entre otros, el objetivo de estos sistemas podría ser controlar el consumo energético, aumentar el confort o la seguridad de todo el conjunto del edificio, así como salvaguardar la salud de sus ocupantes.
        Aunque el término se asocia especialmente a edificios de oficinas, corporativos u hoteles, en realidad aplica a cualquier tipo de infraestructura que incorpore sistemas de gestión y de automatizaciones en sus propias instalaciones.

        No obstante, para poder implementar inteligencia en los recursos de un edificio, antes debemos conocer a fondo los diversos sistemas y protocolos de comunicación que existen,  aquellos que nos permitirán conectar y gestionar los activos implicados en el funcionamiento de cualquier Smart Building. Eso es, precisamente, lo que nos disponemos a analizar en el este artículo.



        1. Sistemas de gestión y automatización para Smart Buildings

        BMS/BAS

        Los Building Management System (BMS), o Bulding Automation System (BAS), son sistemas informáticos que se utilizan para automatizar las funciones de un edificio. En otras palabras, BMS/BAS es un conjunto inteligente de hardware y software que conecta equipos de calefacción, ventilación, aire acondicionado (HVAC), iluminación y de seguridad de un edificio, para comunicarlos en una única plataforma.
        De este modo, se obtiene información crucial sobre el rendimiento operativo del edificio en su totalidad, además de conseguir mejorar sus niveles de seguridad y de confort ambiental para sus ocupantes.

        EMS
        Los sistemas de gestión de la energía (EMS) son sistemas informáticos que miden el consumo energético y buscan espacios de mejora para optimizar su eficiencia. 
        Entre otros elementos, los EMS pueden utilizarse para monitorizar el rendimiento de dispositivos instalados en diferentes lugares, como unidades de HVAC y sistemas de iluminación centralizada. Gracias a ello, facilitan una imagen global del consumo de un edificio.
        Estos sistemas también pueden calcular, enviar y hacer seguimiento de la actividad energética de cualquier instalación, lo que resulta de gran ayuda a gestores de instalaciones a la hora de obtener información para la toma de decisiones.

        La razón por la que es tan importante entender la diferencia entre los sistemas de gestión de la energía (EMS) y los sistemas de gestión de edificios (BMS/BAS) es que ambos sirven para el mismo propósito, pero se complementan. Mientras que los EMS se concentran en los detalles a nivel micro, los BMS se centran en el conocimiento a nivel macro.
        Sin embargo, ambos sistemas hablan idiomas totalmente diferentes, por lo que se necesita de un intermediario que traduzca la información proporcionada por parte de ambos. El convertidor más utilizado con ese propósito es BACnet.

        B-IoT/BOS
        Es un sistema operativo para edificios que funciona como middleware entre los equipos sobre el terreno y los servicios de gestión y mantenimiento asociados. Su principal objetivo es racionalizar y mutualizar los datos entre los equipos/sensores instalados y las aplicaciones desarrolladas.
        Los datos son adquiridos por el BOS, son estructurados y enviados en el formato adecuado a cualquier aplicación que los necesite. O lo que es lo mismo, BOS sería la evolución del BMS/BAS tradicional hacia un sistema de información.

        Actualmente, un BMS se despliega con el único propósito de proporcionar una interfaz técnica. Aunque sea un sistema abierto, resulta muy difícil y costoso desplegar servicio de mantenimiento a partir de la información que proporciona. Ello se debe a que BMS no ha sido diseñado para permitir a terceros identificar datos significativos con agilidad.
        Con un enfoque de microservicios, la misión de un BOS es permitir que cualquier proveedor de servicios digitales se conecte al edificio y acceda con facilidad a la lectura y análisis datos. De ese modo, es posible desplegar un nuevo servicio sin necesidad de cambiar la infraestructura de un edificio o, incluso, sin tener que adaptar los datos locales.


        En definitiva, BOS cumple un papel fundamental reduciendo la complejidad del campo, unificando varios fabricantes de equipos y protocolos y proporcionando datos significativos. Gracias a ello se pueden desplegar servicios independientes entre sí con agilidad, que no necesitaran ni siquiera conocer la arquitectura de los edificios que gestionan.



        2. Protocolos de comunicación para la gestión de Smart buildings
        Los sistemas de gestión que hemos presentado hasta aquí pueden utilizar varios protocolos de comunicación para transmitir datos. Los más habituales suelen ser BACnet, KNX, Modbus, OPC y Lonworks, pero, de entre todos ellos, el más estandarizado y empleado para el caso de edificios inteligentes es BACnet.

        ¿Qué es BACnet? 
        BACnet es un protocolo de comunicación de datos para Redes de Automatización y Control de Edificios (Building Automation and Control Networks), que determina el conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre la red de equipos.
        Lo que hace a BACnet especial es que las reglas que establece se relacionan específicamente a las necesidades de los equipos de control y automatización instalados en cada edificio. Por ejemplo, se cubren aspectos como preguntar por el valor de temperatura, definir el horario de operación de un ventilador o enviar una alarma según el estado de una bomba.

        BACnet provee una forma estándar de representar las funciones de cualquier dispositivo. Este modelo estandarizado representa las funciones comunes de cada dispositivo, como los conjuntos de información relacionada. Estos conjuntos reciben el nombre de "Objetos" y cada uno de los cuales tiene una serie de "propiedades" (alguna obligatorias y otras opcionales) que los describen.
        La norma BACnet define hasta 54 tipos de objetos, cada uno de ellos identificado por una propiedad llamada "Identificador de Objeto" (Object Identifier), que suele codificar la instancia y el tipo del objeto en un número binario de 32 bits.


        Gracias al protocolo BACnet los dispositivos interactúan entre sí. Cuando un equipo se comunica con otro para llevar a cabo una determinada acción, lo hace a través de los denominados “Servicios”. Estos se agrupan en 6 categorías según su funcionalidad:
        1. Object access: lectura, escritura, creación y borrado
        2. Device management: descubrimiento, sincronización horaria, inicialización, copia de respaldo y restauración
        3. Alarm and event: alarmas y cambios de estado
        4. File transfer: tendencia de datos y cambio de programa
        5. Virtual terminal: interfaz hombre-máquina por medio de menús o similar
        6. Security

        Medios de transporte BACnet
        Para que dichos mensajes puedan enviarse y recibirse, se establecen varios medios de transporte que combinan Capas Físicas y Enlaces de Datos. No obstante, el mensaje BACnet es independiente del medio empleado y, a su vez, pueden existir pasarelas combinables con cada uno de los medios que se citan a continuación:
        IP (IPv4 and IPv6)
        Ethernet (ISO 8802-3)
        Master Slave/Token Passing MS/TP (RS-485)
        Point-to-Point (PTP) (RS-232)
        ZigBee
        LonTalk
        ARCNET

        Por último, cabe destacar que el protocolo BACnet es un estándar internacional de comunicación bidireccional para la automatización de edificios y su principal ventaja es la capacidad para integrar productos de diferentes fabricantes en un mismo proyecto.
        Además, gracias a su capacidad para crear objetivos relativos al consumo energético, BACnet es el protocolo más adecuado para una óptima gestión de edificios inteligentes.

        Como hemos visto, los sistemas de comunicación y automatización suponen una gran oportunidad para desarrollar servicios de gestión en edificios inteligentes, gracias a la simplificación de las tareas de mantenimiento de instalaciones. Desde Monolitic, nos dirigimos a mercados especializados en este área y, para ellos, hemos diseñado una solución IoT que permite gestionar los recursos de varias infraestructuras simultáneamente, a distancia y con mayor rapidez.

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