La demanda de recursos hídricos es cada vez mayor a escala local y mundial. A las competencias entre los tradicionales usos agrícolas y los crecientes usos urbanos e industriales se suma el deterioro creciente del medio ambiente. Una gestión adecuada de los recursos hídricos puede ayudar a paliar esta situación y es necesaria para un desarrollo sostenible.
Una de las medidas para conseguir una gestión adecuada de los recursos hídricos en la agricultura es la automatización y el telecontrol de los sistemas de riego. Se trata de registrar y repartir de un modo adecuado las cantidades de agua y fertilizantes que se manejan en riego utilizando diversas herramientas tecnológicas proporcionadas por la electrónica digital. La automatización y el telecontrol facilitan la gestión en el uso del agua de riego y la facturación por el volumen de agua consumido.
En las redes de agua a presión de zonas regables, la automatización y el telecontrol representan un porcentaje elevado de las inversiones que se realizan. Por otra parte, existe una amplia oferta en el mercado que propone sistemas de telecontrol muy diferentes.
En definitiva, la automatización y el telecontrol de los sistemas de riego contribuyen de manera decisiva a la sostenibilidad de los recursos hídricos en un entorno donde las carencias y baja calidad del agua son cada día más crecientes.
Este libro ofrece una visión genérica de las posibles aplicaciones de los sistemas de automatización y control en la gestión y manejo de regadíos e instalaciones de riego. A su vez se proporcionan los conocimientos básicos necesarios para que el lector pueda diseñar sistemas de adquisición de datos, supervisión y control (SCADA) y hacer uso del telecontrol para automatizar las instalaciones de riego. Tomando como origen los fundamentos teóricos, esta obra da un enfoque práctico de los temas tratados. Al mismo tiempo se presenta al lector una bibliografía actualizada para poder ampliar conocimientos.
Esta edición viene avalada por un equipo de profesores de diferentes universidades españolas (Universidad Miguel Hernández de Elche, Universidad Politécnica de Cartagena, Universidad de Santiago de Compostela y Universidad de Castilla-La Mancha) con líneas de investigación relacionadas con la temática del libro.
Esta obra, con un enfoque multidisciplinar, va dirigida a los técnicos que trabajan en los diferentes campos del conocimiento que se presentan en cada capítulo. Los técnicos relacionados con el manejo y mantenimiento de las instalaciones de riego a presión, a quienes se hace referencia en los capítulos del 1 al 8. En segundo lugar, los técnicos en sistemas de automatización y control, reflejado en los capítulos del 9 al 19. Por último, se desarrollan entre los capítulos 20 al 22 los aspectos relacionados con las telecomunicaciones empleadas en estos sistemas.
Por su contenido, esta obra es una buena herramienta de consulta para diferentes grados de estudios: formación profesional, diplomatura, licenciatura y tercer ciclo.
I. MODERNIZACIÓN DE REGADÍOS Y SU AUTOMATIZACIÓN
1. La planificación de regadíos en España
1.1 Introducción
1.2 Importancia del regadío en España
1.3 Necesidad del Plan Nacional de Regadíos Horizonte 2008
1.4 Situación de los regadíos a fi nales del siglo XX
1.5 El Plan Nacional de Regadíos Horizonte 2008
1.5.1 Objeti vos del PNR
1.5.2 Programas de actuación
1.5.3 Estado de ejecución del PNR
1.6 El Plan de Choque de Modernización de Regadíos
1.6.1 Justi fi cación del Plan de Choque de Modernización de Regadíos
1.6.2 Objeti vos
1.6.3 Estado de ejecución del PCMR
1.7 El futuro Plan de Regadíos Sostenible 2008-2013 (PRS)
1.8 Bibliografí a
2. Sistemas de automatización y control en la modernización de regadíos
2.1 Introducción
2.2 Tipos de regadíos y necesidades de modernización
2.2.1 Regadíos históricos o tradicionales
2.2.2 Regadíos de iniciati va y fi nanciación estatal
2.2.3 Regadíos de iniciati va privada
2.3 Escalas y niveles de automati zación del riego
2.4 Interés de la automati zación y telecontrol de redes de riego
2.5 Los sistemas de telecontrol de redes de riego
2.5.1 Arquitectura del sistema de telecontrol
2.5.2 Característi cas a exigir en un sistema de telecontrol
2.5.3 Elementos de la instalación
2.5.4 Sistemas de control
2.5.5 Benefi cios para las Comunidades de Regantes
2.6 El coste energéti co de la modernización de regadíos
2.7 Bibliografí a
3. Comunidades de Regantes. Funciones y modelo de gestión
3.1 Introducción
3.2 Antecedentes históricos y base legal de las CCRRs
3.3 Importancia y régimen de funcionamiento de las CCRRs
3.4 Derechos y obligaciones de los comuneros
3.4.1 Derechos
3.4.2 Obligaciones
3.5 Gesti ón de CCRRs
3.5.1 Gesti ón directa
3.5.2 Gesti ón indirecta
3.5.3 Principios de gesti ón
3.6 Unidades del sistema de gesti ón y su automati zación
3.6.1 Censo
3.6.2 Gesti ón administrati va: esquema general
3.6.3 Unidades vinculadas al sistema de gesti ón
3.7 Bibliografí a
4. Redes de distribución y sistemas de almacenamiento
4.1 Introducción
4.2 Almacenamiento y regulación. Embalses
4.3 Transporte y distribución
4.3.1 Control y toma de datos en puntos de derivación
4.3.2 Control de caudal tuberías principales
4.3.3 Control en estaciones de bombeo
4.4 Tratamiento y fi ltrado
4.5 Drenaje
4.6 SCADA
4.6.1 Centro de control
4.6.2 Estaciones concentradoras
4.6.3 Estaciones Remotas (RTU)
4.6.4 Medios de comunicación
4.7 Bibliografí a
5. Automatización de instalaciones en parcela. Sistemas de bombeo
5.1 Introducción
5.2 Característi cas de los autómatas programables
5.3 Característi cas de los variadores de frecuencia
5.4 Automati zación de bombeos en pozos
5.5 Automati zación de elevaciones a altura constante
5.6 Automati zación de inyecciones directas a red
5.7 Bibliografí a
6. Automatización de instalaciones en parcela. Sistemas de riego localizado
6.1 Introducción
6.2 Sistemas de riego localizado
6.2.1 Emisores de riego por goteo
6.2.2 Emisores de riego por microaspersión
6.3 Cabezal de riego
6.3.1 Elementos de fi ltrado
6.3.2 Hidrociclones
6.3.3 Filtros de arena
6.3.4 Filtros de malla
6.3.5 Filtros de anillas
6.4 Ferti rrigación
6.4.1 Bombas dosifi cadoras
6.4.2 Inyector Venturi
6.5 Bibliografí a
7. Automatización de instalaciones en parcela. Sistemas de riego por aspersión
7.1 Introducción
7.2 Sistemas de riego por aspersión. Aspersores. Aplicación del agua
7.3 Automati zación de los sistemas de riego por aspersión
7.3.1 Sistemas estacionarios. Cobertura total
7.3.2 Sistemas de desplazamiento conti nuo
7.3.3 Automati zación del pívot
7.4 Bibliografí a
8. Automatización y programación de riego de espacios verdes
8.1 Métodos y sistemas de riego en áreas verdes
8.1.1 Situación actual
8.1.2 Defi nición de los disti ntos sistemas de riego
8.1.3 Criterios de programación y diseño
8.2 Cabezal de riego
8.2.1 Característi cas generales
8.2.2 Automati zación y programación
8.3 Sectorización
8.4 Reuti lización de aguas en el riego de áreas verdes
8.4.1 Introducción
8.4.2 Medidas de corrección de las condiciones del agua
8.4.3 Almacenamiento
8.4.4 Tratamiento
8.4.5 Integración del agua tratada en el sistema de riego
8.5 Bibliografí a
II. FUNDAMENTOS DE AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL
9. Transductores y acondicionadores de señal para el clima
9.1 Introducción
9.2 Defi niciones
9.3 Clasifi cación de transductores
9.4 Característi cas de los transductores
9.4.1 Característi cas de funcionamiento. Linealidad de las señales de salida
9.4.2 Indicaciones para seleccionar y emplear los transductores
9.4.3 Errores
9.5 Transductores uti lizados para esti mar la evapotranspiración del culti vo
9.5.1 Temperatura
9.5.2 Humedad relati va
9.5.3 Velocidad y dirección del viento
9.5.4 Radiación
9.5.5 Medida de la precipitación
9.5.6 Presencia de agua libre en hojas
9.5.7 Evaporímetros
9.6 Bibliografí a
10. Transductores y acondicionadores de señal para el riego
10.1 Introducción
10.2 Transductores empleados para el manejo del riego en función del estado hídrico del suelo
10.2.1 Sensores de humedad del suelo
10.2.2. Sensores para la determinación de sales
10.2.3 Sensores de temperatura del suelo
10.3 Transductores empleados para el manejo del riego en función del estado hídrico de la planta
10.3.1 Dendrómetros
10.3.2 Medida del fl ujo de savia
10.3.3 Medida de la temperatura de la hoja
10.3.4 Fitomonitoreo
10.4 Bibliografí a
11. Transductores y actuadores empleados en sistemas de riego
11.1 Introducción
11.2 Transductores empleados en las redes de riego
11.2.1 Medidores de presión
11.2.2 Contadores
11.2.3 Sondas de nivel y control de pozos
11.3 Válvulas hidráulicas
11.4 Válvulas reductoras de presión
11.5 Válvulas limitadoras de caudal
11.6 Elementos inyectores
11.6.1 Tanques de ferti lización
11.6.2 Aspiración directa
11.6.3 Inyector Venturi
11.6.4 Bomba inyectora o dosifi cadora de ferti lizantes
11.7 Sensores para controlar la ferti rrigación
11.7.1 Medida del pH
11.7.2 Medida de la conducti vidad eléctrica
11.8 Bibliografí a
12. Fundamentos de control y programación del riego
12.1 Introducción
12.2 Defi niciones
12.2.1 Análisis de sistemas lineales
12.2.2 Transformada de Laplace
12.2.3 Función de transferencia de un sistema
12.3 Elementos de un sistema de control
12.3.1 Tipos de sistemas de control
12.3.2 Ejemplos de sistemas de control
12.3.3 Tipos de sistemas de control automáti co
12.4 Programación del riego
12.4.1 Objeti vos de la programación
12.4.2 Métodos de programación
12.5 Método basado en el estado hídrico del suelo
12.6 Métodos basados en el estado de la planta
12.6.1 Medida del potencial hídrico de base
12.6.2 Micromorfometría
12.6.3 Termometría infrarroja
12.6.4 Sensores de fl ujo de savia
12.7 Método del balance hídrico del conjunto suelo-planta-atmósfera
12.8 Control del riego y la ferti lización
12.8.1 Variables a controlar en el riego y la ferti lización
12.8.2 Controladores en la programación de riego y la ferti rrigación
12.8.3 Algoritmos de control de riego
12.8.4 Algoritmos de control de la ferti rrigación
12.9 Bibliografí a
13. Lógica básica para el diseño de automatismos
13.1 Introducción
13.2 Tipos de automati smos
13.3 El sistema binario
13.4 Los sistemas lógicos
13.5 Funciones lógicas básicas
13.6 Funciones lógicas con funciones NAND y NOR
13.7 Desarrollo de circuitos lógicos a parti r de la expresión algebraica de una función lógica
13.8 Determinación de la expresión algebraica de una función lógica a parti r de su tabla de verdad
13.9 Simplifi cación de funciones lógicas
13.10 Ejemplo de aplicación de lógica combinacional
13.11 Bibliografí a
14. Lógica secuencial. Registros de desplazamiento y contadores
14.1 Introducción
14.2 Biestables sensibles por nivel o latches
14.3 Biestables disparados por fl ancos o fl ip-fl ops
14.4 Registros de desplazamiento
14.5 Contadores
14.6 Ejemplo de diseño de circuito secuencial
14.7 Ejemplo de aplicación de lógica secuencial
14.8 Bibliografí a
15. Automatismos eléctricos cableados
15.1 Introducción
15.2 Elementos de automati smos eléctricos cableados
15.2.1 Detectores de señal en automati smos basados en lógica cableada
15.2.2 Relé y contactor
15.2.3 Temporizadores
15.3 Esquemas básicos de sistemas cableados
15.3.1 Encendido de una lámpara mediante relé
15.3.2 Automati smos con dos relés
15.3.3 Automati smos con temporizadores
15.4 Bibliografí a
16. Automatismos eléctricos programados
16.1 Introducción
16.2 Autómatas programables
16.2.1 Clasifi cación
16.2.2 Consti tución
16.3 Programación de PLCs
16.3.1 Lenguaje por lista de Instrucciones (IL)
16.3.2 Lenguaje gráfi co de contactos (LD)
16.3.3 Lenguaje gráfi co de funciones lógicas (FBD)
16.3.4 GRAFCET (SFC)
16.3.5 Lenguaje de control estructurado (SCL)
16.4 Programación de bloques lógicos mediante lenguaje de funciones
16.4.1 Encendido de una lámpara con retención
16.4.2 Esquema de mando del funcionamiento temporizado con dos lámparas
16.4.3 Automati zación temporizada de dos motores
16.4.4 Automati zación semanal de un riego
16.4.5 Automati zación anual de un riego
16.4.6 Automati zación de un riego por medio de sensores de potencial matricial
16.5 Desarrollo de programas mediante el lenguaje KOP
16.5.1 Elementos de un programa en lenguaje KOP
16.5.2 Instrucción de control
16.5.3 Conversión de un esquema eléctrico al lenguaje de programación KOP
16.5.4 Empleo de temporizadores
16.5.5 Empleo de contadores
16.5.6 Empleo de reloj ti empo real y operaciones de comparación
16.6 Bibliografí a
17. LabVIEW como lenguaje de programación
17.1 Introducción
17.2 Programación gráfi ca
17.3 Instrumentos virtuales (VI)
17.4 Menús de labview
17.5 Barra de herramientas (toolbar)
17.6 Paletas de controles, funciones y herramientas
17.7 Creación de un VI
17.8 Flujo de datos (datafl ow)
17.9 SubVI
17.10 Bibliografí a
18. Programación gráfi ca aplicada
18.1 Introducción
18.2 Estructuras
18.2.1 Estructuras iterati vas
18.2.2 Estructuras de casos y eventos
18.2.3 Estructuras de secuencia (Flat Sequence y Stacked Sequence)
18.2.4 Nodo de Fórmula (Formula Node) y Scripts
18.2.5 Variables locales y globales
18.3 Arrays y cluster
18.3.1 Arrays o arreglos
18.3.2 Cluster
18.4 Arquitectura básica de programación
18.4.1 Arquitectura de VI Simple
18.4.2 Arquitectura de un VI General
18.4.3 Arquitectura de un VI de Máquina de Estado
18.5 Bibliografí a
19. Adquisición de datos, supervisión y control
19.1 Introducción
19.2 Soft ware SCADA
19.3 Equipos para la adquisición de datos y el control
19.4 Measurement & automati on explorer (MAX)
19.5 DAQ Assistant
19.6 Manejo de archivos
19.7 Generación de informes ( reports )
19.8 Mensajes
19.9 Paneles remotos
19.10 Otros módulos de LabVIEW y su aplicación en riegos
19.11 Bibliografí a
III. FUNDAMENTOS DE CONTROL Y SU APLICACIÓN
20. Introducción a los sistemas de telecomunicación
20.1 Introducción
20.2 Generalidades sobre los sistemas de telecomunicación
20.3 Esquema general de un sistema de telecomunicaciones
20.3.1 Transmisores
20.3.2 Receptores
20.3.3 Canales de transmisión
20.4 Sistemas de telecomunicaciones por ondas
20.4.1 Telecomunicaciones terrestres
20.4.2 Telecomunicaciones vía satélite
20.5 El ruido en los sistemas de comunicaciones
20.6 Clasifi cación de los sistemas de telecomunicación
20.6.1 Modos de transmisión de la señal
20.6.2 Modos de comunicación
20.6.3 Modos de sincronización
20.7 Comunicaciones digitales punto a punto. Conceptos básicos
20.7.1 Normalización de las comunicaciones punto a punto
20.7.2 Característi cas mecánicas y eléctricas de las conexiones
20.8 Efectos biológicos de las radiaciones electromagnéti cas
20.9 Glosario
20.10 Bibliografí a
21. Redes de comunicaciones y datos
21.1 Redes de datos
21.1.1 Redes de área local
21.1.2 Redes de área local descentralizadas
21.1.3 Redes de área extensa
21.1.4 Interconexión de redes de datos
21.2 Redes de cable
21.2.1 Red de Telefonía Básica (RTB)
21.3 Redes inalámbricas
21.3.1 Clasifi cación
21.3.2 WWAN (Wireless WIDE Area Network)
21.3.3 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network, Wireless MAN)
21.3.4 WLAN (Wireless Local Area Network)
21.3.5 WPAN (Wireless Personal Area Network)
21.4 Otros sistemas y redes de telecomunicaciones
21.4.1 PMR446
21.4.2 Trunking
21.4.3 TETRA
21.4.4 LMDS
21.5 Bibliografí a
22. Generalidades y fundamentos de los sistemas de telecontrol
22.1 Introducción
22.2 Panorámica general
22.3 Terminología
22.4 Principios de los sistemas de telecontrol
22.5 Modos de funcionamiento
22.5.1 La Telegesti ón
22.5.2 El Control Local
22.5.3 El Control Remoto
22.5.4 El Telecontrol
22.6 Los sistemas de telecomunicación en telecontrol de regadíos
22.7 Soporte fí sico y lógico de los sistemas de telecontrol
22.7.1 Protocolos de Comunicación
22.7.2 Arquitecturas de Comunicación Defi nición Topológica
22.7.3 Técnicas de adquisición de información
22.8 Buses de campo
22.8.1 Tendencias
22.8.2 Buses de campo disponibles
22.8.3 La guerra de los buses
22.9 Redes de comunicaciones industriales
22.9.1 Redes de datos
22.9.2 Redes de control
22.9.3 Comunicación entre el autómata programable los dispositi vos de campo
22.9.4 Comunicación entre el autómata programable y otros sistemas electrónicos de control
22.9.5 Redes de sensores inalámbricos
22.10 Justi fi cación de la implantación del telecontrol
22.11 Funcionalidad del sistema de telecontrol
22.12 Objeti vos del sistema de telecontrol del regadío
22.13 Condicionantes de diseño del sistema de telecontrol