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Equipo / Electrónica

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El cableado en red multiplex, la comunicación total

16/03/15

La técnica del multiplex consiste en hacer pasar diferentes informaciones a través de un solo soporte de transmisión. Hoy esta tecnología está presente en la mayoría de embarcaciones en la que se necesita interconectar los diversos instrumentos o los motores. ALBERT BREL

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Los avances en electrónica han permitido intercambiar información simultánea entre la instrumentación de a bordo, motores y otros controles de la embarcación.

El sistema de cableado multiplex permite compartir una misma fuente entre varios usuarios, ahorrar y utilizar mejor los soportes de transmisión de existentes. Tenemos, pues, que un bus es un medio compartido de comunicación constituido por un conjunto de líneas que conecta las diferentes unidades de un sistema de dispositivos. Por estas razones se ha generalizado en la automoción, los vehículos especiales, la aeronáutica, la telefonía, el sector audiovisual, la industria y la náutica (NMEA182, NMEA2000…).
Una instalación multiplex adecuada permite un cableado “arborescente” de la distribución eléctrica disponiendo los elementos de conmutación lo más cerca posible de los puntos de consumo. Los interruptores tradicionales se reemplazan por dispositivos electrónicos muy robustos que reciben órdenes de un bus de datos o, mejor, por ondas de radio. Así, los clásicos y voluminosos tableros eléctricos se sustituyen hoy por tableros ultraplanos o simplemente pantallas.

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Monitorizador de baterías.

Los diferentes tipos de bus
Cuando hablamos de este concepto, hay que considerar que existen muchos bus de comunicaciones: los más normalizados, los llamados abiertos y los bus propiamente cerrados.
Hay que distinguir también el bus de comunicación propiamente dicho —por ejemplo NMEA183, NMEA2000, J1939, SeeTalk (Raymarine), VE.Bus (Victron), NavyBus— de su tecnología: RS232, RS485, postador de corriente, radio, CAN (Controller Area Network), Ethernet, wifi, etc. Cuando adquirimos un equipo pensamos con frecuencia en el NMEA (0183 o 2000), pero poco en los motores, como el CAN bus, más exactamente el J1939.

Las tecnologías de los buses de comunicaciones
Hablamos de la tecnología del bus: el hardware. Los más comunes: unión en serie RS232 o RS 485, Ethernet, wifi, Bluetooth y, especialmente, el CAN bus.
El bus CAN (Controler Area Network) es una red de comunicaciones desarrollada por Bosch desde 1983 y normalizada en 1993 para aplicaciones inicialmente en automoción. Se desarrolló enseguida en los vehículos especiales (transporte y agricultura, después en la industria, la aeronáutica y finalmente la náutica. Del CAN bus existen esencialmente dos versiones:
– CAN Hi-Speed norma ISO 11898, llamado también CAN 2.0B.
Uso marino: NMEA2000, J1939, Master Bus, iVE.bus.
Ventajas: rapidez y economía.
Inconvenientes: no seguro, requiere cableado en línea.
– CAN Fault Tolerant LS norma ISO 11519-2.
Uso marino: NavyBus.
Ventajas: seguro, cableado libre.
Inconvenientes: más costoso y de integración en los equipos más complicada.

Los buses marinos normalizados
A día de hoy, el único bus normalizado para marina es el NMEA. Este bus está gestionado desde los Estados Unidos por la National Marine Electronics Association. El NMEA se adapta especialmente bien a los instrumentos de navegación. La referencia ha sido durante mucho tiempo el NMEA 183. Todavía no se podía hablar entonces de multiplex, ya que esta versión utilizaba una conexión RS232 llamada “punto a punto” capaz únicamente de unir dos equipos entre sí. Diez años después el NMEA183 llegó a su límite y, en la actualidad, ha sido reemplazado por el NMEA2000 que usa una tecnología de bus CAN2.0B. Hoy de lo que se habla, sobre todo para los instrumentos de navegación, es de la arquitectura multiplexada.

FOTO NMEA

La mayoría de la electrónica de recreo se comunica mediante el protocolo de NMEA200.

 

SAE J1939: el bus normalizado para los motores
También usa el CAN2.0B y ha sido el inspirador del NMEA2000. Se aplica especialmente en vehículos pesados y vehículos especiales, entre los que se cuentan los barcos y sus motores. El SAE J1939 es el bus que se utiliza actualmente en todos los motores de barcos modernos.

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Cable bus de control del motor.

 

Bus propietario
Se trata de un bus utilizado por un solo fabricante de equipo para permitir que los materiales de una marca puedan “discutir entre ellos”. Por ejemplo, un cargador intercambiará información con el convertidor y su tablero desde la mesa de cartas.

commande moteur

Los comandos electrónicos controlan mediante cables eléctricos sustituyendo a los mecánicos.

Bus abierto
El bus abierto es utilizado por muchos fabricantes de materiales. Está concebido generalmente para convertirse en una norma o una referencia. Es el caso del NavyBus, creado inicialmente por la empresa Navylec, que se utiliza para diferentes fabricantes de equipo como Dessalator, MDP, etc… Tiene la particularidad de funcionar con diferentes tecnologías: la variante segura del CAN, Ethernet, wifi, o la radio de 433, 866 y 915 Mhz. El NavyBus permite la realización de arquitecturas multiplex de las más simples a las más complejas en barcos desde 25 a más de 100 pies.

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Interruptor eléctrico de las luces de la embarcación.

Lo que aporta un multiplex a un barco
El interés de un cableado multiplexado puede resumirse en siete puntos:
– Concepción de la instalación eléctrica simplificada por los gabinetes de estudios o los electricistas.
– Rapidez de instalación en el barco. Por ejemplo las cajas de mando de las luces se colocan en la parte alta del mobiliario. Puede instalarse fácilmente un haz realizado in situ bajo las cuadernas, de manera que ya no hay necesidad de cables que suban y bajen hasta la posición de los interruptores y puntos de luz.
– Puesta en funcionamiento rápida: la simplicidad del cableado permite percatarse rápidamente de cualquier error de montaje y la instalación puede comprobarse fácilmente en todo o parte de su recorrido.
– Posibilidad de añadir en pocos minutos cualquier equipamiento eléctrico (potabilizadora, iluminación, bomba, etc…).
– Uso de pletinas de distribución adaptadas que facilitan considerablemente el montaje del cableado de potencia. Estas pletinas aseguran eficazmente la protección de las líneas, la medida de las corrientes, la unión de pequeñas secciones de hilo a las líneas de corriente fuerte…
– Uso de una tecnología mixta de hilo y radio que permite sustituir totalmente los hilos allí donde sea posible: interruptores, captores, etc…
– Las comunicaciones portátiles tienen un alcance superior a los 300 metros. Por tanto, los interruptores de radio no requiere ninguna tirada de hilo. Pueden instalarse así en cantidad ilimitada y siempre en los lugares más sensatos.

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Tecnología usada por el conjunto de sistemas diferentes a los instrumentos de navegación
El bus de comunicación NavyBus funciona normalmente con dos hilos.
Puede mantener la comunicación incluso si uno de los dos hilos está cortado, cortocircuitado en los polos + y – de la batería, o cortocircuitados entre ellos.
Pone en marcha una inteligencia repartida sin ninguna centralización: si un equipo se averiase o se retirase de la instalación, el resto seguiría funcionando normalmente.
Utiliza especificaciones que le permiten ser compartido con otros fabricantes de equipos y que garantizan la perennidad y la posibilidad de intercambio de por vida.
Consume muy poca energía y puede quedarse sin tensión las 24 horas del día los 365 días del año, incluso en un velero sin grupo electrógeno.
Los interruptores de radio, como los mandos a distancia, tienen una autonomía media de cinco años incluso con uso diario.
Funcionan en modo frecuencia simple o doble en los barcos de crucero de altura o destinados a grandes viajes.

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A partir de este conector un cable (negro) conectado a una pantalla permite gestionar toda la energía a bordo.

 

Mantenimiento
Contrariamente a lo que se cree, la adaptación y el mantenimiento de una red multiplexada son más fáciles de realizar que en una red tradicional puesto que las características del bus son ideales para ello. Para hacerlo bien, hay que tener en cuenta desde el principio de la concepción todos los aspectos y posibles variantes.
Dependiendo del equipo que se instale, algunas averías ocasionales (no visibles) o permanentes pueden mostrarse directamente en un tablero de mando. Con la simplicidad de la conducción eléctrica, la localización de un defecto es muy fácil.

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Los mandos están conectados al motor por un cable eléctrico que controla el inversor y el acelerador.

El futuro de este sistema
La polivalencia de estos sistemas los convierte en referencia en astilleros como Fontaine-Pajot, Sunreef y algunos modelos de Alliaura. Lo utilizan también numerosos astilleros especializados en construcción One-Off en grandes cruceros y también en barcos destinados al trasporte de pasajeros o de regata, así como cumpliendo funciones de seguridad.
El sistema multiplexado NavyBus es hoy un sistema capaz de construir desde arquitecturas simples a enormemente complicadas. Se usa para la iluminación interior y exterior, las luces de navegación, la ventilación, la monitorización desde las pantallas y los automatismos de los sistemas: grupos electrógenos, refrigeración, maquinaria de la cala (ventilación, bombas de transferencia, etc…), el mando de los molinetes y los winches y la gestión de las energías (agua, combustible, electricidad, etc…).
El futuro, como en la automoción, pasa por la generalización de estas tecnologías y la estandarización, como se ha producido con el NMEA.

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Monitorizador de iluminación a bordo de un catamarán.

Lo que hay que plantearse cuando instalamos equipos
En lo referente a la instrumentación, prácticamente todos los equipos están concebidos para compartir datos. El GPS hacia el lector, el piloto puede recibir un plan de ruta del plotter, etc… Desde hace poco, se puede también controlar un equipo desde un iPad e incluso recibir en él la imagen del radar. En la práctica, cuando adquirimos un aparato, encontraremos generalmente una salida NMEA0183 y desde hace poco una salida NMEA2000 para elegir. Es preferible usar esta última ya que ofrece muchas más posibilidades. Si hay que cambiar de motor, es preferible escoger uno que posea un bus CAN 2.0B o bien SAE J1939. Estas interfaces nos permiten disponer de todas las informaciones de control e incluso montar los mandos electrónicos de un segundo puesto de gobierno con cables eléctricos que reemplaza a los tradicionales cables mecánicos.