Proyecto Final Electronica Industrial Avanzada

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA -UNAD

Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Electrónica Industrial Avanzada Actividad 15: Evaluación Final

EVALUACIÓN FINAL

KENNY ROGERS GARAVITO CONTRERAS JOHN EISSON SIERRA MEDINA HECTOR FABIO ESCOBAR DAVID STIVEL NOY VERGARA CURSO 299020_5

TUTOR: LUIS MARTINEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ING. ELECTRONICA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL AVANZADA Junio de 2013



CONTENIDO Pág. INTRODUCCION…………………………………………….….….……..…………………..…...3 OBJETIVOS………………….………………………..………………………,…………..…….…..4 IDENTIFICACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………..……...………………...….5 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA SCADA……………………..………………..……7 DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE……………………………..……………………………..….12 DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE……………………………………………………………..…13 ARQUITECTURA DEL SISTEMA SCADA…………………………………………………...….14 INTERFAZ…………………………………………………………………………………………..15 CONCLUSIONES…………………………………………………………………………..……...17 BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………….…….18



INTRODUCCIÓN

En la realización de este trabajo se implementara un sistema de automatización Scada para un cultivo hidropónico el cual permitirá monitorear los diferentes procesos de todo el sistema utilizado en este tipo de cultivo, lo cual permitirá el control de cada una de estas variables y así mismo permite ofrecer un mejor desarrollo del cultivo. Los procesos de automatización nos brindan la oportunidad que los recursos utilizados en el sistema sean aprovechados en forma eficiente, practica y reducir al máximo el margen de error, además que cada uno de los dispositivos electrónicos utilizados en el sistema nos brinda la certeza de que cada variable se encuentre en el rango establecido. Este tipo de cultivos hidropónicos son muy utilizados en nuestro medio y actualmente ocupan un amplio rango de aplicaciones en todo tipo de cultivos de verduras y frutas, lo cual mediante la correcta implementación de un sistema permite emplear adecuadamente recursos como el agua, nutrientes y así mismo contrarrestar las inclemencias del clima y horarios sin importar si es de día o de noche.



OBJETIVOS Desarrollara una propuesta de sistema SCADA que permita automatizar un cultivo de fresas por medio de Hidroponía.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Investigar el método de cultivo de fresas por Hidroponía, teniendo en cuenta factores importantes como nutrientes necesarios, tiempos de maduración y condiciones climáticas adecuadas.

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Implementación de sensores de humedad y temperatura que permitan tener un monitoreo constante del ambiente en el invernadero.

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Diseñar una interfaz HMI que permita controlar y conocer en tiempo real las variables implicadas en el proceso por medio de un ordenador.



IDENTIFICACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Los cultivos hidropónicos se han convertido en una opción viable para cubrir la demanda de alimentos haciendo uso de poco espacio y sin necesidad de extensos terrenos cultivables, pero para que estos cultivos sigan siendo viables deben superar varias desventajas que presentan, la mayor de ellas es el alto costo de producción. Para ayudar a reducir este alto costo de producción, se pretende automatizar el cultivo, lo que hará más eficiente el manejo de las soluciones minerales, la cosecha será mayor y no se necesitará tanta mano de obra, ya que el sistema será totalmente automático. Básicamente se identifican dos grandes aspectos a controlar, uno es el invernadero como tal, del cual habría que controlar la temperatura y humedad; el otro aspecto es el riego del cultivo, el cual está conformado básicamente por dos partes, la mezcla de los nutrientes y el riego de estos nutrientes en el cultivo en la proporción y a las horas indicadas. La implementación de este sistema tendrá como ventajas el control de las condiciones ambientales dentro del invernadero, lo que hará que la cosecha sea mayor y se evitará la perdida de cultivos por heladas o por altas temperaturas. Por otra parte todo el control de la aplicación de nutrientes será automatizado, lo que evita errores humanos y desperdicios de nutrientes, ya que aplicarían las mezclas exactas de cada uno y se requerirá menos mano de obra para esta labor. Otra ventaja importante es el registro de todas las variables a controlar, como temperatura, humedad, mezcla de nutrientes y riegos, lo cual ayudará a optimizar y mejorar el sistema de cultivo en sí, gracias a que toda esta información se puede compilar y estudiar posteriormente. La desventaja que presenta es el costo de su implementación, lo que supone que este sistema resultará económicamente viable en un cultivo grande, con varios invernaderos, en donde se podrán compartir los recursos de hardware y software, como el sistema de mezclado y el sistema de visualización. Sistema de Mezcla:



Los fertilizantes se inyectan a la succión de la bomba mediante un sistema de control de caudal aplicado a cada solución madre Este sistema permite un ajuste de válvulas abiertas o cerradas cuyas desviaciones son inferiores al 5 % del objetivo. La fórmula nutricional que mejor resultado ha dado es la siguiente expresada en ppm: Primer Riego Primer Riego



CARACTERISTICAS DE UN CULTIVO HIDROPONICO DE FRESA.

La Fresa crece de forma natural en los países con climas templados, templados cálidos o subtropical a niveles de altura elevados. El cultivo se realiza en invernaderos de cultivo hidropónico en los países de clima caliente que pueden ser de sustrato o de raíz flotante (se prefiere el sustrato). La planta de fresa es de tipo herbáceo y perenne. El sistema radicular es fasciculado, se compone de raíces y raicillas. Las primeras presentan cambium vascular y suberoso, mientras que las segundas carecen de éste, son de color más claro y tienen un periodo de vida corto, de algunos días o semanas, en tanto que las raíces son perennes. Las raicillas sufren un proceso de renovación fisiológico, aunque influenciado por factores ambientales, patógenos de suelo, etc., que rompen el equilibrio. La profundidad del sistema radicular es muy variable, dependiendo entre otros factores, del tipo de suelo y la presencia de patógenos en el mismo. En condiciones óptimas pueden alcanzar los 2-3 m, aunque lo normal es que no sobrepasen los 40 cm, encontrándose la mayor parte (90%) en los primeros 25 cm. El tallo está constituido por un eje corto de forma cónica llamado “corona”, en el que se observan numerosas escamas foliares. Las hojas aparecen en roseta y se insertan en la corona. Son largamente pecioladas y provistas de dos estípulas rojizas. Su limbo está dividido en tres foliolos pediculados, de bordes aserrados, tienen un gran número de estomas (300-400/mm2), por lo que pueden perder gran cantidad de agua por transpiración. Las inflorescencias se pueden desarrollar a partir de una yema terminal de la corona, o de yemas axilares de las hojas. La ramificación de la inflorescencia puede ser basal o distal. En el primer caso aparecen varias flores de porte similar, mientras que en el segundo hay una flor terminal o primaria y otras secundarias de menor tamaño. La flor tiene 5-6 pétalos, de 20 a 35 estambres y varios cientos de pistilos sobre un receptáculo carnoso. Cada óvulo fecundado da lugar a un fruto de tipo aquenio. El desarrollo de los aquenios, distribuidos por la superficie del receptáculo carnoso, estimula el crecimiento y la coloración de éste, dando lugar al “fruto” del fresón.



DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA SCADA En primera medida este Sistema debe estar conformado por: SAI Un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI), es un dispositivo que gracias a sus baterías, puede proporcionar energía eléctrica tras un apagón a todos los dispositivos que tenga conectados. Otra de las funciones de los UPS es la de mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a las cargas, filtrando subidas y bajadas de tensión y eliminando armónicos de la red en el caso de usar corriente alterna. En nuestro caso, lo usaremos para que esté conectado a la pantalla de control y evitar que esta quede sin alimentación.

Este sistema deberá estar conformado por un controlador programable de bajo costo, que permita la utilización de entradas y salidas análogas, entradas y salidas digitales, ya que las variables a controlar serán las siguientes: Sistema de control de temperatura y humedad: - Monitoreo de Temperatura (una entrada análoga)



Estos dispositivos electrónicos nos permite un monitoreo de la temperatura del sistema del cultivo hidropónico en todo momento. LINEA HMT100 Transmisores de humedad relativa y temperatura para control de ambientes exigentes como invernaderos, cámaras de estabilidad, incubadoras, etc. Sensor capacitivo de humedad HUMICAP resistente al polvo y a sustancias químicas presentes con gran estabilidad a largo término. Posee sensor de temperatura tipo PT1000 con el que calcula el punto de rocío directamente. Puede ordenarse con display digital LCD opcional para leer HR, T ó Td. Con puntas sensoras intercambiables sin necesidad de reajustes. Entregado con filtros (membrana ó sinterizado) para protección de sensores. Entregados con Certificado de Calibración trazables de VAISALA OYJ. �� : ��100� ��100� (100�, �, �) �� : �� (15 � 25 ��): (�� ) �� : ��: ��: ��100� ��100� ��100� ��100�

0...100% �� 40�+60�� 0...100% �� 40�+80�� 40...+ 80�� 40...+ 60 �� +/�1.7% �.�. �� 0�90 % �.�. +/�2.5% �.�. �� 90�100 % �.�. +/� 0,2 �� (� 20��) �� : 4...20 ��, 2 �� : 0�1�,0�5�, 0�10� �� 10...35�� 20�35�� (24�� / ��) �� 65 �� 119 � 119 � 34 ��. �� 60��. �� (�� 3 �). �� (�� 5 �). �� (�� 10 �).



- Monitoreo de Humedad - Higrostato (una entrada análoga)

Es un dispositivo electrónico el cual nos permite medir la húmeda relativa del ambiente del sistema de cultivo hidropónico.

- Control de temperatura (ocho salidas digitales)

Dispositivo electrónico que permite controlar la temperatura según lo programado programado. - Control de temperatura y humedad mediante la apertura y cierre de ventanas mediante dampers (dos salidas digitales)



Sistema de control de mezcla de nutrientes y riego: - Control de mezcla con válvulas de control on/off (trece salidas digitales)

Este sistema permitirá controlar la mezcla de nutrientes que requiera el cultivo de fresas para garantizar un buen producto. - Control de caudal (una salida digital)

Este dispositivo electrónico nos permite controlar el caudal que requerimos para el sistema. - Monitoreo caudal (una entrada análoga)



Se monitorea el caudal de todo el sistema hidráulico del circuito. El sistema deberá contar además con una interfaz grafica que permita monitorear y controlar de manera manual todas las variables mencionadas, con el fin de que se puedan hacer pequeñas correcciones, mejoras o cambios en las mezclas, riegos y condiciones ambientales del invernadero. Este sistema deberá también contar con alarmas por valores fuera de los setpoints seleccionados para temperatura y humedad y niveles de alto y bajo del tanque de riego.



DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE Se eligió el controlador Twido TWDLCAA24DRF del proveedor Schneider debido a que el proceso de Hidroponía en el cultivo de fresas no es muy complejo y no se requieren controlar demasiadas entradas y salidas por lo que este PLC es adecuado para desarrollar la propuesta de Automatización. Trabajaremos con un modelo compacto que cuenta con 24 entradas y salidas pero que además nos ofrece la posibilidad de colocar hasta 4 módulos de ampliación en caso de que se requiera ampliar la arquitectura del sistema. Este controlador también dispone de otros módulos opcionales como, visualizador numérico, cartucho de ampliación de memoria, cartucho de reloj, calendario y puerto de comunicación RS 485 o RS 232C suplementario que permite ajustarse a las necesidades de la aplicación.

Figura 1. Controlador Twido Los controladores Twido disponen de un puerto serie, o de un segundo puerto opcional, que se utiliza para servicios en tiempo real o de administración de sistemas. Los servicios en tiempo real proporcionan funciones de distribución de datos para intercambiar datos con dispositivos de E/S, así como funciones de administración para comunicarse con dispositivos externos. Los servicios de administración de sistemas controlan y configuran el controlador por medio de TwidoSoft. Cada puerto serie se utiliza para cualquiera de estos servicios, pero sólo el puerto serie 1 es válido para comunicarse con TwidoSoft.



DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE

El sistema SCADA implementado trabajara sobre LABVIEW un programa desarrollado por National Instruments por la facilidad que este presenta en el desarrollo de aplicaciones, utilizando el modulo DSC permite la supervisión de las variables de control del nivel en los tanques de almacenamiento de agua y nutrientes para el cultivo de fresas, temperatura y humedad controladas por el PLC. El sistema Scada considera dos niveles de seguridad para el cambio en los parámetros en el control del proceso como: el tiempo de integración, la ganancia proporcional y el setpoint del modulo PID del PLC. Cada uno de estos niveles de seguridad tiene su respectivo nombre de usuario y password para restringir la modificación de cualquier parámetro del sistema de control del Scada. La comunicación del sistema SCADA con el PLC se logra por medio de la configuración de un servidor OPC, herramienta que se encuentra en el modulo DSC. El servidor OPC permite trabajar con cualquier PLC que tenga su driver OPC, también se puede crear la aplicación cliente en labview para que acceda o se conecte a cualquier otro servidor OPC. Una vez creada la aplicación cliente en labview queda lista la transferencia de datos entre el sistema scada y el proceso a través del PLC. El SCADA desarrollado presentara una pantallas de visualización, que permitirá visualizar el mímico de la planta o proceso con los diferentes elementos que lo conforman como tanques de almacenamiento, válvulas, la bomba y los indicadores respectivos que muestran los valores del sensor de nivel, el estado de la bomba, tres indicadores de nivel bajo, medio y alto, indicadores de temperatura y humedad, además de un botón de control que nos permite el cambio de manual a automático del controlador y viceversa.



ARQUITECTURA DEL SISTEMA SCADA

NOTAS: 1. Las líneas continuas representan el cableado en duro desde el equipo de campo hasta el PLC. 2. La línea con círculos representa la comunicación RS232 entre el PLC y el computador donde se tendrá la visualización y control del sistema mediante una aplicación creada en LabView. 3. En paréntesis se especifica el número de equipos requeridos en campo.



INTERFAZ Esta interfaz fue diseñada para que fuera lo más intuitiva posible, que se pudiera visualizar de primera mano toda la información del estatus de todo los componentes del sistema Scada, desde el control del invernadero hasta el control del sistema de mezcla. Este sistema puede operar de dos maneras, de manera automática, con la cual el PLC tiene todas las variables de medición y de control, con el cual puede operar el sistema sin necesidad de intervención humana. La segunda manera es manual, la cual sería usada en el caso en el que se requiera hacer pequeños ajustes y cambiar el estado de cualquiera de los elementos de control.



El sistema está dividido en dos partes, una contiene todos los elementos de control y medición para el sistema de mezclado y riego, el cual está compuesto mayormente por las válvulas de control, medidor de nivel, medidor de caudal. En la segunda parte del Scada se cuenta con el control del ambiente del invernadero, que está compuesto por los elementos de medición como termómetro e higrostato, para la parte de control se tienen los calentadores y los danpers.



CONCLUSIONES

- La implementación de la automatización industrial en los procesos de producción de alimentos se convierten en una solución a la creciente demanda de alimentos, ya que estos disminuyen el tiempo para la cosecha, la producción aumenta y se requiere menos personal. - El desarrollo de este trabajo colaborativo nos presentó un desafío el cual pudimos resolver de manera conjunta aplicando todos los conceptos vistos en el desarrollo del curso. - Para realizar la automatización de un proceso como el cultivo de fresa que trabajamos, hay que implementar un sistema que cumpla con todos los requerimientos y que a la vez sea económicamente viable, para que la relación costo beneficio sea atractivo para el cliente final. - En esta actividad se pudo analizar profundamente el funcionamiento de un cultivo hidropónico. La implementación de la automatización de este sistema permite tener un mejor desarrollo y control del mismo.



BIBLIOGRAFIA

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Desarrollo de la HMI. Recuperado el 06 de Junio de:



http://dspace.epn.edu.ec/bitstream/15000/9049/3/T11420%20CAP3.pdf



National Instruments. Modulo LABVIEW. Recuperado 06 de Junio de:



http://www.ni.com/labview/labviewdsc/esa/



http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/monitor-temperatura-79051.html



http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/transmisor-mural-de-humedad-relativay-de-temperatura-14850-2267331.jpg



http://www.google.com.co/search?q=cultivos+hidroponicos+MEZCLA+DE+NUTRIENT ES&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=YJe0UeeeEMPq0wHp44CQCA&ved=0CAcQ_ AUoAQ&

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http://www.itamarket.cl/wp-content/uploads/2010/02/image52.png

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http://www.elmejorguia.com/hidroponia/La-hidroponia-popular.htm

Proyecto Final Electronica Industrial Avanzada

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