Desarrollo de un Sistema Inalámbrico para la Supervisión y Control de una Estación Agroclimática, Mediante el Empleo de un FieldPoint

Author(s):
José Miguel Molina Martínez - Universidad Politécnica de Cartagena

Industry:

Products:

The Challenge:
Desarrollar un SCADA que permita controlar de forma inalámbrica, la evaporación de un tanque clase A y las principales variables climáticas que intervienen en el proceso de evaporación y, además, controlar el llenado del mismo en función de la altura del agua y la hora prefijada.

The Solution:
Se utilizó un equipo basado FP-1601 de red Ethernet y se comunicó inalámbricamente con un PC donde se instaló un SCADA desarrollado con LabVIEW 8.0. Para comunicar el FP-1601 y el PC de forma inalámbrica, se convirtió la comunicación Ethernet del FieldPoint a Wireless y se creó una red inalámbrica.

Introducción

Las necesidades de riego de los cultivos, se determinan a partir de los datos proporcionados por estaciones agroclimáticas. En ellas se registra automáticamente, con equipos de adquisición de datos (datalogger), las variables climáticas (temperatura del aire, humedad relativa, radiación, velocidad de viento, etc.), así como la evaporación, mediante el empleo de tanques evaporímetros clase A. El uso de este tipo de dispositivos presenta los siguientes problemas: i) los sistemas actualmente utilizados para medir la altura del agua no son lo suficientemente fiables, y la mayoría de estaciones terminan realizando la lectura de forma manual ii) las estaciones agroclimáticas se encuentran habitualmente en campo abierto, en zonas alejadas de núcleos urbanos, lo que obliga a desplazar personal para realizar las operaciones de mantenimiento del tanque (principalmente limpieza y llenado).

 Para reducir las labores de mantenimiento, resulta de gran interés desarrollar un sistema que permita el llenado automático del tanque, manteniéndolo entre los niveles indicados por la World Meteorological Organization, e incorporar un control horario que reduzca la interacción entre diferentes masas térmicas. Este sistema resulta aún más interesante si se puede gestionar de forma autónoma mediante un SCADA desde el centro de control de la estación, informando en cada momento de la situación actual, del histórico y avisando ante la presencia de cualquier anomalía.

 Equipo utilizado

Para realizar la supervisión y control remoto del tanque evaporímetro, se utilizó el Módulo FieldPoint 1601 de red Ethernet de National Instruments, que permite la comunicación vía Ethernet con un PC.

Los sensores utilizados fueron los siguientes:

 

•         Sensor de desplazamiento lineal (LVDT) para medida de la altura de la lámina de agua. Solartron metrology, IS/100/F, con salida analógica de 4-20 mA y rango de medida 100 mm. Su resolución está condicionada por el equipo de medida, que permite registrar variaciones de la lámina de agua de 0,025 mm (12 bit).

•         Sonda RTD Pt100 con vaina de acero inoxidable de 15 cm, para sumergir en agua. Sobre la cabeza de la sonda se acopla el transmisor de temperatura CM-40 con salida 4-20 mA.

•         Sonda Vaisala HMP45AC, constituida por un sensor de temperatura Pt l000, y un sensor capacitivo (sensor HUMICAP 180, polímero de plástico que tiende a absorber humedad). Ambos proporcionan una señal analógica de 0 a 2,5 V.

 

Para la medida de las cuatro señales proporcionadas por los sensores se utilizó el módulo de entradas analógicas FP-AI-100, que dispone de 8 canales y una resolución de 12 bits. Este módulo de entradas permite adquirir señales analógicas de voltaje y corriente. El llenado del tanque se realizó con una electroválvula Parker 2/2 de 24V tipo 321 K, accionada mediante el módulo de réles FieldPoint RLY-422, constituido por 4 relés electromecánicos que soporta una intensidad máxima de 3 A y una tensión máxima de 35 VDC o 250 VAC.

 El FP-1601, junto con la fuente de tensión de 24 VDC que lo alimenta, fue alojado en una caja estanca con IP55, dentro de una caseta cercana al tanque evaporímetro.

 Sistema de comunicación inalámbrica entre el FP-1601 y el PC

Este modelo de FieldPoint, no dispone comercialmente de comunicación inalámbrica, por lo que se debe utilizar un cable de red cruzado, para enlazarlo directamente con el PC, o un cable UTP C5 si se conecta a una red Ethernet. En la Estación Experimental Agroalimentaria (ESEA) de la UPCT, donde se pretendía implementar el sistema de supervisión y control de la estación agroclimática, la distancia entre el FieldPoint (ubicado junto al tanque) y el PC, hacía necesario el empleo de un cable de red de aproximadamente 1 km de longitud. Además, se debían realizar una serie de obras (zanjas, enterrado de tubos, etc), que encarecería bastante la instalación.

 

 La solución aportada por este grupo de investigadores de la UPCTfue comunicar el FP-1601 y el PC de forma inalámbrica. Por este motivo, se convirtió la comunicación Ethernet del FP-1601 a Wireless y se creó una red Wireless.

La conversión de Ethernet a Wireless del FieldPoint, se consiguió utilizando el cliente inalámbrico Ethernet a Wireless 108G Bridge DWL-G810 D-Link.

 

Para crear la red inalámbrica dentro de la ESEA, se utilizó el Router Wireless 108G DI-624 D-Link y una antena omnidireccional 8dBi ANT24-0800, con un alcance de hasta 3 km, situada en un lugar estratégico del tejado desde donde se podía observar la antena del cliente inalámbrico.

El sistema de comunicaciones inalámbrico se muestra en la Figura 1:

El Scada

La interfaz gráfica del programa desarrollado consta de dos fichas o solapas:

a)     En la solapa “Sinóptico” se puede encontrar la representación gráfica de los datos de distintos parámetros (temperatura del agua y aire, humedad relativa y lámina de agua), y del sistema de llenado del tanque evaporímetro, así como la hora y fecha actual (Fig. 2 en ni.com/success)

b)     La solapa “Parámetros climáticos” se encuentra dividida en varios apartados (Fig. 3 en ni.com/success). En la parte superior izquierda, se halla un cuadro de diálogo que permite seleccionar el número de datos que se deben utilizar para hacer la media cada hora, así como, cada cuanto tiempo se deben hacer las medias de esos valores. Situado en la parte inferior, está el cuadro de diálogo que permite configurar el intervalo horario en el cual se realizará el llenado (por defecto 00:15 a 00:45 h), y el nivel mínimo y máximo que se desea que alcance la lámina de agua (por defecto 179 a 204 mm). Ubicado a la derecha, se hallan las gráficas de los parámetros enumerados anteriormente.

Cuando el nivel del agua disminuye por debajo del nivel prefijado y se cumple además la condición del intervalo horario, el módulo de relés FieldPoint RLY-422 activa la electroválvula permitiendo el llenado del tanque. Al llegar el agua al nivel máximo, prefijado en el SCADA, se desactiva la electroválvula.

 

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