SISTEMA DE MONITORIZACION Y CONTROL DE PROCESOS BASADO EN TELEFONO MOVIL.

Sistema modular de monitorización y control de procesos cuyas plataformas de computación y comunicación con usuarios,

sensores y actuadores, están implementadas en varios microcontroladores trabajando en red inalámbrica (figura nº1): Teléfono móvil servidor (1), teléfono móvil cliente (7), microcontroladores programables de módulos sensor/actuador (2-6) y computador de activación remoto (8).

El sistema es configurable por el usuario desde el móvil servidor.

Las señales de sensores/actuadores llegan/salen por cable a/de los módulos 2-6 que las tratan según los lazos de control seleccionados.

Los sensores/actuadores se asocian por software formando lazos virtuales.

Los módulos admiten varios tipos de sensores: analógicos/digitales, continuos/discretos, de tensión/intensidad, contacto libre de tensión y detección de tensión 220V.

Disponen de sistemas de reconocimiento de señales activas y de ajuste de medida de sensores analógicos.

La salida a actuadores en el prototipo realizado esun contacto libre de tensión.

El sistema de activación remota permite activar/desactivar los módulos desde el computador de fábrica

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200702901.

Solicitante: NUEZ CASAS,JUAN LUIS.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: VIZCAYA.

Inventor/es: NUEZ CASAS,JUAN LUIS.

Fecha de Solicitud: 5 de Noviembre de 2007.

Fecha de Publicación: 8 de Septiembre de 2010.

Fecha de Concesión: 26 de Agosto de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

G05B19/042 FISICA. › G05 CONTROL; REGULACION. › G05B SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS FUNCIONALES DE TALES SISTEMAS; DISPOSITIVOS DE MONITORIZACION O ENSAYOS DE TALES SISTEMAS O ELEMENTOS (dispositivos de maniobra por presión de fluido o sistemas que funcionan por medio de fluidos en general F15B; dispositivos obturadores en sí F16K; caracterizados por particularidades mecánicas solamente G05G; elementos sensibles, ver las subclases apropiadas, p. ej. G12B, las subclases de G01, H01; elementos de corrección, ver las subclases apropiadas, p. ej. H02K). › G05B 19/00 Sistemas de control por programa (aplicaciones específicas, ver los lugares apropiados, p. ej. A47L 15/46; relojes que implican medios anejos o incorporados que permiten hacer funcionar un dispositivo cualquiera en un momento elegido de antemano o después de un intervalo de tiempo predeterminado G04C 23/00; marcado o lectura de soportes de registro con una información digital G06K; registro de información G11; interruptores horarios o de programa horario que se paran automáticamente cuando el programa se ha realizado H01H 43/00). › que utilizan procesadores digitales (G05B 19/05 tiene prioridad).
H04Q9/02 ELECTRICIDAD. › H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS. › H04Q SELECCION (conmutadores, relés, selectores H01H; redes de comunicación inalámbricas H04W). › H04Q 9/00 Disposiciones en sistemas de control a distancia o de telemetría para llamar selectivamente a una subestación a partir de una estación principal, subestación en la cual un aparato deseado es escogido para aplicar una señal de control o para obtener valores medidos. › Disposiciones de funcionamiento automático.

Clasificación PCT:

G05B19/042 G05B 19/00 […] › que utilizan procesadores digitales (G05B 19/05 tiene prioridad).
H04Q9/02 H04Q 9/00 […] › Disposiciones de funcionamiento automático.

Fragmento de la descripción:

Sistema de monitorización y control de procesos basado en teléfono móvil.

1. Descripción general de la invención

Se trata de un sistema modular de monitorización y control de procesos implementado por computador cuya plataforma principal de computación y comunicación con usuario, sensores y actuadores es un teléfono móvil situado en el recinto donde se ubican los procesos a controlar, móvil que denominaremos "servidor".

La señal de valor de las variables a controlar proveniente de los sensores, llega por cable al módulo sensor/actuador que la transmite vía inalámbrica hasta el teléfono móvil servidor en el que se trata y analiza.

En caso de alarma el teléfono móvil servidor transmite la información a uno o varios teléfonos móviles remotos ("clientes"), desde los cuales el usuario puede evaluarla y transmitir la orden de actuación al móvil local.

Dicha orden de actuación será transmitida inalámbricamente por el móvil local a los módulos sensor/actuador desde los cuales llega por cable a los actuadores finales de control.

Además de este proceso manual, existe la posibilidad de configurar el sistema para implantar una acción de control automática en bucle cerrado, en el cual la señal de los sensores se trata en lo que denominamos módulo sensor/actuador, -módulo que dispone de inteligencia propia soportada en un Microcontrolador o FPGA incorporado, gracias a la cual la acción de control se envía directamente a los actuadores.

Esta acción de control automática no anula el proceso de información al cliente remoto, quien puede, en caso de que así se configure, realizar una acción manual con prioridad sobre la automática.

También existe la posibilidad de implantar -sin que sea precisa la existencia de alarma previa- actuaciones de monitorización y control en el recinto donde se encuentran los procesos, mediante órdenes manuales transmitidas desde situaciones remotas por el móvil cliente.

Algunas de estas capacidades posiblemente existan ya en el mercado, sin embargo nuestro sistema aporta novedades de concepto y diseño que creemos son importantes para considerar al producto como diferente y ventajoso frente a la competencia.

Esto podrá apreciarse cuando se describan más adelante las características de nuestro sistema.

El diagrama donde se muestra la arquitectura hardware del sistema (particularizado para el prototipo que estamos realizando) es el de Fig. 1. Arquitectura hardware del sistema.

La función del módulo "repetidor" es meramente posibilitar la comunicación inalámbrica a mayores distancias.

Actualmente se ha realizado un prototipo de este sistema de monitorización y control basado en algunas tecnologías específicas como son:

Comunicación inalámbrica Bluetooth^TM en el ámbito local y GSM/GPRS en el ámbito remoto, así como programación de los móviles con el lenguaje Java2Micro Edition^TM, pero la invención puede materializarse con otras tecnologías diferentes como pueden ser Zigbee^TM, Wibree^TM, CDMA^TM, etc. sin que pueda hablarse de un sistema esencialmente diferente, por lo tanto prevemos reivindicar el concepto y definición del sistema más que el uso de unas tecnologías específicas.

Aunque a lo largo de esta memoria se hace referencia a veces a las tecnologías que usaremos para el prototipo, en realidad debe entenderse que lo importante no son dichas tecnologías sino el diseño y características del sistema.

La aportación novedosa del proyecto creemos es al menos la siguiente:

1. Concepción y diseño de un sistema de control de procesos, que utiliza un teléfono móvil junto con unos dispositivos electrónicos de diseño propio -que denominamos "módulos sensor/actuador"como plataforma de computación y comunicación.

Tal teléfono móvil trabajando conjuntamente con los módulos posibilitan una monitorización y control automático y/o manual remoto de los procesos, según se configure el sistema.

Éste sistema, por su novedosa concepción, tiene ventajas competitivas de precio y prestaciones, principalmente en el sector de la domótica, sobre otras soluciones ya existentes.

2. Diseño de un dispositivo electrónico que denominamos módulo sensor/actuador cuyas funciones y características son:

servir de Interfase única entre los sensores y actuadores de los procesos (que pueden ser de distintos tipos y proveedores, sin modificación del sistema), y los componentes lógicos de tratamiento de las señales dispuestos en los módulos (Microcontrolador ó FPGA).Este componente será capaz de reconocer el tipo de sensor que se conecta a sus bornas (de variable discreta ó continua), las bornas a las que está conectado, si la entrada de señal está sufriendo cambios o no, etc. (Sistema de reconocimiento automático de variables y conexiones activas). Esta capacidad de reconocimiento es esencial para dotar de modularidad y facilidad de configuración y uso al sistema, características esenciales de la invención, puesto que ésta se dirige principalmente al mercado de consumo.
El usuario deberá así preocuparse simplemente de conectar el sensor a las bornas del módulo, sin preocuparse de si la señal es continua o discreta, de tensión o intensidad, etc.
La combinación del programa de control J2ME dispuesto en los móviles y el hardware-firmware de los módulos permite una configuración del sistema adaptable a cualquier instalación que el usuario desee montar (dentro de los parámetros máximos del sistema), manteniendo una facilidad de uso que lo hace asequible a personas sin especial preparación técnica.
Es por esto que llamamos al sistema "modular", la creación de un sistema de monitorización y control consistirá simplemente en ir añadiendo componentes, que pueden ser de fabricantes variados (módulos), y que deberán poderse conectar a la interfase única, y después realizar una sencilla configuración del sistema, todo ello gracias a que el diseño procura que la "inteligencia" del proceso la aporte el sistema y no el usuario.
Este sistema es esencial para conseguir nuestro objetivo de que el mercado potencial de la invención sea no sólo el de los instaladores técnicos o empresas de comercialización, sino también cualquier usuario final del sistema, sin que, como se ha indicado, deba por fuerza ser un experto técnico.
Analizar y tratar las señales de los sensores así como calcular y enviar a los actuadores, las acciones de control, automática o manualmente según se haya configurado.
En caso de que las señales deban tratarse por el programa de control situado en el móvil servidor (control manual), deberán transmitirse vía inalámbrica (a través de redes de comunicación gratuitas Bluetooth^TM, Zigbee^TM, Wibree^TM, etc.) a dicho móvil y desde él (vía red pública de comunicación GSM/GPRS, CDMA, etc.) transmitir la información (datos, ficheros de audio, vídeo, etc) al móvil cliente del que dispone el usuario remoto, para que éste seleccione y envíe manualmente la acción de control que llegará al actuador recorriendo el camino inverso.
En caso de que se trate de un control automático, éste será implantado por el hardware y firmware del módulo sensor/actuador, donde se alojará el algoritmo de control, aunque pueda ser configurado remotamente desde los móviles.
Alojar en firmware un algoritmo de seguridad que en conjunción con el sistema existente en el computador de fabricación dispuesto en nuestras instalaciones- permite activar remotamente el sistema de control (Sistema de activación remota), de forma que se dificulta la posibilidad de fraude o impago del producto.
Mantener en memoria persistente los valores históricos de las variables del sistema y otros datos de interés.

2. Descripción de las figuras

Figura nº 1 - Arquitectura hardware de una posible materialización del sistema sobre el cual se desarrolla la invención.

Descripción Figura 1

Figura Nº 2 - Diagrama de funcionamiento del sistema de supervisión...

Reivindicaciones:

1. Un Sistema modular de monitorización y control de procesos jerárquico y distribuido implementado por computador que comprende:

Una plataforma de computación y comunicación inalámbrica que consiste en un teléfono móvil local (situado en el recinto donde se ubican los procesos a controlar), mediante el cual se configuran e implantan las actuaciones locales de monitorización y control de alto nivel dentro de la jerarquía del sistema.
Éste teléfono móvil local (que debe estar situado en el recinto donde se encuentran los procesos a controlar y que, para un correcto funcionamiento del sistema, debe tener cobertura de red pública de comunicaciones inalámbricas), se caracteriza por:
vtcortaunaEstar dotado de capacidades de computación y memoria para procesar un programa de software de monitorización y control del sistema. vtcortaunaEstar dotado de capacidad de comunicación inalámbrica para trabajar a larga distancia en una red WAN (Wide Área Network) de transferencia de datos conjuntamente con uno o varios teléfonos móviles remotos. vtcortaunaEstar dotado de capacidad de comunicación inalámbrica para trabajar a corta distancia en una red LAN (Local Área Network) con los módulos sensor/actuador que son los encargados de crear y enviar a los sensores y actuadores del sistema las señales de monitorización y control. Una plataforma de computación y comunicación inalámbrica que consiste en un teléfono móvil remoto, mediante el cual se implantan las órdenes remotas de monitorización y control de alto nivel dentro de la jerarquía del sistema.
Éste teléfono móvil remoto (que para un correcto funcionamiento del sistema, debe tener cobertura de red pública de comunicaciones inalámbricas), se caracteriza por:
vtcortaunaEstar dotado de capacidades de computación y memoria para procesar un programa de software de monitorización y control del sistema. vtcortaunaEstar dotado de capacidad de comunicación inalámbrica para trabajar a larga distancia en una red WAN (Wide Área Network) de transferencia de datos conjuntamente con el teléfono móvil local. vtcortaunaEstar dotado de capacidad de comunicación inalámbrica para trabajar a corta distancia en una red LAN (Local Área Network) con el teléfono móvil local. Uno o varios dispositivos electrónicos programables que denominamos Módulo Sensor/Actuador, dotados de capacidad de computación y comunicación inalámbrica para trabajar a corta distancia en una red LAN, mediante los cuales se configuran e implantan las actuaciones de monitorización y control de bajo nivel dentro de la jerarquía del sistema.
Estos módulos están también dotados de la interfaz con sensores y actuadores, a los que están conectados por cable.
Un computador de activación/desactivación remota de los módulos sensor/actuador para funciones de seguridad.

2. Método de control de los móviles servidor y cliente, que trabaja conjuntamente con el firmware del citado módulo sensor/actuador y comprende:

sqbullet La comunicación con el usuario mediante un conjunto de interfaces gráficas, que pueden ser navegables pulsando los iconos que dan acceso a las diferentes pantallas.
sqbullet La configuración del sistema de monitorización y control caracterizada por la posibilidad de personalizar la instalación en función de los lazos de control que realmente tenga dicha instalación, así como en función del algoritmo y tipo de control que desee para cada lazo: automático, manual, instantáneo, temporizado, discreto (todo/nada) y contínuo.
sqbullet La asociación por software de sensores y actuadores formando lazos de control, independientemente de las borras de los módulos sensor/actuador a los cuales realmente se hayan conectado sus cables de entrada/salida.
sqbullet La calibración o ajuste de medidas de sensores mediante software que empareja el valor real de cada variable de cada lazo en un momento dado durante la configuración, con el valor real de la señal que esté recibiendo el módulo sensor/actuador para esa variable en ese momento.
Este emparejamiento debe realizarse en dos puntos del rango lineal del sensor de forma que se pueda calcular la ecuación de la recta de medida para todo el rango.
sqbullet La activación y desactivación remota de los módulos sensor/actuador desde un computador de fábrica.
sqbullet La información al usuario remoto que le proporciona, en caso de alarma en la instalación o bien siempre que así lo solicite el mismo:
el estado actual de los lazos de control, el valor de las variables, el estado de las alarmas, la información audiovisual relacionada y cualquier otro aspecto de interés para el cual se haya configurado dicha instalación.
sqbullet La implantación manual remota de acciones de control sobre la instalación, la cual tiene un nivel jerárquico superior a las acciones de control automático que se implanten por el módulo sensor/actuador.
sqbullet La selección de red de comunicaciones inalámbricas a utilizar por el móvil remoto para comunicarse con el móvil local, de modo que si ambos están lo suficientemente cerca se realice la comunicación prioritariamente mediante la red de corto alcance LAN en lugar de la WAN.

3. Un dispositivo electrónico programable que denominamos módulo sensor/actuador que comprende:

sqbullet Microcontrolador (en un chip SoC) para funciones de: lógica y seguridad, dotado de conversor analógico/digital y memoria.
sqbullet Transmisor/Receptor de comunicaciones inalámbricas que puede actuar también como Repetidor.
sqbullet Interfaz de sensores y actuadores
sqbullet Fuente de alimentación permanente con interruptor
sqbullet LEDs Indicadores de estado
sqbullet Botones pulsadores para activar la conexión en red local LAN y reset durante la configuración

Éste módulo se caracteriza por:

sqbullet Estar dotado de capacidad de computación y memoria para ejecutar el método citado.
sqbullet Estar dotado de capacidad de comunicación inalámbrica para trabajar a corta distancia en una red LAN, subordinado al móvil local o a otro módulo de su mismo tipo.
sqbullet Estar conectado a los sensores y actuadores de los lazos de control mediante cables.
Admitir la conexión en la regleta de bornas de los siguientes tipos de sensores y actuadores analógicos:
sensores de contacto libre de tensión, sensores de señal analógica contínua o discreta, sensores analógicos de tensión o intensidad, cada uno en sus correspondientes bornas y respetando el rango máximo de valores de diseño.
Y en las bornas de salida los siguientes tipos de órdenes de actuación: de señal contínua o discreta.
sqbullet Disponer de un sistema de reconocimiento automático de bornas activas mediante un análisis por software de la variabilidad de las características eléctricas de la entrada a realizar durante la configuración.
sqbullet Disponer de un firmware de auto activación/desactivación según las instrucciones recibidas desde el teléfono móvil local quien a su vez recibe las órdenes correspondientes desde un computador remoto vía Internet y red inalámbrica WAN.

4. Método de control del dispositivo electrónico programable que denominamos sensor/actuador que comprende:

sqbullet La comunicación en la red inalámbrica local con el móvil local y otros módulos sensor/actuador
sqbullet El control a bajo nivel del hardware: sensores y actuadores
sqbullet El reconocimiento de las señales activas y el ajuste del valor real de variables de control (trabajando conjuntamente con el software del móvil local)
sqbullet El control automático del lazo cuando todos sus sensores y actuadores están conectados al módulo y así se haya configurado en el móvil local para obtener un sistema de control automático jerárquico y distribuido
sqbullet El almacenamiento de datos de sensores y actuadores conectados al módulo
sqbullet La activación/desactivación del módulo.

5. Programa de ordenador caracterizado porque ejecuta el método de la reivindicación 2.

6. Programa de ordenador caracterizado porque ejecuta el método de la reivindicación 4.

Patentes similares o relacionadas:

Procedimiento de optimización de la energía suministrada a una pluralidad de equipos distribuidos en un espacio, del 29 de Julio de 2020, de SCHNEIDER ELECTRIC INDUSTRIES SAS: Procedimiento de optimización de la energía total suministrada a una pluralidad de equipos de confort distribuidos en un espacio que consta de un módulo […]

Procedimiento para asociar automáticamente un módulo a un inversor correspondiente, y módulo y sistema de generación de energía relacionados, del 1 de Julio de 2020, de MARICI Holdings The Netherlands B.V: Procedimiento para asociar automáticamente un módulo a un inversor (10a) correspondiente de una pluralidad de inversores (10a, 10b, 10c) que están […]

Aparato y método para controlar una señal de entrada, del 1 de Julio de 2020, de LSIS Co., Ltd: Un aparato para controlar una senal de manera que una senal de entrada del PLC (Controlador Logico Programable) se iguale a una senal de entrada de referencia (uc), caracterizado […]

Procedimiento y disposición para el control remoto de dispositivos de campo de al menos un sistema de automatización, del 17 de Junio de 2020, de SCHNEIDER ELECTRIC INDUSTRIES SAS: Procedimiento para el control remoto de al menos un dispositivo de campo (D1... Dn) en al menos un sistema de automatización (P1... Pk) con una unidad de control (BG); […]

Dispositivo de campo y método de suministro de información, del 3 de Junio de 2020, de Yokogawa Electric Corporation: Dispositivo de campo , que comprende: una pluralidad de tipos de sensores (30a a 30e); al menos un convertidor (20a a 20e) configurado para adquirir resultados […]

Procedimiento para el control de un accionamiento, del 20 de Mayo de 2020, de Siemens Energy Global GmbH & Co. KG: Procedimiento para el control de un accionamiento con al menos un convertidor , al menos un motor y un control de un accionamiento asociado; en donde está […]

Sistema y método de control en bucle cerrado de firma de objetivo, del 6 de Mayo de 2020, de EMHART GLASS S.A.: Un sistema para ajustar automáticamente la regulación temporal de sucesos de operaciones en cavidades de una sección de una máquina de secciones individuales, […]

Montaje compuesto por un sistema de desbloqueo de emergencia y un sistema de diagnóstico para verificar el funcionamiento del sistema de desbloqueo de emergencia, del 6 de Mayo de 2020, de KLAW PRODUCTS LIMITED: Un montaje para transferir materia entre los primer y segundo objetos separados por una distancia, siendo móviles uno o ambos de los primer y segundo objetos para aumentar […]