ES2338628A1 - Sistema multifuncion programable para uso en agricultura. - Google Patents
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Abstract
Sistema multifunción programable para uso en agricultura. El sistema permite, respecto al resto de programadores de riego del mercado, que se puede utilizar un mismo hardware para realizar multitud de configuraciones diferentes con tan solo cambiar el software, todo ello con un bajo coste. Para ello, incorpora una interfaz software/hardware consistente en una tarjeta de adquisición de datos DAQ (1) y una placa de adaptación sobre la que se sitúa un convertidor de potencia asociada a las distintas entradas y salidas digitales del sistema, contando con medios de operación manual, paralelos a los medios de operación automáticos constituidos por un software de programación asociado a un ordenador o PC al que se conecta la citada tarjeta de datos, de manera que éste puede integrarse en dicho equipo o constituir un elemento externo y conectado al mismo, indistintamente.
Description
Sistema multifunción programable para uso en
agricultura.
La presente invención se refiere a un sistema
multifunción, especialmente concebido para permitir automatizar y
controlar el riego en agricultura, la fertirrigación, grupos de
bombeo, etc.
El objeto de la invención es proporcionar un
equipo en funciones de sistema programador de riego de bajo coste,
con unas características similares a los programadores comerciales
de coste elevado, llegando incluso a mejorar sus prestaciones.
El sistema permite, respecto al resto de
programadores de riego del mercado, que se puede utilizar un mismo
hardware para realizar multitud de configuraciones diferentes con
tan solo cambiar el software. Además, este software puede ser
desarrollado por otros usuarios que necesiten darle una utilidad
diferente, por ejemplo con carácter docente, obteniéndose así el
comentado carácter multifunción.
El dispositivo permite supervisar y realizar el
control del riego desde Internet o a través de una red interna
utilizando PDAs o SmartPhone.
La invención es igualmente aplicable para el
control del clima en invernaderos así como para el control de
procesos agrarios.
Los programadores de riego son instrumentos que
permiten controlar la apertura o cierre de sectores o válvulas de
riego según el planning establecido por el gestor del riego. Además,
pueden incorporar contadores de agua, medidores de presión, de
humedad, de temperatura y oíros parámetros agroclimáticos y
almacenar los datos recogidos por éstos.
Los programadores de bajo coste suelen
utilizarse principalmente en jardinería. Estos actúan según la
variable tiempo o volumen, existiendo diferentes tipos: programador
a pilas con válvula incorporada, a pilas con salidas a solenoides
"latch", horario con mandos mecánicos, digital por tiempo con o
sin registro de caudal, volumétrico multicable o monocable y
programadores modulares.
En espacios verdes de áreas residenciales
también se utilizan los programadores de bajo coste conocidos como
de "grifo", con pilas y fácil instalación, si bien con
limitadas prestaciones en lo referente a los elementos del riego a
controlar. Como contrapartida en instalaciones más complejas se
emplean programadores conectados a la red eléctrica que tienen un
coste superior, pero permiten almacenar un mayor número de
programas, lo que facilita el control sobre zonas con diferentes
emisores y/o plantas.
En base al diseño del sistema de riego que se
pretenda automatizar se selecciona el programador adecuado, siendo
necesario prever una posible ampliación de la instalación en
relación a los parámetros a controlar. Las características
principales del programador a tener presentes son: número de
sectores; número de programaciones, duración del ciclo de riego,
control del bombeo, detección de averías, control de sondas externas
y tensión de alimentación. En el mercado nos encontramos con una
amplia gama de modelos de programadores que permiten el control
desde un único sector hasta una serie ilimitada de ellos, de igual
modo en el número de programaciones (independientes o secuenciales)
existen multitud de combinaciones.
Cuando se pretende programar el riego de varios
sectores utilizando rutinas o algoritmos de control más sofisticados
(utilizando variables climáticas) debido a que aumenta la
complejidad se requiere la utilización de un ordenador para obtener
un control óptimo. Los ordenadores de riego que se instalan en los
sistemas de riego controlan la distribución y dosificación del
riego. Mediante estas herramientas se pueden monitorizar los riegos,
configurar los parámetros de riego de forma sencilla, acumular y
mostrar histórico de actividades y consumos de la instalación de
riego, realizar gráficas del histórico, almacenar históricos de
actividades y eventos de la agenda de riego, etc.
Además, existen sistemas que permiten la
conexión en red de los ordenadores que componen la explotación, la
creación de una intranet o la conexión con Internet para poder
recopilar datos de las estaciones agrometeorológicas de los
distintos programas de asesoramiento al regante que existen en las
diferentes Comunidades Autónomas.
Sin embargo, todos estos sistemas presentan como
denominador común unos elevados costes, merced a una estructura
compleja, así como una estructuración relativamente rígida, de
manera que no es posible utilizar un mismo hardware para realizar
multitud de configuraciones diferentes con tan solo cambiar el
software.
El sistema multifunción programable para uso en
agricultura que la invención propone resuelve de forma plenamente
satisfactoria la problemática anteriormente expuesta en los
diferentes aspectos comentados, merced a una estructuración
sencilla, destinada a que los agricultores puedan gestionar los
recursos hídricos disponibles a nivel de parcela de forma sencilla o
óptima.
Para ello, el equipo multifunción está
constituido a partir de una placa que incorpora una tarjeta DAQ de
bajo coste, junto con el equipamiento necesario para el
acondicionamiento de señal y el accionamiento de los actuadores
empleados en las instalaciones de riego y fertirriego.
Dicho conjunto está asistido por una fuente de
alimentación y un conjunto de sistemas de protección para el equipo
y para el usuario.
De acuerdo con una de las características de la
invención, se ha previsto que el equipo multifunción puede ser
utilizado para la gestión del riego y la fertirrigación de forma
manual, mediante interruptores colocados en la carcasa exterior y
accionables por el usuario, o de forma automática, a través de un
software de control y adquisición de datos (SCADA) incorporado en un
PC. Las distintas salidas analógicas o digitales estarán asistidas
por testigos luminosos, tales como diodos led, de manera que siempre
que se active una salida, dicha activación se hará visible en el
equipo mediante un diodo LED iluminado.
En cuanto a la materialización del citado PC, se
ha previsto que el mismo pueda tener un carácter extremo, para lo
cual dicho equipo multifunción estará dotado de medios de conexión
al mismo PC, en el que reside un software de control y adquisición
de datos, mediante el cual se le confiere al equipo su
funcionalidad, software fácilmente intercambiable o actualizable,
sin necesidad de tener que modificar el hardware asociado al equipo
multifunción.
Opcionalmente, el citado PC podrá estar
integrado en el dispositivo, es decir embebido en su carcasa,
incorporado como un elemento más de dicho equipo, no requiriendo de
un equipo externo para su funcionamiento.
La comentada tarjeta incorporará entradas y
salidas digitales, contadores de 32 bits, así como entradas
analógicas y salidas analógicas. Dependiendo del número de canales
necesarios se podrán utilizar diferentes tarjetas.
Los canales digitales se utilizan en función de
la misión que le asigne la aplicación SCADA. Dichas funciones puede
ser el control de actuadores tales como las electroválvulas
asociadas a las unidades de riego, la activación de motores, etc,
así como para la entrada o adquisición de señales digitales, como en
el caso de los presostatos de los filtros, etc.
Por su parte, las entradas analógicas se emplean
para la conexión de diferentes sensores agronómicos a través de sus
respectivos interfaces.
Finalmente, las salidas analógicas se utilizan
para el control de actuadores por niveles de tensión.
En lo que respecta a las salidas digitales, dada
la pequeña señal que proporcionan las tarjetas DAQ, se ha previsto
la inclusión a la salida de las mismas de minirelés, para accionar
los correspondientes actuadores asociados a las mismas, y para
proteger los circuitos electrónicos interiores ante un pico de
tensión, se han utilizado diodos de extinción colocados en paralelo
con la bobina del minirelé.
Aun en el caso de que el PC sea interno, el
dispositivo podrá no obstante conectarse a otro PC, a través de los
puertos USB que incorpora la tarjeta correspondiente al PC embebido,
o bien, a través de puertos ethernet con conexión a internet.
También se le ha dotado al equipo de conectividad inalámbrica
wifi.
En lo que se refiere al software de
programación, se ha previsto que el mismo esté desarrollado
preferentemente mediante LabView®, pudiendo intercambiarse, tal y
como se ha comentado anteriormente diferentes aplicaciones de
software, entre las que caben destacar la PBC, la FBC1, la FBC2 y la
FBC3.
En relación a la aplicación SCADA PBC V1.0, ésta
le proporciona al Equipo Multifunción descrito anteriormente, la
posibilidad de controlar el riego de las siguientes formas:
- -
- Riego manual: las electroválvulas se accionan mediante interruptores ubicados debajo de los LED del sinóptico. Se abren y cierran a voluntad según el criterio del regante desde la pantalla del ordenador.
- -
- Riego por tiempo: para cada unidad de riego se puede seleccionar el día y hora de comienzo del riego y su duración.
- -
- Riego por volumen: para cada unidad de riego se puede seleccionar el día y hora de comienzo del riego y el volumen de agua a aportar.
- -
- Riego por humedad del suelo: permite programar el riego utilizando un sensor de humedad. Se fija el nivel mínimo de consigna de la humedad del suelo y cuando se alcanza el valor se activa el riego. La orden de finalización acaba con un control de tiempo o de volumen de agua aplicada.
\newpage
- -
- Riego por radiación: para calcular la energía recibida por unidad de tiempo se integran los datos de radiación recibidos de un sensor de radiación global. Comparándolo con el dato de consigna de radiación introducido por el usuario se establece el riego.
Por último, esta aplicación también permite la
posibilidad de programar el riego en función de la evaporación y el
drenaje.
Pasando ahora a analizar la aplicación SCADA
FBC1 V1.0, este software ofrece adicionalmente el control de la
fertirrigación. De forma más concreta, está preparado para utilizar
un tanque de mezcla del abonado y otro de ácido.
Por su parte, la aplicación SCADA FBC2 VI.0, se
diferencia del anterior en que utiliza dos tanques de abonado y otro
de ácido.
En cuanto a la aplicación SCADA FBC3 V1.0, con
este software se le confiere al equipo multifunción la posibilidad
de utilizar tres tanques de abonado y otro de ácido para llevar a
cabo la fertirrigación.
Así pues, y a partir de la estructuración
anteriormente comentada, el equipo objeto de invención opera de la
siguiente manera.
El usuario debe, con ayuda de la aplicación
software, decidir en primer lugar el modo de operación a seguir
(bien automático, o bien manual).
En caso de operar en modo automático, el usuario
tan solo se debe preocupar de conectar el equipo y seleccionar el
tipo de cultivo con el que se va a trabajar. El sistema de forma
autónoma tomará información de los diferentes sensores conectados al
mismo, y decidirá el momento y duración del riego.
En caso de no operar en modo automático (en el
que el programa se encarga de todo), el usuario debe configurar
todas y cada una de las salidas que éste controla.
Si bien se han descrito algunas aplicaciones
existentes, actualmente se están desarrollando diversos programas
informáticos que permiten dar una mayor utilidad al equipo
multifunción.
Por último, cabe destacar el hecho de que además
de la ventaja de poder conectar múltiples dispositivos (sensores de
dosificación de abono, activación de los motores de agitadores
mecánicos de las cubas de mezcla, activación de soplantes, etc.), el
empleo de este sistema multifunción permite otra serie de
posibilidades. Mientras que en los programadores convencionales,
debido a la memoria limitada que poseen, no es posible introducir
determinados algoritmos basados en modelos matemáticos, con este
sistema sí es posible. El uso de un lenguaje de programación robusto
permite la utilización de modelos matemáticos y es compatible con
otros lenguajes análogos. Otra ventaja adicional es la posibilidad
de conexión con otros PCs, formando una intranet y la conexión con
Internet. Esta última posibilidad permite realizar labores de
manejo, programación y mantenimiento a distancia, siempre que se
tenga un equipo de comunicación adecuado.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de
realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de
dicha descripción, un único juego de dibujos en donde con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado un esquema eléctrico
de los diferentes elementos que participan en un sistema
multifunción programable para uso en agricultura realizado de
acuerdo con el objeto de la presente invención.
A la vista de la figura reseñada puede
observarse como en el equipo multifunción de la invención participa
una placa que incorpora una tarjeta DAQ de bajo coste (1), asistida
por una fuente de alimentación (2), tarjeta DAQ dotada de una serie
de salidas analógicas (3) que trabajarán a 0-5v,
con la particularidad de que dicho equipo incorpora interruptores
(4) colocados en la carcasa exterior y accionables por el usuario
para activación de dichas salidas (3), a las que se conectarán
diferentes equipos o dispositivos, pudiendo dichas salidas
igualmente ser activadas de forma totalmente automática a través de
un software de control y adquisición de datos (SCADA) incorporado en
un PC (5), incluyendo asimismo una serie de entradas analógicas (6),
entradas digitales (7), así como salidas digitales (8).
Las distintas salidas analógicas o digitales
están asistidas por testigos luminosos (9), tales como diodos led,
de manera que siempre que se active una salida, dicha activación se
hará visible en el equipo mediante un diodo LED iluminado. De igual
manera, las salidas digitales estarán igualmente asistidas por
interruptores (4') de accionamiento manual, pudiendo activarse
paralelamente de forma automática a través del citado software.
El comentado PC (5), podrá estar integrado en el
seno de la citada carcasa, o bien presentar un carácter externo,
para lo cual dicho equipo multifunción estará dotado de medios de
conexión al mismo.
Tal y como se ha comentado anteriormente, es en
el seno del citado PC en el que se almacena el software de
programación y control del dispositivo, de manera que el mismo es
fácilmente actualizable tanto si forma parte del dispositivo como si
es extremo al mismo, de manera que en el primer caso dispondrá de
medios de conexión Ethernet (10), o un puerto USB (11) para conexión
con un equipo externo, en caso de pretender modificar el software de
programación interno. También se le ha dotado al equipo de
conectividad inalámbrica wifi, pudiendo ser actualizado, controlado
o simplemente registrar los datos tomados por el mismo a través de
una agenda electrónica (PDA) o un teléfono móvil, o un
ordenador.
Los canales digitales se utilizan en función de
la misión que le asigne la aplicación SCADA. Dichas funciones pueden
ser el control de actuadores tales como las electroválvulas (11)
asociadas a las unidades de riego, la activación de motores (13),
etc, así como para la entrada o adquisición de señales digitales,
como en el caso de los presostatos de los filtros, así como
cualquier otro elemento similar.
Por su parte, las entradas analógicas (6) se
emplean para la conexión de diferentes sensores (14) agronómicos a
través de sus respectivas interfaces de adaptación de señales (15),
alimentadas a través de la correspondiente fuente de alimentación
(2) previo paso por un convertidor de potencia (16) y adaptación al
nivel de tensión (17) necesario.
Complementariamente, a la salida de las salidas
digitales (8) se establecen minirelés (18), para accionar los
correspondientes actuadores asociados a las mismas. Para proteger
los circuitos electrónicos interiores ante un pico de tensión, se
han utilizado diodos de extinción colocados en paralelo con la
bobina de cada minirelé (18).
La red de sensores, tanto los asociados a las
entradas analógicas como a las entradas digitales, podrá ser
indistintamente alámbrica o inalámbrica.
Por último, y en lo que se refiere al comentado
software de programación, este contemplará distintos programas de
riego, tanto manual, por tiempo, por volumen, por humedad del suelo,
radicación, pudiendo controlar igualmente la fertirrigación con
diferentes instalaciones para la misma.
Claims (6)
1. Sistema multifunción programable para uso en
agricultura, que estando especialmente concebido para el control de
sistemas de regadío, se caracteriza porque está constituido a
partir de una placa de circuito impreso, que incorpora una tarjeta
de adquisición de datos de bajo coste (1), asistida por un
convertidor de potencia, tarjeta a la que están asociadas una
pluralidad de entradas y salidas digitales (7-8),
así como una serie de entradas y salidas analógicas
(3-6), estableciéndose a la entrada de dichas
señales analógicas los correspondientes interfaces de adaptación
(15) de las señales provenientes de los sensores (14) agronómicos
asociados a la instalación a controlar, habiéndose previsto que a la
salida de las salidas digitales se establezcan minirelés (18), para
accionar los correspondientes actuadores asociados a electroválvulas
(12), bombas (13) o elementos similares a controlar y asociados a
las mismas, habiéndose previsto asimismo que dichos circuitos
electrónicos estén protegidos eléctricamente mediante diodos de
extinción colocados en paralelo con la bobina de cada minirelé (18),
con la particularidad de que las señales de salida de las salidas
analógicas (3) y digitales (8) puedan ser activadas manualmente a
través de respectivos interruptores manuales (4-4')
o paralelamente de forma controlada a través de la citada tarjeta de
adquisición de datos, la cual está asociada a un ordenador o PC (5),
por medio de un software de control y adquisición de datos (SCADA)
incorporado a dicho PC (5), de manera que dicho software de
programación puede contemplar distintos programas de riego, tanto
manual, por tiempo, por volumen, por humedad del suelo, radicación y
similares, pudiendo controlar igualmente la fertirrigación con
diferentes instalaciones para la misma, siendo dicho software
fácilmente sustituible a través del PC (5).
2. Sistema multifunción programable para uso en
agricultura, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el
PC (5) está integrado en el seno de la carcasa del equipo
multifunción.
3. Sistema multifunción programable para uso en
agricultura, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el
PC (5) es independiente del equipo multifunción, habiéndose previsto
que éste último incorpore medios de conexión entre ambos
dispositivos.
4. Sistema multifunción programable para uso en
agricultura, según reivindicación 1ª caracterizado porque
paralelamente a los interruptores manuales (4-4') se
establecen testigos luminosos (9) tales como diodos led o similares,
activables paralelamente a la activación de una salida.
5. Sistema multifunción programable para uso en
agricultura, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la
red de sensores, tanto los asociados a las entradas analógicas como
a las entradas digitales, presenta indistintamente una
estructuración alámbrica o inalámbrica.
6. Sistema multifunción programable para uso en
agricultura, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el
PC (5) incorpora medios de conexión Ethernet (10), USB (11) y/o
inalámbricos "wifi", con una agenda electrónica (PDA), un
teléfono móvil, o un ordenador externo.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20100510 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2338628 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20110121 |