automataz_regadios
TRANSCRIPT
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Autores
Antonio Barbancho* ([email protected]) Gemma Sánchez* ([email protected]) Julio Barbancho* ([email protected]) Fco. Javier Talavera**
([email protected]) Nemesio Segurola**
* Departamento de Tecnología Electrónica
**Escuela Universitaria Politécnica
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 1
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaPresentación del problema
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 2
Existencia de multitud de zonas regables en Andalucía con ausencia de automatización o defectos en su funcionamiento.
Este trabajo forma parte de un estudio encargado por la Consejería de Agricultura y Pesca de la Junta de Andalucía para el estudio, evaluación y elaboración de recomendaciones dentro del campo de automatización de regadíos.
El costo de la instalación del cable para las comunicaciones y la alimentación de terminales remotos supone el 30% del presupuesto destinado a la automatización de zonas regables.
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaSoluciones habituales (1)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 3
Tipos de automatización Local. Energía almacenada en un sistema de baterías para
toda la campaña del cultivo. Control muy simple del riego Típicamente sin comunicaciones, necesita programación in situ.
Por cable. Distribución de energía y comunicaciones a través de cables. Normalmente son soluciones propietarias.
Inalámbrica. Alimentación mediante paneles solares (o aerogeneradores) y baterías. El control lo realiza un autómata programable (flexibilidad, escalabilidad, sistema abierto).
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaSoluciones habituales (2)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 4
Cable Radio GSM
Coste de instalaciónAlto.Requiere obra civil Medio Bajo
Coste de materialesAlto.Muchos kilómetros Alto Bajo
Coste de explotación No tiene No tiene
Sí tiene.Dependerá de su uso
MantenimientoMedio.Dificultad en las averías
Medio.Deterioro de las antenas No tiene
Fiabilidad Muy alta Media Muy alta
VersatilidadRequiere planificacióninicial
Fácil de modificar oagregar telecontrolposterior
Fácil de modificar o agregar telecontrol posterior
Consumo Medio-alto Bajo
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaSoluciones habituales (3)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 5
Solución general recomendada: Telecontrol basado en PLC estándar, con módem GSM.
Alimentados por panel solar y almacenamiento en baterías de plomo.
Inconvenientes de la solución “estándar” Vandalismo: los paneles solares deben instalarse a cierta
altura para minimizar los actos vandálicos y de robo (interrupción del servicio, coste de reposición,...).
Generalmente los autómatas no han sido pensados para trabajar en entornos con restricción de energía (>10 W).
Solución alternativa: alimentar la estación remota a partir de la energía del agua. ¿Viable?
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Objetivos
Demostrar que es posible obtener la energía para la automatización del riego del propio flujo de agua.
Para ello y dado que es esperable una reducida cantidad de energía y sólo durante las horas de riego:
¤ Demostrar que es posible reducir el consumo de la estación remota lo suficiente.
¤ Definir un mecanismo de gestión del consumo del sistema de comunicación que permita reducir el consumo medio sin afectar seriamente la operatividad y disponiblidad del sistema.
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 6
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Esquema del sistema
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 7
Centro de control
Estación remotade telecontrol
Usuario
Zona 1
Zona 3
Zona 4Zona 2
Electroválvulas
Individuales
Contadores
Individuales
Electroválvula General
Sensor de Presión
Contador General
Turbina Hidraulica
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Sistema de alimentación
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 8
Regulador
DCDC
Cargador
Batería
Generador
Salida 2.4V
Salida 12V
Bloque de ConversiónBloque de AlmacenamientoBloque de
Generación
Salida 3V
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaSistema de generación (1)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 9
Generador CC
Engranaje Multiplicador
Engranaje Reductor
Junta Estanca
Hélice
Cuerpo de Turbina
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaSistema de generación (2)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 10
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Estación remota (1)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 11
ContadorGeneral
ContadoresSecundarios
ElectroválvulaGeneral
ElectroválvulasSecundarias
MemoriaEEPROM
Modem GSM
Sensor Presión
DetectorPresencia
Microcontrolador
I2C
PuertoSerieRS232
Bu
s E
ntr
ada
Bu
s S
alid
a
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Estación remota (2)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 12
Funciones: Control de la válvula principal del hidrante. Gestión de la
política de gasto: a la demanda o prepago. Gestión precisa del riego mediante el control de las
electroválvulas secundarias. Contabiliación del consumo de cada sección.
Almacenamiento por periodos horarios para tarificación (horas valle, llano o punta), estadísticas, etc.
Control de la presión de línea. Control del sensor de intrusismo. Comunicación con el centro de control.
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Estación remota (3)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 13
Técnicas de minimización de la energía consumida: Empleo de electrónica de muy bajo consumo. Reducción de la tensión de alimentación. Amplio uso de técnicas de apagado selectivo de
componentes (sleep). Empleo de electroválvulas biestables. Gestión de la mayor parte de las funciones off line:
¤ Alarmas como mensajes de texto. El módem se enciende sólo el tiempo necesario.
¤ Los comandos que no necesitan ejecución inmediata se emiten como SMS, permaneciendo en el servidor hasta la conexión.
Gestión de las conexiones on line mediante ventanas temporales.
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Estación remota (4)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 14
Medidas de consumo en el prototipo: Configuración y condiciones de medida:
¤ Duración diaria del riego (generación): 4 horas.¤ Energía generada: 11’67 mWh.¤ Eficiencia del sistema: 70% (8’17 mWh).¤ Acumulador NiCd de 750 mAh 2’4V.
Consumo del sistema completo excluido el módem GSM: 370 Wh.
Disponible para el módem GSM: 7’8 mWh. Autonomía excluido el módem: 6 meses y 21 días. Disponibilidad de comunicaciones diarias (programable)
¤ 2 ventanas de 160 minutos.¤ 4 ventanas de 80 minutos.¤ 24 ventanas de 12 minutos.
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Estación remota (5)
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 15
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Conclusiones
La alimentación de estaciones remotas de telecontrol de hidrantes aprovechando la energía del agua de riego es tecnológicamente viable.
Se ha diseñado y construido un prototipo de laboratorio usando materiales comunes y para una instalación doméstica.
Es de esperar mejores prestaciones (autonomía, disponibilidad) con un diseño específico para caudales propios de instalaciones agrícolas.
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 16
Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina
Líneas de continuación
Construcción de un prototipo de tamaño real para
comprobar y cuantificar las mejoras esperadas.
Estudiar la viabilidad económica frente a soluciones
comunes del mercado.
Estudiar el uso de otros sistemas de comunicación, como
las radios de baja potencia.
Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 17