Sistema domótico de bajo coste para proyecto Ca Ses Llúcies

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Escuela Politécnica Superior

Memoria del Trabajo de Fin de Grado

Sistema domótico de bajo coste para proyecto Ca Ses Llúcies

Francisco Ferrer Mayol

Grado de Ingeniería Electrónica Industrial i Automática

Año académico 2016-17

DNI del alumno: 41571618S

Trabajo tutelado por Jaume Agapit Segura Fuster.

Departamento de Física.

Se autoriza a la Universidad a incluir este Trabajo en el Repositorio Institucional para su consulta en acceso abierto i difusión en línea, con finalidades

exclusivamente académicas i de investigación.

Autor Tutor Sí No Sí No

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Sistema domótico de bajo coste para proyecto Ca Ses Llúcies.

Página | 1 Tabla de contenido

1. Introducción a los Sistemas Domóticos. ... 2

1.1. ¿Qué es la domótica? ... 2

1.2. Buses estándar. ... 2

1.2.1. LonWorks (Local Operating NetWorks)... 2

1.2.2. KNX. ... 3

1.3. Alternativas de bajo coste (PLCs). ... 4

1.4. Objetivos ... 4

1.4.1. Implementar sistema de control con PLCs. ... 4

1.4.2. Evaluación del funcionamiento. ... 5

1.4.3. Estudio comparativo de costes. ... 7

2. Proyecto Ca Ses Llúcies. ... 8

2.1. Rehabilitación de una casa. ... 8

2.2. Descripción de dependencias. ... 10

3. Sistema domótico de bajo coste para Ca Ses Llúcies. ... 11

3.1. PLCs LOGO! Siemens. ... 11

3.2. Estructura distribuida. ... 17

3.2.1. LOGO! Planta baja. ... 17

3.2.2. LOGO! Primer piso. ... 19

3.2.3. LOGO! Sala de máquinas. ... 20

3.2.4. LOGO! Exterior. ... 22

3.3. Programación ... 23

3.4. Interacción LOGO! y usuario. ... 31

3.5. Placas de Emulación. ... 34

3.6. Control de baja tensión. ... 35

3.7. Conectividad HMI. ... 36

4. Cálculo de costes. ... 36

4.1. Sistema siemens. ... 36

4.2. KNX. ... 37

4.2.1. HDL. ... 37

4.2.2. Schneider. ... 37

5. Conclusiones. ... 38

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1. Introducción a los Sistemas Domóticos.

1.1. ¿Qué es la domótica?

La palabra domótica proviene de la unión de la palabra “domo” proveniente del latín domus que significa casa, y el sufijo “tica” que proviene de la palabra automática. Este concepto proviene de la palabra domotique, definida como “el concepto de vivienda que integra todos los automatismos en materia de seguridad, gestión de la energía, conmutaciones, etc.”. Es decir, el objetivo, del ahorro energético y de las facilidades de comunicación. Por lo que domótica se refiere al conjunto de técnicas utilizadas para la automatización de la gestión y la información de las viviendas unifamiliares.

El CEDOM (Asociación Española de Domótica) define la domótica como “la incorporación al equipamiento de nuestras viviendas y edificios de una sencilla tecnología que permita gestionar de forma energéticamente eficiente, segura y confortable para el usuario los distintos aparatos e instalaciones domésticas tradicionales que conforman una vivienda”.

La Asociación de Domótica e Inmótica Avanzada (AIDA) define la domótica como “la integración en los servicios e instalaciones residenciales de toda tecnología que permita una gestión energéticamente eficiente, remota, confortable y segura, posibilitando una comunicación entre todos ellos.

1.2. Buses estándar.

1.2.1. LonWorks (Local Operating NetWorks).

La tecnología LonWorks fue presentada en 1992 por la Corporación Echelon como una plataforma universal para implementar casi cualquier sistema de control. El protocolo y el medio de programación fueron diseñados para ocuparse de las idiosincrasias y demandas de las redes de control. A pesar de ello, sólo ha tenido éxito de implementación en edificios de oficinas, hoteles o industrias. Los dispositivos LonWorks no han tenido una implementación masiva en los hogares, sobre todo porque existen otras tecnologías más económicas.

Su arquitectura es abierta a cualquier fabricante, forma un sistema de control distribuido basado en un conjunto de nodos independientes interconectados entre sí. Todos los dispositivos LonWorks están basados en un microcontrolador especial llamado Neuron Chip con tres procesadores, dos para comunicación y uno para aplicación. El firmwaer implementa el protocolo LonTalk y se programa con el leguaje Neuro C, basado en el estándar ANSI C.

La comunicación se realiza mediante intercambio de paquetes de datos. Cada dispositivo dispone de una dirección única y analiza todos los paquetes que le van llegando para determinar si corresponde con su dirección. La comunicación es fiable con CSMA, y se realiza mediante el envío de telegramas que contienen la dirección de destino, información para el routing, datos de control así como los datos de la aplicación del usuario y un checksum como código detector de errores. Cada dispositivo tiene un transceptor para conectarse físicamente a la red, que es la interfaz de comunicación.

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Página | 3 Características de LonWorks

Sistema de control descentralizado de Echelon, protocolo LonTalk, extremo-a-extremo.

Basado en un microcontrolador especial llamado Neuron Chip.

Sistema abierto a cualquier fabricante.

Orientado a la gestión de medianas y grandes instalaciones.

Flexibilidad, estandarización y robustez.

Echelon ofrece gama completa de productos software y hardware.

Modular y ampliable.

LonTalk controla la compatibilidad de productos y servicios.

1.2.2. KNX.

KNX es el sucesor y la convergencia de tres estándares previos: el European Home Systems Protocol (EHS), el European Installation Bus (EIB o Instabus) y el BatiBUS.

El EHS define un sistema de red completo, con todas las funciones domóticas, de forma modular, expansible y configurable. Se trata de un sistema distribuido. Cada unidad conectada en la red negocia automáticamente su dirección de red, se da a conocer y busca otras unidades que pueden estar interesadas en ella o pueden interesarle. De sus principales características destacan tener presentes todos los niveles OSI, tener niveles de direccionamiento jerárquicos y la autoconfiguración de las unidades al conectarlas al bus.

EIB es un estándar orientado a la gestión técnica de edificios. Se trata de un sistema por bus de datos, considerado como un estándar europeo, no es, por tanto, un sistema propietario. Es un sistema descentralizado, la programación de los elementos se realiza de forma individual y a través del PC. Cada componente tiene incorporado un controlador independiente.

BatiBus fue uno de los primeros buses de campo del mercado y es un estándar de facto europeo. Se trata de un bus totalmente abierto, donde cualquier empresa puede desarrollar su acceso compatible. Es un bus simple de una sola línea que permite la intercomunicación entre todos los módulos en sistemas de control de edificios. El medio físico utilizado es par trenzado, aunque puede utilizar cable telefónico o eléctrico. El protocolo de comunicaciones está basado en CSMA-CA, de forma que cada elemento está autorizado a comunicar cuando lo desee siempre que la línea esté disponible. Permite cualquier tipología de red. El cable de tensión proporciona energía a los sensores. La dirección de los módulos se identifica al instalarlos.

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Página | 4 Los objetivos de esta iniciativa eran:

- Crear un único estándar para la domótica y la inmótica que cubra todas las necesidades y requisitos de las instalaciones profesionales y residenciales de ámbito europeo.

- Aumentar la presencia de estos buses domóticos.

- Mejorar las prestaciones de los diversos medios físicos de comunicación incidiendo en la tecnología de radiofrecuencia

- Introducir nuevos modos de funcionamiento que permitan aplicar una filosofía Plug&Play a muchos dispositivos típicos de un edificio.

- Contactar con empresas proveedores de servicios, como las de telecomunicaciones y las eléctricas, con el objetivo de potenciar las instalaciones de telegestión de los edificios.

KNX es un sistema de bus desarrollado para el control y la automatización de viviendas y edificios. Todos los dispositivos usan el mismo medio de comunicación y pueden intercambiar información a través del bus común. A consecuencia de esto, el acceso al bus debe estar regulado de forma inequívoca y la mayoría de datos transmitidos no son datos “útiles” (p.ej.

apagar o encender la luz), sino datos de dirección (quien envía la información y a quién está dirigida).

KNX utiliza una topología descentralizada, por lo que no se requiere ninguna unidad central. La

“inteligencia” del sistema está distribuida por todos los dispositivos. No obstante, no están excluidas unidades centrales. Cada dispositivo dispone de su propio microprocesador.

1.3. Alternativas de bajo coste (PLCs).

Un controlador lógico programable (PLC) es una máquina electrónica capaz de controlar máquinas o procesos a través de entradas y salidas. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real duro, donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado.

Un PLC es un componente robusto que es ampliable y escalable. Gracias a estas características y que te permite modificar la programación según las necesidades se trata de una alterativa de bajo coste para la implementación de un sistema domótico.

1.4. Objetivos

1.4.1. Implementar sistema de control con PLCs.

La implementación de un sistema de control de bajo coste con PLCs ha sido el objetivo principal. Para la implementación del sistema de control se han elegido los PLCs LOGO! de la marca Siemens, hablaremos sobre estos más adelante.

El sistema de control permitirá gestionar todas las luces de la vivienda tanto interiores como exteriores, permitir o bloquear los accesos a las principales habitaciones y monitorizar las temperaturas en diferentes partes de la casa y en el exterior.

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Página | 5 1.4.2. Evaluación del funcionamiento.

La evaluación del funcionamiento del sistema de control se realiza de dos formas diferentes.

Una de las formas de evaluar el correcto funcionamiento de la instalación se lleva a cabo durante la programación, gracias a la herramienta de simulación que proporciona el software de programación de los LOGO! (LOGO!Soft Comfort). Esta herramienta nos permite controlar las diferentes entradas, tanto digitales como analógicas, en un entorno virtual, para verificar la acción o acciones que tienen cada una de estas sobre las diferentes salidas.

Imagen 1: Entrono de simulación del programa LOGO!Soft Comfort V8.0.

En la parte inferior de la imagen anterior encontramos los controles de las diferentes entradas, tanto analógicas como digitales y la visualización de las salidas y las marcas. En la parte central tenemos la visualización del display del LOGO!.

El entorno de simulación nos permite definir valores para las entradas analógicas (en la imagen las definidas como AI1 - AI5) y observar el comportamiento sobre nuestro sistema. En cuanto a las entradas digitales (en la imagen las definidas como C1 – C4, F1 y I1 – I20), podemos apreciar diferentes símbolos, esto se deba al tipo de simulación definida para esa entrada. Las entradas C1, C2, C3 y C4 se han definido como interruptores mientas que las entradas I1 hasta la I20 (en el caso reflejado en la imagen) se han definido como pulsadores. En la imagen siguiente se muestra la elección del modo de simulación para la entrada I1.

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Imagen 2: Elección del modo de simulación entrada I1.

Las salidas y las marcas se observan con el símbolo de una bombilla, si esta se encuentra encendida significa que la salida o la marca se encuentra activada mientras que si está apagada significa lo contrario, que la salida o la marca se encuentra desactivada.

La segunda forma de evaluar el funcionamiento ha sido fabricar dos placas PCB de emulación, una con 25 pulsadores y otra con 25 LEDs. Ambas se han conectado físicamente a los PLCs para emular el funcionamiento real que tendrá la instalación. Pulsando los botones de la placa actuamos directamente sobre las entradas, activando o desactivando una o varias salidas (según la programación realizada), el resultado de la activación o desactivación de las salidas queda reflejado con el encendido o apagado de los LED.

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Imagen 3: Conectividad entre los módulos LOGO! y las placas de emulación

Como se aprecia en la imagen anterior el LOGO! Power suministra la energía para el funcionamiento de los PLCs y para la gestión de las entradas. Al activar el pulsador se cierra el circuito y obtenemos una señal de 1 en la entrada, esto hace que se active el relé del LOGO!

cerrando el circuido del diodo del LED provocando que se ilumine.

Se ha diseñado una placa de pulsadores y no de interruptores debido a que en la vivienda en la que irá instalado el sistema domótico se utilizarán pulsadores.

1.4.3. Estudio comparativo de costes.

Finalmente se procederá a realizar un análisis de costes del sistema implementado frente a un protocolo estándar.

A partir de los módulos LOGO! Siemens de los que disponemos se determinará el material equivalente que utilice el protocolo estándar KNX para realizar un estudio de costes lo más realista posible.

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2. Proyecto Ca Ses Llúcies.

2.1. Rehabilitación de una casa.

Este proyecto forma parte de SmartUIB, un proyecto institucional estratégico de la UIB, basado en el concepto de la transversalidad, en que la tecnología tiene un papel importante, pero no único, ya que se integran otras dimensiones prioritarias, entre las cuales la humana y el respeto y la protección del medio ambiente. A través de este proyecto es proporcionar un marco para transformar la UIB en una universidad de futuro, desarrollando y adaptando a este entorno los diferentes ejes de las ciudades inteligentes: economía, movilidad, ecosistema, ciudadanía, vida y gobierno.

SmartUIB coordina los esfuerzos de la comunidad universitaria con la ayuda de entidades e instituciones, públicas y privadas, interesadas con los siguientes objetivos:

- Mejorar la eficiencia de la UIB a través de la imaginación, la innovación y la inteligencia.

- Desarrollar y probar tecnologías inteligentes para transferir a la sociedad.

- Mejorar la empleabilidad del alumnado formándolo con un espíritu innovador y emprendedor.

Ca Ses Llúcies es una antigua vivienda de construcción tradicional situada en el extremo este del campus de la Universidad de las Islas Baleares. Dispone de una planta baja y un primer piso con una superficie total construida de 224 m2. La rehabilitación de este edificio permitirá desarrollar innovadoras técnicas constructivas, al mismo tiempo que será un ejemplo de espacio inteligente, sostenible y saludable. El centro se transformará con la rehabilitación en un laboratorio de innovación referente mundial en edificios sostenibles.

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Imagen 4: Parcela de la vivienda Ca Ses Llúcies.

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2.2. Descripción de dependencias.

En la casa disponemos de las siguientes dependencias con sus respectivos puntos de luz:

PLANTA BAJA

Dependencia Puntos de Luz

Sala de Reuniones 2

Sala Principal 3

Cocina 3

Sala Auxiliar 1

Sala de Máquinas 2

Baño 1

Elevador 1

Entrada 1

Escaleras 2

Armario 1

Exterior 8

Imagen 5: Plano planta baja.

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Página | 11 PRIMER PISO

Dependencia Puntos de Luz

Sala 1 2

Sala 2 2

Sala 3 3

Baño 1

Armario 1

Hall 1

Imagen 6: Plano primer piso.

3. Sistema domótico de bajo coste para Ca Ses Llúcies.

3.1. PLCs LOGO! Siemens.

Los LOGO! Siemens son controladores programables que constituyen una buena solución para tareas de automatización básicas. Destacables por su capacidad de integración en buses estándares industriales, así como en KNX, bus específico para automatización de edificios. Se trata del autómata de Siemens más económico y el más adecuado para el uso doméstico o pequeñas aplicaciones industriales.

Gracias a esto y a su bajo coste se ha convertido en el sistema perfecto para la implementación del sistema domótico de bajo coste.

El sistema domótico funcionará a través de pulsadores, en la imagen siguiente mostramos como se realizará esta conexión.

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Imagen 7: Conexiones entre LOGO! y vivienda.

La alimentación del LOGO! Power se realiza en Media Tensión, a 220V, al igual que las conexiones con las bombillas. En cuanto a la alimentación del LOGO! 12/24 RCE y de los pulsadores la realizamos en Baja Tensión.

Se ha puesto como ejemplo la conexión de dos pulsadores que actúan sobre la misma entrada.

Se realiza una conexión en paralelo de estos.

Los módulos de los que disponemos para el proyecto de Ca Ses Llúcies se describen a continuación.

Bombilla

Pulsadores

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Página | 13 - LOGO! POWER

Imagen 8: LOGO! Power.

Las mini fuentes de alimentación con diseño de módulos lógicos ofrecen muchas prestaciones en un espacio mínimo. La entrada de rango amplio para redes monofásicas, la posibilidad de conexión a redes de corriente continua, el amplio rango de temperatura de empleo, las numerosas homologaciones así como el extra de potencia disponible para conectar cargas resistivas permiten su uso universal.

En nuestro caso utilizaremos una fuente que otorga 24V, ideal para dar energía al resto de módulos y alimentar las entradas de los LOGO! pasando a través de los pulsadores.

- LOGO! 12/24 RCE

Imagen 9: LOGO! 12/24 RCE.

Este módulo es la base de nuestro sistema, se alimenta a 12/24 VCC y dispone de 4 salidas de relés de 10 A, 4 entradas digitales y otras 4 entradas que pueden definirse como digitales o analógicas. De esta manera podemos tener entre 4 y 8 entradas digitales y entre 0 y 4 entradas analógicas.

Este módulo será al que le carguemos nuestro programa y nos permitirá interactuar con los demás LOGO! gracias a su conectividad Ethernet. Dispone de capacidad para la instalación de una tarjeta SD para el almacenamiento de la programación.

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Página | 14 A este módulo se le pueden conectar módulos de ampliación teniendo como configuración máxima la conexión de 4 módulos digitales y 4 módulos analógicos lo que nos permite un máximo de 24 entradas digitales, 20 salidas digitales, 8 entradas analógicas y 8 salidas analógicas.

Dispone de un display y una serie de botones para la interacción con el usuario, aunque también puede controlar-se a través de un ordenador gracias al Web Server sin necesidad de tener que utilizar ningún módulo extra.

- LOGO! DM8 12/24 R

Imagen 10: LOGO! DM8 12/24 R.

El LOGO! DM8 12/24 R se alimenta a 12/24 VCC y dispone de 4 salidas de relés y 4 entradas digitales. Se trata de un módulo digital de expansión, se conecta con el LOGO! 12/24 RCE o a otro módulo de ampliación que se encuentre conectado a este.

- LOGO! AM2

Imagen 11: LOGO! AM2.

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Página | 15 El LOGO! AM2 se alimenta a 12/24 VCC y dispone de 2 entradas analógicas con una resolución de 10 bits estandarizado de 0 - 1000. Se trata de un módulo analógico de expansión, se

conecta con el LOGO! 12/24 RCE o a otro módulo de ampliación que se encuentre conectado a este.

Imagen 12: Conexiones LOGO! AM2

A este módulo se le pueden conectar distintos sensores según la funcionalidad que deseemos y siguiendo el esquema de conexiones de la imagen anterior. Por ejemplo, este módulo nos puede servir para conexiones de sensores de nivel para medir el nivel de un aljibe.

- LOGO! AM2 RTD

Imagen 13: LOGO! AM2 RTD.

El LOGO! AM2 RTD se alimenta a 12/24 VCC y dispone de 2 entradas analógicas con capacidad para conectar 2 sondas PT100 con un rango de -50°C a 200°C. Se trata de un módulo analógico de expansión, se conecta con el LOGO! 12/24 RCE o a otro módulo de ampliación que se encuentre conectado a este.

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Imagen 14: Sonda de temperatura PT100.

A este módulo se le van a conectar dos sondas de Temperatura PT100 de 3 cables. La conexión entre el módulo y la sonda se realiza como nos indica el propio módulo, esto se muestra en la siguiente imagen.

Imagen 15: Conexión entre sonda PT100 y módulo LOGO! AM2 RTD.

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3.2. Estructura distribuida.

Para la implementación de nuesto sistema se ha realizado una estructura distribuida dividida en 4 módulos.

Imagen 16: Estructura del sistema domótico.

3.2.1. LOGO! Planta baja.

El LOGO! de la planta baja está compuesto por:

- 1 x LOGO! 12/24 RCE - 3 x LOGO! DM8 12/24 R - 2 x LOGO! AM2 RTD - 2 x LOGO! AM2

De esta manera tendremos 16-18 entradas digitales y 8-12 entradas analógicas (4 de las entradas del LOGO! 12/24 RCE pueden definirse como digitales o analógicas) y 16 salidas.

Imagen 17: Componentes LOGO! Planta Baja.

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Página | 18 Este LOGO! tiene control sobre las luces de:

- Sala de Reuniones.

- Sala Principal.

- Baño.

- Elevador.

- Entrada.

- Escalera.

Y controla los accesos a:

- Vivienda por la entrada principal.

- Sala de reuniones - Sala auxiliar.

La distribución de las entradas y salidas de este LOGO! pueden verse reflejadas en la tabla siguiente:

Control Entrada I Salida Q

Luz 1 Sala de Reuniones 1 1

Luz 2 Sala de Reuniones 2 2

Luz 1 Sala Principal 3 3

Luz Baño 6 6

Luz Elevador 7 7

Luz Entrada 8 8

Luz Escaleras 9 9

Acceso Principal 10 10

Acceso Sala de Reuniones 11 11

Acceso Sala Auxiliar 12 12

Acceso Escaleras 13 13

Encender Sala de Reuniones 14 Encender Sala Principal 15 Apagar Sala de Reuniones 16 Apagar Sala Principal 17 Abrir todos los accesos 18 Cerrar todos los accesos 19

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Página | 19 3.2.2. LOGO! Primer piso.

El LOGO! del primer piso está compuesto por:

- 1 x LOGO! 12/24 RCE - 1 x LOGO! DM8 12/24 R - 1 x LOGO! AM2 RTD - 1 x LOGO! AM2

Imagen 18: Componentes LOGO! Primer Piso.

Este LOGO! tiene control sobre las luces de:

- Salas 1, 2 y 3.

- Banyo.

- Armario.

- Hall.

- Escalera.

- Salas 1 y 3.

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Página | 20 Control Entrada I Salida Q

Luz 1 Sala 1 1 1

Luz 2 Sala 1 2 2

Luz 1 Sala 2 3 3

Luz 2 Sala 2 4 4

Luz 1 Sala 3 5 5

Luz 2 Sala 3 6 6

Luz Baño 7 7

Luz Armario 8 8

Luz Hall 9 9

Luz escalera 10 10

Apagar Sala 1 11

Apagar Salas 1, 2 i 3 14 Apagar todas las luces 15

Encender Sala 1 16

Encender Salas 1, 2 i 3 19 Encender todas las luces 20

Acceso Sala 1 21

Acceso Sala 3 22

3.2.3. LOGO! Sala de máquinas.

El LOGO! situado en la planta baja está compuesto por:

- 1 x LOGO! 12/24 RCE - 1 x LOGO! AM2 RTD - 1 x LOGO! AM2

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Imagen 19: Componentes LOGO! Sala de Máquinas.

Este LOGO! tiene control sobre las luces de:

- Salas de máquinas.

- Armario.

- Sala auxiliar.

- Cocina

- Salas de máquinas desde el exterior.

- Sala de máquinas desde el interior.

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Página | 22 Control Entrada I Salida Q

Luz 1 Sala de máquinas 1 1

Luz 2 Sala de máquinas 2 2

Luz Armario 3 3

Luz 1 Sala Auxiliar 4 4

Luz 2 Sala Auxiliar 5 5

Luz 1 Cocina 6 6

Acceso desde Exterior 9 9

Acceso desde Interior 10 10

Apagar Sala Máquinas 11

Apagar Sala Auxiliar 12

Apagar Cocina 13

Apagar todas las luces 14 Encender Sala Máquinas 15 Encender Sala Auxiliar 16

Encender Cocina 17

Encender todas las luces 18 Cerrar todos los accesos 19 Abrir todos los accesos 20 3.2.4. LOGO! Exterior.

El LOGO! situado en la planta baja está compuesto por:

- 1 x LOGO! 12/24 RCE

Imagen 20: Componentes LOGO! Exterior.

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Página | 23 Este LOGO! tiene control sobre las luces de:

- Exterior Y controla el acceso:

- Exterior a la parcela.

Control Entrada I Salida Q

Luz 1 Exterior 1 1

Acceso exterior 9 9

Apagar todas las luces 10 Encender todas las luces 11

3.3. Programación

La programación de los LOGO! se ha realizado siguiendo el mismo esquema y distribución para los 4 PLCs, de esta manera se simplifica el entendimiento del programa.

Para explicar la programación se ha tomado como ejemplo el LOGO! del primer piso. La estructura de la programación será la misma para los demás variando en el número de elementos que controlan.

En primer lugar, se muestran los bloques utilizados para la programación.

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Página | 24 La imagen 21 proporciona una visión de conjunto del programa realizado, dividido en bloques.

A continuación, se procede a detallar cada uno de estos módulos. Bloque Nombre Descripción

Entrada digital. Los bloques de entrada representan los bornes de entrada de LOGO!.

Hay 24 entradas digitales disponibles como máximo.

Salida. Los bloques de salida representan los bornes de salida de un LOGO!.

Es posible utilizar 20 salidas como máximo.

Relé de impulsos

Cada vez que el estado de la entrada Trg cambia de 0 a 1 y si las entradas S y R = 0, cambia también el estado de la salida Q, es decir, la salida se activa o desactiva. La entrada Trg no afecta a la función especial si S = 1 o R = 1.

Puerta lógica OR

La salida de una función OR adopta el estado 1 si por lo menos una entrada tiene el estado 1, es decir, si está cerrada.

Puerta lógica AND

La salida de la función AND solo adopta el estado 1 si todas las entradas tienen el estado 1, es decir, si están cerradas

Texto de aviso Esta función muestra textos de aviso y parámetros de otros bloques en el display integrado de LOGO!

Contactor abierto

Si no utiliza la salida de un bloque (p. ej. en textos de aviso), interconéctela con este bloque.

Nivel fijo Si la entrada de un bloque debe tener siempre el estado lógico "H", ajuste la entrada a hi (hi = high).

Entrada analógica

Los dispositivos LOGO! procesan señales analógicas. Es posible utilizar ocho entradas analógicas como máximo.

Conmutador analógico de valor umbral

La salida se activa y desactiva en función de dos valores umbral configurables (histéresis).

Tecla de cursor La utilización de teclas de cursor permite ahorrar interruptores y entradas, así como controlar manualmente el programa.

Contador adelante/atrás

Según la parametrización, un impulso de entrada incrementa o

decrementa un valor de contaje interno. La salida se activa o desactiva cuando se alcanza un umbral configurado.

Marca Los bloques de marcas devuelven en su salida la señal de entrada.

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Imagen 21: Programa LOGO Primera Planta.

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Página | 26 Como se puede apreciar en la imagen anterior se ha realizado una distribución de 8 módulos.

Los módulos 1, 2 y 3 se encuentran relacionados entre sí, debido a que son los puntos en los que se encentran todas las entradas y las salidas.

El módulo 1 tiene las entradas que se encuentran asociadas a una salida y se encarga de la gestión de las salidas. Se ha puesto la entrada del LOGO! además de una entrada de red para poder controlar la instalación desde el exterior de esta. Todas las entradas que actúan sobre una misma salida pasan por una puerta OR, la salida de la cual entra en la pata “Trigger” de un Relé de impulsos (la instalación funciona con pulsadores), de esta manera por cada pulso de cualquiera de las entradas activaremos o desactivaremos la salida, dependiendo de su estado anterior.

Imagen 22: Punto 1, gestión de salidas.

En el módulo 2 tenemos la gestión de las entradas “globales”, las que actúan sobre varias salidas. Este módulo se divide en dos partes, las entradas que activan varias salidas y las que desactivan varias salidas.

Imagen 23: Punto 2, gestión de entradas globales.

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Página | 27 La gestión de las entradas se realiza con puertas OR, las salidas de las cuales se encuentran conectadas a las entradas Set o Reset del relé de impulsos ya que queremos activar o desactivar varias salidas, no cambiar el estado de estas. Si en una habitación tenemos 2 luces encendidas de las 3 que tiene, si actuamos sobre la pata “Trigger” del Relé de impulsos cambiaremos el estado de estas y quedaría una luz encendida. Si lo que queremos es apagar o encender todas las luces de una habitación debemos actuar sobre los Set y Reset.

En el tercer módulo se realiza la gestión de las entradas que controlan varias salidas referentes a los accesos.

Al igual que en el módulo 2 la gestión se realiza con puertas OR conectadas a las patas Set o Reset del Relé de impulsos del módulo 1.

Imagen 24: Punto 3, gestión de accesos.

La gestión de las pantallas de visualización la encontramos en el módulo 4, la elección de las diferentes pantallas se realiza con una puerta AND según el estado del contador del módulo 7 y la marca M2. Gracias al módulo 7, por cada pulsación de la tecla C1 pasaremos de una pantalla a otra, si la marca M2 se encuentra activa mostrará las pantallas referentes a las entradas globales mientras que si la marca M2 se encuentra desactivada se mostrarán las pantallas referentes a las entradas individuales.

Imagen 25: Punto 4, gestión de pantallas.

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Imagen 26: Punto 7, contador.

En el módulo 5 se encuentran las puertas AND de enlace entre los módulos 6 y 4 (entradas de las puertas AND) y el módulo 1 (salidas de las puertas AND). El módulo 6 se encarga de la gestión de las teclas de cursor (C1, C2, C3 y C4). Dependiendo de la pantalla que tengamos activa y de la tecla de cursor que pulsemos realizaremos unas acciones u otras. La tecla de cursor C1 se encarga del contador, por cada pulsación de C1 incrementaremos el contador por lo que cambiaremos de pantalla. Con la tecla C2 activaremos y desactivaremos la marca M2 por lo que cambiaremos de las pantallas de luces individuales a las globales y viceversa. Las teclas C3 y C4 se encargar del encendido y apagado de luces o abertura y cierre de accesos.

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Imagen 27: Punto 6, gestión de teclas de cursor. Imagen 28: Punto 5, enlace.

Además de la programación definida anteriormente se han programado dos entradas en el LOGO! de la planta baja, una de ella activa todas las luces y la otra las desactiva, siempre que se mantengan pulsadas 2s.

Para ello en el LOGO! de la planta baja hemos definido 3 conexiones de cliente.

Imagen 29: Conexiones Ethernet LOGO! Planta Baja.

Además de las conexiones de cliente hemos definido la transferencia de dos marcas (M3 y M4) siguiendo la tabla siguiente:

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Página | 30 Se ha definido una Marca MB en la dirección local 0 y dirección remota VB2.

Imagen 30: Transferencia de datos LOGO! Planta Baja.

De esta manera si introducimos una entrada de red vinculada a la dirección V2.3 obtendremos el estado de la marca M4 y si la vinculamos otra entrada de red a la dirección V2.2 obtendremos el estado de la marca M3.

Imagen 31: Entradas de Red.

Se ha conectado la entrada a un temporizador, si la entrada se encuentra activa 2s entonces se activa la Marca, la de la imagen más abajo se encuentra conectada a todos los Reset de todas las salidas para desactivarlas, pero además disponemos de otra conectada a los Set para activarlas.

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Imagen 32: Desconexión de todas las salidas.

Para los demás LOGO! se ha creado una conexión de servidor para cada LOGO!.

Imagen 33: Conexión de Servidor LOGO!

La gestión de la activación y desactivación de las salidas se ha realizado mediante dos entradas de red, vinculadas a las marcas del LOGO! Planta Baja.

Imagen 34: Activación y desactivación de todas las salidas.

3.4. Interacción LOGO! y usuario.

La interacción entre los módulos y el usuario se ha programado para que la navegación entre pantallas sea los más simple posible. Esta interacción se puede realizar a través de los display de los diferentes LOGO! o a través de un Web Server, de esta manera facilitamos la visualización y la interacción.

La conexión al Web server se realiza a través del navegador accediendo a las direcciones IP de los diferentes LOGO!. Para evitar conexiones no deseadas se ha habilitado una contraseña para cada uno de los LOGO!, la contraseña es “sesllucies”.

(34)

Página | 32

Imagen 35: Web Server de LOGO! Siemens.

Los módulos de LOGO! disponen de una cruceta de botones la cual hemos utilizado en la programación como herramienta para la interacción con el usuario. Mediante el Web Server podemos actuar directamente como si estuviéramos pulsando los botones del LOGO!

Imagen 36: cruceta de botones.

A continuación, expondremos el ejemplo del LOGO! del primer piso con todas las pantallas y como pasar de una a otra.

(35)

Página | 33 C

1

C 1

C 1 C

2

C 2

(36)

Página | 34 Como podemos observar en el diagrama tenemos dos ramas principales, una con las entradas que controlan una salida y otra con entradas “globales”, que controlan varias salidas. Como hemos comentado anteriormente para pasar de los controles individuales a los globales utilizamos la tecla C2, para pasar de pantalla la tecla C1 y las teclas C3 y C4 para realizar actuaciones.

3.5. Placas de Emulación.

Además de los montajes realizados con los LOGO! de Siemens se han realizado dos placas de circuito integrado para poder simular y testear el funcionamiento del sistema domótico.

Se han creado dos placas, una con 25 botones FSM 6 x 6 Series y otra con 25 luces LED marca Cree® modelo P4 LED CP41B-WES/WGS.

Mediante las placas no conseguimos simular todas las entradas y salidas, pero es suficiente para testear el funcionamiento del sistema. Podríamos simular la instalación directamente con las pantallas de los LOGO! y sus teclas de cursor, pero mediante las placas de emulación conseguimos un efecto más “real” de simulación.

Imagen 37: Placa de emulación de botones. Imagen 38: Placa de emulación de LEDs.

Las conexiones entre los LOGO! y las placas de emulación se ha descrito en el apartado 1.4.2 con la imagen 3, podemos observar que estas conexiones se asemejan a las descritas en el apartado 3.1 junto a la imagen 7 así nos aseguramos que la emulación sea lo más parecida a la realidad posible.

(37)

Página | 35

Imagen 39: Placa de emulación de botones. Imagen 40: Placa de emulación de LEDs.

3.6. Control de baja tensión.

Los módulos de LOGO! Siemens funcionan a muy baja tensión. La intensidad de la entrada para el valor lógico 1 es de 1,5 mA y la tensión mínima para este valor lógico es de 8,5 V.

La fuente de alimentación LOGO! Power ofrece 24V. Podemos simplificar los cálculos en el siguiente circuito en el que utilizaremos 9V para tener un margen de error de 0,5V.

Donde los 24V hacen referencia a nuestra fuente, RL es la resistencia de la línea y LOGO! hace referencia a una entrada. Debido a que los cables ofrecen una resistencia dependiendo de su longitud y su sección realizaremos unos cálculos para demostrar que podemos utilizar cables de red para cablear las entradas de n LOGO!, Las especificaciones técnicas indican que la longitud máxima debe ser de 100m.

Calcularemos la Lmax a través de la RL para determinar la lóngitud máxima que pueden tener los cables. Para empezar calcularemos el valor máximo que puede tener la RL utilizando la técnica de nodos.

Tenemos que , la resistividad ( ) del cobre es de y la radio de uno de los cables que conforman un cable de red es de .

(38)

Página | 36

De esta manera demostramos que podemos utilizar hasta 100m de cable de red para la conexión de las entradas, y así ahorramos muchos metros de cable ya que con un solo cable de red podemos conectar varias entadas.

3.7. Conectividad HMI.

En un trabajo de fin de grado paralelo a este se ha realizado la implementación del control de nuestro sistema domótico a través de una pantalla HMI táctil. Esto nos permite una mejor y más sencilla gestión de la domótica de la vivienda.

Para esto simplemente se ha otorgado una entrada de red a cada una de las entradas programadas en los LOGO! para el sistema domótico, como se comentaba en el apartado de programación describiendo el punto 1.

Imagen 41: Gestión de entradas de red.

Las entradas de red se conectar a traves de una puerta OR con una entrada individual, de esta manera tenemos control sobre todas las entradas de los LOGO! a través de la pantalla HMI.

4. Cálculo de costes.

Se realiza una comparativa de precios entre los módulos del sistema siemens en comparación con la equivalencia referente al estándar KNX.

4.1. Sistema siemens.

Módulo Unidades Precio Unitario

LOGO! POWER 2 43,90 €

LOGO! 12/24 RCE 4 116 €

LOGO! DM8 12/24 R 4 60 €

LOGO! AM2 RTD 4 89 €

LOGO! AM2 4 74 €

LOGO! SOFT COMFORT (SOFTWEAR) 1 55 €

TOTAL 1.498,8 €

(39)

Página | 37

4.2. KNX.

4.2.1. HDL.

KNX 10A Relay Module 16CH 1 459 €

KNX 10A Relay module 12CH 1 419 €

KNX Power Supply 2 249 €

Licencia Professional (Funcionalidad Completa) 1 1.000€

TOTAL 3.243 €

4.2.2. Schneider.

MTN648493 3 637,08 €

MTN647893 1 514,29 €

MTN647593 1 380,36 €

Licencia Professional (Funcionalidad Completa) 1 1.000 €

TOTAL 3.805,89 €

A simple vista podemos observar que el coste de los módulos con estándar KNX comparados con los de Siemens supone más del doble de coste. El principal coste del estándar KNX lo encontramos en la licencia de utilización del programa.

Aparte del coste de los módulos debemos añadir el coste del cableado. Hemos demostrado que las conexiones en Baja Tensión de los LOGO! se pueden realizar a través de cable de red, pudiendo conectar varias entradas con un mismo cable esto reduce drásticamente los costes ya que una bobina de 100m de este tipo de cable ronda los 40€ mientras que las conexiones de los módulos KNX se deben realizar con cable específico de KNX el cual ronda los 100 – 150

€/m.

Si calculamos que utilizaremos unos 50m de cable, para el sistema de Siemens con 40€

podremos realzar todo el cableado mientras que el coste en KNX se eleva a unos 5.000 – 7.500€.

(40)

Página | 38

5. Conclusiones.

La principal ventaja de la utilización de LOGO! Siemens recae en su bajo coste en comparación con los módulos que utilizan el estándar KNX como hemos visto anteriormente.

Otra de las principales ventajas a destacar es la modularidad de la que disponemos con el sistema de LOGO! Siemens gracias a su gama de productos. Cabe destacar los módulos de comunicación CMK 2000 y CM EIB/KNX los cuales nos permiten conectar nuestro sistema LOGO! con los estándares de KNX.

El CMK 2000 y el CM EIB / KNX transforman las señales típicas del PLC (binarias o analógicas) en telegramas KNX para la comunicación con otros actuadores KNX.

En la dirección opuesta, leen los telegramas KNX y establecen los niveles de señal correspondientes para el LOGO!.

En un futuro es fácil plantearse la idea de ampliar la instalación, una buena elección sería el módulo de comunicaciones LOGO! CMR 2020 el cual, una vez que la tarjeta SIM se ha insertado, puede acceder como un nodo de la red móvil. Los usuarios pueden configurar diferentes comandos del Logo! para el acceso remoto y luego activarlas mediante mensajes de texto a través del módulo de comunicaciones. En la otra dirección, LOGO! CMR2020 transmite datos y alarmas de diagnóstico como mensajes de texto a teléfonos móviles previamente definidos como receptores.

(41)

Anexo I

Programa LOGO! Planta Baja.

(42)

Autor: Francisco Ferrer Comprobado:

Fecha de creación/modificación:1/09/16 18:52/6/09/17 21:20

Proyecto: Ca Ses Llucies Instalación: LOGO Planta Baja archivo: LOGO 1.lsc

Cliente: Universidad de las Islas Baleares Nº diagrama:

Página: 1 / 18

Comentario

LOGO situado en Planta Baja, controla:

- Luces:

- Sala principal.

- Sala de reuninones.

- Baño.

- Entrada.

- Escalera.

- Accesos:

- Principal.

- Sala de reuniones.

- Sala auxiliar.

- Escaleras.

(43)

Página: 2 / 18

Dirección del módulo

Dirección IP 172.16.140.21 Máscara de subred: 255.255.255.0 Pasarela predeterminada 172.16.140.1

Conexión1 (Servidor)

Propiedades locales(Servidor)

TSAP 02.00 Conectar con un panel de operador (OP) Aceptar todas las solicitudes de conexión

Propiedades remotas(Cliente) TSAP 02.00

Intervalo Keep Alive: 0 Segundos

Conexión2 (Cliente)

Propiedades locales(Cliente) TSAP 20.00

Propiedades remotas(Servidor) Dirección IP172.16.140.22 TSAP 20.00

Intervalo Keep Alive: 0 Segundos

Transferencia de datos (lectura: local<-remoto; escritura: local->remoto)

ID Operación Longitud (bytes) Dirección (local) Dirección (remota)

1 Escribir 1 MB0 VB2

Propiedades locales(Cliente) TSAP 21.00

Propiedades remotas(Servidor) Dirección IP172.16.140.23 TSAP 20.00

Intervalo Keep Alive: 0 Segundos

Transferencia de datos (lectura: local<-remoto; escritura: local->remoto)

ID Operación Longitud (bytes) Dirección (local) Dirección (remota)

1 Escribir 1 MB0 VB2

(44)

Página: 3 / 18

Propiedades locales(Cliente) TSAP 22.00

Propiedades remotas(Servidor) Dirección IP172.16.140.24 TSAP 20.00

Intervalo Keep Alive: 0 Segundos

Transferencia de datos (lectura: local<-remoto; escritura: local->remoto)

ID Operación Longitud (bytes) Dirección (local) Dirección (remota)

1 Escribir 1 MB0 VB2

(45)

Página: 4 / 18

I

I3(Luz 1 Sala principal)

I

I I6(Luz Baño)

I

I7(Luz Elevador)

I I8(Luz Entrada)

I

I9(Luz Escalera)

I

I16(Apagar luces Sala de reuniones) Q

Q1(Luz 1 Sala reuniones)

Q

Q2(Luz 2 Sala reuniones)

Q

Q3(Luz 1 Sala principal)

Q

Q Q6(Luz Baño)

Q Q7(Luz Elevador)

Q Q8(Luz Entrada)

Q Q9(Luz Escalera)

I

I17(Apagar luces Sala principal) RS

Trg S R Par

B001

RS Rem = off

RS

Trg S R Par

B002

RS Rem = off

RS

Trg S R Par

B003

RS Rem = off

RS

Trg S R Par

B004

RS Rem = off

RS

Trg S R Par

B005

RS Rem = off

RS

Trg S R Par

B006

RS Rem = off

RS

Trg S R Par

B007

RS Rem = off

RS

Trg S R Par

B009

RS Rem = off

RS

Trg S R Par

B010

RS Rem = off

>1 B011

>1 B012

I

I14(Encender luces Sala de reuniones)

I

I15(Encender luces Sala principal)

>1 B015

>1 B016

>1 B019

En P Par

B020

Prio = 1 Quit = off Text1: enabled Text2: disabled

X X1

En P Par

B021

X X2

>1 B031

>1 B032

>1 B033

>1 B034

>1 B035

>1 B036

>1 B038

>1 B039 I

I2(Luz 2 Sala de reuniones) I

I1(Luz 1 Sala de reuninones)

&

B044

&

B047

&

B048

&

B049

Sala Reuniones

&

B050

&

B051

&

B052

&

B053

Sala Grande

En P Par

B054

X X3

---

|

---

En P Par

B059

X X4

&

B062

Baño

&

B064

Elevador

En P Par

B068

X X5

En P Par

B069

X X6 I

NI9 V20.0

I NI7 V20.5

I NI6 V20.6

I NI5 V20.4

I NI4 V21.1

I NI3 V20.7

I NI2 V21.2

I NI1 V21.0

&

B080

&

B086

En P Par

B088

X X8

&

B081

En P Par

B084

X X9

&

B085

&

B090

En P Par

B091

X X10

&

B092

En P Par

B093

X X11

&

B094

&

B095 I

I10(Acceso Principal)

Q

Q10(Acceso Principal)

RS

Trg S R Par

B096

RS Rem = off

>1 B097

I

I11(Acceso Sala reuniones)

Q

Q11(Acceso Sala reuniones)

RS

Trg S R Par

B098

RS Rem = off

>1 B099

Accesos

En P Par

B102

X X12

&

B103

&

B106

&

B107

&

B108

Pantallas I

I12(Acceso Sala auxiliar)

Q

Q12(Acceso Sala auxiliar)

RS

Trg S R Par

B110

RS Rem = off

>1 B111

I

I13(Acceso Escaleras)

Q

Q13(Acceso Escaleras)

RS

Trg S R Par

B112

RS Rem = off

>1 B113

&

B114

&

B055

&

B056

&

B057

&

B115

Escalera

&

B117

Entrada

En P Par

B063

X X13 Luz 1 sala de reuniones.

Luz 2 Sala de reuniones.

Luz 1 Sala principal.

Luz Baño.

Luz Elevador

Luz Entrada.

Luz Escalera.

Acceso Principal.

Acesso Sala de reuniones.

Acceso Sala auxiliar.

Acesso Escaleras.

Apagar luces Sala de reuniones.

Apagar luces Sala principal.

Encender luces Sala de reuniones.

Encender luces Sala principal.

I I20 M

M4

M M3

Trg T

B008

Rem = off 02:00s+

Trg T

B013

Rem = off 02:00s+

B004/R

B012

B003/R

B012 B011

B002/R B011

B001/R

B002/S

B015 B015

B001/S

B004/S

B016

B003/S

B016

3/M2 3/M2

4/B089 4/B089

3/M2 3/M2 4/B045

3/M2

3/M2 3/M2

3/M2 B012

B005/R

B016

B005/S

2/B018

2/B018 2/B014 2/B014 2/B014 2/B014

4/B043

4/B119

4/B061

4/B067

4/B071

4/B101

4/B121

4/B122 B047/1

B080 B080

B044/1

B031/3 B047 B044

B019/3

3/B082 3/B083

B049/1

B086 B086

B048/1

B048

B015/3

B011/3

B049

3/B082 3/B083

B114/1

B090 B090

B053/1

B085

B052/1 B051/1

B081 B081

B050/1

3/B082 3/B082

3/B083 3/B083 3/B083 B052

B034/3 B051

B033/3 B050

B032/3

B016/3

B114 B053

B012/3 3/B083

B064/1

B092 B064

B036/3 4/B067

3/B083 B062

B035/3

4/B104

4/B071 3/B083

3/B083 4/B104

B038/3 B117

B115

B039/3

B055/1

B095 B095

B108/1 B107/1

B094

B106/1

B094

3/B083

3/B083 3/B083

3/B082

3/B082 3/B082

B057/1

B103 B103

B056/1

B111/3 B108

B107

B099/3 B106

B097/3

B113/3 B055

2/B014/2

2/B018/2 I1

B008/Trg

B010/S

M4

B009/S

M4 M4

B007/S B006/S

M4

M3

B010/R

M3

B009/R

M3

B007/R

B006/R

M3

2/B014/3

M4

B016/2

M4

B015/2 M3

B012/2 2/B018/3

B011/2 M3