Combinación de Redes de Sensores Inalámbricos y Control Basado en Eventos. Una Aplicación al Control Climático de Invernaderos.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA Combinación de Redes de Sensores Inalámbricos y Control Basado en Eventos. Una Aplicación al Control Climático de Invernaderos. A. Pawlowski, J. L. Guzmán, F. Rodríguez, M. Berenguel, S. Dormido, J. Sánchez Departamento de Lenguajes y Computación

Índice: Introducción Problema de Control de Clima en Invernadero Sistema de Control Basado en Eventos y WSN para Control de Temperatura Resultados de Simulación Conclusiones y Trabajos Futuros 2

Introducción Superficie de Invernaderos en provincia: 28 000 h Almería 37 o 10 N 2 o 20 W 4

Introducción Superficie de Invernaderos en provincia: 28 000 h 75% de ellos localizados 30 km desde Almería 5

Introducción Superficie de Invernaderos en provincia: 28 000 h 75% de ellos localizados 30 km desde Almería Supervice mediana de un invernadero: 5000 m 2 6

Introducción 7

Índice: Introducción Problema de Control de Clima en Invernadero Sistema de Control Basado en Eventos y WSN para Control de Temperatura Resultados de simulación Conclusiones y Trabajos Futuros 8

Problema de Control de Clima en Invernadero Problemas de control en invernadero: Riego Variables de clima Temperatura de Aire Radiación PAR Concentración de CO 2 Humedad de Aire 9

Problema de Control de Clima en Invernadero Problemas de control en invernadero: Riego Variables de clima Temperatura de Aire Radiación PAR Concentración de CO 2 Humedad de Aire Condición Diurna - Sistema de ventilación Condición Nocturna - Sistema de calefación 10

Problema de Control de Clima en Invernadero Control de Temperatura con sistema de ventilación Gain scheduling controller Proportional Gain modification based on: - outside temperature - outside wind speed Adaptive mechanism Outside Temperature Outside wind speed Temperature setpoint + - Temperature controller Natural ventilation Vent opening Greenhouse Temperature 11

Sistema de Control Basado en Eventos y WSN para Control de Temperatura Muestreo Basado en Eventos LC - El valor absoluto de la diferencia entre el valor actual y el último muestreado, es mas grande que un límite δ 13

Sistema de Control Basado en Eventos y WSN para Control de Temperatura ILC El valor de IAE desde la última transmisión es más grande que un límte δ LP La diferencia entre valor predicho y valor actual es más grande que un límite δ 14

Sistema de Control Basado en Eventos y WSN para Control de Temperatura ILP - La integral de la diferencia entre predicción y valor actual supera límite δ EN La energía de la diferencia entre valor pasado y el valor actual de señal supera límite δ 15

x UNIVERSITY of ALMERIA Sistema de Control Basado en Eventos y WSN para Control de Temperatura ( t ) x( t ) > δ k Muestreo Basado en Eventos y tk ts s hmax y t k t s h max 16

Sistema de Control Basado en Eventos y WSN para Control de Temperatura Control Basado en Eventos y WSN para Invernaderos 17

Sistema de Control Basado en Eventos y WSN para Control de Temperatura Control Basado en Eventos y WSN para Invernaderos 18

Resultados de simulación 20

P t,e P vv,e Q cnv,cb-e Q cnv,cal-e Convective Procesos Convectivos processes Q inf,a-e Q cnv,cb-a X t,a Q ven,a-e Q cnv,ss-a X t,ss Sol Conduction Procesos Conducción processes Climatic Model Resultados de simulación P rs,e Procesos Radiación solar Solar radiation processes Q sol,cb V rs,cu Q sol,cu V rs,ss Q X sol,ss t,ss Q cnd,ss-s1 X t,s1 Q cnd,s1-s2 P t,s2 P t,bc Bóveda Q rad,ss-bc celeste Q rad,cb-bc X t,cb Q rad,ss-cb Q rad,ss-cu Thermal radiation processes Procesos Radiación térmica Q rad,ss-cal X t,ss Q rad,cu-bc Q rad,cu-cb X t,a Q rad,cal-cu U t,cal Q rad,cal-bc Q rad,cal-cb Procesos relacionados con vapor de agua Processes related with Water vapour M lt,cb-e Q lt,cb-e M lt,cb-a Q lt,cb-a X h,a M lt,ss Q lt,ss M inf,a-e M tra,cu Q tra,cu P h,e P vv,e M lt,balsa Q lt,balsa M ven,a-e Rodríguez, F. (2002). Modeling and hierarchical control of greenhouse crop production. Ph.D. Thesis. University of Almería, Spain, 366 pp. 21

Resultados de simulación Transmisión de Datos Mustreo Clásico Muestreo por Cruze de Nivel 22

Resultados de simulación Transmisión de Datos Mustreo Clásico Muestreo por Cruze de Nivel 23

Resultados de simulación Transmisión de Datos 24

Resultados de simulación Control de Temperatura Basado en Eventos 25

Resultados de simulación Control de Temperatura Basado en Eventos 539 61 49 27

Resultados de simulación Control de Temperatura Basado en Eventos Zoom 28

Resultados de simulación 30

Resultados de simulación Control de Temperatura Basado en Eventos Ventilation Classic controller Event-Based controller δ=3% Event-Based controller δ=5% Day number 31

Conclusiones y Trabajos Futuros Resultados satifactorios en la parte de transmisión de datos Significativa disminución del número de conmutaciones Es posible obtener un compromiso entre calidad de control y el número de transmisiones Resultados prometedores para combinación WSN con muestreo adaptativo 34

Conclusiones y Trabajos Futuros Control de Temperatura condición diurna Control de Temperatura condición nocturna Control de Humedad con ventilación Aplicar las Ideas Presentadas a Control Predictivo Implementación real en invernadero 35