Control de clima en invernadero

En la actualidad, las FPGA (Field Programmable Gate Array o Matrices de Puerta Programables in Situ) son cada vez de empleo mas comun en muchas aplicaciones de control automatico. Entre las razones de su popularidad constan el correr ciclos de control en paralelo y en tiempos de ejecucion pequeños, en los que han tomado gran importancia los procesadores digitales de señales. La desventaja consiste en que en la mayoria de las aplicaciones generan un costo mayor.

Por lo anterior, el compromiso debe establecerse entre la correcta implantacion del sistema de control y el costo del mismo.

¿Que son las FPGA?

Una FPGA es un arreglo de compuertas programables, el cual permite el diseño de estructuras complejas basadas en circuito logico basicos generalmente.

Las FPGA permiten tener millones de compuertas que se pueden programar ya sea una sola vez o varias veces.

Una de las principales caracteristicas es que las FPGA funcionan de forma paralela, por lo que la topologia las hace perfectas para correr diferentes ciclos de control al mismo tiempo.

En la figura 1 se muestra una FPGA de la compañia Xilinx, conocida en el sector por su amplia oferta en desarrollos de estos dispositivos.

Clasificacion de las FPGA

Una clasificacion general de las FPGA se puede hacer de acuerdo a la arquitectura de los bloques de diseño que se presenta a continuacion:

Bloque PLD

Compuerta NAND

Multiplexores y compuertas

Tablas de busqueda

Basado en multiplexores

Estas celdas logicas se conectan por una matriz de cables e interruptores programables, como se muestra en la figura 2.

Programacion de las FPGA

La forma basica de programacion es a traves de un programa llamado Hardware Description Language (HDL), entre los cuales se encuentra el IEEE 1076-1987 standard, conocido como VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language).

De forma alternativa de programacion para una FPGA se puede emplear LabVIEW FPGA, que es un lenguaje de alto nivel, el cual facilita la programacion de estos dispositivos.

Sistemas de control

En la figura 4 vemos una imagen de los bloques funcionales de una FPGA que se pueden emplear en un sistema de control.

En un compaRIO (figura 5), podemos encontrar un chasis FPGA con compuertas de 2M y 8 ranuras, para temporizacion, control y procesamiento de entradas y salidas.

La decision de implementar sistemas de control dentro de FPGAs puede depender de aspectos entre los que destaca el costo de las FPGA ” una de sus ventajas principales sobre otros dispositivos digitales en control de clima en agricultura protegida.

FPGA en agricultura

En este tipo de control de clima computerizado es necesario buscar de forma general los siguientes puntos:

Evitar errores humanos

Incremento de calidad de produccion

Autonomia y robustez del controlador

Reduccion del gasto de energia.

Sistemas inteligentes

Varios puntos de los que se mencionan anteriormente se pueden cubrir empleando sistemas inteligentes, los cuales permiten incluir cierta informacion del sistema de forma lingüistica y experiencia de los operadores.

Por ello, la implementacion en un sistema que permita tener flexibilidad en su implementacion lo convierte en un sistema completo, que puede cumplir con todos los puntos mencionados.

Por otra parte, el empleo de los controladores convencionales dentro del invernadero es muy recurrido, por lo que cobra importancia el tener la posibilidad de correr varios controladores PID (Proporcional, Integral y Derivativo) en paralelo y con frecuencias menores de 100KHz, siendo el empleo de las FPGA una de las mejores posibilidades en estas aplicaciones.

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