Reducción de los costes de cableado BMS con LoRaWAN y el Robustel R1520-LG:
Cómo Robustel y Voytech Systems facilitan la implementación de los modernos sistemas de gestión de edificios sustituyendo el cableado por dispositivos inalámbricos LoRaWAN®.
Caso práctico: datos clave
Cliente final
Voytech Systems – https://www.voytech-systems.co.uk/
Voytech Systems es una empresa británica especializada en automatización de edificios fundada en 2014 por el Dr. Richard Fargus con el objetivo de replantear los sistemas de gestión de edificios en torno a las tecnologías de la nube y el IoT. El equipo combina una amplia experiencia en el desarrollo y la fabricación de productos BMS con servicios de consultoría e I+D para terceros. Su plataforma principal, Sitelink, es compatible con múltiples protocolos de automatización, incluidos BACnet, Modbus y LoRaWAN, lo que le permite situarse entre los controladores BMS convencionales y los modernos dispositivos inalámbricos de campo. Esto permite a Voytech ofrecer soluciones que van desde la integración del IoT con la infraestructura BMS existente hasta la supervisión y el control autónomos de la calefacción, el aire acondicionado y la ventilación en diversos sectores de la construcción.
Desafíos
Los proyectos tradicionales de BMS suelen destinar una gran parte de su presupuesto al cableado de sensores distribuidos, especialmente en remodelaciones y edificios complejos. Las opciones inalámbricas anteriores, como Zigbee, los sistemas propietarios sub-GHz o Wi-Fi, tenían problemas de alcance, penetración en el interior de los edificios, madurez del ecosistema e integración en los controladores BMS convencionales. Voytech necesitaba una tecnología inalámbrica que pudiera llegar a las salas de máquinas y a los espacios ocupados, que se adaptara fácilmente a las diferentes plantas y que, además, presentara los datos al BMS como objetos BACnet familiares con los que los ingenieros de puesta en marcha pudieran trabajar.
Resultados
Al estandarizar LoRaWAN para sensores, las pasarelas R1520-LG LoRaWAN para backhaul y un controlador Sitelink que aloja la red LoRaWAN local y los servidores de aplicaciones, Voytech proporcionó una arquitectura BMS inalámbrica que se comporta como un sistema BACnet nativo. Las implementaciones sobre el terreno han demostrado que los enlaces LoRa abarcan hasta 14 plantas y conectan de forma fiable más de 200 sensores, incluso cuando los dispositivos se almacenaban en un edificio separado a 100 metros de distancia. Los contratistas eléctricos pueden instalar dispositivos LoRaWAN preconfigurados sin necesidad de conocimientos especializados en radio, lo que reduce los costes de instalación y permite un control más preciso de la calefacción y la climatización para reducir el consumo de energía.
Hacer que los sistemas de gestión de edificios inalámbricos sean prácticos con LoRaWAN y BACnet
Voytech Systems se fundó con el objetivo de replantear la gestión de edificios en torno a las tecnologías de computación en la nube e IoT, en lugar de realizar actualizaciones incrementales de los paneles de control heredados. Su plataforma Sitelink se sitúa entre los controladores BMS tradicionales y los dispositivos de campo modernos, y utiliza protocolos como BACnet, Modbus y LoRaWAN para que los integradores puedan combinar las instalaciones existentes con nuevas capacidades de detección y control. En esa visión, la tecnología inalámbrica se convierte en una forma de colocar sensores y actuadores exactamente donde se necesitan, sin estar limitados por las rutas de cableado existentes o los calendarios de renovación.
LoRaWAN resultó ser la mejor opción porque combina radio de largo alcance y bajo consumo con un ecosistema de sensores y actuadores en rápido crecimiento, orientado directamente a la creación de aplicaciones. En una prueba de concepto realizada en Londres, Voytech demostró que los enlaces LoRa abarcaban cómodamente 14 plantas de un edificio comercial, y en implementaciones posteriores se comprobó que más de 200 sensores en una oficina de tres plantas llegaban de forma fiable a las pasarelas instaladas dentro de las salas de máquinas, incluso cuando esos sensores se almacenaban temporalmente en un edificio separado a 100 metros de distancia. Con ese tipo de propagación y una arquitectura diseñada para facilitar la densificación de las pasarelas, Voytech pudo centrarse en la integración y la puesta en marcha, en lugar de luchar contra las limitaciones básicas de la radiofrecuencia.
Retos empresariales
1. Altos costes de cableado y trastornos en proyectos nuevos y de modernización.
Ya sea en una nueva construcción o en una reforma, añadir sensores a un edificio suele implicar un importante trabajo de cableado: tender cables hasta las salas de máquinas, perforar paredes, trabajar alrededor de los servicios existentes y las barreras contra incendios, y coordinarse con otros gremios. Cada punto adicional supone un coste incremental que puede limitar rápidamente el número de ubicaciones de medición y control que un proyecto puede justificar. En los edificios antiguos, las molestias y el impacto estético que supone tender nuevos cables pueden hacer casi imposible actualizar los sensores o añadir controles a nivel de sala, incluso cuando las ventajas en términos de energía o confort son evidentes.
Esta limitación obliga a hacer concesiones: los integradores instalan pocos instrumentos en grandes áreas, los propietarios de edificios posponen las actualizaciones y los diseñadores se conforman con una cobertura «suficientemente buena» en lugar de un control óptimo. Con el tiempo, eso se traduce en un sistema de climatización menos sensible, una visibilidad deficiente de las condiciones reales en los espacios ocupados y facturas de energía más elevadas de lo necesario. Voytech necesitaba una forma de desvincular el número de sensores de la cantidad de cableado, lo que permitiría obtener datos más completos y un control más granular sin la carga de trabajo tradicional.
2. Limitaciones y fragmentación de las tecnologías inalámbricas anteriores.
Antes de LoRaWAN, los integradores de BMS habían experimentado con Zigbee, sistemas propietarios de 433/458/868 MHz, Bluetooth Low Energy e incluso Wi-Fi para conectar dispositivos inalámbricos. Cada uno de ellos tenía sus inconvenientes: alcance limitado en interiores a 2,4 GHz, ecosistemas cerrados vinculados a un único proveedor, carteras de sensores reducidas o dificultad para integrarse con controladores BMS de terceros. En muchos casos, cubrir las lagunas de cobertura suponía una compleja planificación de radio o la instalación de repetidores patentados, lo que introducía otra capa más de equipos que gestionar.
Estos problemas técnicos se traducían directamente en riesgos comerciales. Si un sistema inalámbrico requería una puesta en marcha especializada, una integración a medida o amplios estudios del emplazamiento, el ahorro de costes prometido con respecto al cableado se evaporaba rápidamente. Peor aún, si un sistema ofrecía una cobertura irregular o sufría interferencias, los integradores podían quedarse con instalaciones inalámbricas que no funcionaban y con pocas posibilidades de recurso. Esta historia hizo que muchos profesionales de los sistemas de gestión de edificios se mostraran cautelosos con respecto a la tecnología inalámbrica, y cualquier nuevo enfoque tenía que demostrar de forma convincente que evitaba los mismos escollos y ofrecía un ecosistema de dispositivos más rico.
3. Conectando LoRaWAN orientado a la nube con la arquitectura BMS local del sitio
LoRaWAN es intrínsecamente compatible con la nube: muchas implementaciones asumen que las pasarelas reenvían el tráfico a un servidor de red y un servidor de aplicaciones alojados fuera del sitio. Para el control de edificios, ese modelo plantea problemas de latencia y fiabilidad, ya que las decisiones de control pueden depender de respuestas rápidas y deterministas, incluso cuando la conectividad a Internet se ve degradada. Además, los controladores BMS tienden a trabajar con objetos BACnet (temperaturas, puntos de ajuste, estados binarios) en lugar de cargas útiles sin procesar decodificadas a partir de tramas inalámbricas. Sin un puente, los datos LoRaWAN no son directamente utilizables por los equipos BMS convencionales.
La puesta en marcha es otro punto crítico. Si la integración de LoRaWAN requiere la presencia in situ de ingenieros especializados en radio o en la nube, el coste total del proyecto y la complejidad de la programación aumentan. Para que la visión de Voytech funcionara, los contratistas eléctricos y de controles necesitaban una experiencia plug-and-play: instalar dispositivos preconfigurados, encenderlos y verlos aparecer en el BMS como puntos familiares. Eso significaba resolver no solo la traducción técnica entre LoRaWAN y BACnet, sino también simplificar los flujos de trabajo para que los profesionales existentes pudieran encargarse de la instalación sin necesidad de nuevas habilidades o herramientas.
Descripción general de la solución
La arquitectura de Voytech comienza con sensores y actuadores LoRaWAN alimentados por batería, como las válvulas inteligentes para radiadores Vicki de MClimate, que se instalan en habitaciones y espacios industriales de todo el edificio. Estos dispositivos envían datos a través de la radio LoRa a una o más pasarelas LoRaWAN Robustel R1520-LG, que proporcionan una interfaz LoRaWAN de ocho canales en una carcasa industrial resistente. Las pasarelas reenvían las cargas útiles LoRaWAN cifradas a través de IP utilizando Ethernet o backhaul celular, según sea necesario, al controlador Sitelink de Voytech instalado in situ. La unidad Sitelink aloja tanto el servidor de red LoRaWAN (LNS) como el servidor de aplicaciones de forma local, lo que garantiza que las funciones de supervisión y control no dependan de una nube externa.
Dentro de Sitelink, los mensajes LoRaWAN se descifran, decodifican y mapean en objetos BACnet que reflejan temperaturas individuales, posiciones de válvulas, estados binarios y puntos de ajuste. Desde la perspectiva del BMS principal, estos aparecen como puntos BACnet estándar, por lo que los controladores centrales de HVAC pueden leer la demanda, ajustar los objetivos de las habitaciones, programar y supervisar las alarmas utilizando herramientas familiares. Dado que la infraestructura LoRaWAN es local, el bucle de control puede funcionar de forma fiable incluso si se pierde la conexión a Internet del edificio. Cuando es necesario ampliar la cobertura, los integradores simplemente añaden puertas de enlace R1520-LG adicionales en ubicaciones convenientes; LoRaWAN las trata como parte de una única «antena distribuida», lo que facilita la densificación de la red.
Las implementaciones sobre el terreno ponen de relieve la practicidad de este diseño. En un proyecto, Voytech instaló más de 200 sensores LoRaWAN en una oficina de tres plantas, todos los cuales podían comunicarse con las pasarelas de las salas de máquinas, incluso cuando se almacenaban fuera de las instalaciones durante la fase previa a la implementación. En otra instalación se utilizaron aproximadamente 60 válvulas inteligentes para radiadores Vicki integradas a través de Sitelink, lo que permitió controlar la calefacción centralizada de la planta y la calefacción distribuida por las habitaciones sin necesidad de instalar nuevo cableado fuera de la sala de máquinas. Los dispositivos se entregan al sitio preconfigurados, lo que permite a los contratistas eléctricos estándar instalarlos sin necesidad de contar con conocimientos especializados en LoRaWAN, lo que mantiene los costes de mano de obra bajo control y amplía el alcance del BMS.
Por qué Voytech eligió el R1520-LG:
- Potente capacidad LoRaWAN en un formato compacto: la pasarela proporciona una interfaz LoRaWAN de ocho canales con un rendimiento de RF robusto, muy adecuada para implementaciones en interiores densos en oficinas, edificios públicos y áreas de plantas.
- Diseño industrial y amplio rango de temperaturas: una carcasa resistente, conectores industriales y un amplio rango de temperaturas de funcionamiento hacen que el dispositivo sea adecuado para salas de máquinas y entornos de construcción difíciles, lo que reduce el riesgo de fallos en el campo.
- Plataforma de gestión en la nube gratuita: un servicio de gestión en la nube incluido permite la supervisión y configuración remotas de las puertas de enlace cuando sea necesario, lo que complementa el controlador Sitelink in situ y facilita las operaciones de la flota en varios edificios.
- Roaming inteligente para la gestión de SIM: las capacidades de roaming inteligente integradas ayudan a gestionar las SIM de roaming en implementaciones que utilizan backhaul celular, lo que mejora la resiliencia cuando la conectividad fija no está disponible o tiene un coste prohibitivo.
Resultados clave
Para los propietarios y operadores de edificios, el enfoque combinado de Voytech y LoRaWAN convierte el BMS inalámbrico de un experimento arriesgado en una opción práctica. En lugar de verse limitados por el cableado existente o los presupuestos de renovación, pueden añadir sensores y controles donde más valor aportan: habitaciones, zonas y áreas de la planta que antes eran difíciles de alcanzar. Los equipos de puesta en marcha instalan dispositivos preconfigurados y los ven aparecer en el BMS como puntos BACnet estándar, sin necesidad de comprender el funcionamiento interno de LoRaWAN. Con el tiempo, estos datos más completos y este control más granular respaldan proyectos de eficiencia energética, mejoras en el confort y mejores estrategias de mantenimiento.
«Estoy convencido de que LoRaWAN resuelve finalmente el reto de integrar componentes de monitorización y control inalámbricos en aplicaciones BMS convencionales. LoRaWAN supera todas las limitaciones de otras tecnologías de radio que han llevado a los integradores de BMS a tratar la tecnología inalámbrica con mucha cautela. En particular, el espectacular alcance de LoRa permite utilizar dispositivos inalámbricos sin necesidad de planos detallados del emplazamiento ni de instalar numerosos repetidores. Para edificios pequeños, por lo general solo se necesita una única pasarela; para edificios más grandes, se pueden utilizar reglas empíricas sencillas para colocar unas pocas pasarelas alrededor del edificio y garantizar una cobertura adecuada. La gama disponible de sensores y actuadores inalámbricos está creciendo rápidamente, lo que permite añadir (o adaptar) fácilmente muchas funciones diferentes a un sistema de control de edificios, como por ejemplo, medición, detección de la calidad del aire y supervisión de fallos». – Dr. Richard Fargus, director general de Voytech Systems.
- Menores costes de instalación y modernización: los sensores y válvulas inalámbricos eliminan la necesidad de instalar nuevo cableado fuera de la sala de máquinas, lo que reduce el tiempo de mano de obra y las interrupciones tanto en proyectos de nueva construcción como de modernización.
- Cobertura fiable en edificios complejos: la potente propagación interior de LoRaWAN y la posibilidad de añadir puertas de enlace adicionales como «antenas distribuidas» proporcionan una conectividad fiable en oficinas, edificios de varias plantas y salas de máquinas.
- Flujos de trabajo de puesta en marcha simplificados: los dispositivos preconfigurados instalados por contratistas eléctricos estándar, combinados con la representación nativa de BACnet en el BMS, reducen la necesidad de contar con ingenieros especializados en radio o en la nube in situ.
- Control más preciso y ahorro energético: los sensores a nivel de habitación y las válvulas inteligentes para radiadores permiten un control inteligente de los espacios ocupados, lo que mejora el confort y reduce el consumo energético de la calefacción y la climatización.
- Resiliencia local para bucles de control críticos: alojar la red LoRaWAN y los servidores de aplicaciones en el controlador Sitelink mantiene operativas las funciones de supervisión y control incluso si se pierde la conectividad externa a Internet.
- Ecosistema de sensores preparado para el futuro: el acceso a un amplio y creciente ecosistema de sensores y actuadores LoRaWAN facilita la incorporación de nuevos puntos de monitorización, como la calidad del aire, la medición o la detección de fallos, sin necesidad de rediseñar la arquitectura central.
Productos destacados
Pasarela LoRaWAN Robustel R1520-LG
Plataforma de gestión de dispositivos RCMS
Roaming inteligente
