Los invernaderos cada dia necesitan tener mas autonomia, es decir, una menor intervencion de los seres humanos en su funcionamiento, lo cual permita tener cultivos con una mayor calidad y homogeneidad entre cosechas. Se ha demostrado que los sistemas de control aplicados a invernaderos incrementan la productividad y calidad de los cultivos. Es por ello que cada dia, mas compañias dedican su tiempo y esfuerzos a diseñar controladores con diferentes tipos de leyes de control implementadas dentro de un controlador.Leyes de control
Una ley de control es el algoritmo programado dentro de un microcontrolador o cualquier dispositivo, generalmente digital, que permite mantener las variables deseadas dentro de los rangos especificos. Para poder dotar al invernadero de autonomia es necesario implementar una ley de control automatico que permita tomar decisiones bajo las condiciones preestablecidas de operacion. Por esta razon, los sistemas de control son de vital importancia dentro de los esquemas de invernaderos autonomos y semiautonomos. Los autonomos no requieren de la intervencion del ser humano en ninguna tarea, mientras que los semiautonomos (los mas empleados) requieren de ayuda del ser humano en algunas tareas. Teniendo en mente que los sistemas de control se originaron hace mucho tiempo con la finalidad de realizar tareas especificas, se cuenta con desarrollos de varias leyes de control validadas para el empleo de las mismas en los invernaderos.
Lazo abierto y cerrado
De forma general, se pueden clasificar los sistemas de control en lazo abierto y cerrado. Esta clasificacion es de acuerdo a las condiciones de la ley de control implementada.
Lazo cerrado se define como un sistema que requiere de retroalimentacion, normalmente procedente de sensores, mientras que los sistemas de control en lazo abierto no requieren de retroalimentacion.
De una forma sencilla, se puede pensar en los sistemas en lazo cerrado como aquellos sistemas que preguntan todo el tiempo sobre el estado de las variables a controlar, y con esta informacion realizan correcciones. Por otro lado, los sistemas en lazo abierto no requieren de esta informacion y envian señales de control de acuerdo a condiciones preestablecidas.
Un ejemplo sencillo de entender es el control de temperatura dentro de un invernadero. Imaginemos que tenemos un control en lazo abierto implementado. Esto quiere decir que cada determinado tiempo se manda ajustar la temperatura a traves del actuador correspondiente. Por ejemplo, cada 8 horas se pueden abrir ventilas para cambiar las condiciones de temperatura, mientras que con un sistema en lazo cerrado, se estaria comprobando la variable de temperatura, y cada vez que existiera un cambio en la misma, se mandaria ajustar el sistema y de esta forma, el control reaccionaria mas rapido para poder mantener siempre la temperatura bajo una referencia especifica.
Como se puede inferir, el tener la posibilidad de conocer los valores de las variables a controlar es de suma importancia si se quiere mantener las variables de control sobre una referencia especifica y ser mas tolerante a los disturbios.
Ley de control ON-OFF
La ley de control ON-OFF es una de las mas empleadas en diferentes controladores comerciales. Es una ley de control que se emplea en esquemas de control en lazo abierto y cerrado.
Si explicamos primero la implementacion de esta ley en un esquema en lazo cerrado, como el que se muestra en la figura 1, requeririamos tener la informacion de los sensores instalados.
La descripcion general de la ley de control ON-OFF se puede escribir de una forma sencilla empleando las expresiones 1 y 2.
Si el error es mayor o igual que A, entonces activar B.
Si el error es menor o igual que B, entonces apagar C.
Ejemplo de control de temperatura en lazo cerrado.
Imaginemos que se fija una temperatura de 23 ºC y se tiene un sensor de temperatura instalado que manda informacion cada 40 minutos. Se podrian emplear las expresiones 1 y 2 de acuerdo a la variable de temperatura: Si la temperatura es mayor o igual que 26 ºC, abrir ventilas; si la temperatura es menor o igual que 20 ºC, cerrar ventilas.
El limite superior es el valor de la temperatura de referencia mas 3 grados, y el inferior, el valor de la temperatura de referencia menos 3 grados.
En este caso, cada 40 minutos se actualizaria el sistema tomando diferentes acciones.
Ejemplo de control de temperatura en lazo abierto.
Primero se determinaria un tiempo prefijado. Si fijamos cada 40 minutos abrir o cerrar las ventilas, es muy probable que esto afecte el sistema de manera negativa, ya que no tenemos la certeza de que pasa en todas las condiciones durante el tiempo prefijado. Si hay como disturbio una baja de temperatura exterior drastica que afecte de manera directa al invernadero, mandamos una accion de control que aparte nuestro invernadero de su referencia. En otras palabras, el sistema no tolera los disturbios.
Es por esta razon que muchos diseñadores de controles de invernaderos emplean esta ley en lazo abierto en intervalos de tiempo grandes, como por ejemplo, abrir ventilas en el dia y cerrar en la noche. Esto permite tener el sistema dentro de las referencias, asumiendo que la temperatura en la noche siempre sea inferior que durante el dia, lo cual es verdad.
Controladores
La figura 3 muestra un controlador con una ley de control ON-OFF, dentro de una topologia de control de lazo abierto. En esta figura se puede ver que la temperatura del invernadero sale de los limites superior e inferior, teniendo dos cambios, dependiendo si es de dia o de noche.
La figura 4 muestra la respuesta de una ley de control con un sistema en lazo cerrado. Se puede apreciar que la temperatura del invernadero se mantiene dentro de los limites superior e inferior y es mas proxima a la temperatura de referencia deseada. Los cambios se realizan cada vez que el sensor manda una señal que es igual o mayor que los limites superior e inferior fijados.
Criterios de respuesta
Se puede concluir que la ley de control todo o nada se puede emplear en lazo abierto o cerrado, dependiendo de los criterios de respuesta que se busquen, ademas de la relacion costo-beneficio.
Recordando que un sistema en lazo cerrado mantendra la variable a controlar mas cercana a nuestros valores de referencia, sin importar la existencia de disturbios, esta ley se puede emplear para el control de cualquier variable dentro del invernadero.
Se recomienda revisar la pagina de los fabricantes para saber que tipo de ley de control estan empleando para controlar la variable de interes, la cual afecta de manera directa la calidad de la produccion de nuestro cultivo.