Sistema IoT para monitorización y control de nivel con comunicación LoRa punto a punto entre PLC Siemens S7-1200

dc.contributor.advisorFreire Martinez, Luigi Orlando
dc.contributor.advisorNavarrete López, Luis Miguel
dc.contributor.advisorInca Yajamín, Gabriel Sebastián
dc.contributor.authorHerrera Astudillo, Nixon Mateo
dc.date.accessioned2026-10-22T23:18:38Z
dc.date.available2026-10-22T23:18:38Z
dc.date.issued2026-09-10
dc.descriptionLa 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.
dc.format.extent103 páginas
dc.identifier.citationHerrera 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.
dc.identifier.issn2673-4001
dc.identifier.issnhttps://doi.org/10.3390/telecom7040103
dc.identifier.otherUTC-CIYA-ELM-2026-003-ART
dc.identifier.urihttps://www.mdpi.com/2673-4001/7/4/103
dc.identifier.urihttps://repositorio.utc.edu.ec/handle/123456789/15964
dc.language.isoes
dc.publisherUniversidad Técnica de Cotopaxi (UTC). Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas. Electromecánica
dc.subjectIoT industrial
dc.subjectLoRa punto a punto
dc.subjectPLC Siemens S7-1200
dc.titleSistema IoT para monitorización y control de nivel con comunicación LoRa punto a punto entre PLC Siemens S7-1200
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