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CONTROL PID APLICACIÓN Control de invernadero.

*CAPACYACHI BERROCAL, JOSE. *DE LA CRUZ PORTA, EDWAR. *CHAUPIS PAREDES, JERSILD. *LONCHARICH VILLEGAS, VICTOR.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERÍA DE SISTEMA

CURSO

DOCENTE

TEMA

• TEORIA DE CONTROL • ING. NILO M. FERNANDEZ AQUINO • CONTROL PID - APLICACIÓN.

PRESENTADO POR:

CAPACYACHI BERROCAL JOSE MIGUEL CHAUPIS PAREDES JERSILD. DE LA CRUZ PORTA, EDWAR LONCHARICH VILLEGAS VICTOR SEXTO SEMESTRE

HUANCAYO – PERU

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DEDICATORIA El presente trabajo es dedicado a todos aquellos quienes son actores directos en nuestra

formación

ingenieros de Sistemas.

3

profesional

como

ÍNDICE Resumen……………………………………………………………………………

.

Estructura del PID …………………………………………………………………

.

P: Acción de control proporcional…………………………………………………

.

I: Acción de control integral……………………………………………………….

.

PI: Acción de control proporcional – integral……………………………………..

.

PD: Acción de control proporcional – derivativa………………………….............

.

PID: Acción de control proporcional – integral – derivativa………………………

.

Métodos Clásicos de ajuste de Ziegler and Nichols ………………………………

.

Método de Oscilación………………………………………………………...........

.

Método Basado en la Curva Reacción……………………………………………..

.

Modificación de los esquemas de control PID…………………………………….

.

Asignación de polos………………………………………………………………..

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Resumen……………………………………………………………………………

.

Aplicación de control PID………………………………………………… ………

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Proyecto:………………………………………………….. ………………………

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Bibliografía………………………………………………………………………….

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CONTROLADORES PID Y SUS APLICACIONES

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RESUMEN

El controlador PID (Proporcional, Integral y Derivativo) es un controlador realimentado cuyo propósito es hacer que el error en estado estacionario, entre la señal de referencia y la señal de salida de la planta, sea cero de manera asintótica en el tiempo, lo que se logra mediante el uso de la acción integral. Además el controlador tiene la capacidad de anticipar el futuro a través de la acción derivativa que tiene un efecto predictivo sobre la salida del proceso.

Los controladores PID son suficientes para resolver el problema de control de muchas aplicaciones en la industria, particularmente cuando la dinámica del proceso lo permite (en general procesos que pueden ser descritos por dinámicas de primer y segundo orden), y los requerimientos de desempeño son modestos (generalmente limitados a especificaciones del comportamiento del error en estado estacionario y una rápida respuesta a cambios en la señal de referencia).

Su uso extensivo en la industria es tal que el 95% de los lazos de control que existen en las aplicaciones industriales son del tipo PID, de los cuales la mayoría son controladores PI, lo que muestra la preferencia del usuario en el uso de leyes de control muy simples. En general, el usuario no explota todas las características de estos controladores, quizás por falta de una mejor comprensión desde el punto de vista de la teoría de control.

Los algoritmos actuales se combinan con funciones lógicas y secuenciales y una serie de mecanismos y funciones adicionales para adecuarse a los requerimientos de los modernos sistemas de control y automatización industrial, lo que da lugar a dispositivos especializados para el control de temperatura, velocidad, distribución de energía, transporte, máquinas-herramientas, reacción química, fermentación, entre otros. 6

Los controladores PID son generalmente usados en el nivel de control más bajo, por debajo de algunos dispositivos de mediano nivel como PLCs, supervisores, y sistemas de monitoreo. Sin embargo, su importancia es tal que se convierte en el “pan de cada día” del ingeniero de control.

El desarrollo de los sistemas de control PID está también influenciado por el desarrollo en el campo de la comunicación de datos de campos, lo que ha permitido su inserción como módulos importantes en los esquemas de control distribuido. En este sentido, la capacidad de comunicación de estos dispositivos con otros dispositivos de campo como PLCs y otros sistemas de control de niveles superiores, es una función necesaria en los modernos controladores PID.

El controlador PID puede ser estructurado de diferentes maneras. Las formas comúnmente usadas son las formas serie y paralelas. En este sentido, se discuten las diferencias entre éstas desde el punto de vista de sus parámetros.

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ESTRUCTURA DEL PID

Consideremos un lazo de control de una entrada y una salida (SISO) de un grado de libertad:

Los miembros de la familia de controladores PID, incluyen tres acciones: proporcional (P), integral (I) y derivativa (D). Estos controladores son los denominados P, I, PI, PD y PID.

• P: accio´n de control proporcional, da una salida del controlador que es proporcional al error, es decir: u(t) = KP.e(t),que descripta desde su función´ n transferencia queda:

C p (s) = K p

(1)

donde K p es una ganancia proporcional ajustable. Un controlador proporcional puede controlar cualquier planta estable, pero posee desempen˜ o limitado y error en re´ gimen permanente (off-set).

• I: accio´n de control integral: da una salida del controlador que es proporcional al error acumulado, lo que implica que es un modo de controlar lento.

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La sen˜ al de control u(t) tiene un valor diferente de cero cuando la sen˜ al de error e(t) es cero. Por lo que se concluye que dada una referencia constante, o perturbaciones, el error en re´gimen permanente es cero. • PI: accio´n de control proporcional-integral, se define mediante

Donde Ti se denomina tiempo integral y es quien ajusta la acción integral. La función de transferencia resulta:

Con un control proporcional, es necesario que exista error para tener una acción de control distinta de cero. Con acción integral, un error pequen˜ o positivo siempre nos dará´ una acción de control creciente, y si fuera negativo la señal de control será´ decre-ciente. Este razonamiento sencillo nos muestra que el error en re´gimen permanente sera´ siempre cero. Muchos controladores industriales tienen solo accio´n PI. Se puede demostrar que un control PI es adecuado para todos los procesos donde la dina´ mica es esencialmente de primer orden. Lo que puede demostrarse en forma sencilla, por ejemplo, mediante un ensayo al escalo´n. • PD: accio´n de control proporcional-derivativa, se define mediante:

donde Td es una constante de denominada tiempo derivativo. Esta accio´n tiene cara´cter de previsio´ n, lo que hace ma´s ra´pida la accio´n de control, aunque tiene la desventaja importante que amplifica las sen˜ ales de ruido y puede provocar saturacio´n en el ac- tuador. La accio´n de 9

control derivativa nunca se utiliza por s´ı sola, debido a que so´lo es eficaz durante per´ıodos transitorios. La funcio´ n transferencia de un controlador PD resulta:

CPD (s) = K p + sK p Td

(6)

Cuando una accio´n de control derivativa se agrega a un controlador proporcional, permite obtener un controlador de alta sensibilidad, es decir que responde a la ve- locidad del cambio del error y produce una correccio´ n significativa antes de que la magnitud del error se vuelva demasiado grande. Aunque el control derivativo no afecta en forma directa al error ea estado estacionario, an˜ ade amortiguamiento al sis- tema y, por tanto, permite un valor ma´ s grande que la ganancia K, lo cual provoca una mejora en la precisio´ n en estado estable. • PID: accio´n de control proporcional-integral-derivativa, esta accio´n combinada reune las ventajas de cada una de las tres acciones de control individuales. La ecuacio´n de un controlador con esta accio´n combinada se obtiene mediante:

y su función´ n transferencia resulta:

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3.- Me´todos cla´sicos de ajuste de Ziegler and Nichols

En esta seccio´ n veremos dos me´ todos de ajuste de las ganancias de un controlador PID, el Me´ todo de Oscilacio´n o Me´todo de Respuesta en Frecuencia y el Me´ todo Basado en la Curva Reaccio´n o Me´todo de Respuesta al Escalo´n. El primero se basa en un lazo de control so´lo con ganancia proporcional y de acuerdo a la ganancia utilizada para que el sistema empiece a oscilar y al per´ıodo de esas oscilaciones, podemos establecer las ganancias del controlador PID. El otro me´todo se resume en ensayar al sistema a lazo abierto con un escalo´n unitario, se calculan algunos para´ metros, como la ma´ xima pendiente de la curva y el retardo, y con ellos establecemos las ganancias del controlador PID. Estos me´ todos fueron propuestos por Ziegler y Nichols (Z-N) en 1942, quienes se basaron en la pra´ ctica para desarrollarlos.

3.1.- Me´todo de Oscilacio´n

Este procedimiento es va´lido solo para plantas estables a lazo abierto y se lleva a cabo siguiendo los siguientes pasos:

1. Utilizando so´ lo control proporcional, comenzando con un valor de ganancia pequen˜ o, incrementar la ganancia hasta que el lazo comience a oscilar. Notar que

se requieren

oscilaciones lineales y que e´stas deben ser observadas en la salida del controlador.

2. Registrar la ganancia cr´ıtica del controlador K p = Kc y el per´ıodo de oscilacio´ n de la salida del controlador, Pc . (en el diagrama de Nyquist, corresponde a que Kc G( jω) 11

cruza el punto (−1, 0) cuando K p = Kc ). 3. Ajustar los para´metros del controlador segu´n la Tabla 1:

Dicha tabla fue obtenida por Ziegler y Nichols quienes buscaban una respuesta al es- calo´n de bajo amortiguamiento para plantas que puedan describirse satisfactoriamente por un modelo de la forma:

Ejemplo 1. Considerar el modelo de una planta dado por:

1 G0 (s) =

(s + 1)3

12

(10)

Determinar los para´ metros de un controlador PID utilizando el me´ todo de oscilacio´ n de Z-N. Obtener un gra´ fico de la respuesta a una entrada escalo´n unitario y a una perturbacio´ n de entrada escalo´ n unitario. Primero debemos calcular la ganancia cr´ıtica Kc y la frecuencia cr´ıtica ωc . Dichos valores deben satisfacer

Implementando dicho sistema en SIMULINK, con una entrada escalo´n unitario aplica- da en el instante t = 0 y una perturbacio´ n de entrada escalo´ n unitario en el instante t = 10, obtenemos la Figura 4 Como se puede apreciar en el gra´ fico, el control hallado provoca un sobrevalor signi- ficativo, lo que es inaceptable en algunos casos. Sin embargo el me´todo de Z-N nos ha

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proporcionado un punto de partida para una sinton´ıa ma´s fina. En este caso, si utilizamos el valor Td = 1 el desempen˜ o mejora. Sin embargo, el incremento de accio´ n derivativa puede traer inconvenientes si estuvie´ ramos en presencia de un ruido significativo en el sis- tema, y es recomendable verificar que el aumento de accio´n derivativa no amplifique ruido excesivamente.

3.2.- Me´todo Basado en la Curva Reaccio´ n

Muchas plantas, pueden ser descriptas satisfactoriamente por el modelo:

Una versio´ n cuantitativa lineal de este modelo puede ser obtenida mediante un experi- mento a lazo abierto, utilizando el siguiente procedimiento:

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1. Con la planta a lazo abierto, llevar a la planta a un punto de operacio´n normal. Diga- mos que la salida de la planta se estabiliza en y(t) = y0 para una entrada constante u(t) = u 0 .

2. En el instante inicial t 0 , aplicar un cambio en la entrada escalo´n, desde u0 a u∞ (esto deber´ıa ser en un rango de 10 al 20% de rango completo).

3. Registrar la salida hasta que se estabilice en el nuevo punto de operacio´n. Suponga- mos que la curva que se obtiene es la que se muestra en la Figura 5 . Esta curva se llama curva de reaccio´ n del proceso. Calcular los para´ metros del modelo de la siguiente forma:

El modelo obtenido puede ser utilizado para varios me´todos de ajuste de controladores PID. Uno de estos tambie´ n e´ n fue propuesto por Ziegler y Nichols. El objetivo de disen˜ o es alcanzar un 15

amortiguamiento tal que exista una relacio´n de 4:1 para el primer y segundo pico de la respuesta a una referencia escalo´n. Los para´metros sugeridos por Z-N son los que se muestran en la Tabla 2.

4.- MODIFICACIONES DE LOS ESQUEMAS DE CONTROL PID

En los sistemas de control ba´sicos vistos hasta ahora, si la entrada de referencia es un es- calo´ n, debido a la presencia del te´ rmino derivativo en la accio´ n de control, la variable ma- nipulada u(t) contendra´ una funcio´ n impulso (una delta). En un controlador PID real, en lugar del te´ rmino derivativo TD s emplearemos:

donde τ D , denominada constante de tiempo derivativa, normalmente es elegida tal que 0.1 ≤ τ D ≤ 0.2. Cuanto ma´ s pequen˜ a es τ D , mejor es la aproximacio´ n entre el te´ rmino ”derivativo filtrado” de la Ecuacio´n (15) y el ”derivativo” Td s, es decir son iguales en el l´ımite:

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Con la inclusio´ n de un polo evitamos utilizar acciones de control grandes en respuesta a errores de control de alta frecuencia, tales como errores inducidos por cambios de setpoint (referencia) o mediciones de ruido. El argumento cla´sico por el cual se elige τ D = 0 es, adema´s de asegurar un controlador propio, para atenuar ruido

de alta frecuencia. Casi todos los controladores

industriales PID definen a τ D como una fraccio´n fija de Td , en lugar de tomarlo como un para´ metro independiente de disen˜ o. Analicemos nuevamente el Ejemplo 1, pero tomando ahora como funcio´ n transferencia del controlador PID a:

5.-

ASIGNACIO ´ N DE POLOS

La asignacio´n de polos es un me´todo de disen˜ o de controladores cuando queremos que el desempen˜ o del sistema a lazo cerrado cumpla con determinadas especificaciones de di- sen˜ o. En esta seccio´ n veremos en detalle de que´ se trata y veremos tambie´ n como podemos ajustar un controlador PID utilizando asignacio´n de polos. 17

Consideremos el lazo nominal de la Figura 1 con las siguientes funciones transferencias:

con P(s), L(s), B0 (s) y A 0 (s) polinomios de grados n p , n l , n − 1 y n respectivamente (asumimos que el modelo nominal de la planta es estrictamente propio).Consideremos que el polinomio a lazo cerrado deseado esta´ dado por Alc . La pregunta que surge es: ¿Dado un Alc arbitrario, existira´ una funcio´ n C(s) propia tal que a lazo cerrado resulte que Alc sea el polinomio caracter´ıstico? Para contestar esta pregunta, veamos primero que pasa con un ejemplo para ilustrar mejor la idea:

P ode mos verificar que la matriz anterior es no-singular, por lo que el sistema tendra´ solucio´n u´ nica: l1 = 1, l0 = 0, p1 = 1 y p0 = 1. As´ı el polinomio caracter´ıstico es alcanzado para un controlador dado por la siguiente funcio´ n transferencia: 18

En el ejemplo anterior vimos como la asignacio´ n de polos a lazo cerrado depende de la nosingularidad de una matriz particular. Como la idea es generalizar el resultado anterior, primero necesitaremos algunos resultados matema´ticos.

Teorema 1 (Teorema de Sylvester). Consideremos los polinomios

Se dice que A(s) y B(s) son coprimos, es decir que no tienen factores en comu´n o ra´ıces, si y solo si det(Me ) = 0

Con este resultado podemos ahora generalizar lo visto en el Ejemplo 2, para mostrar que la asignacio´n de polos es generalmente posible, cuando se cumplen algunos requerimientos m´ınimos. 19

Lema 1 (Asignacio´n de Polos SISO). Consideremos un lazo de realimentacio´ n de un grado de libertad con un controlador C(s) y un modelo nominal G0 (s) dado por (20). Suponiendo que A 0 (s) y B0 (s) son coprimos y que sus grados son n y n − 1, respectivamente. Sea Al grados n p = nl = n − 1 tal que:

A 0 (s)L(s) + B0 (s)P(s) = A lc (s)

(27)

Nota 1. El lema anterior establece bajo que´ condiciones existe solucio´ n para el problema de asignacio´ n de polos, asumiendo un controlador bipropio.

Cuando se requiere un controlador

estrictamente propio, el grado de P(s) y L(s) deber´ıa ser n p = n − 1 y nl = n, respectivamente. De esta forma, para poder estar en condiciones de elegir un polinomio a lazo cerrado Alc (s) arbitrario, su grado deber´ıa ser igual a 2n. Nota 2. No esta´n permitidas las cancelaciones del estilo polo-cero inestables. Cualquier cancelacio´ n entre el controlador y la planta aparecera´ como factor en A 0 (s)L(s) y tambie´ n en B0 (s)P(s). Para que la condicio´ n del lema 1 pueda ser satisfecha, el mismo factor debera´ aparecer en Alc (s), pero el polinomio caracter´ıstico a lazo cerrado se debe elegir estable, por lo que ese factor comu´n debera´ ser estable. So´ lo de esta forma, el lazo cerrado nominal es garant´ıa de ser internamente estable, es decir, las cuatro funciones de sensibilidad sera´n estables. En esta seccio´n, veremos una forma ma´s moderna que las anteriores para ajustar un controlador PID, basa´ ndonos en te´ cnicas de asignacio´n de polos. Durante esta seccio´n con- sideraremos un lazo de

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control de un grado de libertad con controladores PI de la siguiente forma

S i asu mi mo s que la planta puede ser (por lo menos, aproximadamente) modelada por un modelo de segundo orden, entonces podemos utilizar asignacio´n de polos para sintoni- zar un controlador PID. Ejemplo 3. Una planta tiene un modelo nominal dado por:

Sintonizar un controlador PID para que a lazo cerrado alcance la dina´mica dominada por: s2 + 4s + 9 Resolvemos primero el problema de asignacio´n de polos, donde

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El factor (s + 4)2 ha sido agregado para asegurar que la asignacio´n de polos tenga solucio´n, es decir que el grado de Alc (s) debe ser 4. Notar que este factor genera modos (polos) que son ma´s ra´pidos que los originados por el polinomio deseado. De esta forma, la dina´ mica dominante sera´ la de los polos mas lentos. Resolviendo la ecuacio´n de asignacio´n de polos, resulta que

Una importante observacio´ n es que la solucio´ n de este problema tiene la estructura de un controlador PID para el modelo dado G0 (s). Para un modelo de mayor orden, el controlador resultante no sera´, en general, un controlador PID.

6.- RESUMEN • Desde una perspectiva moderna, un controlador PID es simplemente un controlador de hasta segundo orden, conteniendo un integrador. • Descubrimientos emp´ıricos demuestran que la estructura del PID por lo general tiene la suficiente flexibilidad como para alcanzar excelentes resultados en muchas aplicaciones. • El te´rmino ba´sico es el te´rmino proporcional, P, que genera una actuacio´n de control correctivo proporcional al error. • El te´ rmino integral, I, genera una correccio´ n proporcional a la integral del error. Esto nos asegura que si aplicamos un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero.

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• El te´ rmino derivativo, D, genera una accio´ n de control proporcional al cambio de rango del error. Esto tiende a tener un efecto estabilizante pero por lo general genera actuaciones de control

grandes.

• Los diferentes me´ todos de sintonizacio´ n de los para´ metros de un controlador PID, van de acuerdo a la estructura que se utilice del mismo. Cabe recordar, que so´lo se menciono´ una estructura, dada en la ecuacio´ n (29), y que los me´ todos que se estudiaron se realizaron de acuerdo a dicha estructura. En caso de tener otra habra´ que analizar el me´ todo equivalente

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Aplicación controlador invernadero

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INTRODUCCIÓN Mediante el siguiente trabajo tratamos de mostrar el enfoque general para diseñar y construir un sistema de control. Un invernadero es una estructura cerrada cubierta por materiales transparentes, dentro

del

cual

se

obtienen

condiciones

artificiales

favorables

para

producir cultivos agrícolas, así dentro de este se consigue un aislamiento tanto térmico como de agentes contaminantes de cultivos. Sin embargo es necesario que estos invernaderos cuenten con dispositivos que permitan controlar y modificar las condiciones del microclima generado. Al finalizar el proyecto se contara con un sistema Tecnificado y automatizado de un invernadero, este contara con sistemas calefacción, ventilación y riego. Que permitirá proteger a los cultivos de factores climáticos como heladas, granizo, sequías, excesos de viento, y demás factores que pudieran perjudicar un cultivo. Con un invernadero así se podrá cultivar plantas todo el año en condiciones óptimas. Permitiendo producir productos agrícolas de excelente calidad, rentables (debido a que se producirá todo el año) y acordes con las exigencias de los mercados.

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MARCO TEÓRICO 1. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1. SISTEMA DE CONTROL El sistema de control es la forma inteligente de interactuar variables

y elementos para un fin específico. Para este diseño se tuvo en

cuenta un sistema que garantice el óptimo funcionamiento de todos los elementos involucrados en el proceso que regula o mantiene estable la temperatura y humedad relativa adecuadas para el óptimo desarrollo del cultivo del invernadero. Para realizar un buen control de temperatura ambiente y humedad relativa en el interior del invernadero, se utilizará un sensor con una gran precisión y una rápida respuesta en la medición, la cual garantiza la exactitud del valor de las variables medidas. El sistema de control que se propone para el correcto funcionamiento del invernadero se compone de dos lazos de control cerrados. Un lazo de control

1.2. LAZO DE CONTROL DE TEMPERATURA El lazo de control de temperatura, se compone de los siguientes bloques y señales: El set point de temperatura que puede ser fijado por medio de un teclado; el controlador es el encargado de analizar el error que es la señal resultante de la resta deseada y la señal de realimentación, posteriormente el controlador toma una acción de control correctiva como se

mencionó anteriormente; dicho

controlador se implementará por medio del microcontrolador, el actuador va a ser implementado con un bombillo y una ventana que en conjunto se encargara de compensar el error entre el set point y la señal sensada, la planta 26

es el invernadero, al cual se le debe garantizar una temperatura estable según lo requerido por el usuario, y el transductor es el sensor de temperatura y humedad SHT15.

1.3. LAZO DE CONTROL DE LA HUMEDAD El lazo de control de la humedad se compone de los siguientes señales: El set point de humedad que puede ser fijado por medio de un teclado; el controlador es el encargado de analizar el error que es la señal resultante de la resta entre la señal deseada de realimentación, posteriormente el controlador toma una acción de control correctiva, dicho controlador va a ser implementado por medio de un micro controlador, el actuador va a ser implementado por medio una bomba que inyectará más agua al invernadero, compensando de esta manera el error entre el set point y la señal censada. La planta es el invernadero, a la cual se le debe garantizar un humedad estable según lo requerido por el usuario, y el transductor será el sensor de temperatura y humedad SHT15.

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2. FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1. Algoritmos ON/OFF En este algoritmo el elemento final de control solo tiene dos posiciones, o estados de operación. Si una señal de error es positiva, el controlador envía al elemento final de control una de sus dos posibles estados. Si por el contrario es negativa, el controlador envía el elemento final de control a la otra posición. Este tipo de controlador es tan rápido como la velocidad de respuesta de la variable que se va a controlar, es fácil de implementar y poco costoso. Una de las desventajas de este tipo de controlador, es que en la mayoría de los casos pueden ocurrir sobre correcciones, esto sucede cuando el proceso no puede responder instantáneamente a los cambios de posición de la válvula. Cuando se están controlando variables lentas por ejemplo, la razón de entrada de energía al proceso es mayor que la razón de pérdida de energía del proceso, por lo tanto una gran cantidad de energía se inyectara al proceso antes de que la variable llegue al punto de consigna establecido. El cierre rápido del elemento final no puede revertir instantáneamente esa tendencia, porque habrá una energía residual acumulada en y alrededor del dispositivo 2.2. Algoritmos PI, PID Este calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una acción correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del control PI o PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la energía suministrada a un calentador.

Para el control de todas las variables, se puede utilizar el control On-Off, 28

sin embargo, la temperatura por ser una variable muy lenta (la lentitud depende del elemento final y del tamaño del invernadero), es más recomendable con control tipo PID. Sin embargo, si se utiliza un control tipo On/Off para la humedad relativa, se debe humidificar con pausas, es decir, humidificar por 40 seg, apagar el humidificador y medir, con el fin de

que

la

variable

no

se

vaya

a

elevar

demasiado.

El riego también se puede automatizar, pero para esto no se requieren de elementos sensores sino de la hora del día, con esto se toma la decisión de activar o no el riego. 2.3. ELEMENTO SENSOR Se encarga de medir la variable que se necesite controlar, por esta razón se debe elegir el elemento sensor correcto y acorde para el rango de la variable a medir. Como lo que se necesita que la señal medida por el sensor pase a un sistema de control electrónico digital, es importante que el sensor envíe una señal eléctrica proporcional a la variable medida. 2.3.1. MICROCONTROLADOR PIC 16F877A Se denomina micro controlador a un dispositivo programable capaz de realizar diferentes actividades que requieran del procesamiento de datos digitales de control y comunicación digital de diferentes dispositivos. Los micro

controladores poseen una memoria interna

que

almacena

dos tipos de datos; las instrucciones, que corresponden al programa que se ejecuta, y los registros, es decir, los datos que el usuario maneja, así como registros especiales para el control de las diferentes funciones del micro controlador. El micro controlador tiene la capacidad de recibir las señales provenientes de los sensores después de haber sido filtradas, amplificadas y digitalizadas. Algunas de estas señales están monitoreadas sólo por el micro controlador y otras como los valores de temperatura y humedad son visualizadas en una pantalla de cristal líquido (LCD).

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2.3.2. SENSOR TEMPERATURA En el invernadero se pueden utilizar semiconductores, Termo resistencias, termistores o termopilas, estos emiten una señal física proporcional a la temperatura del medio donde se encuentran, el costo de estos elementos es medio y se caracterizan por tener amplios rangos de temperatura, sensibilidad a los cambios de temperatura y su exactitud en la medición.

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2.3.3. SENSOR DE LUMINOSIDAD se utilizan Luxometros con salida digital o fotoceldas, estas últimas, cambia su propiedad física (resistencia) proporcional al nivel de iluminación.

2.3.4. SENSOR DE HUMEDAD RELATIVA se pueden utilizar Higrómetros, que envían una señal proporcional al nivel de humedad, estos sensores en su mayoría son compensados con temperatura para dar el porcentaje de humedad equivalente.

Todos estos sensores normalmente necesitan elementos electrónicos para capturar las señales, lo que se llama acondicionar la señal, que consiste en transformar las señales enviadas por los sensores a niveles normalizados de 0 a 5V que son los rangos de voltaje comunes para ingresar a los micro controladores o controladores digitales. 3. DIAGRAMAS DE LOS CIRCUITOS EMPLEADOS Diagrama para el funcionamiento del control de iluminación a base de LDR Nota: los esquemáticos y boards de todos los circuitos fueron hechos en soft electrónico EAGLE 4.03

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Circuito esquemático para adecuar la iluminación Pruebas en protoboard

32

Prueba en protoboart

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Board del circuito.

TEMPERATURA: Para alterar o modificar la temperatura el micro controlador activará o desactivará (mediante relés) un sistema de enfriamiento o de calentamiento, según sea el caso. Para lograr este proceso, el micro controlador recibirá una señal proveniente de un comparador que tendrá un voltaje previamente programado por el micro controlador, y que se compara con el proveniente del sensor de temperatura Diagrama para adecuar los valores del sensor de temperatura al PIC. .

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HUMEDAD: Para modificar la humedad del invernadero el micro controlador recibirá valores de tensión que indican el porcentaje de humedad relativa, en caso de insuficiencia de 35

humedad por el micro controlador manda una señal a una etapa de potencia para la activación de electro válvulas para realizar el riego donde este sea necesario.

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Diagrama esquemático y board para el sensor dehumedad HS1101. PIC 16F877 Se hizo uso de un circuito entrenador para el micro controlador mediante este circuito el PIC recibirá las señales eléctricas provenientes de los sensores y después de procesarlas, decidirá qué acción tomar (activar o desactivar válvulas, ventiladores).

Diagrama esquemático para el micro controlador.

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Diagrama para el circuito impreso del micro controlador.

4. CONCLUSIONES El sistema de control y automatización de invernaderos en nuestra región es un proceso muy poco aplicado debido a que la mayor parte del control se realiza manualmente. Se logra un ahorro de tiempo y costes económicos al agricultor/propietario del invernadero en el proceso de riego y calefacción debido a que este proceso es automático. Es necesario calibrar bien todos los sensores antes de ser leídos por el PIC. Debido a que por medio de estos se logra el control de los sistemas de riego, calefacción y ventilación.

5. BIBLIOGRAFÍA 1. Mazzone, V. (s.f.). Contoladores PID. En V. Mazzone, Contoladores PID (pág. 12).

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