Sistema IoT para monitorización y control de nivel con comunicación LoRa punto a punto entre PLC Siemens S7-1200
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Date
2026-09-10
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Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC). Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas. Electromecánica
Abstract
Description
La Industria 4.0, el Internet de las Cosas (IoT) y el Internet Industrial de las Cosas (IIoT) se utilizan ampliamente en la automatización industrial. En conjunto, conectan dispositivos de campo, controladores industriales y plataformas digitales para que el personal de planta pueda supervisar procesos, analizar datos y tomar decisiones mejor fundamentadas [ 1 , 2 ]. Por lo tanto, los PLC, los sistemas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) y los servicios de IoT pueden operar dentro de arquitecturas más flexibles e interoperables [ 3 ]. La construcción de estos sistemas requiere más que agregar un dispositivo conectado; el hardware de automatización, los protocolos industriales y los servicios digitales deben funcionar como un todo coordinado [ 3 , 4 ].
La Industria 5.0 amplía esta transformación al hacer mayor hincapié en las personas, la sostenibilidad y la resiliencia. En la arquitectura estudiada aquí, la decisión de control permanece en el PLC, la supervisión remota apoya en lugar de reemplazar el control local, y el proceso puede continuar cuando la conexión IoT externa no está disponible [ 5 ]. Asimismo, una revisión reciente identifica la computación de borde, los gemelos digitales, el IoT y la colaboración hombre-máquina como tecnologías facilitadoras importantes para la Industria 5.0 [ 6 ].
LoRa y LoRaWAN son particularmente útiles cuando los paquetes pequeños deben viajar largas distancias sin una alta demanda de energía [ 7 , 8 ]. LoRa proporciona la capa física de radiofrecuencia, mientras que LoRaWAN agrega la arquitectura de red, incluyendo control de acceso, pasarelas y servidores de red [ 9 , 10 ]. Los estudios de enlace comúnmente informan la intensidad de la señal recibida (RSSI), la relación señal-ruido (SNR) y la tasa de entrega de paquetes (PDR), porque estas métricas describen la cobertura y la confiabilidad desde diferentes perspectivas [ 11 , 12 ]. Las pruebas de radio en este estudio utilizaron LoRa punto a punto sin procesar entre dos módulos Heltec LoRa ESP32. LoRaWAN se discute solo como un modelo conceptual para posibles futuros servicios de control de acceso, seguridad, pasarelas y red; ninguna de esas funciones de LoRaWAN formó parte del experimento de campo. Trabajos anteriores también muestran que la configuración de radio, la escalabilidad, el uso de energía y las herramientas de simulación deben considerarse durante el diseño en lugar de después del despliegue [ 13 ].
El valor del nivel de un tanque no es simplemente información para una pantalla. Determina cuándo arranca la bomba, cuándo se abren o cierran las válvulas y cuándo debe activarse una alarma. Por lo tanto, estudios recientes han conectado cisternas y tanques de agua a plataformas IoT, lo que permite a los operadores verificar los niveles de forma remota y reducir las inspecciones manuales rutinarias [ 14 , 15 ]. La investigación sobre sistemas de gestión de agua LoRa/LoRaWAN también muestra que estas tecnologías pueden transportar datos relacionados con el agua desde ubicaciones dispersas o de difícil acceso [ 14 , 16 ]. Otras implementaciones de LoRa de bajo costo envían variables de agua a pasarelas, servidores locales o plataformas de visualización [ 11 ].
Factory I/O y Adafruit IO tenían funciones distintas en el sistema. Factory I/O reproducía el proceso y permitía verificar la estrategia de automatización antes de cualquier instalación física [ 17 , 18 ]. Adafruit IO organizaba las variables seleccionadas en flujos de datos y paneles web para su visualización remota. Si bien brindaba soporte para la supervisión, el PLC seguía siendo responsable de cada decisión de control [ 19 ].
En este contexto, desarrollamos una arquitectura IoT para el monitoreo y control de nivel en un proceso simulado. El Siemens S7-1200 conserva el programa de control principal. Un Arduino Uno con un Ethernet Shield W5100 establece la comunicación Modbus sobre el Protocolo de Control de Transmisión (Modbus TCP) y la interfaz UART (Transmisor-Receptor Asíncrono Universal) utilizada por los módulos Heltec LoRa ESP32. El estudio separa el bucle de control local de la capa de supervisión inalámbrica y luego examina el enlace cuantitativamente a varias distancias. Su valor práctico radica en conservar el programa PLC y las entradas y salidas existentes, evitando que las fallas de radio interrumpan el control local. El PLC en sí no se presenta como una novedad científica.
Keywords
IoT industrial, LoRa punto a punto, PLC Siemens S7-1200
Citation
Herrera Astudillo, N. M., Freire, L. O., Navarrete, L., & Yajamín, G. I. (2026). IoT System for Level Monitoring and Control with Point-to-Point LoRa Between Siemens S7-1200 PLCs. Telecom, 7(4), 103.