Control de clima en invernadero

Control de clima en invernadero

En la actualidad, las FPGA (Field Programmable Gate Array o Matrices de Puerta Programables in Situ) son cada vez de empleo más común en muchas aplicaciones de control automático. Entre las razones de su popularidad constan el correr ciclos de control en paralelo y en tiempos de ejecución pequeños, en los que han tomado gran importancia los procesadores digitales de señales. La desventaja consiste en que en la mayoría de las aplicaciones generan un costo mayor.

Por lo anterior, el compromiso debe establecerse entre la correcta implantación del sistema de control y el costo del mismo.

¿Qué son las FPGA?

Una FPGA es un arreglo de compuertas programables, el cual permite el diseño de estructuras complejas basadas en circuito lógico básicos generalmente.

Las FPGA permiten tener millones de compuertas que se pueden programar ya sea una sola vez o varias veces.

Una de las principales características es que las FPGA funcionan de forma paralela, por lo que la topología las hace perfectas para correr diferentes ciclos de control al mismo tiempo.

En la figura 1 se muestra una FPGA de la compañía Xilinx, conocida en el sector por su amplia oferta en desarrollos de estos dispositivos.

Clasificación de las FPGA

Una clasificación general de las FPGA se puede hacer de acuerdo a la arquitectura de los bloques de diseño que se presenta a continuación:

  • Bloque PLD
  • Compuerta NAND
  • Multiplexores y compuertas
  • Tablas de búsqueda
  • Basado en multiplexores

Estas celdas lógicas se conectan por una matriz de cables e interruptores programables, como se muestra en la figura 2.

Programación de las FPGA

La forma básica de programación es a través de un programa llamado Hardware Description Language (HDL), entre los cuales se encuentra el IEEE 1076-1987 standard, conocido como VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language).

De forma alternativa de programación para una FPGA se puede emplear LabVIEW FPGA, que es un lenguaje de alto nivel, el cual facilita la programación de estos dispositivos.

Sistemas de control

En la figura 4 vemos una imagen de los bloques funcionales de una FPGA que se pueden emplear en un sistema de control.

En un compaRIO (figura 5), podemos encontrar un chasis FPGA con compuertas de 2M y 8 ranuras, para temporización, control y procesamiento de entradas y salidas.

La decisión de implementar sistemas de control dentro de FPGAs puede depender de aspectos entre los que destaca el costo de las FPGA — una de sus ventajas principales sobre otros dispositivos digitales en control de clima en agricultura protegida.

 

FPGA en agricultura

En este tipo de control de clima computerizado es necesario buscar de forma general los siguientes puntos:

  • Evitar errores humanos
  • Incremento de calidad de producción
  • Autonomía y robustez del controlador
  • Reducción del gasto de energía.

Sistemas inteligentes

Varios puntos de los que se mencionan anteriormente se pueden cubrir empleando sistemas inteligentes, los cuales permiten incluir cierta información del sistema de forma lingüística y experiencia de los operadores.

Por ello, la implementación en un sistema que permita tener flexibilidad en su implementación lo convierte en un sistema completo, que puede cumplir con todos los puntos mencionados.

Por otra parte, el empleo de los controladores convencionales dentro del invernadero es muy recurrido, por lo que cobra importancia el tener la posibilidad de correr varios controladores PID (Proporcional, Integral y Derivativo) en paralelo y con frecuencias menores de 100KHz, siendo el empleo de las FPGA una de las mejores posibilidades en estas aplicaciones.

 

 


Fuentes: www.ni.com

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