Control de riego: banda muerta, relé y realimentación

Un lazo de control de riego cierra el recorrido que va de una lectura de humedad del suelo a una válvula que se abre durante un intervalo medido y luego demuestra que se ha movido. Una secuencia completa —sondear cada 30 s, comparar con una banda muerta, energizar un relé durante un mínimo de 90 s de funcionamiento y leer de vuelta un contacto de realimentación— tarda unos 127 s desde el disparo hasta el estado verificado: un sondeo de 30 s, un retardo de relé de 2 s, el mínimo de 90 s y una ventana de realimentación de 5 s.

Un ciclo de lazo de control de riego de 497 s que no entregó agua

El registro de la puesta en marcha parecía completo. El contenido volumétrico de agua cayó al 17.4%, el controlador emitió una orden de apertura en t = 2 s, el bit de realimentación leyó OPEN en t = 5 s y el ciclo se cerró en t = 499 s con 497 s de válvula abierta. El transmisor de nivel del depósito no registró descenso alguno. El lazo había confiado en el eco de una orden en lugar de en una consecuencia física, y todos los números del registro se mantuvieron coherentes hasta que el agua no se movió.

Figura 1. Sensor de temperatura y humedad del suelo Modbus RS485 FDR para agricultura de precisión — NBL-S-TM.

Un contacto auxiliar cableado a la bobina del relé, y no al vástago de la válvula, informa de OPEN siempre que la bobina está energizada. Es el eco de la orden eléctrica, de modo que no puede detectar un solenoide bloqueado, una válvula de corte cerrada o un depósito vacío, y seguirá dándose por bueno con el controlador durante todo el evento.

La solución no es más lógica. Hace falta una fuente de realimentación ligada mecánicamente al actuador, más una segunda señal independiente, el nivel del depósito, que confirme que el agua salió de verdad del sistema. Ambas deben coincidir antes de dar por entregado un evento.

¿Cuándo no conviene fiarse de este lazo?

No cierre un lazo de control de riego sobre un canal cuyo incremento de visualización es más fino que su presupuesto de errores. Un canal de suelo que muestra pasos de 0.1% VWC frente a la banda muerta de 0.5% usada en este registro ofrece un dígito de lectura, no un umbral de decisión; dispararse por él sería poner un umbral al ruido en vez de medir un cambio en el agua del suelo.

Una banda de histéresis de 6 puntos de VWC no convierte el lazo en un controlador climático. Responde a una única pregunta de agua en el suelo a una única profundidad. La ventilación, el sombreado y la humedad siguen siendo decisiones aparte, con sus propios sensores y sus propias reglas de seguridad, y un operario tendrá que fijarlas a partir del estado del cultivo, no de un registro de suelo.

Un lazo de control de riego que solo lee VWC no tiene ninguna entrada de lluvia, de cubierta vegetal ni de profundidad radicular. Sus umbrales de 18% / 24% describen el agua del suelo a una profundidad, no el consumo hídrico del cultivo, de modo que un cambio de profundidad de raíces o de caudal de los emisores invalida los consignas aunque todos los valores registrados sigan siendo correctos. Revise los umbrales tras cualquier cambio de cultivo o de emisores.

Un conjunto fijo de reglas solo cubre las combinaciones para las que se escribió. Con un mínimo de funcionamiento de 90 s y un tiempo de espera de comunicaciones de tres sondeos, un caso no modelado —una válvula de corte cerrada, un depósito agotado, un sensor arrancado del suelo— se queda parado en lugar de adaptarse: el lazo repite su último estado válido hasta que alguien interviene.

Una decisión de control también debe ser local. Con un sondeo de 30 s y un mínimo de funcionamiento de 90 s, una orden de ON enviada en un ciclo de ida y vuelta remoto puede llegar cuando la válvula ya debía haberse cerrado; por eso la secuencia y su lógica de seguridad pertenecen al controlador del cuadro, no a una regla en la nube que depende del enlace de subida.

P1. ¿Puede funcionar un lazo de control sin contacto de realimentación?

No. Sin un contacto auxiliar o un registro discreto de realimentación, el controlador sabe que envió una orden, no que la válvula se movió, de modo que una bobina bloqueada produce un evento registrado pero no entregado. Prevea una ventana de verificación de 5 s y un reintento antes del enclavamiento, y luego confirme la posición desenergizada en la placa de características de la válvula.

P2. ¿Por qué el 20% VWC no es un umbral de riego?

En torno al 20% VWC hay una referencia de medición, no un disparador. La decisión de ON corresponde a un umbral inferior, como el 18%, y el objetivo de OFF al 24%, con una banda de 6 puntos porcentuales entre ambos. Trate el número mostrado como una lectura que hay que filtrar, no como una consigna que el controlador deba perseguir.

P3. ¿Cuántos actuadores puede gobernar un lazo de control de riego?

Una parcela puede tener muchas válvulas, bombas y enclavamientos entre zonas. Este lazo mueve exactamente una válvula a través de una salida de relé y un bit de realimentación. Una segunda zona necesita su propia entrada de VWC, su propio cálculo de dosis y su propia realimentación, aunque todas las zonas compartan un registrador y un bus RS485.

Lea primero el registro: de t = 0 s a t = 499 s

Reconstruya el ciclo del lazo de control de riego a partir de las marcas de tiempo almacenadas antes de tocar una sola consigna. La tabla que sigue es el acta de aceptación de un evento; cada fila es una observación del controlador en un instante conocido, no una especificación del instrumento, y esa secuencia es lo que reproduciría un auditor tras una disputa por el volumen entregado.

Los pasos 4 y 8 se contradicen. Ese único desacuerdo es todo el diagnóstico: el bit de realimentación informó de una válvula abierta en t = 5 s mientras el nivel del depósito no mostraba descenso en t = 499 s. El lazo verificó su propia orden, pero nunca su propio efecto sobre el agua.

El conmutador manual / auto queda registrado en la misma línea de tiempo. Cualquier intervención manual del operario debe aparecer como una fila con marca de tiempo y estado de realimentación; de lo contrario el registro del evento no podrá reconstruirse después, y una acción manual durante los 497 s del evento sería indistinguible de una automática.

La cifra de 127 s citada al principio es el ciclo verificable más corto: 30 s de sondeo, un retardo de relé de 2 s, el mínimo de 90 s y una ventana de realimentación de 5 s. El mínimo domina a los otros tres términos, que suman 37 s. Una dosis calculada de 497 s sustituye ese mínimo por un funcionamiento más largo; los retardos de sondeo, relé y realimentación siguen igual.

Resolviendo a la inversa la banda muerta, la histéresis y el mínimo de 90 s

Cada número del registro del lazo de control de riego es un parámetro del emplazamiento elegido para ese cultivo y ese suelo, no una especificación del sensor. Cuatro de ellos gobiernan si la válvula se mueve o no, uno gobierna qué ocurre cuando el bus queda en silencio, y ninguno puede leerse en la placa de características de un producto.

Figura 2. Sensor de humedad y temperatura del suelo.

1. Banda muerta de ruido de ±0.5% VWC en torno a la última lectura aceptada; una deriva de 18.2% a 18.4% se ignora, un movimiento a 17.4% se acepta.
2. ON al 18% VWC, objetivo de OFF en 24% VWC, lo que da una banda de histéresis de 6 puntos porcentuales que impide que una lectura oscilante en torno al 18% redispare el ciclo tras cada pequeño aporte de agua.
3. Funcionamiento mínimo 90 s, mínimo de apagado 300 s, máximo de funcionamiento 600 s; una dosis calculada se acota entre el primero y el último.
4. Fallo seguro: tres sondeos consecutivos sin respuesta, 90 s a intervalos de 30 s, fuerzan el cierre de la válvula y disparan una alarma.
5. El modo manual / auto omite la decisión, pero sigue registrando el estado de realimentación y una marca de tiempo.

Son valores supuestos del emplazamiento y valores de referencia habituales de ingeniería; contrástelos con la ficha técnica / placa de características vigente de su instrumento. Incorrecto: un amplificador de umbral de 4–20 mA cableado conmuta el relé a una única corriente y no tiene memoria. Correcto: un lazo basado en Modbus lee un registro escalado, aplica banda muerta e histéresis en la lógica y registra la decisión junto con los diagnósticos.

0.276 m³ de agua, calculados hacia atrás

La dosis de 497 s de este lazo de control de riego no era una intuición, ni un temporizador fijo copiado de otra zona. Es el volumen de agua necesario para elevar la zona radicular del 17.4% al 22% VWC, dividido por el caudal que la válvula puede entregar realmente en este emplazamiento con su presión de alimentación medida.

Valores de entrada, todos supuestos del emplazamiento: profundidad de la zona radicular d = 0.30 m, área mojada A = 20 m², caudal de la válvula Q = 2.0 m³/h. Cadena de fórmulas: ΔVWC = 0.22 − 0.174 = 0.046; lámina de agua Δd = 0.046 × 0.30 = 0.0138 m; volumen V = 0.0138 × 20 = 0.276 m³; tiempo T = 0.276 / 2.0 = 0.138 h = 497 s. Resultado: 497 s, por encima del mínimo de 90 s y por debajo de la guarda de 600 s, de modo que no se aplica acotación.

Condiciones de contorno: infiltración uniforme sin escorrentía ni evaporación, Q constante y confirmado contra la válvula o el caudalímetro de la placa de características, y una señal de realimentación válida. Si Q cae a 1.6 m³/h por un filtro obstruido, esos mismos 497 s entregan solo 0.221 m³, cerca de un 20% menos de agua. Se trata de un cálculo ilustrativo basado en valores supuestos del emplazamiento, no de un registro de campo medido.

Compruebe cada punto de E/S contra el mapa de registros

Un lazo de control de riego solo ve lo que define su mapa de E/S. Confirme cada punto después de la aritmética de dosis, porque un cálculo correcto sobre un canal equivocado no entrega nada, que es exactamente cómo se produjo el ciclo fallido anterior. La tabla siguiente sirve a la vez como hoja de firma de la puesta en marcha.

Una vía digital conserva la palabra en bruto y las banderas de diagnóstico, de modo que un tiempo de espera se distingue de una lectura seca. Un canal de 4–20 mA o 0–5 V oculta ambos dentro de una corriente; úselo solo donde el cuadro no tenga máster Modbus y confirme el intervalo de entrada en la ficha técnica vigente.

Cuando una entrada analógica sea inevitable, acuerde el intervalo de medición seleccionado con el cuadro receptor antes de la puesta en marcha y déjelo anotado en la tabla de E/S anterior. Un intervalo mal ajustado desplaza todos los valores por el mismo factor, y ningún ajuste de banda muerta lo revelará; decodifique a mano un registro en bruto y compárelo con el valor escalado del registro de datos.

Cerrando el lazo: repita el ciclo de 497 segundos

El ciclo fallido del lazo de control de riego tenía una dosis correcta, un tiempo de dosis correcto y un bit de OPEN correcto. Falló porque la realimentación estaba cableada a la orden. Mueva ese contacto al vástago de la válvula, añada una comprobación de nivel de depósito, y el mismo evento de 497 s pasa de apunte verosímil a entrega real.

Figura 3. Colector inteligente de datos.

Como paso siguiente, vuelva a ejecutar una zona de este lazo de control de riego con una válvula provista de realimentación, registre al menos 72 horas de VWC, orden, realimentación y nivel de depósito, y utilice los desacuerdos registrados para fijar los recuentos definitivos de reintento y enclavamiento. Confirme todos los valores numéricos contra la ficha técnica vigente y la placa de la válvula de su instrumento antes de bloquear la configuración del emplazamiento.

Preguntas frecuentes

P4. ¿Qué protege en realidad un tiempo mínimo de funcionamiento de 90 s?

Protege a la bomba y a la válvula de los ciclos rápidos, y es mayor que la ventana de verificación de realimentación de 5 s usada en el registro. Un mínimo de 90 s, junto con un mínimo de apagado de 300 s y un máximo de 600 s, acota la frecuencia de movimiento del actuador. Confirme el valor final contra las placas de características de la válvula y de la bomba de su instrumento.

P5. ¿Qué velocidad RS485 debe usar el lazo?

Mantenga los 4800 bps de fábrica salvo que todo el bus se reconfigure a la vez; el intervalo configurable es 1200–115200 bps. Un dispositivo que quede a 4800 bps mientras el máster corre a 115200 bps no responderá nunca, y el tiempo de espera resultante parece una lectura seca. En un tendido de cable largo, termine ambos extremos con resistencias de 120 Ω.

P6. ¿Cómo se verifica una válvula de cierre por fallo antes de la puesta en marcha?

Desenergice la bobina y confirme que la válvula está mecánicamente cerrada; luego ordene la apertura y confirme OPEN dentro de 5 s. Simule tres sondeos consecutivos sin respuesta, 90 s a intervalos de 30 s, y confirme que el controlador fuerza CLOSED y dispara una alarma. Anote la posición desenergizada a partir de la placa de la válvula.