Caso de estudio · Ferrocarril · ESP32 PLC 57R
Confort a bordo. Datos de energía que esperan a la cobertura.
Luz, ventilación y climatización a bordo. Energía por 4G LTE-M.
El vagón se mantiene confortable. El PLC guarda las cifras.
Si se pierde la cobertura, los datos esperan a bordo.
Este caso describe un operador ferroviario que quería controlar y monitorizar sus vagones de tren. No cita al operador, la línea ni los trenes. La instalación original usaba un M-Duino 54ARA con módulo GPRS integrado. Esta página muestra el mismo sistema hecho hoy con un ESP32 PLC 57R y una placa 4G LTE-M (LTE Cat M1): lo que hace un controlador dentro de un vagón, no dónde está el tren.
El reto
Vagones seguros, eficientes y confortables. Y la energía, en cifras.
El cliente gestiona una red ferroviaria. Su objetivo principal era un sistema de control y monitorización para los vagones de tren de la compañía, por la seguridad, la eficiencia y la comodidad de los pasajeros y del personal a bordo. El caso cita seis parámetros: iluminación, ventilación, climatización, temperatura, humedad y energía.
Luz donde hace falta
La luz ambiente de un vagón cambia todo el tiempo. La iluminación tiene que seguir el nivel de luz real, no un horario fijo.
Clima en rango
Los valores dentro del vagón tienen que mantenerse en los rangos establecidos. Si salen de ellos, la ventilación y la climatización tienen que reaccionar.
Energía que se puede medir
El operador quiere ver el consumo energético de cada vagón, encontrar formas de reducirlo y planificar el mantenimiento con datos.
Un enlace que va y viene
Los datos viajan por la red móvil hasta una centralita. Cuando se pierde la cobertura, los datos no se pueden perder con ella.
Seis parámetros, un controlador
Iluminación, ventilación, climatización, temperatura, humedad y energía en un solo ESP32 PLC 57R con una placa de comunicación 4G LTE-M.
Cómo funciona
Tres lazos: luz, clima, energía.
Cada lazo muestra una parte del sistema. Mueve los controles y pulsa los botones. Los paneles son simulaciones ilustrativas: niveles de luz, temperaturas, rangos, límites y horas de registro son ejemplos, no datos de la instalación.
Un sensor de luz le dice al PLC cuándo encender la iluminación.
Un sensor lumínico mide el nivel de luz ambiente en el vagón. El PLC abre o cierra el circuito de luz, de modo que la iluminación sigue lo que necesita el vagón. El caso dice también que la iluminación se puede regular según las necesidades, sin más detalle. Una forma habitual de hacerlo: dos niveles de luz, uno para cerrar el circuito y otro para abrirlo, para que las luces no parpadeen en el límite. Mueve el nivel de luz en el panel.
- Sensor de luz dentro del vagón, conectado al PLC
- El PLC abre o cierra el circuito de luz
- Ejemplo: enciende por debajo de 150 lx y apaga por encima de 300 lx
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de la instalación. Regla de ejemplo: el PLC cierra el circuito de luz por debajo de 150 lx y lo abre por encima de 300 lx. La diferencia evita encender y apagar en el límite.
Fuera de rango, el PLC pone en marcha la ventilación o la climatización.
Un sensor de temperatura y humedad monitoriza constantemente los valores dentro del vagón. Cuando los valores salen de los rangos establecidos, el PLC activa la ventilación y/o la climatización. El caso cita también un aviso al personal de mantenimiento ante un aumento de temperatura peligroso. Una forma habitual de hacerlo: la humedad alta pone en marcha la ventilación, la temperatura alta pone en marcha la climatización y un límite más alto envía un aviso. Mueve los controles.
- Un solo sensor para temperatura y humedad
- Ventilación y/o climatización cuando un valor sale de su rango
- Aviso al personal de mantenimiento ante un aumento de temperatura peligroso
Decisiones del PLC (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de la instalación. Rangos de ejemplo: de 20 a 26 °C y del 30 al 60 % de humedad. Aviso a mantenimiento por encima de 35 °C. Los rangos reales no se publican.
Los datos de energía salen por 4G LTE-M. Sin cobertura, esperan a bordo.
Un sensor de voltaje conectado al PLC mide el consumo energético del vagón. El PLC envía los datos a una centralita por la red móvil: 4G LTE-M en el ESP32 PLC 57R, GPRS en la instalación original. Si se pierde la cobertura, el PLC guarda los datos a bordo hasta que se recupera la conexión, y entonces los envía de forma automática. En la instalación original, el búfer era la tarjeta SD del controlador. Pulsa Perder cobertura, espera y recupérala.
- Sensor de voltaje en la alimentación del vagón, conectado al PLC
- Datos de energía hacia una centralita por 4G LTE-M
- Búfer local sin cobertura, envío automático después
Registros de energía (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de la instalación. Ejemplo: un registro de energía por minuto, con el tiempo acelerado. El caso no publica el periodo de registro ni el formato de los datos.
Ejemplo de código: registro de datos con búfer en un ESP32 PLC cuando cae la red
Arquitectura del sistema
¿Cómo controla y monitoriza un vagón de tren un ESP32 PLC con 4G LTE-M?
Tres sensores se conectan al ESP32 PLC 57R: luz, temperatura y humedad, y voltaje. El PLC gobierna el circuito de luz, la ventilación y la climatización del vagón. Envía los datos de energía a una centralita por 4G LTE-M y los guarda en un búfer local mientras no hay cobertura.
| Señal | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Luz ambiente | EntreSensor de luz → ESP32 PLC 57R | TipoEntrada | FunciónNivel de luz en el vagón. Tipo de señal no publicado |
| Temperatura y humedad | EntreSensor T/H → ESP32 PLC 57R | TipoEntrada | FunciónValores dentro del vagón, comparados con los rangos establecidos |
| Voltaje | EntreSensor de voltaje → ESP32 PLC 57R | TipoEntrada | FunciónConsumo energético del vagón |
| Circuito de luz | EntreESP32 PLC 57R → iluminación | TipoSalida | FunciónAbre o cierra el circuito de luz |
| Ventilación y climatización | EntreESP32 PLC 57R → ventilación, climatización | TipoSalida | FunciónSe ponen en marcha cuando la temperatura o la humedad salen de su rango |
| Datos de energía | EntreESP32 PLC 57R → centralita | Tipo4G LTE-M | FunciónDatos de consumo del vagón. Protocolo no publicado. GPRS en la instalación original |
| Búfer de datos | EntreESP32 PLC 57R → almacenamiento local | TipoA bordo | FunciónGuarda los datos sin cobertura. Se envían solos cuando vuelve el enlace. Tarjeta SD en la instalación original |
| Aviso de mantenimiento | EntreESP32 PLC 57R → personal de mantenimiento | TipoNo publicado | FunciónAumento de temperatura peligroso o un problema de iluminación |
Por qué funciona
Un controlador a bordo. Datos que llegan tarde, pero llegan.
4G LTE-M en el PLC
El ESP32 PLC 57R admite una placa de comunicación 4G (M1)-NB1 IoT LTE. No hace falta montar un módem aparte en el vagón. La instalación original eligió un controlador con módulo GPRS integrado por el mismo motivo.
Guardar y reenviar
Sin cobertura, los datos se quedan a bordo. Cuando vuelve el enlace, el PLC los envía de forma automática. La centralita recibe los datos más tarde, en lugar de perderlos.
Decisiones a bordo
Las reglas de luz y de clima se ejecutan en el PLC, junto a los sensores y las cargas. El enlace móvil transporta datos. No enciende las luces.
E/S mixtas en un equipo
18 entradas y 33 salidas en el ESP32 PLC 57R. Por ejemplo: las 12 entradas analógicas para los sensores, los 24 relés para las cargas y las 9 salidas analógicas si una carga necesita una consigna.
Datos para mantenimiento
Los valores continuos de cada vagón ayudan a encontrar fallos en la iluminación, la ventilación y la climatización, y a planificar el trabajo antes de una avería.
Abierto y modular
Se programa con el Arduino IDE, sin costes de licencia. El ESP32 PLC crece con hasta 127 módulos de expansión por I2C.
Hardware
ESP32 PLC 57R con una placa 4G LTE-M.
ESP32 PLC 57R con la placa 4G (M1)-NB1 IoT LTE
Un PLC industrial basado en ESP32 para carril DIN, con entradas analógicas para los sensores, relés para las cargas y una placa de comunicación 4G LTE Cat M1 opcional para el enlace de datos con la centralita.
- Función
- Control de luz y clima, datos de energía por 4G LTE-M
- Entradas
- 18: 12 analógicas o digitales (0-10 V, 11 bits), 6 digitales optoaisladas
- Salidas
- 33: 24 relés, 9 analógicas, digitales o PWM (0-10 V)
- Enlace móvil
- Placa de comunicación 4G (M1)-NB1 IoT LTE (u-blox SARA-R412M), opcional
- Otras comunicaciones
- Ethernet, wifi, Bluetooth LE, RS-485, RS-232, I2C, SPI
- Integrado
- Reloj de tiempo real
- Alimentación
- De 12 a 24 Vdc, carril DIN
La instalación original usaba un M-Duino 54ARA con módulo GPRS integrado (26 entradas, 25 salidas), que ya no está en la tienda web. En la ficha de producto, elige la placa 4G (M1)-NB1 IoT LTE como placa de comunicación 1.
Preguntas sobre este caso
¿Cómo controla un ESP32 PLC la iluminación, la ventilación y la climatización de un vagón de tren?
Con sensores y reglas sencillas a bordo. Un sensor de luz le dice al PLC cuándo abrir o cerrar el circuito de luz, y un sensor de temperatura y humedad le dice cuándo poner en marcha la ventilación y/o la climatización: cuando los valores salen de los rangos establecidos. En el ESP32 PLC 57R, los sensores van a las entradas analógicas de 0-10 V y las cargas a los relés. Los rangos de la instalación no se publican. Los paneles de esta página usan valores de ejemplo.
¿Qué pasa con los datos cuando el tren pierde la cobertura móvil?
El PLC los guarda a bordo hasta que se recupera la conexión, y luego los envía de forma automática. Es el patrón guardar y reenviar (store and forward). En la instalación original, el búfer era la tarjeta SD del controlador. Una forma habitual de hacerlo: añadir a cada registro la hora del reloj de tiempo real, escribirlo en el almacenamiento local, enviar primero los registros más antiguos cuando vuelve el enlace y borrar o marcar cada registro solo cuando la centralita lo confirma. Consulta el ejemplo de registro de datos con búfer en un ESP32 PLC y los conceptos básicos de la tarjeta SD en un PLC industrial.
¿Basta un sensor de voltaje para medir el consumo de energía?
El caso cita un sensor de voltaje que mide el consumo energético de los vagones. La energía es la potencia a lo largo del tiempo, y la potencia es tensión por corriente (y factor de potencia en alterna). Por eso la tensión necesita una medida de corriente, o una carga fija conocida, para dar energía. Una opción habitual es un contador de energía con salida de pulsos o Modbus RTU por RS-485, que el ESP32 PLC puede leer. El caso no publica el resto de la cadena de medida.
¿Por qué 4G LTE-M en lugar de GPRS en un proyecto ferroviario nuevo?
El GPRS funciona sobre redes 2G, y algunos operadores móviles ya han apagado el 2G o tienen previsto hacerlo. Antes de un proyecto nuevo, comprueba la cobertura y las fechas de cierre en tus rutas, en cada país que cruzan los trenes. LTE Cat M1 (LTE-M) está pensado para equipos IoT y admite el traspaso entre celdas, por eso encaja en un tren en marcha. El ESP32 PLC 57R admite una placa 4G (M1)-NB1 IoT LTE (u-blox SARA-R412M). La lógica de guardar y reenviar no cambia.
¿Qué normas se aplican a la electrónica a bordo de un tren?
En Europa, los equipos electrónicos del material rodante suelen seguir la EN 50155 (entorno, alimentación, ensayos) y la EN 50121-3-2 (compatibilidad electromagnética). La seguridad contra el fuego sigue la EN 45545-2. El caso no dice cómo se certificó la instalación. Pide los requisitos a tu operador antes de diseñar. Nuestros ingenieros pueden revisarlos contigo.
¿Qué partes de este caso son hechos y cuáles son ejemplos?
Hechos del caso original: un operador de una red ferroviaria, un sistema de control y monitorización para vagones de tren, un M-Duino 54ARA con módulo GPRS integrado, un sensor de luz con el que el PLC abre o cierra el circuito de luz, un sensor de temperatura y humedad que pone en marcha la ventilación y/o la climatización fuera de rango, un sensor de voltaje para el consumo energético, datos enviados a una centralita y un búfer en la tarjeta SD sin cobertura con envío automático después. Opción actual en esta página: el ESP32 PLC 57R con una placa 4G LTE-M. Ejemplos: niveles de luz, rangos de temperatura y humedad, el límite de aviso, las horas de registro y el formato de los datos.
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