Desenvolupament i implementació d'un BMS integrat amb eines de l'IoT i control i monitoratge extern

Abstract

Aquest treball s’enfoca en els Sistemes de Gestió d’Edificis (BMS), una àrea de mercat en creixement constant i projecció de futur, que es presenta com una de les principals solucions per l’optimització de l’eficiència energètica en el sector de l’edificació. Aquest enfocament neix a partir de la necessitat de renovar un sistema de control convencional, basat en un PLC i un servidor web HMI, present en un edifici d’oficines. La renovació pretenia substituir el sistema existent per un que incorporés més prestacions que es traduïssin en major automatització, eficiència energètica i confort per l’usuari. En aquest context, es va considerar adequat incorporar un BMS, fet que ha suposat una gran oportunitat d’aprenentatge donat l’interès personal pel tema. L’objectiu principal del treball era dur a terme el desenvolupament i implementació real del BMS en la instal·lació esmentada per complir amb les necessitats identificades. Un altre propòsit era el d’utilitzar eines de l’IoT en el sistema i tecnologies avançades que poguessin suposar un repte d’aprenentatge. També es pretenia realitzar un exercici de recerca inicial, per introduir l’enfocament del treball i treure conclusions de l’evolució i paper dels BMS en passat, actualitat, i futur. Els resultats han estat positius. La implementació final realitzada és un BMS de petita o mitjana escala, amb el Loxone Miniserver com a controlador central, i un conjunt de dispositius interconnectats que formen una xarxa IoT. El sistema gestiona de manera autònoma la climatització, tenint en compte franges horàries i presència de persones, i permet controlar la il·luminació de l’edifici, així com alguns elements addicionals. També registra informació energètica general i de les temperatures i humitats dels diferents espais. La gestió es pot dur a terme local o remotament, a través d’una aplicació accessible des de dispositius mòbils, tauletes o ordinadors. D’aquesta manera, s’ha aconseguit una implementació final accessible, automatitzada, eficient, i escalable. El procés de desenvolupament del projecte ha proporcionat un aprenentatge ampli en diverses àrees. En especial, es destaca la configuració d’un broker MQTT intern en un gateway Bluetooth IoT, que ha requerit investigació personal, més enllà de les possibilitats contemplades en la seva documentació, i de contacte amb el suport de l’equip d’enginyeria de la marca comercialitzadora del dispositiu, amb seu a Califòrnia.

En este proyecto se desarrolla e implementa un sistema de gestión de edificios (BMS) en un edificio de oficinas real, sustituyendo un sistema de control convencional formado por un PLC y HMI, para aumentar la eficiencia y automatización del edificio, así como mejorar la comodidad de los usuarios. Se utilizan herramientas del IoT y tecnologías avanzadas de control y monitorización. El BMS final implementado es una solución escalable y accesible local y remotamente. Aparte de la implementación, se lleva a cabo una contextualización y estudio que ha permitido analizar de la evolución y papel de los BMS en pasado, presente, y futuro.

This project focuses on Building Management Systems (BMS), a continuously growing market with strong prospects, considered one of the main solutions for optimizing energy efficiency in the building sector. The project originates from the need to renew a conventional control system, consisting of a PLC and an HMI web server, from a real office building. The aim of the renewal was to replace the existing system with one that offers additional functionalities, resulting in greater automation, energy efficiency, and user comfort. In this context, the integration of a BMS was considered suitable, offering a valuable learning opportunity due to personal interest in the field. The main objective of the project was to carry out the real development and implementation of BMS in the mentioned facility to meet the identified needs. Another purpose was to use IoT tools in the system and advanced technologies that may involve learning challenges. It was also intended to carry out an initial research exercise to introduce the focus of the work and draw conclusions from the evolution and role of BMS in the past, present, and future. The results have been positive. The final implementation is a small- to medium-scale BMS, using a Loxone Miniserver as the central controller, and a set of interconnected devices forming an IoT network. The system autonomously manages the HVAC system, considering time slots and the presence of people, and allows controlling the lighting system of the building, as well as some additional elements. It also records general energy data and temperature and humidity levels in various spaces. Management can be performed locally or remotely through an application accessible from mobile devices, tablets, or computers. In this way, an accessible, automated, efficient, and scalable final implementation has been achieved. The process has led to extensive learning in several areas. Specifically, it is worth highlighting the configuration of an internal MQTT broker in a Bluetooth IoT gateway, which has required personal research beyond what was covered in its documentation and contact with the engineering support team of the device's manufacturer, based in California.