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Caso de estudio · Sector: riego agrícola

Programa el pívot por sectores. Síguelo desde el móvil.

Un PLC en el cuadro del pívot fija la lámina, vigila el agua e informa por 4G.

1ESP32 PLC 21 FLEX en el cuadro del centro del pívot
6grupos de señales: estado, seguridad, posición, presión, caudal, tiempo
3grupos de salidas: marcha y sentido, velocidad, cañón final y bomba
4Gplaca para el enlace con el móvil y el servidor, por MQTT

Un pívot riega un círculo entero, pero el campo pocas veces es un solo cultivo con una sola necesidad.

Por eso el PLC divide el círculo en sectores y da a cada uno su velocidad, su lámina y sus reglas.

Basado en instalaciones reales de clientes del sector; datos y nombres no publicados. Fabricantes e integradores de sistemas de riego compran controladores a Industrial Shields para los cuadros de sus pívots y bombeos. Esta página muestra la arquitectura, las señales y la lógica de ese tipo de cuadro con el ESP32 PLC 21 FLEX, nuestra opción para esta función, elegida por hoja de datos. Los umbrales, láminas y mensajes son ejemplos de una forma habitual de hacerlo, no los ajustes de una finca real.

El reto

La misma agua en todas partes no es lo que pide el campo.

Un pívot gira alrededor de su centro, y la velocidad de la última torre decide cuánta agua recibe cada parte del círculo. Con un cuadro básico, la velocidad y el sentido se fijan a mano en el centro del pívot, y el agricultor tiene que ir al campo para cambiarlos. El fabricante o el integrador quiere un cuadro que sepa dónde está el pívot, riegue por sectores, se pare solo cuando algo va mal y se pueda consultar desde el móvil.

01

Regar por sectores

Cultivos distintos, una esquina seca o un camino que cruza el círculo: cada sector necesita su lámina, o nada de agua.

02

Saber dónde está

La posición del pívot manda en el programa: empezar un sector, activar el cañón final, aparcar en el ángulo correcto.

03

Parar antes del daño

Una tubería rota o una bomba que salta se ven como presión baja. El pívot debe pararse antes de avanzar en seco.

04

Menos viajes al campo

Arrancar, parar y consultar el pívot desde el móvil, y recibir un aviso cuando se para solo.

La lluvia cambia el plan

Si se prevé lluvia o el pluviómetro ya la ha medido, la siguiente pasada puede esperar. El programa decide y el agricultor confirma.

Cómo funciona

Tres trabajos del cuadro del pívot: programar, proteger, informar.

Cada panel muestra un trabajo del PLC. Pulsa los botones. Son simulaciones ilustrativas: ángulos, láminas, umbrales y mensajes son ejemplos, no datos de una finca real.

Trabajo 1 · Programar

Cada sector tiene su velocidad, y así su lámina.

El PLC lee el ángulo del pívot y busca el sector. Para cada sector, el programa guarda una lámina y si hay agua o no. La lámina fija el temporizador porcentual: la parte de cada minuto en que avanza la última torre. Más lento quiere decir más agua. Prueba un sector de cultivo, una pasada en seco, una esquina con el cañón final y el aparcamiento.

  • Sectores definidos por ángulo de inicio y de fin
  • Temporizador porcentual calculado a partir de la lámina
  • Cañón final solo en las esquinas
  • Aparcar en un ángulo fijo al final del ciclo
Ángulo del pívot·Temporizador·Lámina aplicada·AguaAvanceCañón
Sector·
Temporizador·
Lámina·
Siguiente·
AGUA ABIERTAPASADA EN SECOCAÑÓN ACTIVOAPARCANDO

Programa del pívot (ejemplo)

  • Programa cargado: 4 sectores.

Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una finca real. Valores de ejemplo. Modelo de lámina de este panel: 5 mm al 100 %, inversa al temporizador. La curva real la da el fabricante del pívot con su paquete de boquillas.

Trabajo 2 · Proteger

La presión baja detiene la bomba. El circuito de seguridad detiene el pívot.

El PLC lee la presión de la línea con un transmisor de 4-20 mA y el caudal con los pulsos del contador. Si la presión sigue baja durante un tiempo fijado, para el pívot y la bomba. El circuito de seguridad de alineación es del pívot: cuando se abre, las torres se paran solas. El PLC solo lo lee, para la bomba y envía la alarma.

  • Presión baja con retardo, y después paro
  • Circuito de seguridad leído, nunca puenteado
  • Bomba parada cuando se para el pívot
  • Para volver a arrancar, una persona rearma
Presión de la línea·Caudal·PresiónSeguridadAvance
Estado·
Presión·
Bomba·
PRESIÓN CORRECTAPRESIÓN BAJAPÍVOT PARADOSEGURIDAD ABIERTAREARMADO POR EL OPERARIO

Protecciones (ejemplo)

  • Vigilando presión y caudal.

Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una finca real. Valores de ejemplo: presión baja por debajo de 1,8 bar durante 30 s. Un cuadro real usa la presión y los retardos del paquete de boquillas y de la bomba.

Prueba alarmas de presión y bombas en una red de agua: simulador de telemetría de emplazamientos remotos

Trabajo 3 · Informar

El móvil lo arranca. El tiempo lo puede retener.

Con la placa 4G el PLC publica su estado y recibe órdenes por MQTT. Una previsión de lluvia o la lluvia medida en el pluviómetro pueden retener la siguiente pasada, y el agricultor la puede lanzar igualmente. Si el enlace cae, el PLC sigue con su programa local y guarda los mensajes hasta que vuelve.

  • Marcha y paro desde el móvil
  • Retener la pasada por previsión o por lluvia medida
  • Primero el programa local, después el enlace
  • Mensajes en cola mientras no hay enlace
Previsión de lluvia, 24 h·Lluvia en el pluviómetro, hoy·
Programa·
Última orden·
Enlace·
Mensajes en cola·
ENLACE CORRECTOARRANCADO A DISTANCIAPASADA RETENIDASIN ENLACECOLA ENVIADA

Móvil y servidor (ejemplo)

  • Siguiente pasada a las 22:00.

Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una finca real. Valores de ejemplo: retener la pasada a partir de 5 mm de lluvia prevista. La previsión viene de un servicio meteorológico; la regla la pones tú.

Arquitectura del sistema

¿Cómo controla un PLC un pívot de riego y su programa?

Un ESP32 PLC 21 FLEX va en el cuadro del centro del pívot. Lee el estado del pívot, el circuito de seguridad, el ángulo, la presión de la línea, el caudalímetro, el pluviómetro y el anemómetro. Con relés de interfaz arranca y para el pívot, fija el sentido, gobierna el temporizador porcentual y activa el cañón final y la bomba. Una placa 4G lo enlaza con un servidor y con el móvil del agricultor por MQTT.

Estado del pívoten marcha, avance, retrocesoCircuito de seguridadsolo lectura, sigue en el pívotPosiciónsensor de ángulo o GPSPresión de la líneatransmisor de 4-20 mACaudalímetropulsos, volumen por pasadaLluvia y vientopluviómetro y anemómetroESP32 PLC 21FLEX · placa 4G · cuadro del pívotMarcha, paro, sentidocon relés de interfazTemporizador %velocidad, y así la láminaCañón final y bombaesquinas y bombeoRed móvil4G LTE-M o NB-IoTMóvil y servidorMQTT, programa, alarmasUna disposición habitual para un pívot. Las señales y los equipos cambian con la marca del pívot y con la finca.Estado del pívoten marcha, avance, retrocesoCircuito de seguridadsolo lectura, sigue en el pívotPosiciónsensor de ángulo o GPSPresión de la líneatransmisor de 4-20 mACaudalímetropulsos, volumen por pasadaLluvia y vientopluviómetro y anemómetroESP32 PLC 21FLEX · placa 4G · cuadro del pívotMarcha, paro, sentidoSalida · con relés de interfazTemporizador %Salida · velocidad, y así la láminaCañón final y bombaSalida · esquinas y bombeoRed móvil4G LTE-M o NB-IoTMóvil y servidorMQTT, programa, alarmasUna disposición habitual para un pívot. Las señalesy los equipos cambian con la marca y la finca.
Entradas al PLCSalidasRed móvil y servidor
Señales
SeñalEntreTipoFunción
En marcha, avance, retrocesoEntreCuadro del pívot → ESP32 PLC 21TipoEntrada digital, con relésFunciónSaber qué hace el pívot
Estado del circuito de seguridadEntreCircuito de seguridad → PLCTipoEntrada digital, solo lecturaFunciónParar la bomba y enviar la alarma
ÁnguloEntreSensor de ángulo o GPS → PLCTipoAnalógica 0-10 V o serie (habitual)FunciónEncontrar el sector, aparcar
Presión de la líneaEntreTransmisor → PLCTipo4-20 mA en una entrada de 0-10 V con shuntFunciónParo por presión baja
CaudalEntreContador → PLCTipoPulsos en una entrada de interrupciónFunciónVolumen por pasada y por sector
Lluvia y vientoEntrePluviómetro y anemómetro → PLCTipoPulsosFunciónRetener la pasada, cañón parado con viento
Marcha, paro, sentidoEntrePLC → cuadro del pívotTipoSalida digital, relés de interfazFunciónEjecutar el programa
Temporizador porcentualEntrePLC → control de la última torreTipoSalida digital, marcha y paro cada minutoFunciónFijar la velocidad, y así la lámina
Cañón final, bombaEntrePLC → válvula del cañón, arrancador de la bombaTipoSalida digital, relés de interfazFunciónEsquinas y suministro de agua
Estado, alarmas, órdenesEntrePLC ↔ servidor y móvilTipo4G, MQTTFunciónArranque remoto, retenciones, avisos

Por qué funciona

El programa vive en el pívot. El móvil es una ventana, no una muleta.

La posición manda

Sectores, cañón final y aparcamiento son ángulos. Cuando el PLC conoce el ángulo, un plan de cultivo nuevo es una tabla nueva, no un cableado nuevo.

Lámina a partir de la velocidad

El temporizador porcentual es la forma en que un pívot fija la lámina. El PLC lo calcula con la lámina que pides para cada sector.

La seguridad sigue en su sitio

El circuito de alineación del pívot sigue parando las torres por sí solo. El PLC lo lee, actúa sobre la bomba y nunca lo puentea.

Funciona sin red

El programa y las protecciones van en el PLC. El enlace 4G añade órdenes y avisos; si cae, la pasada sigue y los mensajes esperan.

Señales estándar

Presión en 4-20 mA, caudal y lluvia por pulsos, órdenes por relés: piezas que cualquier instalador de riego encuentra y cambia.

Un diseño para muchos pívots

El mismo cuadro y el mismo programa sirven para pívots de distinta longitud. Los sectores, la curva de lámina y los retardos son ajustes.

Hardware

Un PLC ESP32 con placa 4G en el cuadro del pívot.

ESP32 PLC 21 FLEX, controlador industrial basado en ESP32 con 13 entradas, 8 salidas y placa 4G opcional, para carril DIN

Nuestra opción para esta funciónESP32 PLC 21 FLEX

Un controlador industrial basado en el ESP32 de doble núcleo, para carril DIN, que se programa con el Arduino IDE. La versión FLEX admite una placa de comunicación: aquí, 4G (M1)-NB1 IoT LTE para el enlace con el servidor y el móvil.

Función
Lee el pívot, ejecuta el programa por sectores y las protecciones, habla con el móvil
Procesador
ESP32 de doble núcleo, hasta 240 MHz
Entradas
13: 6 analógicas o digitales (0-10 V, 11 bits), 7 digitales optoaisladas (de 5 a 24 Vdc), 2 de ellas con interrupción
Salidas
8: 3 analógicas, digitales o PWM (0-10 V, 12 bits), 5 digitales optoaisladas (de 5 a 24 Vdc)
Inalámbrico y placa opcional
Wifi y Bluetooth LE integrados; una placa opcional: aquí 4G (M1)-NB1 IoT LTE (u-blox), o LoRa o CAN
Con cables
Ethernet, RS-485, RS-232
Programación
Arduino IDE
Alimentación
De 12 a 24 Vdc
Montaje
Carril DIN TS35, IP20, dentro de un armario

Las salidas son de transistor a 24 Vdc. Los cuadros de pívot suelen conmutar 24 Vac, 120 Vac o 230 Vac: usa relés de interfaz. Para un transmisor de presión de 4-20 mA en una entrada de 0-10 V, añade un shunt de precisión. El armario del centro del pívot necesita el grado de protección, la protección contra sobretensiones y la toma de tierra de un cuadro de exterior.

Preguntas sobre este caso

¿Cómo se controla un pívot de riego a distancia con un PLC?

Se pone un PLC con enlace móvil en el cuadro del centro del pívot. El PLC lee el estado, el ángulo y la presión, y gobierna la marcha, el paro, el sentido y el temporizador porcentual con relés de interfaz. Publica su estado y recibe órdenes por MQTT, así que un móvil o un servidor pueden lanzar una pasada, retenerla o leer las alarmas. Consulta órdenes remotas por MQTT en un ESP32 PLC y un bot de Telegram para el riego.

¿Cómo fija el PLC la lámina de agua de un pívot?

Con el temporizador porcentual. La última torre avanza durante una parte de cada minuto y las demás la siguen. Al 100 % el pívot va a toda velocidad y aplica la menor lámina; al 50 % tarda el doble y aplica más o menos el doble. El PLC calcula esa parte a partir de la lámina que fijas para cada sector. La relación real la da el fabricante del pívot con su paquete de boquillas.

¿El PLC sustituye el circuito de seguridad del pívot?

No. El circuito de seguridad de alineación para las torres cuando una se desalinea, y sigue cableado en el pívot tal como lo diseñó el fabricante. El PLC lee su estado, para la bomba, envía la alarma y espera a que una persona rearme en el campo. Nunca lo puentea.

¿Qué señales necesita el cuadro de un pívot?

Una lista habitual: en marcha, avance y retroceso; el estado del circuito de seguridad; el ángulo, con un sensor en el centro del pívot o un GPS en la última torre; la presión de la línea en 4-20 mA; el caudal por pulsos; lluvia y viento. Salidas: marcha, paro, sentido, temporizador porcentual, cañón final y bomba. Consulta cómo lee un ESP32 PLC sensores de 4-20 mA.

¿Qué pasa cuando se cae el enlace móvil?

En el campo no cambia nada. El programa por sectores y las protecciones van en el PLC, así que la pasada sigue y una presión baja la sigue parando. El PLC guarda los mensajes y los envía cuando vuelve el enlace. Una forma habitual se explica en registro de datos MQTT con memoria sin conexión en un ESP32 PLC.

¿Puede el programa de riego seguir la previsión del tiempo?

Sí. Antes de cada pasada, el programa consulta un servicio meteorológico y el pluviómetro, y retiene la pasada cuando la lluvia es suficiente. Nuestro paquete de proyecto de riego inteligente lo hace con un servicio de previsión, un variador para la bomba y un bot de Telegram; el ejemplo con la API del tiempo muestra la regla paso a paso.

Descarga el caso de estudio

PDF de 4 páginas con el reto, la lógica, la arquitectura y el hardware. Sin formularios.

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  • Señales del pívot, sectores y enlace móvil
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