El control automatizado de invernaderos permite optimizar las condiciones ambientales para el cultivo, reduceindo la carga de trabajo manual y mejorando los rendimientos. Este documento presenta una solución práctica basada en el controlador Siemens S7-200 CPU224XP junto con el software de supervisión KingView, orientada a instalaciones de pequeña escala (hasta 1.3 hectáreas).
Asignación de Entradas y Salidas
El CPU224XP dispone de 14 entradas digitales, 10 salidas digitales y 2 entradas analógicas integradas, recursos suficientes para gestionar los parámetros críticos del invernadero sin requerir módulos de expansión adicionales.
| Puerto PLC | Dispositivo Conectado | Descripción Funcional |
|---|---|---|
| AIW0 | Sensor de temperatura/humedad (4-20mA) | Antrada analógica para monitorización climática principal |
| AIW2 | Sensor de luminosidad (4-20mA) | Medición de intensidad lumínica (0-10000 Lux) |
| I0.0 | Selectora Modo | Conmutación entre operación automática (0) y manual (1) |
| I0.1 | Final de carrera superior | Detección de posición máxima del mecanismo de cubierta |
| I0.2 | Final de carrera inferior | Detección de posición mínima del mecanismo de cubierta |
| I0.3, I0.4 | Finales de carrera ventilación | Límites de apertura/cierre del sistema de ventilación |
| I0.5-I1.0 | Pulsadores de control manual | Activación directa de iluminación, CO₂, pantalla de sombreado |
| Q0.0 | Motor cubierta (abrir) | Retracción de láminas plásticas y mantas térmicas |
| Q0.1 | Motor cubierta (cerrar) | Extensión de láminas plásticas y mantas térmicas |
| Q0.2 | Ventilador (abrir) | Apertura de conductos de ventilación |
| Q0.3 | Ventilador (cerrar) | Cierre de conductos de ventilación |
| Q0.4 | Lámparas de crecimiento | Iluminación suplementaria para períodos de baja radiación |
| Q0.5 | Válvula CO₂ | Enriquecimiento de dióxido de carbono |
| Q0.6, Q0.7 | Pantalla de sombreado | Control de malla de protección solar |
Conversión de Señales Analógicas
Las señales de los sensores de 4-20mA deben convertirse a valores físicos interpretables. El siguiente segmento de código muestra la transformación aplicada en el programa del PLC:
// Función de conversión de valores analógicos
// Temperatura: 4mA = 0°C, 20mA = 50°C
LD SM0.0 // Ejecución en cada ciclo
MOVW AIW0, VW200 // Lectura cruda del canal 0
ITD VW200, VD202 // Conversión a entero doble
DTR VD202, VD210 // Conversión a real
-R 800.0, VD210 // Eliminación de offset (4mA = 800)
/R 3200.0, VD210 // Normalización (rango útil 16mA)
*R 50.0, VD210 // Escala a temperatura (0-50°C)
MOVR VD210, VD220 // Almacenamiento del valor resultante
// Luminosidad: 4mA = 0 Lux, 20mA = 10000 Lux
LD SM0.0
MOVW AIW2, VW230
ITD VW230, VD232
DTR VD232, VD240
-R 800.0, VD240
/R 3200.0, VD240
*R 10000.0, VD240
MOVR VD240, VD250 // VD250 = Intensidad lumínica en Lux
Lógica de Control de Temperatura
El control de temperatura opera sobre los mecanismos de cubierta del invernadero. Cuando la temperatura supera el umbral superior, se activa la apertura; cuando desciende por debajo del umbral inferior, se acciona el cierre.
// Red 1: Control automático de apertura
LD I0.0 // Modo automático activo
AN Q0.1 // Enclavamiento: motor cierre inactivo
A I0.1 // Límite superior NO alcanzado
AW>= VD220, 28.0 // Temperatura >= 28°C
= Q0.0 // Activar motor apertura
// Red 2: Control automático de cierre
LD I0.0 // Modo automático activo
AN Q0.0 // Enclavamiento: motor apertura inactivo
A I0.2 // Límite inferior NO alcanzado
AW<= VD220, 22.0 // Temperatura <= 22°C
= Q0.1 // Activar motor cierre
Los enclavamientos entre Q0.0 y Q0.1 previenen la activación simultánea de ambos sentidos de giro, protegiendo el motor contra daños.
Lógica de Control de Iluminación
El sistema de iluminación suplementaria se activa cuando la radiación solar es insuficiente para el desarrollo óptimo del cultivo.
// Red 3: Control de lámparas de crecimiento
LD I0.0 // Modo automático
AW<= VD250, 2000.0 // Luminosidad <= 2000 Lux
A T37 // Restricción horaria (relay temporizado)
= Q0.4 // Activar iluminación suplementaria
// Temporizador de restricción nocturna
LD SM0.0
TON T37, 36000 // Base tiempo 100ms, valor 36000 (1 hora)
Control de Pantalla de Sombreado
La malla de sombreado protege los cultivos de la radiación excesiva, desplegándose cuando la intensidad lumínica supera los niveles tolerados.
// Red 4: Extensión de pantalla de sombreado
LD I0.0
AN Q0.7
AW>= VD250, 4000.0 // Lux >= 4000
= Q0.6 // Extender pantalla
// Red 5: Retracción de pantalla de sombreado
LD I0.0
AN Q0.6
AW<= VD250, 3000.0 // Lux <= 3000
= Q0.7 // Retraer pantalla
Interfaz de Supervisión KingView
El sistema SCADA desarrollado en KingView proporciona cuatro pantallas principales para la gestión integral del invernadero:
Pantalla de Monitorización: Visualización en tiempo real de temperatura, humedad y luminosidad mediante indicadores dinámicos con codificación cromática (valores normales en verde, alertas en amarillo, críticos en rojo). Incluye el estado operativo de todos los actuadores y controles de conmutación entre modos de operación.
Pantalla de Configuración de Parámetros: Interfaz protegida mediante contraseña para ajustar los umbrales de temperatura, luminosidad y tiempos de activación sin necesidad de modificar el programa del PLC. Los valores se almacenan en variables internas comunicadas vía protocolo PPI.
Pantalla de Registros Históricos: Base de datos con capacidad de almacenamiento de 30 días, exportable a hojas de cálculo para aálisis de tendencias y correlación con rendimientos de cosecha.
Pantalla de Alarmas: Sistema de notificaciones configurables para condiciones de temperatura (fuera del rango 18-32°C), humedad (fuera de 40-85% RH) y luminosidad (fuera de 1000-7000 Lux), con activación de alertas visuales y sonoras.
Esquema de Conexionado
El cableado del sistema se estructura en tres secciones principales:
- Sección de sensores: Alimentación de 24VDC compartida con el PLC, señales analógicas cableadas con malla apantallada para minimizar interferencias electromagnéticas.
- Sección de entradas digitales: Finales de carrera y pulsadores conectados con alimentación común, configurados con filtros de debounce por software.
- Sección de salidas: Contactores de potencia para motores y electroválvulas, con protecciones contra sobretensiones mediante varistores en bobinas inductivas.
La alimentación general emplea una fuente conmutada de 24VDC/10A, dimensionada con margen suficiente para cubrir la demanda simultánea de todos los componentes del sistema.