educantabria/nodo00/m5atom/boton – al pulsar publica “press” o “longpress”
educantabria/nodo00/m5stack/boton/A – al pulsar botón A publica “press”
educantabria/nodo00/m5stack/boton/B – al pulsar botón B publica “press”
educantabria/nodo00/m5stack/boton/C – al pulsar botón C publica “press”
educantabria/nodo00/m5stack/led – suscrito (1 dibuja en pantalla círculo rojo, otro valor dibuja en pantalla círculo verde)
educantabria/nodo00/m5stack/text – suscrito, muestra por pantalla el texto
educantabria/nodo00/m5stick/temperatura – publica dato temperatura cada 1 segundo
educantabria/nodo00/m5stick/humedad – publica dato humedad cada 1 segundo
educantabria/nodo00/m5stick/presion – publica dato presión cada 1 segundo
educantabria/nodo00/m5stickplus/distancia – publica dato distancia cuando se activa
educantabria/nodo00/m5stickplus/button – al pulsar botón publica “press”
educantabria/nodo00/m5stickplus/led – suscrito (1 led ON, otro valor led OFF)
educantabria/nodo00/m5stickplus/label – suscrito (“red” – circulo rojo, “yellow” – circulo amarillo, “green” – circulo verde, “black” – círculo verde)
educantabria/nodo00/raspberry3/CPU – publica Node-RED el datos de CPU
educantabria/nodo00/raspberry3/Temperatura – publica Node-RED el datos de temperatura procesador
educantabria/nodo00/raspberry3/Memoria – publica Node-RED el datos de memoria libre
educantabria/nodo00/raspberry3/Dashboard/# – publica Node-RED cualquier dato del Dasboard
educantabria/nodo00/raspberry3/Datos/# – suscrito Node-RED para recibir cualquier dato externo
educantabria/nodo00/raspberry3TT/CPU – publica Node-RED el datos de CPU
educantabria/nodo00/raspberry3TT/Temperatura – publica Node-RED el datos de temperatura procesador
educantabria/nodo00/raspberry3TT/Memoria – publica Node-RED el datos de memoria libre
educantabria/nodo00/raspberry3TT/Dashboard/# – publica Node-RED cualquier dato del Dasboard
educantabria/nodo00/raspberry3TT/Datos/# – suscrito Node-RED para recibir cualquier dato externo
educantabria/nodo00/raspberryzero/tomafotomqtt – suscrito Node-RED un valor cualquiera enviado, toma una foto y publica en el topic educantabria/nodo00/raspberryzero/foto en baja resolución.
educantabria/nodo00/raspberryzero/foto – publica Node-RED una foto al mandar cualquier dato en el topic educantabria/nodo00/raspberryzero/tomafotomqtt
El concepto de industria 4.0 consiste en la introducción de las tecnologías digitales en las fábricas. Es la forma que hay de llamar al fenómeno de transformación digital aplicado a la industria de producción.
Durante años se ha hablado del impacto del Internet de cosas (IoT) en industrias como la energética o de infraestructuras, bajo el concepto de Smart Cities. Ahora toca hablar de “Industria Inteligente” o industria 4.0.
La industria 4.0 consiste en la digitalización de los procesos productivos en las fábricas mediante sensores y sistemas de información para transformar los procesos productivos y hacerlos más eficientes. La industria 4.0 supone un cambio de mentalidad importante.
La industria 4.0 supondrá una fuente de competitividad para las industrias occidentales con: costes de mano de obra, costes de energía y niveles de compromiso social, mucho más elevados que sus homólogos de los países emergentes.
Lo que ofrece la industria 4.0 a través de la digitalización y el uso de plataformas conectadas es:
capacidad de adaptación constante a la demanda,
servir al cliente de una forma más personalizada,
aportar un servicio post venta uno a uno con el cliente,
diseñar, producir y vender productos en menos tiempo,
añadir servicios a los productos físicos
crear series de producción más cortas y rentables
y aprovechar la información para su análisis desde múltiples canales (CMS, SCM, CRM, FCM, HRM, Help desk, redes sociales, IoT) donde ser capaces de analizarla y explotarla en tiempo real.
Puntos clave de la Industria 4.0:
Big data y análisis de datos
Cloud Computing
Ciberseguridad
Robótica
Internet de las cosas
Simulación y prototipado
Realidad aumentada
Cultura
Integración de procesos
El verdadero reto estará en las personas, en cómo lograr el proceso de transformación digital dentro la organización y en el cambio que supondrá adaptarse y trabajar en los nuevos entornos conectados de la industria 4.0
Pasamos de especializarnos en tecnología a especializarnos en sectores verticales en IoT porque cada uno tiene unas necesidades.
Aporte a la industria
manteniendo predictivo
ahorro de costes
mejora en la toma de decisiones
visualización de datos en planta en tiempo real
IIOT se refiere a:
El uso de IoT en los procesos industriales que afectan a todos los niveles, desde el diseño de las plantas hasta los modelos de logística y distribución llegando hasta el cliente final.
La implantación en las industrias de soluciones IoT para optimizar procesos y reducir los costes de fabricación gracias a la información que obtienen en cada paso que les proporciona unos beneficios tangibles.
La sensorización y conectividad de dispositivos para extraer datos, obtener datos en tiempo real, poseer datos de valor, datos que permitan tomar decisiones acertadas de un modo ágil y eficaz.
El conocimiento del cliente final. Porque el cliente debe instalarse como pieza clave en la cadena de producción y el conocimiento real de sus preferencias actuales y futuras de consumo es posible de un modo económico gracias a las herramientas tecnológicas que podemos aplicar.
El objetivo principal de la industria 4.0 es MEJORAR LA PRODUCTIVIDAD.
Nuevas oportunidades con IIoT
Un aumento de la productividad industrial en un 30 por ciento o superior del OEE (Overall Equipment Efficiency, siendo OEE= disponibilidad x rendimiento x calidad). Conocer el estado real de la máquina permite planificar las paradas para el mantenimiento preventivo, mejorando los costes de desplazamientos, intervención, repuestos, alquiler de maquinaria o falta de producción. En el caso de las paradas inesperadas es posible mejorar los tiempos de reacción y diagnóstico, reduciendo así el tiempo de improductividad.
Incrementar la satisfacción y la confianza de un usuario final en el desarrollo de sus actividades, al saber que el funcionamiento de la instalación está siendo monitorizado en tiempo real por su proveedor de servicios de mantenimiento, minimizando los tiempos de respuesta ante posibles anomalías para garantizar la continuidad de servicio de la instalación.
Incrementar las posibilidades de negocio de un OEM, ofreciendo servicios de monitorización al usuario, como son la generación de informes automáticos de los costes energéticos de producción, el diagnóstico de incidencias, la actualización del software o la propuesta de recambios de acuerdo a las horas de funcionamiento. Los contratos de mantenimiento sobre el parque de máquinas instalado pueden representar una fuente de ingresos constante para el fabricante de maquinaria, que cobra especial importancia ante posibles caídas de la demanda.
Desde los inicios de Arduino y el HW Open Source, la industria encontró una forma sencilla y barata de implementar el Internet de las cosas y la Industria 4.0. Con estas herramientas es posible realizar tareas como:
Machinery automation.
Installation Control. (Thermal, Climate conditioning, Water treatment, Chemical products, Food, etc.).
Descripción: Control de la temperatura del agua y rendimiento de la máquina. Registro de horas de funcionamiento para mantenimiento de filtros y consumos energéticos en instalaciones industriales de gran consumo energético.
Beneficios de implantación del IIoT: Envío de alarmas y avisos de incidencias en tiempo real (legionella, pérdida de alimentación, etc.), con comprobación del estado de la máquina remotamente, ahorrando tiempo y costes de desplazamientos innecesarios para mantenimiento del parque instalado y distribuido.
Registro de consumos energéticos por horas, para planificación y control de costes, detección de consumos no permitidos y realizar comparativas entre periodos o instalaciones similares.
Cambio de consigna de temperatura remoto, para normativas ambientales en periodos de verano e invierno, evitando desplazamientos.
Riego de campos de cultivo (Solar Pump)
Descripción: Bombeo de agua para el control de riego en campos de cultivo, utilizando placas fotovoltaicas o red eléctrica, con conmutación automática dependiendo de la irradiación solar.
Beneficios de implantación del IIoT: Reducción de los costes de consumos energéticos (electricidad sin conexión a red o diésel sin utilización de grupo electrógeno), asegurando el suministro de agua, la presión y el tiempo y el horario de riego en todo momento desde cualquier dispositivo móvil.
Recepción de alarmas en tiempo real y registro de consumos energéticos para planificación de costes.
Control y confort en instalaciones públicas (superficies comerciales, centros deportivos, etc.)
Descripción: Control del sistema de ventilación (HVAC), incendios, iluminación, accesos, calidad de redes, protecciones eléctricas , sistemas IT (terminales TPV) y suministros de emergencia (UPS) .
Beneficios de implantación del IIoT: Envío de alarmas y avisos de incidencias en tiempo real, con comprobación del estado de la instalación remotamente (SmartPhone, Tablet, etc.), ahorrando tiempo y costes de desplazamientos innecesarios para el funcionamiento y el confort de los usuarios. Registro y asignación de consumos energéticos por cliente, para control de costes, automática, detección de consumos no permitidos y corte de suministros eléctricos de forma remota.
Las nuevas funcionalidades disponibles como estándar en la plataforma de automatización de PLCs AC500. Entre ellas se encuentran:
SNTP (protocolo para sincronización horaria automática )
SNMP (protocolo simple de administración de red)
SMTP(protocolo para envío de correo electrónico)
MySQL (gestión de base de datos)
FTP (protocolo para envío de archivos excel, csv, etc.) HTTP (servidor web) y HTML5
TCP OPEN SOCKETS y WEB SERVICES (protocolos para obtener o publicar datos de la instalación en una página web)
Programación en Java Script, C/C++, Node-RED, etc…
Además de estas funcionalidades, también están disponibles de serie los siguientes protocolos de comunicaciones industriales:
Modbus RTU, TCP/IP y IEC608-70-5-104
KNX IP y BACNet MS/TP/IP
Ethernet IP y Simatic ETH (para terminales de operador)
Estas funcionalidades permiten conectar las máquinas o instalaciones con las personas y de esta manera un usuario puede controlar y monitorizar su instalación en cualquier momento y desde cualquier lugar mediante SmartPhone, table o PC.
El IIoT da lugar a un cambio de paradigma exitoso que interrelaciona máquinas, instalaciones, servicios y personas, con el objetivo de mejorar la productividad y la sostenibilidad para crear un mundo mejor.
Sistemas industriales en la nube
Esta evolución de servicios y recursos en la nube no ha pasado desapercibida en sistemas industriales que ya han comenzado a adoptar desarrollos sobre este tipo de tecnología con las ventajas que suponen al reducir considerablemente los costes de hardware, software y mantenimiento. Algunos casos de evolución son los siguientes:
Sistemas SCADA (SCADA as a Service), desarrollado entre otros por PetroCloud, posee todas las funcionalidades que puede tener un SCADA tradicional.
Historiadores que recogen datos (Historian as a Service), entre algunos de los desarrolladores de este servicio se encuentra ARC Advisory Group. El uso de historiadores en la nube proporciona un mayor análisis de datos.
Software que puede ser incluido para simular PLCs en la nube (PLC as a Service) evitando costes en soportes físicos para los propios PLCs y en la energía consumida por los mismos.
HMIs que muestran los datos recopilados en la nube para acceder a ellos desde cualquier parte del mundo poseyendo una conexión a Internet (HMI as a Service).
Por otro lado, algunos fabricantes del sector industrial están optando por ofrecer servicios de soporte que recojan datos y sean almacenados en la nube para poder mejorar la calidad de su servicio, los tiempos de respuesta y la disponibilidad. También se ofrecen soluciones con las que integrar la tecnología en la nube con dispositivos industriales gracias a plataformas en la propia nube.
Internet de las cosas (en inglés Internet of things, abreviado IoT) es un concepto que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con Internet. En el caso que queramos interconectar los elementos de una empresa o una Industria es lo que se denomina IIOT (Industrial Internet of Things) o Industria 4.0
Arduino y Raspberry Pi son dos elementos muy populares y abiertos que nos permiten de forma sencilla y económica conectar cualquier cosa a Internet. Con un Arduino y un sencillo módulo ethernet o wifi podemos conectar a Internet sensores para informar, controlar motores o bombillas desde cualquier parte del mundo o mandar un SMS o email cada vez que se abra la puerta de casa. Con una Raspberry Pi disponemos de un ordenador de bolsillo fácilmente conectable a Internet y que puede ejecutar tareas automatizadas, almacenar datos, mostrar información o hacer de pasarela para conectarnos a otras ubicaciones o dispositivos remotos.
Arduino y Raspberry Pi se han convertido en unas figuras destacadas e incluso unos de los impulsores del IoT y no por casualidad, sino que por sus características son HW con gran capacidad para usar en proyectos de IoT.
Características de Arduino y Raspberry Pi para IoT
Barato y rápido prototipado.
HW libre y por lo tanto es modificable para que consuma menos y para hacer un HW final de características industriales.
Disponibilidad de HW de comunicaciones de todo tipo para conectar con Arduino. Nuevas tecnologías de comunicación llegan antes que para elementos comerciales
Librerías y SW públicos para su reutilización o adaptación.
Una visión del IoT aplicado a la industria es lo denominado como Industria 4.0 o Industria conectada o IIoT que deriva del concepto de M2M (machine to machine) que se refiere al intercambio de información o comunicación en formato de datos entre dos máquinas remotas sin necesidad de conexión a Internet sino que puede ser en una red privada y crear una industria inteligente donde todos los elementos están interconectados y comparten los datos.
El coche autónomo, en el que trabajan grupos como Google, BMW, Volvo o Tesla, es toda una proeza de la robótica.La conducción autónoma se basa en las comunicaciones máquina a máquina (M2M), por las que los vehículos pueden intercomunicarse con las señales, los semáforos y los otros automóviles. Todo esto también tiene mucho que ver con las smart cities.
La Internet de los objetos está unificada por un principio común (extracción y análisis de datos digitales del mundo físico), así como por características comunes (combinación de hardware y software), oportunidades (personalización e inteligencia, servicios en tiempo real) y retos (conectividad, seguridad, etc.). Más allá de estas, sin embargo, áreas tan diversas como la domótica, los aviones no tripulados comerciales, la maquinaria industrial o los coches autónomos están sujetos a dinámicas industriales muy diferentes.
En este curso vamos a ver IoT desde un punto general para poder ser aplicable en cualquier sector, pero cuando se va a acometer un proyecto IoT suele ser adecuado hacer un enfoque vertical en función del sector en el que se vaya a aplicar puesto que cada sector tienen unas características concretas.
Conceptos como Industria 4.0, Smart Cities, Agricultura 2.0, Smart Home, Smart factory, etc… al final son etiquetas y en lugar de especializarse en áreas tecnológicas como sensores, comunicaciones, protocolos, sistemas, etc… pensamos como especialistas de sectores porque un mismo concepto como el de IoT se puede aplicar a muchos sectores de de una forma distinta.
La respuesta es: Cualquier cosa que podamos imaginar.
IoT en su amplio concepto es conectar a Internet cualquier cosa, teniendo sentido o sin tenerlo. Por ejemplo, podríamos conectar a internet un sofá con un Arduino y unos pocos sensores, este sofá podría tuitear que nos acabamos de sentar a ver nuestra serie favorita, simplemente detectando el peso de la persona y conectándose a una API de un servidor de streaming como netflix y comprobando que acabo de poner un capítulo de westworld.
Puede parecer una idea sin sentido, pero esta idea para Netflix podría ser muy interesante, monitorizar a la gente que ve su canal, cuántas veces se levanta el espectador o si se queda dormido.
Un ejemplo más serio de IoT es aplicar las nuevas tecnologías a elementos cotidianos que no imaginarías que tuviera sentido conectar a Internet, pero que pensándolo puede ser muy útil. Por ejemplo, pensemos en conectar a Internet un cortacésped. Con un Arduino podríamos conectar diversos sensores de temperatura del motor, temperatura externa, revoluciones del motor, consumo eléctrico (cortacésped eléctricos), gps, logs, etc… que podrían ser mandados a una plataforma del fabricante y le permitiría analizar esos datos para mejorar sus futuros productos o detectar averías de forma precoz. Podría mandar una desconexión remota en caso que en una determinada partida de fabricación se haya detectado un fallo que podría provocar daños al usuario o actualizar on-line el firmware si se detecta un fallo sin necesidad de llevar al servicio técnico.
Otra aplicación de IoT usando Arduino o Raspberry Pi como herramienta, es la de obtener información externa disponible mediante APIs del open data. Un ejemplo es el de un sistema de riego automático que podemos tener en una ciudad. En los inicios de la automatización se usaron programadores conectados a una electroválvula donde indicamos las horas entre las que deseamos regar. El siguiente paso fue poner detectores de lluvia para no regar si estaba lloviendo. Otro paso fue poner sensores de temperatura y humedad ambientales y sensores de humedad de suelo que nos indican cuándo debemos regar y en qué áreas de la ciudad.
El paso más avanzado que ofrece el IoT es poder conectar todo este sistema, ya de por sí muy eficiente, a los opendata meteorológicos disponibles en Internet como el de la aemet http://www.aemet.es/es/datos_abiertos/AEMET_OpenData y que nuestro sistema obtenga datos de prediciones meteorológicas y decida no regar si la predicción de lluvia es mayor del 80% en los próximos dos días o simplemente ajustar el algoritmo de riego en función los valores de los sensores + es de los datos meteorológicos. También puede recibir alertas de tormenta o pedrisco y tomar determinadas acciones o simplemente mandar un email o SMS al propietario del huerto. ¿Podríamos hacer esto con un sistema comercial?
Esto podría extenderse a explotaciones agrícolas usando un servicio como el sistema de información agroclimática de La Rioja:
IoT no es que un coche se pueda conectar a Internet para ver videos de youtube, sino que este coche esté conectado a Internet para que pueda actualizar su firmware automáticamente para dotar de nuevas funcionalidades sin necesidad de ir al concesionario, pueda ser inmovilizado en caso de robo o pueda mandar datos de los parámetros internos del coche para que sean analizados y poder detectar alertas precoces de fallo y actualizar automáticamente ese fallo sin que el usuario tenga que hacer nada o avisar al usuario para que lleve el coche a reparar y parar el coche si el usuario no ha llevado a revisión al cabo de unos kms para evitar males mayores.
Business intelligence (detectar problemas comunes, medir cuellos de botella, etc…) y ayudar en el mantenimiento predictivo.
Integrar con el software corporativo. ERP, CRM, GMAO (Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador), CMMS
Recoger datos y tenerlos en tiempo real por ejemplo datos para sanidad en cámaras frigoríficas.
Automatizar todo el papeleo siendo recogidos los datos y guardados y generados los informes.
Ejemplos de uso:
Estación meteorológica: medidas de temperatura y humedad exterior (tiempo real)
Posible caso de uso 1:controlar la temperatura interior (encender/apagar el aire acondicionado, los radiadores, etc.)
Posible caso de uso 2: jardinería (urbanizaciones, comerciales o incluso smart cities que gestionan grandes jardines comunitarios) el riego fácil gracias a las previsiones.
Sistema de alarma: basado en la detección de personas, la seguridad del edificio puede ser más fácil.
Posible caso de uso 1: despliegue de varias aplicaciones de alarma, sensores de personas o de llama/calor en combinación con aplicaciones para smartphones, para estar siempre conectados a edificios públicos o locales comerciales.
Previsión del tráfico: a partir de medidas de tráfico regulares, se pueden construir ciudades inteligentes.
Posible caso de uso 1: escenarios para comunicarse con la gente que está en la calle -> tráfico potencial en la carretera con sugerencias directas de alternativas -> muy útil para los servicios de entrega de alimentos en las grandes ciudades.
Servicios de entrega (por ejemplo, servicio de pizza): seguimiento de los vehículos de entrega, búsqueda de las rutas más rápidas y posterior análisis de marketing (basado en datos históricos) para centrar las futuras actividades de marketing en las «zonas calientes».
Riego automático de un jardín personal, explotación agrícola o ciudad. Fases:
Riego manual
Riego automatizado por horario y remoto → Temporizador
Riego bajo demanda con sensores de humedad, etc… → PLCs
Riego sostenible aprovechando las lluvia y las previsiones → IoT
Conectar a Internet los sistemas de riego para obtener las previsiones de lluvia y programar en función de los sensores de lluvia y las previsiones de lluvia ¿cómo?:
Para ello hay que leer la documentación de la API, buscar el “comando” que nos interesa, darse de alta en el servicio para obtener la API key (contraseña) y ejecutar en nuestro sistema.
Opcionalmente podrán usarse otras que los alumnos usen o estén interesados como https://thingsboard.io/
Node-RED Público
La instancia de Node-RED en enriquecrespo.com es la que va a centralizar los datos de los Node-RED remotos, haciendo de plataforma IoT.
Si algún alumno necesita una instancia de Node-RED pública, se levantará en el servidor enriquecrespo.com
Broker MQTT Público
Se usará un broker común para comunicar todos los dispositivos en la dirección: mqtt://enriquecrespo.com:1883.
Los alumnos recibirán usuario y contraseña para acceder al broker con permisos de lectura y escritura en el topic educantabria/#
Servicios
Base de datos MySQL en https://qaej225.aprendiendoarduino.com/ donde los alumnos podrán usar para almacenar datos. Recibirán por correo las credenciales de acceso.
Grafana en https://enriquecrespo.com:3000/ para representar gráficamente los datos. Recibirán por correo las credenciales de acceso.
Opcionalmente se podrán usar otras bases de datos como influxDB.
Todo el software y documentación utilizado en el curso es libre con licencia creative commons o similar.
Entraremos en temas prácticos desde hoy e intercalaremos otros temas más teóricos
Tener Node-RED instalado y funcionando desde sesión 3 o 4 para ir conociendo y hacer ejemplos aunque no entendamos al 100%, nos servirá como «pegamento» entre los conceptos que veamos. Dar un poco de ritmo al curso.
IoT: actualizaciones de OTA de nuevas funcionalidades y seguridad
IoT/automatización-digitalización de procesos: No solo la industria, también cualquier sector como p.e. banca, asesoría, tiendas,… ¿Qué medios o herramientas hay?
IIoT aumenta la calidad de los datos obtenidos y permite tomar mejores decisiones basadas en datos.
Ejemplo IoT: monitorizar estructuras de edificios. ¿HW? ¿Comunicaciones? ¿Protocolo? ¿Gestión y almacenamiento de datos? ¿Gestión de dispositivos (alta, baja, avería, alerta, error de comunicación, etc…)? ¿Programación Node-RED? ¿Algo más?
Material alumnos para sesiones presenciales:
Ordenador o portátil por cada alumno
Acceso a su Raspberry Pi o instancia Node-RED, puede ser en local o instalada en casa con acceso por VNC o similar. Puedo proporcionar instancia de Node-RED.
Placas o dispositivos para conectar. Si es posible configuradas, pero sino las configuraremos en el aula.
Otros dispositivos a integrar con Node-RED: Gateway y dispositivos LoRa, PLCs Siemens, gateway KNX y dispositivos KNX, Asterisk, gateway y dispositivos Z-Wave, hub delta dore y dispositivos, etc… (comprobar requisitos del aula e indicar si es necesario alguno adicional)
Material aula para sesiones presenciales:
Proyector con HDMI o VGA
Pizarra y rotuladores de pizarra
Red Wifi protegida con acceso a Internet
Uno o varios switches con al menos 10 bocas, IP por DHCP y acceso a internet
Cables ethernet varios
Un par de cables HDMI y un par de teclados y ratones para conectar a las Raspberry Pi
Node red también me puede servir para integrar otros sistemas domóticos comerciales como KNX, sistemas Zigbeee, Alexa, etc… Sin necesidad de Home Assistant
Aprendiendo Arduino 
