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TELECONTROL DE PROCESOS CON
PROTOCOLO IP UTILIZANDO DISPOSITIVOS
MOVILES CELULARES E INTERFACES DE
APLICACIONES APIs
Juan Carlos Lizcano Lizarazo - Juan Carlos Amezquita Tovar
Abstract—This paper describes a solution Telecontrol for the
management of processes used in home automation from a mobile
device, using development tools, IP protocol via GPRS and ADSL,
mobile applications with APIs and programming for a web server.
The aim is to develop a system that allows users to control such
processes interactively from a mobile device.
Keywords: Remote Solution, processes, automation, IP protocol, applications, APIs, Web server, mobile device, LAN.
I.
INTRODUCCION
Los avances tecnológicos han permitido grandes cambios en
el control de procesos en la industria y en el hogar, procesos
que en algunos casos requieren una gestión constante, lo
que representa monitorizar y ejecutar una acción sobre el
proceso en determinado momento. Lo que se ha evidencia en
la actualidad es la poco productividad que genera el contratar
un operario únicamente para supervisar un proceso, ya que
las acciones que el ejecuta solo serán necesarias en cierto
instante de tiempo, el resto del tiempo es utilizado únicamente
a observación.
En la actualidad existen sistemas de telecontrol para procesos
industriales y domóticos vía GSM, donde la interfaz con el
usuario es únicamente auditiva. La solución en telecontrol
descrita en este articulo tiene como objetivo principal brindar a
los usuarios de la misma, una posibilidad de gestionar procesos
utilizados en domótica desde un dispositivo móvil de manera
más interactiva a lo ya existente en el mercado, esto con
la ayuda de la implementación de aplicaciones “APIs” en el
terminal móvil. En este documento se aborda cada una de las
partes para el desarrollo del proyecto, objetivos, marco teórico,
características del sistema, resultados esperados.
II.
II-A.
OBJETIVOS
General
Estructurar y desarrollar un sistema de control electrónico
vía WEB utilizando dispositivos móviles celulares e
interfaces de aplicaciones APIs, que supervise y controle
procesos remotos.
II-B.
Específicos
Diseñar e implementar una aplicación sobre un servidor
Web que reciba, envíe y visualice la información relacionada al control de estos procesos remotos.
Desarrollar las aplicaciones para que cada módulo LAN
remoto implementado envíe al servidor los datos correspondientes a las variables obtenidas y para que cada
módulo reciba instrucciones del servidor Web con el fin
de tener control sobre dichas variables.
Diseñar e implementar una aplicación en JAVA para el
dispositivo móvil que permita el acceso y la gestión del
servidor Web.
III.
III-A.
MARCO TEÓRICO
Telemetría y Telecontrol
La palabra telemetría y telecontrol significa sencillamente
medición y control a distancia respectivamente e incluyen
todas las formas de ese sistema, sin importar los métodos
de transmisión o la naturaleza física del hardware. Cuando
no es posible o no resulta conveniente la interconexión de
alambres, los datos se pueden transmitir por radio.Es probable
que la radiotelemetria haya recibido su máximo impulso de
las necesidades de las pruebas de vuelos de los aviones y
los misiles durante la Segunda Guerra Mundial y después de
esta[1].
Características y Aplicaciones
El telecontrol es un modo fácil y práctico de manipular, a
través de un teléfono y de manera adecuada, ciertas partes
de una casa, por ejemplo, utilizando este sistema podemos
encender luces, poner en marcha la calefacción, preguntar por
el estado de las puertas o estar alertados ante la presencia de intrusos. En conclusión, un sistema telecontrol nos permite conocer, preguntar y actuar ante diversas situaciones, esta técnica se
ha incluido en el mundo de la demótica y su funcionamiento es
fácil tanto de entender como de practicar. Explicar el proceso
que realiza con ejemplos nos hará comprender mejor sus
beneficios y utilidades; imaginemos que deseamos encender
la calefacción de nuestra dependencia, realizaremos entonces
la operación ACTUAR sobre la calefacción con una simple
llamada telefónica a una centralita que hemos instalado previamente en la casa. La misma procederá a pedirnos un código
de acceso y seguidamente preguntaremos por el estado de
la calefacción realizando la operación PREGUNTAR; si la
respuesta que obtenemos es “calefacción apagada” entonces
oprimiremos la tecla del número de teléfono asignada a este
sistema, una vez pulsada hay un tiempo de “rectificación”
hasta la puesta en marcha de a calefacción[2].
Prestaciones del Telecontrol :
SEGURIDAD al poder avisarnos de eventos que ocurran en
nuestra casa como: Inundaciones, fuego, puertas
o ventanas abiertas, etc..
CONFORT al permitirnos desde otro sitio, vía teléfono, la
puesta en marcha o parada de aparatos y electrodomésticos de la casa como: La calefacción,
luces, lavadora, etc..
AHORRO al controlar constantemente los aparatos de gran
consumo eléctrico, por ejemplo, la calefacción
puede permanecer apagada sino se está en la casa
y ordenar encenderse justo cuando se precise, o
unos momentos antes [3].
III-B. GPRS Servicio General de Paquetes Vía Radio
Es un servicio adicional del sistema GSM para la transmisión
de datos por conmutación de paquetes.[5] GPRS está basado
en TCP/IP, lo que significa que para el establecimiento de la
conexión no se marca ningún número de teléfono. Para utilizar
este servicio basta con la conexión a la célula de radio, para lo
cual todos los equipos de telefonía móvil reciben una dirección
IP propia[4].
III-C. TCP/IP
La familia de protocolos de Internet es un conjunto de protocolos de red en los que se basa Internet y que permiten la transmisión de datos entre redes de computadoras. En ocasiones se
le denomina conjunto de protocolos TCP/IP, en referencia a los
dos protocolos más importantes que la componen: Protocolo
de Control de Transmisión (TCP) y Protocolo de Internet
(IP), que fueron los dos primeros en definirse, y que son los
más utilizados de la familia. Existen tantos protocolos en este
conjunto que llegan a ser más de 100 diferentes, entre ellos se
encuentra el popular HTTP (HyperText Transfer Protocol), que
es el que se utiliza para acceder a las páginas web, además
de otros como el ARP (Address Resolution Protocol) para
la resolución de direcciones, el FTP (File Transfer Protocol)
para transferencia de archivos, y el SMTP (Simple Mail
Transfer Protocol) y el POP (Post Office Protocol) para correo
electrónico, TELNET para acceder a equipos remotos, entre
otros[5].
III-D. API Java
El API Java es una Interfaz de Programación de Aplicaciones
(API: por sus siglas en inglés) provista por los creadores del
lenguaje Java, y que da a los programadores los medios para
desarrollar aplicaciones Java. Como el lenguaje Java es un
Lenguaje Orientado a Objetos, la API de Java provee de un
conjunto de clases utilitarias para efectuar toda clase de tareas
necesarias dentro de un programa[6].
Figura 1.
III-E.
Equipo Hermes TCR 200
Servidor Web
Un servidor web es un programa que está diseñado para transferir hipertextos, páginas web o páginas HTML (HyperText
Markup Language): textos complejos con enlaces, figuras, formularios, botones y objetos incrustados como animaciones o
reproductores de música. El programa implementa el protocolo
HTTP (HyperText Transfer Protocol) que pertenece a la capa
de aplicación del modelo OSI. El término también se emplea
para referirse al ordenador que ejecuta el programa[7].
III-F.
Estándares
Sobre el telecontrol existe el estándar IEC60870-5, el estándar
describe un protocolo de comunicación a nivel de aplicación
dentro de la capa OSI, y trabaja por encima de los niveles de
TCP/IP, el estándar es aplicable a los equipos y sistemas de
telecontrol con el código de serie de Bits de transmisión de
datos para vigilar y controlar procesos de extensión geográfica.
Las especificaciones de esta norma presentan una condonación
de la capa de aplicacion IEC60870-5-101 y las funciones de
transporte prestadas por un red TCP/IP. Dentro de TCP/IP
diversos tipos de red se pueden utilizar incluyendo x.25, Frame
Relay, ATM, ISDN[8].
IV.
IV-A.
ANTECEDENTES
Entorno Internacional
Microcom empresa cuya actividad se centra en el desarrollo
de equipos con comunicación GSM tanto producto propio
como desarrollos para terceros. En la actualidad están desarrollando la familia Hermes de sistemas para telecontrol vía
GSM y a corto plazo se espera tener listo un sistema web
server vía GPRS. Uno de sus productos es el equipo Hermes
TCR200 (fig. 1) es un equipo de telecontrol y telemetría vía
GSM/GPRS para entornos industriales, que le permite monitorizar estaciones remotas de un modo sencillo y eficaz[9].
IV-B.
Entorno nacional
Por otra parta también se han identificado proyectos en
telecontrol, como el realizado por la empresa ACC Ingeniería
Ltda. la cual es una firma colombiana con extensos y comprobados conocimientos en hidráulica y sus aplicaciones; así
como en el campo de la gestión gerencial del agua que ofrece
soluciones integrales en los diferentes procesos relacionados
con el aprovechamiento del recurso hídrico par áreas urbanas,
rurales e industriales. Esta entidad ha desarrollado proyectos
de telemetría y telecontrol en varias regiones del país como
Tulúa, Armenia, entre otras; implantando sistemas SCADA
en plantas de tratamiento, instalando estaciones de bombeo
inteligentes[10]. Es evidente que la mayoría de las empresas
dedicadas a la producción de soluciones de telecontrol y
telemetría se encuentran ubicadas en países desarrollados, en
Alemania encontramos empresas como EES Elektra Elektronik GmbH & Co Störcontroller KG, INSYS MICROELECTRONICS GmbH, Pilz GmbH & Co. KG, en España
Casadomo, la arriba mencionada Microcom, pero el mercado
nacional es todavía terreno poco explorado[2].
El PIC32 corre a 80MHz con 512k de flash, 128k de
RAM, 8ch, DMA más 8ch, DMA dedicado a Ethernet,
CAN y USB.
Alimentación a trasvés del puerto USB.
Conectores USB y Ethernet.
Conector para una tarjeta de expansión de Microchip o
creada por usted mismo.
EL PIC32 Ethernet Starter Kit corre sobre Microsoft Windows
XP, Windows 2000, y Windows Vista cuando se usa con
MPLAB IDE versiones 8.43 y las más recientes.
V-B.
IV-C.
Proyectos
Lo anterior en cuanto al entorno Comercial, pero la academia
también ha desarrollado varios proyectos y publicado artículos
sobre el tema de Telecontrol y Telemetría como los siguientes,
Towards an architecture for semiautonomous robot telecontrol
systems cuyo objetivo trata en el diseño y desarrollo de
un sistema computacional para apoyar un robot y operarlo
a distancia,[11] RADIO TELECONTROL SYSTEM el cual
propone proporcionar un sistema de telecontrol de radio capaz
de evitar el despilfarro de energía para el funcionamiento del
aire acondicionado, al limitar o detener el funcionamiento de
un acondicionador de aire cuando se abre una puerta o una
ventana de una habitación que tiene aire acondicionado[12].
Aplicaiones APIs para moviles
Se pretende desarrollar una apelación para un dispositivo
móvil que soporten java (J2ME) es decir debe contar con
KVM1 que homologa a JVM2 , se utiliza para ejecutar los
applets y las aplicaciones escritas con tecnología Java en
dispositivos moviles, el KVM es instalado por el fabricante
del dispositivo el cliente no tiene la posibilidad de hacerlo.
La aplicación debe tener un entorno gráfico que permita al
usuario interactuar de manera fácil y eficiente con el proceso
demótico que desee controlar, es decir permitirá al usuario
visualizar el estado de las variables y mediante botones y
barras de desplazamiento integradas en la aplicaron enviara las
ordenes vía GPRS al servidor WEB para controlar el estado
del proceso.
Algunos proyectos relacionados con este tema son los siguites:
Sistema de Análisis y Supervisión del registro cardiaco
con Transmisión de datos usando GPRS (2008).
Diseño e implementacion de un sistema de alerta contra
un evento de intrusion, incendio, fuga de gas e inundacion en hogares por medio de una interfaz que codifique
y transmita una alerta a traves de mensajes de texto a
celular (SMS) (2008).
Proyectos realizados en la Universidad Distrital Francisco José
de caldas.
V.
V-A.
ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL
DESARROLLO
V-C.
Servidor Web
Pensando en la masificación del desarrollo y teniendo en
cuenta los costos y la disponibilidad de direcciones IP publicas
se evidencio un problema, el cual fue rápidamente resuelto
con la implementación de un servidor Web. El servidor será
el cerebro de todo el sistema y el puente de comunicación
entre el móvil y el dispositivo LAN que se encuentra en el
sitio de ejecución del proceso. Cada dispositivo LAN y móvil
se autentificarán en el servidor y este relacionara a su vez a
cada móvil con su contraparte dispositivo LAN.
En el servidor se desarrollara la aplicación con la herramienta
Labview, aplicación seleccionada por su esencia ya que es un
lenguaje de programación gráfico para el diseño de sistemas
de adquisición de datos, instrumentación y control.
Dispositivo LAN
El módulo LAN a implementar es el PIC32 Ethernet Starter
Kit de Microchip cuyas caracteríscas se describe a continuación:
Los compiladores MPLAB IDE v8.43 o las más reciente.
Compilador MPLAB C para PIC 32 sin limitaciónes de
tamaño de código.
Programador integrado a través de puerto USB.
Programa y verifica una imágen de 512k completa por
debajo de los 9 segundos.
Depurador integrado a traves de cable USB.
R EFERENCIAS
[1] Ernesto O Doebelin, Sistemas de medicion e instrumentacion, Mc Graw
Hill, Mexico, quinta edition, 2004.
[2] “Sistema telecontrol: caracterÃsticas y aplicaciones de los sistemas telecontrol”, http://www.maquinariapro.com/sistemas/sistematelecontrol.html.
[3] “El telecontrol en domotica”,
http://www.casaactual.com/artic
ulo.asp?Id=118.
[4] “Servicio general de paquetes vÃa radio - wikipedia, la enciclopedia
libre”, http://es.wikipedia.org/wiki/Servicio_general_de_paquetes_v %
C3 %ADa_radio.
[5] “Familia de protocolos de internet - wikipedia, la enciclopedia libre”,
http://es.wikipedia.org/wiki/Familia_de_protocolos_de_Internet.
1 Maquina
2 Máquina
Virtual para dispositivos móviles
virtual Java
[6] “API
java
wikipedia,
la
enciclopedia
libre”,
http://es.wikipedia.org/wiki/API_Java.
[7] “Servidor
web
wikipedia,
la
enciclopedia
libre”,
http://es.wikipedia.org/wiki/Servidor_web.
[8] Alonso Arenas Alejandro, “Treballs academics: Herramienta para el
diagnostico de sistemas de telecontrol bajo el estandar iec 60870-5-104”,
http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/5088.
[9] “Microcom - sistema de telecontrol, datalogger y transmision de alarmas
via gsm/gprs con interfaz modbus”, http://www.microcom.es/tcr200.php.
[10] “Telemetria y telecontrol”, http://www.accingenieria.com.co/Experiencia
/TelemetriayTelecontrol.
[11] “Sciencedirect information sciences : Towards an architecture
for
semiautonomous
robot
telecontrol
systems”,
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6V0C4X0XFCH-2&_user=10&_coverDate=11 %2F25 %2F2009&_rdoc=
1&_fmt=high&_orig=search&_sort=d&_docanchor=&view=
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10&md5=e270dfae5027b2b59623c05cad269856.
[12] Huara
Hiroto,
“espacenet
bibliographic
data”,
http://v3.espacenet.com/publicationDetails/
biblio?CC=JP&NR=2008089284&KC=&FT=E.