Controla las zonas de un edificio: personas, luz, clima y alarmas

Trata cada zona como un pequeño lazo con las mismas piezas: hay alguien o no, la luz basta o no, el aire está caliente, frío o cargado, y algo puede ir mal. Cada minuto, el PLC aplica estas reglas a cada zona:

1. Presencia. Un sensor de presencia en una entrada digital indica si hay movimiento. La zona está en uso hasta que pasa el retardo sin movimiento.
2. Luz. En uso, las luces se encienden, y un sensor de luz mide la luz natural en la mesa. El PLC regula las luces con una salida de 0-10 V para que la mesa tenga 500 lx, no más.
3. Clima. En uso, se aplican las consignas de confort: calor por debajo de 21 °C, frío por encima de 24 °C. Vacía, la zona vuelve a 17 y 28 °C. Una ventana abierta para el fancoil.
4. Aire. El sensor de ambiente mide el CO2. Por encima de 1.000 ppm, el PLC pide a la unidad de tratamiento de aire más aire fresco para esa zona.
5. Alarmas. Fuera de horario, la planta se arma sola. Un movimiento sin un acceso válido activa la sirena y un aviso. El pulsador de la sala de descanso llama al equipo a cualquier hora.

Las mismas reglas se repiten para cada zona con sus sensores y consignas, así que una zona nueva es un conjunto nuevo de parámetros, no un programa nuevo.

Ejecuta el escenario Un día de oficina y sigue la oficina abierta y la sala de reuniones.

Un sensor de presencia no cuenta personas. Ve movimiento. Una persona que lee o escribe sin moverse mucho puede pasar desapercibida unos minutos. Por eso las luces siguen encendidas durante un retardo tras el último movimiento.

Un retardo corto ahorra energía en salas que se vacían a menudo, pero apaga las luces a personas que están quietas. Pon Luces apagadas tras el último movimiento en 2 min y mira la tabla de eventos: cada Luces apagadas con gente dentro es una persona que tiene que mover el brazo.

La regulación por luz natural ahorra más donde la luz natural es fuerte. La oficina abierta tiene grandes ventanas al sur, así que a mediodía en un día soleado sus luces pueden necesitar solo un pequeño porcentaje. La recepción y la sala de descanso reciben poca luz natural y ahorran poco. El caso de la oficina inteligente usa la misma idea: luces por presencia, reguladas por la luz exterior.

Una zona que nadie usa no necesita 21 °C. Con consignas reducidas, el fancoil trabaja menos en salas vacías. El precio es el tiempo: cuando entra la gente, la zona tarda un rato en volver al confort.

Un horario mantiene cada zona en confort de 07:00 a 19:00, se use o no. Una sala de reuniones vacía toda la mañana se calienta toda la mañana. La presencia ahorra esa energía, pero los primeros minutos de una reunión pueden ser fríos. El indicador minutos-persona sin confort lo cuenta: una persona durante un minuto fuera de 20 a 25 °C, 1 °C más allá de las consignas de confort, para que la oscilación normal del fancoil no cuente. Compara las dos opciones en el escenario Un día de oficina.

Un contacto de ventana para el fancoil de esa zona. Calentar o enfriar con una ventana abierta malgasta energía. El PLC mantiene una protección antihielo: si la sala baja de 8 °C, calienta igualmente.

Los fancoils necesitan agua de una planta, y el aire fresco llega de una unidad de tratamiento de aire. Aquí el PLC le dice a la unidad si la planta está en uso y cuándo una zona necesita más aire, por Modbus TCP. La unidad tiene su propio controlador para sus ventiladores, baterías y compuertas, como en nuestro caso del fabricante de HVAC.

Ejecuta el escenario Una sala llena y mira el CO2 de la zona 2 y la ventana.

Con los mismos sensores de presencia y el lector de acceso. En este ejemplo, después de las 19:00 el PLC espera a que ninguna zona vea movimiento durante 30 minutos y arma la planta. Una tarjeta o una cara válidas en la recepción la desarman. Un movimiento con la planta armada activa la sirena y envía un aviso a los vigilantes. La recepción tiene un retardo de entrada de 30 segundos, para que una persona con tarjeta pueda desarmar antes de que suene la sirena. Las demás zonas disparan al momento.

Es la lógica del caso de la oficina inteligente: acceso biométrico de día, una alarma con sensores de movimiento de noche. Para un sistema de intrusión que deba cumplir la EN 50131 o las reglas de una aseguradora, usa una central de alarma certificada para la detección y deja que el PLC lea su estado y gobierne las luces y los mensajes. La detección de incendios va en su propio sistema según la EN 54. El PLC puede leer su contacto de alarma pero no lo sustituye.

Ejecuta el escenario Noche e intrusión y mira el estado de la alarma en el panel del edificio.

La sala de descanso tiene un pulsador de llamada, como el de nuestro caso de la alarma de habitación de hospital. Una pulsación enciende un zumbador y una luz en la puerta y envía un mensaje al equipo por Telegram. Una segunda pulsación en el pulsador apaga el zumbador. La luz sigue encendida 2 minutos más, para que en el pasillo se vea que la llamada se ha atendido. Si nadie atiende en 5 minutos, el PLC envía un recordatorio.

El zumbador y la luz funcionan en el PLC sin red. Si la red cae, los mensajes esperan en una cola y salen cuando vuelve el enlace. Es una llamada de asistencia para una oficina, no un sistema certificado de llamada de enfermería para un hospital (DIN VDE 0834, por ejemplo).

Un sensor de ambiente también puede fallar. El PLC consulta cada sensor de ambiente por Modbus RTU. Tras 3 consultas sin respuesta, marca el sensor como averiado, para el fancoil de esa zona salvo la protección antihielo, refuerza el aire fresco de esa zona por seguridad y envía un aviso.

Ejecuta el escenario Llamadas y fallos y sigue la sala de descanso y la red.

1. El retardo de apagado de las luces

Lo bastante largo para que la gente quieta conserve la luz, lo bastante corto para que las salas vacías se apaguen. Pasillos y aseos admiten retardos cortos, oficinas y salas de reuniones más largos.

2. Presencia u horario para el clima

La presencia va bien en salas de uso irregular, como las de reuniones. Un horario va bien en oficinas abiertas que se usan siempre en horario laboral. Muchos edificios combinan los dos: un horario para las zonas abiertas y presencia para las salas que se reservan.

3. Aire fresco bajo demanda

Un caudal base fijo es simple, pero una sala de reuniones llena pasa de 1.500 ppm de CO2. Pedir más aire solo donde el CO2 es alto mantiene el aire fresco sin ventilar cada sala al caudal máximo.

4. Dónde vive la lógica

Deja las reglas de las zonas, la alarma y la llamada en el PLC, para que funcionen si la red o el panel se paran. Pon encima las pantallas, el histórico y los mensajes a los móviles, en el mismo Raspberry PLC o en otro ordenador.

5. Relés y cargas

Los relés del Raspberry PLC 57R admiten 4 A a 230 Vac con carga resistiva. Los drivers LED piden una corriente de arranque alta al encenderse, así que conmuta cada circuito de alumbrado con un contactor. Las válvulas de fancoil con actuadores térmicos son cargas pequeñas y pueden ir en los relés. El ventilador de un fancoil es un motor pequeño: comprueba su corriente o conmútalo con un relé de interfaz.

Este simulador junta tres de nuestros casos en una planta. Los valores, zonas, tiempos y fallos son ejemplos, no datos de esos proyectos.

• Oficina inteligente. Varios Raspberry PLC controlan el acceso biométrico, las luces por presencia y luz natural, la temperatura desde una app móvil y una alarma de intrusión. Lee el caso de la oficina inteligente
• Alarma de habitación de hospital. Un PLC enciende una alarma sonora y otra visible y envía la llamada a las enfermeras por un bot de Telegram. Lee el caso de la alarma de habitación de hospital
• Controlador de unidad de tratamiento de aire. Un fabricante de HVAC monta un M-Duino 58 en sus unidades de tratamiento de aire, con un mapa Modbus TCP para el sistema de gestión del edificio. Lee el caso de la unidad de tratamiento de aire

Para ver cómo un PLC consulta equipos Modbus y sirve un mapa a un sistema de gestión del edificio, prueba el simulador de red Modbus.

Estos ejemplos cubren las partes de esta planta con hardware de Industrial Shields.

• Un mapa de registros Modbus TCP para una planta, para el enlace con la unidad de tratamiento de aire y el sistema de gestión del edificio
• Avisos y control remoto por Telegram, para los mensajes de llamada e intrusión
• Un histórico de alarmas en MySQL con Node-RED, para la tabla de eventos
• Avisos por email desde un servidor de monitorización en Python, para un segundo canal de avisos

Más ejemplos: PLC Solution Library · todos los simuladores.

E/S de ejemplo para esta planta

Este ejemplo usa 14 de las 18 entradas, 20 de los 24 relés, 4 de las 9 salidas analógicas y uno de los dos puertos RS-485. Los sensores de ambiente comparten un bus RS-485, cada uno con su dirección Modbus. El SAI deja que el PLC cierre sus ficheros cuando cae la alimentación. Para más zonas, añade un segundo PLC por planta y únelos por Ethernet. Comprueba tus cargas y niveles con la hoja de datos de la familia Raspberry PLC. Especificaciones completas: Raspberry PLC 57R FLEX.