Caso de estudio · Granja porcina · M-Duino 19R+
Clima, aire, comida y limpieza. Un PLC por sala.
Consignas, raciones exactas y corrales limpios, con un solo PLC.
La demanda de carne crece. Las normas de calidad y seguridad son más estrictas, y el pienso, la mano de obra y la energía cuestan más.
Por eso la nave funciona con consignas, y cada kilo de comida queda contado.
Este caso describe un diseño genérico de Industrial Shields para una granja porcina. No cita ninguna granja ni ningún cliente, y no publica resultados. El propio caso dice que es una base que se puede ampliar con más parámetros. Las consignas, raciones, tiempos y cantidades de los paneles son ejemplos. Esta página trata la nave entera: clima, aire, comida y agua, limpieza. Para una línea de alimentación con una célula de carga en cada comedero, consulta el caso de alimentación animal.
El reto
El bienestar animal depende del aire, de la comida y de un corral limpio.
El objetivo es un control ambiental para el bienestar de los animales y unos datos que circulan por la cadena del proceso. El sistema controla el clima de la sala, pesa la comida y el agua de cada corral, mantiene el aire sin gases dañinos y limpia cada corral según un horario. Un Panel PC recoge la información, la guarda en un servidor y la analiza.
Un clima con consignas
Un sensor de temperatura y uno de humedad leen la sala. A partir de las consignas, el PLC enciende el aire acondicionado y el deshumidificador.
Fuera el CO2 y el amoníaco
Los dos gases son dañinos para los animales y para las personas. Los extractores con filtros mantienen el aire limpio dentro y no envían los gases al exterior.
Comida y agua exactas
La comida se pesa antes de caer al corral, y un contador de agua deja pasar la cantidad exacta. El programa suma cada corral: el inventario siempre está hecho.
Limpieza sin estrés
Dos tuberías de alta presión en el drenaje limpian el corral según un horario. Primero se abre la puerta, para que el animal salga a la zona común y no sufra.
Un panel para todos los programas
Un Panel PC muestra el menú de programas. Desde allí se fijan todos los parámetros y los horarios. El caso conecta el panel a la wifi, para guardar los datos en un servidor y analizarlos.
Cómo funciona
Tres lazos: clima y aire, comida y agua, limpieza.
Cada panel muestra un lazo de la nave. Pulsa los botones y mueve los controles. Los paneles son simulaciones ilustrativas: las consignas, raciones, tiempos y cantidades son ejemplos, no datos de una granja.
Consignas para la sala, y un aire sin gases dañinos.
Un sensor de temperatura y uno de humedad leen la sala. En función de los valores preseleccionados, el PLC enciende el aire acondicionado y el deshumidificador. Los extractores con filtros sacan el CO2 y el amoníaco de la sala y evitan que salgan al exterior. Elige un escenario y mueve las consignas. Para ver un día entero de control de clima en una sala cerrada, con aire nuevo por CO2 y secado, abre el simulador de clima de invernadero y su sala de champiñón (funciona con ESP32 PLC; la lógica es la misma).
- Temperatura y humedad frente a consignas
- Aire acondicionado y deshumidificador en relés
- Extractores con filtros para el CO2 y el amoníaco
Eventos de clima (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una granja. Consignas y respuesta de la sala de ejemplo, más rápidas que en la realidad. El caso enciende el aire acondicionado y el deshumidificador a partir de consignas. Una forma habitual de hacerlo: una pequeña banda alrededor de cada consigna, para que una carga no se encienda y se apague cada segundo; el extractor hace un ciclo mínimo y más largo cuando la sala está caliente o húmeda; y un fallo del extractor da una alarma en el panel.
Pesar cada ración. Contar cada litro.
Una válvula solenoide abre una compuerta y la comida cae en una báscula. Cuando la báscula llega a la ración, la válvula se cierra. Una segunda puerta deja caer la comida para el animal. Para el agua, un contador deja pasar la cantidad exacta. El programa suma las cantidades de cada corral y guarda el resto del total: el inventario queda hecho. Elige un corral, fija una ración y pulsa Dosificar.
- Una báscula y una compuerta solenoide para cada ración
- Un contador de agua para los litros exactos
- Totales por corral y comida que queda en el silo
Registro de inventario (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una granja. Raciones y tamaño del silo de ejemplo. Como en el caso: la compuerta de la válvula solenoide llena la báscula hasta la ración, se cierra, y una segunda puerta deja caer la comida al corral. El contador de agua deja pasar los litros fijados. Cada dosis se suma al total de su corral y se resta del silo, así que el inventario siempre está al día. Con más corrales, cada corral suma su propia puerta de descarga y su válvula de agua.
Limpiar el corral solo con la puerta abierta.
Según un horario, dos tuberías de alta presión en el drenaje limpian el corral. Solo funcionan mientras la puerta del corral está abierta, mediante una electroválvula, para que el animal salga a la zona común y no sufra. Inicia la limpieza y luego pruébala con un animal que se queda dentro.
- Limpieza programada desde el panel
- Puerta del corral con electroválvula
- Sin agua mientras el animal está dentro
Secuencia de limpieza (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una granja. Tiempos de ejemplo. Como en el caso: las tuberías limpian el corral solo mientras la puerta está abierta, para que el animal pueda salir a la zona común. Una forma habitual de hacerlo: un tiempo de espera o un sensor de presencia confirma que el corral está vacío antes de que salga el agua, y la limpieza se para si la puerta se cierra. Consulta los enclavamientos de seguridad en un PLC (el ejemplo funciona en un Raspberry PLC; el patrón es el mismo).
Arquitectura del sistema
¿Cómo se automatiza una granja porcina con un PLC?
Un M-Duino 19R+ lee dos sensores de clima, la célula de carga de la báscula, el contador de agua y un contacto de avería de los extractores. Sus ocho relés accionan el aire acondicionado, el deshumidificador, los extractores, la compuerta y la puerta de la comida, la válvula de agua, las tuberías de limpieza y la puerta del corral. Una forma habitual de hacerlo: el PLC habla con el Panel PC por Ethernet, y el Panel PC llega al servidor por la wifi de la granja, como en el caso. Este recuento es para una sala con un corral; más corrales necesitan más salidas.
| Señal | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Temperatura de la sala | EntreSensor de temperatura → M-Duino 19R+ | TipoEntrada analógica, 0-10 V | FunciónSe compara con la consigna: aire acondicionado encendido o apagado |
| Humedad de la sala | EntreSensor de humedad → M-Duino 19R+ | TipoEntrada analógica, 0-10 V | FunciónSe compara con el límite: deshumidificador encendido o apagado |
| Peso de la comida | EntreCélula de carga de la báscula → transmisor → M-Duino 19R+ | TipoEntrada analógica, 0-10 V | FunciónRación de cada corral. El caso no publica la interfaz de la célula de carga |
| Volumen de agua | EntreContador de agua → M-Duino 19R+ | TipoEntrada digital con interrupción, pulsos | FunciónLitros exactos para cada corral, y el total de agua |
| Avería del extractor / caudal de aire | EntreContacto del relé térmico o presostato de caudal → M-Duino 19R+ | TipoEntrada digital, 24 Vdc | FunciónAlarma en el panel si falla la ventilación |
| Aire acondicionado | EntreM-Duino 19R+ → contactor → aire acondicionado | TipoSalida de relé | FunciónEnfría por encima de la consigna |
| Deshumidificador | EntreM-Duino 19R+ → deshumidificador | TipoSalida de relé | FunciónSeca por encima del límite de humedad |
| Extractores con filtros | EntreM-Duino 19R+ → contactor → extractores | TipoSalida de relé | FunciónSacan el CO2 y el amoníaco de la sala, a través de filtros |
| Compuerta de la comida | EntreM-Duino 19R+ → válvula solenoide | TipoSalida de relé | FunciónLlena la báscula hasta la ración |
| Puerta de descarga | EntreM-Duino 19R+ → actuador de la puerta | TipoSalida de relé | FunciónDeja caer la comida pesada al corral |
| Válvula de agua | EntreM-Duino 19R+ → válvula de la línea de agua | TipoSalida de relé | FunciónSe cierra cuando el contador llega a los litros fijados |
| Tuberías de limpieza | EntreM-Duino 19R+ → válvula de alta presión | TipoSalida de relé | FunciónLimpian el corral por el drenaje, solo con la puerta abierta |
| Puerta del corral | EntreM-Duino 19R+ → electroválvula | TipoSalida de relé | FunciónAbre el corral para que el animal salga a la zona común |
| Programas y datos | EntreM-Duino 19R+ ↔ TouchBerry Pi 10,1" | TipoEthernet | FunciónConsignas, raciones, horarios, inventario |
| Almacenamiento y análisis | EntreTouchBerry Pi 10,1" → servidor | TipoWifi | FunciónGuardar los datos y analizarlos |
Por qué este diseño
Consignas, kilos contados y un corral vacío antes del agua.
Consignas, no intuición
El aire acondicionado y el deshumidificador siguen los valores que se fijan en el panel. El PLC los mantiene de día y de noche, y registra lo que ha hecho.
Cada kilo contado
La báscula pesa cada ración antes de que caiga, y el contador cuenta cada litro de agua. El programa los suma por corral y guarda lo que queda en el silo: el inventario sale solo. Consulta el registro CSV con tabla en directo en un TouchBerry Pi.
Agua solo en un corral vacío
Las tuberías de limpieza solo funcionan con la puerta del corral abierta, con el animal en la zona común. La regla está en el programa del PLC, no en la memoria de una persona.
Relés para las cargas de la nave
El M-Duino 19R+ tiene 8 relés, de hasta 4 A a 230 Vac o 2 A a 24 Vdc con carga resistiva. Para el aire acondicionado y los motores de los extractores, un relé acciona la bobina de un contactor, con un filtro RC.
Un panel para todos los programas
Los parámetros y los horarios se fijan en el panel TouchBerry Pi. El panel guarda los datos y los envía al servidor para analizarlos.
Un código que es tuyo
El PLC se programa con el IDE de Arduino y librerías de código abierto. Tienes el código, así que puedes añadir un sensor, un corral o una sala más adelante, como prevé el caso.
Hardware
Un PLC por sala. Un panel para los programas.
M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 19R
Un PLC industrial basado en un Arduino Mega 2560 original, con 6 entradas y 11 salidas, 8 de ellas de relé, Ethernet y RS-485, para carril DIN. En la nave lee los sensores de clima, la báscula y el contador de agua, y acciona todas las cargas de una sala.
- Función
- Clima, aire, dosificación de comida y agua, limpieza, datos al panel
- Entradas
- 6: 4 analógicas o digitales (0-10 V, 10 bits), 2 digitales optoaisladas con interrupción (de 5 a 24 Vdc)
- Salidas
- 11: 8 relés, 3 analógicas, digitales o PWM (0-10 V)
- Relés
- Hasta 4 A a 230 Vac o 2 A a 24 Vdc, carga resistiva
- Comunicaciones
- Ethernet (W5500), RS-485, RS-232, serie TTL, I2C, SPI
- Integrado
- Reloj de tiempo real, ranura microSD
- Alimentación y montaje
- De 12 a 24 Vdc, carril DIN TS35, IP20, dentro de un armario
El caso original cita el M-Duino 19R y muestra su foto. Es este producto, referencia IS.MDuino.19R+. Para una sala usa 5 de las 6 entradas y los 8 relés. Para más corrales o salas, añade un segundo M-Duino en la misma red Ethernet o elige un modelo de la familia con más salidas (consulta la ficha técnica de la familia).
TouchBerry Pi Panel PC 10.1" CORE
El punto de control de la granja: una Raspberry Pi 4 detrás de una pantalla táctil capacitiva de 10,1", conectada al PLC por Ethernet. Muestra el menú de programas, donde se fijan los parámetros y los horarios, y guarda los datos.
- Función
- Programas, consignas, horarios, inventario, datos al servidor
- Pantalla
- 10,1" IPS, 1280 x 800, capacitiva, 900 nits
- Software
- Linux preinstalado; HMI en Node-RED, Python o un navegador
- Comunicaciones
- Ethernet Gigabit, 4 USB, un puerto serie (RS-485, RS-232 o TTL); wifi y Bluetooth bajo consulta
- Alimentación
- De 12 a 24 Vdc, SAI para un apagado seguro
- Entorno
- De 0 a 45 °C, del 10 al 90 % de HR sin condensación, frontal IP20
El caso original enlaza al TouchBerry Pi 10,1". Hoy es el TouchBerry Pi Panel PC 10.1" CORE. El texto del caso también cita un panel TinkerTouch, que ya no se vende. El caso conecta el panel a la wifi. La wifi y el Bluetooth no vienen incluidos por defecto: háblalo con nosotros antes del pedido (consulta la ficha técnica de la familia). Para un panel dentro de la nave, con polvo y salpicaduras, la versión FLEX ofrece un frontal IP65.
Preguntas sobre este caso
¿Cómo se controla el clima de una nave porcina con un PLC?
Un sensor de temperatura y uno de humedad van a entradas analógicas del PLC. El PLC los compara con las consignas del panel y acciona el aire acondicionado y el deshumidificador mediante relés. Los extractores con filtros sacan el CO2 y el amoníaco. Una forma habitual de hacerlo: una pequeña banda alrededor de cada consigna, para que las cargas no se enciendan y se apaguen todo el rato.
¿Una nave porcina con ventilación mecánica necesita una alarma?
En la UE, sí. La Directiva 98/58/CE del Consejo (anexo, punto 13) pide un sistema de respaldo que mantenga suficiente aire nuevo si falla la ventilación, y una alarma que avise de la avería. La alarma se tiene que probar con regularidad, y el equipo automático se tiene que revisar al menos una vez al día. Un contacto de avería del extractor en una entrada digital permite al PLC detectar el fallo, dar la alarma en el panel y enviarla, por ejemplo con alertas por email desde un servidor de monitorización. Revisa también las normas de tu país.
¿Cómo pesa el sistema la comida de cada corral?
Con una báscula entre el silo y el corral. Una válvula solenoide abre una compuerta, la comida cae en la báscula y la compuerta se cierra al llegar a la ración. Después, una segunda puerta deja caer la comida para el animal. La célula de carga de la báscula llega a una entrada analógica de 0-10 V a través de un transmisor. Para una célula de carga en cada comedero, consulta el caso de alimentación animal.
¿Cómo mide el PLC el agua de cada corral?
Con un contador de agua que da pulsos. Los pulsos van a una entrada digital con interrupción, el PLC los cuenta como litros y cierra la válvula de agua al llegar a la cantidad fijada. Cada total va al inventario del corral. Consulta la lectura de un caudalímetro de pulsos en un PLC (el ejemplo funciona en un ESP32 PLC; el patrón es el mismo).
¿Cómo se limpian los corrales sin estresar a los animales?
Como hace el caso: primero se abre la puerta del corral, mediante una electroválvula, y el animal sale a la zona común. Las dos tuberías de alta presión del drenaje solo funcionan mientras la puerta está abierta. Una forma habitual de hacerlo: un tiempo de espera o un sensor de presencia confirma que el corral está vacío, y la limpieza se para si la puerta se cierra.
¿El sistema mide el CO2 y el amoníaco?
En la UE, la Directiva 98/58/CE del Consejo (anexo, punto 10) pide mantener la circulación de aire, el polvo, la temperatura, la humedad y la concentración de gases dentro de límites que no perjudiquen a los animales. El caso no mide los gases: usa extractores con filtros. Una forma habitual de hacerlo es añadir un sensor de CO2 o de amoníaco en una entrada analógica libre, para que el extractor funcione según el valor real. Las entradas analógicas leen 0-10 V; para un sensor de 4-20 mA, una resistencia de precisión de 500 Ω convierte 20 mA en 10 V. El amoníaco y el agua de limpieza atacan la electrónica, así que pon el PLC en un armario cerrado o en una sala técnica.
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