SOLUCIONES Julio 2002 / n.º 331
Automática e Instrumentación
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Canales de riego
Control distribuido y supervisión centralizada Como una de las posibles vías para resolver el grave problema del uso eficiente de los recursos hidráulicos en los canales de riego, se propone un sistema de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada, caracterizado por su modularidad, fácil interconexión de sus diferentes equipos en una red de campo y posibilidad de utilizar comunicación por radio para la interconexión de sus elementos a un PC central.
E
l concepto de “uso eficiente del agua” incluye cualquier medida que reduzca la cantidad de agua que se utilice en alguna actividad y que favorezca el mantenimiento o mejora de la calidad del agua. El uso eficiente del agua está muy relacionado con otros conceptos básicos del manejo actual de los recursos ambientales y, en muchos casos, forma parte integral de ellos. Es decir, que el uso eficiente del agua es cualquier reducción o prevención de
Vista de un canal de riego y compuerta típica utilizada.
pérdida de agua que sea de beneficio para la sociedad. Como resultado del crecimiento de la población mundial y de la necesidad del desarrollo económico, la importancia del uso eficiente del agua ha aumentado de forma significativa. Los estudios sobre las medidas destinadas a lograr un uso eficiente del agua no han sido suficientemente impulsados hasta ahora. Los requisitos y oportunidades para nuevas tecnologías ahorradoras son cada vez más notorios. En los sistemas de riego, la eficiencia en la utilización del agua viene dada fundamentalmente por la eficiencia de conducción en los diferentes niveles. La eficiencia de conducción se define como la relación entre los caudales o volúmenes extraídos de la fuente y los servidos a los usuarios y depende significativamente del control en la distribución del agua en los canales. Considerando las grandes pérdidas de agua que tienen lugar en los sistemas de riego, se estima que, en promedio, la eficiencia mundial en la conducción, distribución y suministro de dicho recurso a los usuarios en estos sistemas es del 37%, lo que ocasiona que la producción agrícola se vea seriamente mermada tanto en cantidad como en calidad. Una par-
te considerable del volumen de agua perdido se vuelve improductiva o se degrada en su calidad al arrastrar sales, pesticidas y elementos tóxicos del suelo, originando problemas ecológicos que disminuyen la capacidad productiva y fomentan el abandono de las áreas bajo riego. Causas de las pérdidas de agua Se ha identificado que las principales causas de las pérdidas de agua en los sistemas de riego se deben fundamentalmente a: • Evaporación en los canales. • Infiltraciones en las conducciones. • Fugas en estructuras en mal estado. • Pérdidas por manejo y explotación incorrecta. Del total de las pérdidas por conducción antes anotadas, se estima que la evaporación contribuye con el 5%, mientras que las fugas, infiltración y manejo y explotación son responsables del 30%, 30% y 35% del total, respectivamente. El control manual de la distribución del agua en los sistemas de riego se considera como uno de los principales factores que contribuye a la obtención de las grandes pérdidas de agua señaladas. Los resultados de las investigaciones realizadas en países como Fran-
1
SOLUCIONES Automática e Instrumentación
Julio 2002 / n.º 331
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
cia, EEUU, Holanda, España, etc. muestran que regular los flujos de agua, frenar su carrera hacia el mar, acumularla en embalses durante los meses de lluvia y deshielo, redistribuirla, conocer la existencia y prever necesidades, así como evitar su contaminación, es una tarea que requiere de grandes esfuerzos e inversiones y cuya solución exitosa es imposible de lograr sin recurrir a la automatización de estos procesos. La automatización de la distribución del agua en los sistemas de riego garantiza disminuir considerablemente las pérdidas de este recurso,
al lograr una estricta y rápida correspondencia entre las demandas y las entregas, lo que posibilita la obtención de un uso eficiente de los recursos hídricos. Con el objetivo de aumentar la eficiencia en el uso de los recursos hidráulicos, en el presente trabajo se propone un sistema de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada de niveles del agua en canales de riego, el cual posibilita aumentar la operatividad y efectividad en la explotación de dichos canales, así como reducir significativamente las pérdidas improductivas de
dicho recurso actualmente existentes en los mismos. Comportamiento dinámico de los canales de riego Para el diseño y ajuste exitoso de los controladores locales de los sistemas de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada resulta imprescindible contar con modelos matemáticos que reflejen lo más exactamente posible el comportamiento dinámico de los canales de riego. Las investigaciones realizadas por diferentes autores sobre el compor-
Los diversos sistemas de control
2
Los canales se encuentran divididos por compuertas, con el fin de mantener un nivel de agua adecuado en sus diferentes tramos, lo que posibilita suministrar a los canales secundarios y tomas directas de rie go los caudales demandados. Según su configuración, los sistemas de control de la distribución del agua en los canales de riego se cla sifican en: • Sistemas de control distribuido: si el control de cada uno de los tramos del canal se realiza mediante controladores independientes. • Sistemas de control centralizado: si el control de cada uno de los tramos del canal se desarrolla a tra vés de un controlador central. • Sistemas de control distribuido bajo supervisión centralizada: si el control de cada uno de los tra mos del canal se realiza mediante una combinación de los dos sistemas anteriores. Las ventajas y desventajas de los sistemas de control distribuido se derivan directamente de su configu ración descentralizada, así como de su reacción secuencial frente a cambios en la distribución del agua. Entre las mismas, se encuentran: • Cada controlador únicamente recibe y procesa los datos de su vecindad inmediata o de los tramos ad yacentes aguas arriba y/o aguas abajo, por tanto, se evita la necesidad de equipos de comunicación y de sus correspondientes riesgos de fallos. • La cantidad de información a procesar es limitada. En la mayoría de los casos, el control se reduce a una sola variable, por ejemplo, nivel o caudal de agua en un punto. • El uso de la línea hidráulica para transportar información sobre la distribución del agua es un proce so lento y ocasiona un tiempo de respuesta relativamente grande. • Los grandes retardos que provoca la lentitud con que se propagan las variaciones de caudal por el ca nal aumentan la posibilidad de inestabilidad en el sistema de control. En los sistemas de control distribuido, aunque los controladores son configurados como unidades indi viduales, al operar dentro de un sistema, la información sobre las variaciones de caudal en cada tramo del canal es transmitida mediante la línea de realimentación hidráulica al resto de los controladores. Este tipo de transmisión hidráulica de información no requiere de ningún tipo de equipamiento adicional y, a pesar de ser un proceso demasiado lento, es completamente fiable. Los sistemas de control centralizado utilizan una estación central que recibe y procesa toda la información sobre la distribución del agua en el canal. Las ventajas y desventajas de esta clase de sistema son las si guientes: • La centralización de la adquisición de datos y su procesado permite tener en cuenta la información del estado de todo el sistema en cualquier instante de tiempo y la determinación de los comandos nece sarios para una actuación coordinada y, en ocasiones, virtualmente simultánea de los controladores. En
SOLUCIONES Julio 2002 / n.º 331
Automática e Instrumentación
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
tamiento dinámico de los canales de riego muestran que la dinámica de estos procesos se describe por el siguiente sistema de ecuaciones alineales en derivadas parciales del tipo hiperbólicas con restricciones complejas (ecuaciones de Saint-Venant), el cual refleja la hidráulica de las obras hidrotécnicas de distribución del agua: δH v 2 α δv δv i- –––=––– + –(v––+––); 2 δx C R g δx δt δQ δS –––+–––=0 δx δt donde: Q: caudal de agua; H: nivel de
agua; S: área de la sección transversal; R: radio hidráulico; C: coeficiente de Chezy; v: velocidad media del agua; i: pendiente del canal; g: aceleración de la fuerza de gravedad; x: abscisa longitudinal en la dirección del flujo; α: coeficiente de la energía cinética; y t: tiempo. Del análisis del sistema de ecuaciones de Saint-Venant se infiere que los canales de riego son objetos de control con parámetros distribuidos, caracterizados por variar el gasto, la velocidad y el nivel en toda su longitud. Actualmente existen diferentes
métodos para la solución del sistema de ecuaciones de Saint-Venant; sin embargo, lo común para todos ellos son las serias dificultades matemáticas que presentan y su orientación hacia el análisis de las respuestas transitorias y los regímenes estacionarios de trabajo de los canales. Es por este motivo que dichos métodos han encontrado muy poca aplicación en el diseño y síntesis de sistemas de control automático de la distribución del agua en canales de riego. Con el objetivo de determinar un modelo matemático paramétrico que posibilite el diseño efectivo de los
comparación con la operación se cuencial de las compuertas, la ope ración simultánea de las mismas reduce sustancialmente el tiempo necesario para la estabilización de las variaciones de gasto. • El control centralizado mediante computadoras permite la aplicación de algoritmos de control avanzado que resultan muy eficientes. • Se necesita suministro eléctrico externo para los equipos del sistema. • Se exige la existencia de canales de comunicación entre los diferen tes elementos del sistema. Los sistemas de control distribui do bajo supervisión centralizada combinan los dos tipos de sistemas antes mencionados, beneficiándose Estructura del sistema de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada. de todas sus ventajas y minimizando sus inconvenientes. Las características y el resultado de tales sistemas dependen del nivel de centraliza ción que los mismos presenten. Si el supervisor central presenta un determinado nivel de inteligencia debido a la aplicación de algu nas de las técnicas conocidas de inteligencia artificial, los sistemas de control distribuido se denominan “sistemas de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada”. Comparado con los sistemas de control distribuido y centralizado, los sistemas de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada son más robustos a posibles fallos, ya que los controladores locales po seen autonomía, por lo que los mismos pueden seguir funcionando en el caso de que se pierda la comu nicación con el supervisor inteligente central. Además, son más flexibles y presentan una mejor respues ta frente a diversos tipos de perturbaciones, posibilitando el autoajuste de los parámetros de los controladores, el diagnóstico y detección automática de posibles fallos, etc. El desarrollo actual de la electrónica y los PC (hardware y software) posibilita la implementación de los sistemas de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada, los cuales, como regla, funcio nan en tiempo real, lo que les permite responder de forma inmediata a las variaciones en la demanda de agua, así como detectar y resolver problemas no previstos en las estrategias iniciales de control.
3
SOLUCIONES Automática e Instrumentación
Julio 2002 / n.º 331
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
4
controladores locales del sistema de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada que se propone en este trabajo, se desarrolló la identificación del comportamiento dinámico de un tramo de un canal de riego. Como es conocido, los métodos de identificación posibilitan la construcción de modelos matemáticos de los procesos sobre la base de las observaciones (mediciones) de sus señales de salida y entrada, obtenidas en condiciones de funcionamiento, teniendo en cuenta que estas mediciones se verán afectadas por ruidos, perturbaciones e incertidumbres. Como resultado se obtuvo el siguiente modelo matemático discreto con estructura ARMAX de un tramo de un canal de riego, en el cual el control de nivel se desarrolla en correspondencia con el esquema de regulación aguas abajo con sensor de nivel alejado (al final del tramo): (2) y(t)=-1.28y(t-1)+0.40y(t-2)+ 0.067u(t-11)+0.045u(t-12) +ξ(t)+0.21ξ(t-1)+0.62ξ(t-2), donde: y(t) señal de salida (nivel del agua al final del tramo); u(t) señal de entrada (magnitud de abertura de la compuerta de comienzo del tramo); (t) ruido blanco de media cero, que caracteriza el efecto de las pertubaciones que actúan sobre el tramo del canal, así como las incertumbres que presenta el propio modelo. La bondad del modelo (2) se fundamenta en que, como regla, en los sistemas de control de la distribución del agua en los canales de riego la medición de las variaciones de nivel se realiza no a lo largo de todo el tramo sino al comienzo y/o fin del mismo, en dependencia del esquema de regulación aplicado. Estructuralmente, el modelo (2) puede ser representado mediante la
expresión: (3) B(q-1) -d C(q-1) y(t)= –––––– q (t)+–––––– ξ(t) -1 A(q ) A(q-1) donde: (4) A(q-1)=1-1.28q-1+0.40q-2=1+a
-1 -2 1q +a2q 1 1 2 1 B(q )=0.067q +0.045q =b 1q +b 2q 2 C(q-1)=1+0.21q-1+0.62q-2=1+c1q-1+c2q-2
q-1: operador de desplazamiento hacia atrás; d=10 min: retardo de tiempo del tramo; a1, a 2, b1, b 2, c 1, c2: coeficientes que caracterizan el comportamiento dinámico del tramo del canal. Con el objetivo de conocer el grado de adecuación que presenta el modelo obtenido, se realizó su validación mediante la comparación de la salida simulada del modelo con la salida medida. Con la ayuda del MATLAB y utilizando una parte de los datos medidos se obtuvieron los resultados de validación del modelo que se muestran en la figura inferior. Como se puede observar en dicha figura, el modelo obtenido presenta un elevado grado de adecuación, por lo que el mismo puede ser utilizado en el diseño y ajuste de los contro-
ladores locales del sistema de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada que se propone en este trabajo. Estructura general del sistema La estructura general del sistema de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada en canales de riego que se propone se muestra en la figura de la página siguiente. Este sistema presenta cuatro niveles jerarquizados. El nivel inferior corresponde a los dispositivos de medición (sensores de nivel, caudal y posición de compuerta) y actuación (motorreductores y compuertas). El segundo nivel lo integran las unidades terminales remotas (RTU), compuestas por los módulos de adquisición de datos y los controladores locales. El tercer nivel se encuentra representado por los nodos concentradores de información, integrados por un PC, un radiomódem para la comunicación con el nivel jerárquico superior, una interface serie RS-485 para la comunicación con las RTU vía cable y un controlador de comunicaciones, que debe garantizar la comunicación con todas las RTU sin
Resultados de la validación del modelo obtenido con estructura ARMAX de un tramo de un canal de riego.
SOLUCIONES Julio 2002 / n.º 331
Automática e Instrumentación
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
5
Estructura del sistema de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada.
que se afecte el ciclo de actualización particular de cada variable. El cuarto nivel representa al supervisor inteligente central y se encuentra constituido por un radio módem, una impresora y un PC central que actúa como amo de la red de campo y desde donde se puede supervisar e imponer condiciones y estrategias de control a todos los elementos de dicho sistema, así como conocer el estado que presentan las diferentes variables controladas. En todos los tramos del canal se mide nivel aguas abajo (al final del tramo) y la posición de la compuerta. Todos los equipos de medición, control y actuación del sistema se encuentran conectados a través de las RTU a una red secundaria de cam-
po, que permite una comunicación sencilla entre el supervisor inteligente y dichos equipos. Los mismos presentan la robustez necesaria para trabajar en condiciones hostiles (elevadas temperaturas y humedad, polvo, intrusos, etc.). Las RTU presentan autonomía, de forma que si la comunicación con el supervisor inteligente central se pierde, continúan funcionando considerando la información recibida de dicho supervisor antes de perder la comunicación. El supervisor inteligente central desarrolla las siguientes funciones: • Adquisición de datos desde las RTU a través de los nodos concentradores de información. • Control de todos los equipos y dis-
positivos del sistema. • Gestión de alarmas (realiza el análisis de los valores de las variables adquiridas, la generación de alarmas de acuerdo con la parametrización establecida, la transmisión al gestor de datos y a los periféricos de los valores y activaciones que corresponda según la configuración establecida). • Gestión de datos (considera la comunicación con la base de datos, así como el tratamiento y almacenamiento en la misma de los datos a registrar). • Base de datos. • Supervisión del estado y funcionamiento del sistema. • Presentación y comunicación con el operador. • Explotación de datos adquiridos
SOLUCIONES Automática e Instrumentación
Julio 2002 / n.º 331
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
6
en tiempo real. • Con la ayuda de la información que recibe de los sensores, determina el caudal de agua que debe entregar el sistema de riego a cada uno de los consumidores, así como el volumen de agua real que se encuentra en cada tramo del canal. Debido a que los canales de riego son considerados procesos con comportamiento dinámico difícil, caracterizados por presentar un gran reta rd o d e tiemp o, en oca siones variable en el tiempo en un amplio margen y cuya magnitud depende fundamentalmente de la velocidad del movimiento del agua y del largo de cada uno de los tramos, así como que los coeficientes que caracterizan el comportamiento dinámico de los tramos del canal también frecuentemente varían en el tiempo como resultado de los cambios que se originan en sus regímenes de operación, la aplicación de los controladores convencionales, tipo PID, para el control de la distribución del agua no conduce a resultados satisfactorios. Esto implica que para el control efectivo de la distribución del agua en los canales de riego se necesite la aplicación de controladores avanzados, tipo controladores predictivos, los cuales resuelven con una elevada calidad el problema del control de procesos caracterizados por presentar un comportamiento dinámico difícil, mediante la incorporación de conocimiento al método de cálculo de las señales de control. Es por ello que los controladores locales que se utilizan son controladores predictivos basados en modelo (CPBM). La estructura de los mod elo s de pr edic ci ón d e estos controladores ha sido definida en (3). En la figura superior se muestra un diagrama estructural de dichos controladores. El principio de funcionamiento de estos controladores es simple y se expresa de la siguiente forma: el controlador predictivo, basándose en el
Diagrama estructural de los controladores locales.
Un ejemplo de aplicación práctica El sistema propuesto se encuentra en vía de aplicación en el canal magistral del sistema de riego Güira de Melena. En la figura 1 se mues tra el diagrama estructural de dicho sistema. El sistema de riego Güira de Melena está formado por un canal prin cipal que alimenta directamente a tres embalses mayores (embalses abastecedores de 20.000 metros cúbicos cada uno), a través de ali viaderos u obras de toma. Éstos, a su vez, surten a cinco embalses de menor tamaño (embalses suministradores de 5 000 metros cúbicos cada uno), mediante tuberías que transportan el agua por gravedad. Los embalses suministradores son los que abastecen de agua a los con sumidores. El canal presenta un gasto nominal de 5 metros cúbicos por segundo en toda su extensión, tiene una longitud aproximada de 10 km y está revestido con losas prefabricadas de hormigón tanto por el fondo como por los taludes. Se encuentra dividido en dos tramos: Canal Prin cipal Güira Tramo I y Canal Principal Güira Tramo II, mediante dos compuertas sumergidas, situadas a continuación de las obras de toma de los embalses abastecedores Güira 1 y Güira 2. Actualmente, la operación del canal se desarrolla de forma total mente manual. El control sobre el gasto se realiza con la ayuda de regletas situadas a una distancia visible desde las compuertas y me diante la abertura o cierre de las mismas se aseguran los gastos pre fijados a partir de la fórmula del gasto a través de una compuerta. Estos gastos se deciden semanalmente, pudiendo corregirse de un día para otro. Indiscutiblemente, el control manual de la distribución del agua no permite una estricta correspondencia entre las entregas y el con sumo, ocasionando serias pérdidas de este preciado líquido por con cepto de operación deficiente del sistema, las cuales ascienden a 1.225.000 m3 al año. La implementación del sistema de control distribuido bajo super visión inteligente centralizada, que se propone en este trabajo, en el canal principal del sistema de riego Güira de Melena posibilitará:
SOLUCIONES Julio 2002 / n.º 331
Automática e Instrumentación
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
modelo de predicción del proceso y en la información sobre las entradas y salidas pasadas, en el instante de tiempo t determina la evolución futura de la variable controlada (nivel de agua al final del tramo) y(t+j), j=0,..., N 2, a lo largo de un horizonte temporal de predicción N2 especificado por el usuario, calculando los valores futuros de la variable manipulada u(t+j) que posibilitan que en dicho horizonte la variable controlada y(t+j) alcance el valor de referencia w(t). En estos controladores se establece una trayectoria deseada r(t+j) de movimiento desde el valor actual y(t)
de la variable controlada a la referencia w(t), determinándose la secuencia u(t+j) de valores de la señal de control que lleva las predicciones y(t+j) tan cerca como sea posible de la trayectoria r(t+j). Una vez calculada toda la secuencia, se aplica el valor u(t) en el instante t, y en el periodo de muestreo siguiente t + 1 se repiten otra vez todos los cálculos, en lugar de utilizar los obtenidos en t, de acuerdo a una política establecida de horizonte móvil. El cálculo de los valores de la variable manipulada se desarrolla mediante la optimización de una cierta
función objetivo, que suele ser una función cuadrática de los errores entre los valores deseados de la variable controlada y sus predicciones, obtenidas a partir del modelo matemático del proceso. Si las predicciones de la variable controlada desarrolladas por el modelo son correctas, estos controladores son muy efectivos. Sin embargo, la variabilidad en el tiempo en un amplio rango de los parámetros dinámicos de los canales de riego no posibilita el desarrollo de buenas predicciones, debido al desajuste que presentarán los coeficientes del modelo, lo que conlleva a un control de-
Diagrama estructural del sistema de riego Güira de Melena.
• Utilizar de forma eficiente el agua superficial en el riego. • Disminuir sustancialmente el uso y abuso del agua subterránea en el riego. • Disminuir significativamente el consumo de combustible en el bom beo de las aguas subterráneas. • Mejorar la conservación del en torno y del medio ambiente de la zona. • Aumentar la producción agrícola, al garantizar el suministro de agua
Figura 1.
necesario para el riego de las diferentes culturas agrícolas. En la figura 2 se muestran los resultados de la simulación del sistema de control predicti vo adaptativo de nivel del agua, que se propo ne en este trabajo, al final del Canal Principal Güira Tramo I, en condiciones de variabilidad en un amplio rango de los parámetros diná micos de dicho tramo y en presencia de fuer tes perturbaciones (aumento significativo de la demanda de agua de los consumidores). Como se puede observar en la figura, los resultados que se obtienen bajo dichas condiciones son sa tisfactorios. Resultados de la simulación del sistema de control predictivo adaptativo de nivel del agua al final del Canal Principal Güira Tramo I.
Figura 2.
7
SOLUCIONES Automática e Instrumentación
Julio 2002 / n.º 331
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
A modo de conclusiones
8
• Se presentaron algunos elementos que evidencian la existencia de una situación de crisis de los re cursos hidráulicos en el ámbito internacional, lo que justifica la imperiosa necesidad de tomar medi das y soluciones prácticas que conlleven a un uso racional y eficiente de dicho recurso. Se justificó la aplicación de la automatización de la distribución del agua en los sistemas de riego como vía efectiva para la disminución significativa de las grandes pérdidas de agua que tienen lugar en estos sistemas. • Se realizaron trabajos de identificación del comportamiento dinámico de un tramo de un canal de riego, los cuales permitieron obtener un modelo matemático discreto con estructura ARMAX de este proceso. Los resultados de validación del modelo obtenido mostraron que el mismo presenta un elevado grado de ade cuación, por lo que puede ser utilizado en el diseño de sistemas efectivos de control automático de la distri bución del agua en canales de riego. • Como una de las posibles vías para resolver el grave problema del uso eficiente de los recursos hidráulicos en los canales de riego, se propone un sistema de control distribuido bajo supervisión inteligente cen tralizada, caracterizado por su modularidad, fácil interconexión en una red de campo de sus diferen tes equipos, posibilidad de utilizar comunicación por radio, simple interconexión a un PC central de sus elementos, alta protección frente a humedad, temperatura, polvo e intrusos y fácil programación de sus equipos. • Los controladores locales del sistema de control distribuido bajo supervisión inteligente centralizada que se utilizan son del tipo CPBM con ajuste de los coeficientes de su modelo de predicción por el supervisor inteligente central, lo que garantiza una elevada efectividad en el control y, por consiguiente, una signi ficativa disminución de las pérdidas actuales de los recursos hidráulicos en los canales de riego. • El supervisor inteligente central del sistema de control distribuido que se propone se caracteriza por presentar un sistema experto, que se encarga de la toma efectiva de decisiones ante situaciones que por su carácter extremo serían muy difíciles de resolver mediante la aplicación de los métodos y estrategias de control tradicionales. Además, dicho sistema experto desarrolla funciones de detección y diagnósti co automático de fallos, lo que le confiere al sistema propuesto una elevada fiabilidad. • El sistema propuesto se encuentra en vía de introducción en el Canal Principal del sistema de riego Güira de Melena. • Los resultados de la simulación en MATLAB del sistema de control predictivo adaptativo de la distri bución del agua al final del Canal Principal Güira Tramo I mostraron la justeza y efectividad de dicho sistema. ficiente de estos procesos. Es por ello que el supervisor inteligente central, a partir de las variables medidas, realiza una continua identificación de los parámetros dinámicos de cada tramo del canal, actualizando (ajustando) si es necesario en el modelo de predicción de cada controlador local sus coeficientes, así como el retardo de tiempo. Esto permite que las predicciones que realice el controlador sobre la variación de nivel sean efectivas, es decir, que los errores de predicción sean mínimos, posibilitando que la señal de control posicione la compuerta de forma tal que la variación de nivel de agua al final del tramo sea la deseada. De esta forma, los controladores locales que se utilizan son CPBM adaptativos. El supervisor inteligente central
posee un sistema experto que se encarga de la toma efectiva de decisiones ante situaciones que presentan un carácter de extremo, y entre las que se encuentran: • Roturas o fallos en algunos de los equipos de medición, actuación y control. • Pérdida de la comunicación entre los diferentes elementos que integran el sistema. • Detección de intrusos. • Pérdida de información. • Fallos en el software de los diferentes PC. • Desarrollo de funciones de diagnóstico automático de posibles fallos en los elementos del sistema. El sistema experto toma decisiones sobre las aperturas y cierres de las compuertas solamente si ocurren situaciones de emergencias (extre-
mas); en caso contrario, estas decisiones las toman las RTU sobre la base de las señales de referencias que reciben del supervisor inteligente central. R. Rivas Pérez*, C. Prada Moraga**, T. Alvarez**, F. Tadeo**, S. Pérez Pereira* * Depto. de Automática y Computación, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad Politécnica de la Habana (CUJAE)
[email protected] ** Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, Facultad de Ciencias, Universidad de Valladolid
[email protected] Los autores expresan su sincero agra decimiento a la Agencia Española de