Controlador de clima en invernadero

La seleccion del controlador de su invernadero requiere el conocimiento de ciertos puntos clave. A continuacion describimos todas las partes que conforman un controlador, su significado e importancia para las personas involucradas en control de invernadero, asi como usuarios de invernaderos autonomos o semiautonomos.

El controlador es un sistema de tres etapas: entradas (encargadas de interactuar con los sensores), sistema de procesamiento (responsable de procesar informacion) y salidas (sistemas que interactuan con los actuadores). En el orden que se presentan, primero se captura la señal que proviene de los sensores. La unidad de procesamiento toma la informacion de las señales de entrada y genera una decision. Por ultimo, envia las señales de salida a los actuadores.Ademas de las tres partes basicas que conforman el controlador, se tiene la interfaz de usuario, que es la forma de trasmitir la informacion de los valores de las variables de referencia, y tambien monitoreo de las mismas. Esta interfaz (HMI) es el medio de comunicacion basico entre usuario y sistema, y puede ser tan compleja como se necesite.

ENTRADAS Y SENSORES

Cada etapa del controlador realiza una funcion especifica, comenzando por las entradas, encargadas de recibir las señales del exterior que provienen de los sensores.

Tipos de entradas

Existen dos tipos de entradas: digitales y analogicas.

Entradas digitales. Pueden ser empleadas en sensores que manden dos estados, registrando un valor superior o inferior a un umbral determinado. Pensemos en el caso de un sensor de velocidad de viento. Si nuestro sensor se activa con un valor superior a 12 m/s, este mandara un 0  al controlador si el valor esta por debajo del umbral, y un 1  si el viento es igual o superior al umbral.

Entradas analogicas. Las señales analogicas pueden leer rangos de la señal a monitorear, y no solo tener los umbrales de las mismas. Los valores de las señales analogicas se encuentran dentro de los rangos necesarios, para el usuario.

Una entrada analogica representa una lectura equivalente al valor actual de la señal fisica a medir. Por ejemplo, la velocidad de viento se convierte a una señal electrica de voltaje o corriente, generando una salida proporcional a la variable medida. Este efecto de transductor (cambio de una variable fisica a una electrica) es necesario, ya que la mayoria de los controladores digitales solo reconocen señales electricas acotadas en ciertos niveles.

Puntos principales de las entradas

Longitud de palabra de la entrada digital es el proceso de codificacion de la señal, teniendo como resultado que la señal de viento se transforma en un voltaje a traves de un convertidor digital. este lo establece en una cadena binaria de ceros y unos, la cual entiende el controlador.

Longitud de la cadena de ceros y unos es la resolucion de la señal monitoreada. De manera simple, si se tienen longitudes de palabra pequeñas, solo se puede capturar parte de la informacion, mientras que el resto se perderia. Por ejemplo, una longitud de palabra pequeña solo puede representar la velocidad del viento como 195.1 m/s, mientras que con longitudes de palabra grandes se puede representar la misma velocidad del viento con mayor resolucion, esto es, 195.14678954 m/s. Esto repercute en la calidad (precision) del control que tengamos sobre las variables de interes, por lo que tenemos que tener una buena seleccion de las variables que se monitorean y saber cuales son los valores de longitud de palabra recomendados para cada una de ellas. Normalmente, longitudes de palabra entre 8 y 32 bits son suficientes para el monitoreo de variables de entrada.

Tiempo de muestreo define cada cuanto se toma una muestra de la señal a monitorear, y aplica tanto para señales analogicas como digitales. Regresando al ejemplo del viento, podriamos fijar tiempos de muestreo muy pequeños (0.5 s), pero no valdria la pena para esta variable en un invernadero. En cambio, si estamos monitoreando el consumo de corriente en una bomba del invernadero, este tiempo puede ser grande. Esto significa que el tiempo de muestreo minimo es fijo en cada controlador de acuerdo al fabricante y se selecciona de acuerdo a la variable analizada.

Una vez explicados los puntos principales de las entradas nos podemos percatar que la variable que esta siendo monitoreada define que tipo de entrada emplear (digital o analogica), asi como la longitud de palabra y tiempo de muestreo.

Sensores y concentrador

Los sensores se emplean para monitorear variables que afectan al control de clima en invernadero, tales como temperatura, humedad y velocidad del viento. Otras variables cuyo monitoreo es importante dentro del control del invernadero son la intensidad de luz solar, intensidad de lluvia, CO2 y pH.

Ademas de los sensores convencionales, algunas tendencias actuales apuntan hacia el empleo de sensores inalambricos. Estos sensores requieren el empleo de baterias para transmitir datos, y tienen distancias maximas de transmision, pero son muy utiles en lugares del invernadero poco accesibles.

Para lograr una mejor posicion de los sensores y para el monitoreo de varios invernaderos se utiliza un sistema concentrador de informacion. Estos sistemas pueden ahorrar el costo de los cables, ademas de transmitir informacion bajo protocolos estandar que pueden ser leidos sin ningun problema y disminucion de ruido en la señal.

A continuacion se muestran algunos tipos de sensores en un invernadero, asi como los que se emplean para cada variable.

Sensor de temperatura y humedad. Requiere de entradas analogicas, y uno de los mas empleados tiene tiempo de respuesta inferior a 4 s. En este caso, el tiempo de muestreo de entradas del controlador debe ser inferior a 4 s si queremos tomar ventaja de esta caracteristica de respuesta.

Sensor de velocidad y direccion de viento. Se emplea para proteccion y cuidado de los invernaderos. El representado en la figura requiere de entradas analogicas y una longitud de palabra estandar.

Existen sensores de viento que envian señales digitales [0/1] de acuerdo al umbral que se tenga prefijado para realizar una accion predeterminada. En estos sensores de viento no se conocen todos los valores de velocidad y direccion de viento; solo mandan una señal [1] cuando se sobrepasa el umbral de viento prefijado.

PROCESAMIENTO DE INFORMACIoN

Esta unidad contiene un microprocesador o microcontrolador, el cual incluye la ley de control a ejecutar. Dentro de este se realizan las operaciones matematicas y logica establecida. Cuando llega, una señal de los sensores de entrada se tiene que determinar la señal de salida correspondiente.

Algunos puntos clave en la seleccion del controlador son: frecuencia del procesador, memoria disponible, elementos de interface de comunicacion y tipo de alimentacion.

SALIDAS Y ACTUADORES

Por ultimo estan las salidas, que se clasifican tambien en analogicas o digitales. El numero de entradas y salidas digitales depende del numero de variables que necesitemos emplear para el control de los actuadores (electrovalvulas, motores para ventilas, etc.)

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