Caso de estudio · Industria azucarera · Raspberry PLC
La remolacha se estropea por dentro. Un sensor enterrado vigila el centro.
Nodos de radio con baterías informan cada hora.
Una montaña sostiene bien la remolacha. Pero la remolacha del interior recibe más calor y más humedad que la del exterior.
Por eso el caso pone el sensor donde empieza el daño: el centro de la base.
Este caso describe un sistema de monitorización de las montañas de remolacha de un fabricante de azúcar, con nodos de radio OpenMote B y un Raspberry PLC. No cita al fabricante. El problema, el hardware, la posición del sensor, los tiempos y las bandas de radio son los del caso. Los valores de los paneles son ejemplos, no datos de las montañas.
El reto
Encontrar la remolacha caliente antes de que se pudra.
Antes de entrar en la fábrica, la remolacha espera al aire libre en montañas muy grandes. En este caso, la remolacha del centro de la base de las montañas se estropeaba antes de retirarla para producir azúcar. Una parte de la materia prima se tenía que descartar, y las pérdidas sumaban una cantidad importante cada año. El fabricante quería un sistema que detecte cuándo la remolacha está a punto de pudrirse, para retirarla a tiempo.
El problema empieza dentro
La remolacha del interior de una montaña sufre más el calor y la humedad que la del exterior. Una vuelta alrededor de la montaña no lo muestra. La medida tiene que estar en el centro de la base.
Las palas mueven la montaña
La remolacha se retira con bulldozers. Un sensor en la superficie se rompería. El sensor va enterrado en la base, fuera del alcance de las palas, pero cerca de la remolacha.
Al aire libre, toda la campaña
El sistema trabaja a la intemperie, con la lluvia y el frío de la campaña. La electrónica está en una caja eléctrica cerrada en el borde de la montaña. Solo el cable del sensor pasa por debajo de la remolacha.
Sin cables entre montañas
Las montañas están repartidas por la explanada y cambian a lo largo de la campaña. Cada nodo funciona con baterías y envía sus datos por radio. Se espera que las baterías duren casi 2 años.
Por qué importa
Cada remolacha que se pudre en la montaña es materia prima que nunca llega a ser azúcar. El caso explica que el sistema redujo las pérdidas por remolacha estropeada, mantuvo el producto en buen estado y redujo el trabajo de mover y desechar la remolacha mala. No publica cifras.
Cómo funciona
Tres tareas: leer el centro, dormir entre lecturas y avisar a tiempo.
Cada panel muestra una tarea. Pulsa los botones. Los paneles son simulaciones ilustrativas: el ritmo horario, las bandas de radio y la distancia de 15 m son los del caso, pero las temperaturas, los umbrales y el número de montañas son ejemplos, no datos de las montañas.
Un sensor donde se acumula el calor.
El sensor está en la base de la montaña, bajo el centro, a un máximo de 15 m de la caja del nodo en el borde. El aire alrededor de la montaña sube y baja con el día y la noche. El centro cambia despacio. Una subida constante del centro, que el aire no explica, es la señal que hay que buscar. Elige una montaña y mira la tendencia.
- Sensor enterrado en la base, bajo el centro
- A un máximo de 15 m de la caja del borde
- Mirar la tendencia, no una sola lectura
Eventos de la montaña (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de las montañas. Una lectura por hora, más rápido que en la realidad. El caso no publica sus valores de aviso. En este ejemplo: vigilar con una subida del centro de más de 1 °C en 24 h, aviso con más de 2 °C en 24 h o con el centro por encima de 10 °C. Fija los tuyos con tus agrónomos.
Despertar, leer, enviar y dormir. Una vez por hora.
La remolacha no se estropea en minutos, así que basta con una lectura por hora. El resto del tiempo el nodo duerme. Se despierta, lee el DS18B20 a través de un adaptador de nivel, porque el sensor trabaja a 5 V y la placa de radio a 3,3 V, envía el valor al maestro y vuelve a dormir. Por eso se espera que las baterías duren casi 2 años. Cambia el intervalo y la banda.
- Un despertar por hora en el caso
- 2,4 GHz: menos alcance, más velocidad de datos
- 868 MHz: más alcance, menos velocidad de datos
Eventos del nodo (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de las montañas. El ciclo es el del caso: reposo, despertar cada hora, leer, enviar al maestro y volver al reposo. Las cuentas son aritméticas: 24 despertares al día y 8.760 al año con uno por hora. El caso no publica la energía de un ciclo, así que el panel no calcula la duración de las baterías.
De un centro caliente a una retirada planificada.
La placa de radio maestra, cerca de la fábrica, pasa cada mensaje al Raspberry PLC por USB. El PLC guarda los datos en una base de datos o los envía a la nube por Ethernet o Wi-Fi. Cuando el calor de una montaña sube demasiado, envía un aviso para que la explanada retire primero esa montaña. Provoca un fallo y lee el registro.
- Señal de aviso con mucho calor en una montaña
- Un nodo mudo se detecta por los mensajes que faltan
- Opción futura: una baliza en la caja del nodo
Eventos del Raspberry PLC (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de las montañas. Un tic es una hora. Las seis montañas, sus números y la regla de 3 horas para un nodo mudo son ejemplos. La señal de aviso es la del caso. La baliza en la caja del nodo es una opción que el caso prevé para el futuro, no forma parte de la instalación.
Pruébalo en una red completa
Haz funcionar el mismo patrón de día y de noche.
Los paneles de arriba muestran una montaña cada vez. Los simuladores de abajo hacen funcionar una red entera.
Nodos con baterías, una pasarela, un día y una noche
Elige el lugar "Acopio al aire libre". Mira el centro y la superficie de una montaña y después bloquea un enlace, agota una batería o corta la pasarela. Usa una pasarela GateBerry FLEX; la lógica es la misma.
Abrir el simuladorSimulador · Telemetría de sitios remotosAlarmas de lugares lejos de la sala de control
Practica cómo llegan al operador las alarmas de lugares remotos y cómo se reconocen. El ejemplo es una red de agua.
Abrir el simuladorArquitectura del sistema
¿Cómo se monitoriza la temperatura dentro de una montaña de remolacha?
Se entierra un sensor de temperatura en la base de la montaña, bajo el centro, y su cable llega hasta un nodo de radio en una caja cerrada en el borde de la montaña. En este caso cada montaña tiene un nodo OpenMote B con un sensor DS18B20, un adaptador de nivel y baterías. Cada hora el nodo se despierta y envía su lectura por radio, en 2,4 GHz o en 868 MHz, a un OpenMote B maestro cerca de la fábrica. El maestro está conectado por USB a un Raspberry PLC, que guarda los datos en una base de datos interna o los envía a la nube por Ethernet o Wi-Fi, y genera un aviso cuando una montaña se calienta demasiado.
| Señal | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Temperatura de la montaña | EntreDS18B20 → nodo | TipoDigital, 1-Wire | FunciónSensor enterrado en la base, a un máximo de 15 m de la caja del nodo |
| Adaptación de nivel | EntreDS18B20 (5 V) ↔ OpenMote B (3,3 V) | TipoAdaptador de nivel | FunciónAdapta la línea de datos entre las dos tensiones |
| Humedad | EntreMontaña → nodo | TipoSin nombre en el caso | FunciónEl caso vigila el calor y la humedad; solo cita el DS18B20, que mide temperatura |
| Lectura horaria | EntreNodo de cada montaña → maestro | TipoRadio, 2,4 GHz u 868 MHz | FunciónEl nodo se despierta cada hora, envía y vuelve a dormir |
| Batería | EntreEn la caja del nodo | TipoBaterías | FunciónDuración prevista de casi 2 años |
| Datos recogidos | EntreOpenMote B maestro → Raspberry PLC | TipoUSB | FunciónTodas las montañas llegan al PLC cerca de la fábrica |
| Enlace de subida | EntreRaspberry PLC → base de datos o nube | TipoEthernet o Wi-Fi | FunciónBase de datos interna, o directamente la nube |
| Aviso | EntreRaspberry PLC → equipo de la explanada | TipoSeñal de aviso | FunciónSe envía cuando se detecta mucho calor y humedad |
| Alerta visual | EntreCaja del nodo → explanada | TipoBaliza (opción futura) | FunciónPrevista en el caso para mostrar una montaña fuera de límites; no está instalada |
Por qué funciona
El punto correcto, el ritmo correcto y nada en el camino de los bulldozers.
Medir donde empieza
El daño empieza en el centro de la base de la montaña. Un sensor enterrado lee ese punto directamente, en lugar de deducirlo desde la superficie.
La electrónica fuera de la montaña
Solo el sensor y su cable van bajo la remolacha. La placa de radio y las baterías están en una caja cerrada en el borde, donde no trabajan los bulldozers y donde se pueden cambiar las baterías.
Un ritmo a la medida de la remolacha
Estropearse lleva horas y días, no minutos. Una lectura por hora muestra la tendencia y deja que el nodo duerma casi todo el tiempo.
Una banda para cada explanada
Con 2,4 GHz tienes más velocidad de datos y menos alcance. Con 868 MHz tienes más alcance y menos velocidad de datos. Una explanada grande con pocos bytes por hora encaja bien con la banda baja.
Un PLC Linux al final
El Raspberry PLC recibe los datos por USB y hace el resto por software: base de datos, nube, reglas y avisos. Consulta un puente de MQTT a SQL Server en Python y un concentrador MQTT con Node-RED.
Abierto y modular
No hay licencias que pagar. Una montaña nueva es un nodo más y una línea más en las reglas. La misma red puede crecer con la explanada.
Del caso original
El esquema del caso.
El caso no publica fotos de la instalación.
Hardware
El PLC de hoy. Los nodos del caso.
Equivalente actualRASPBERRY PLC CPU-Gateway FLEX
Para la función del caso, una opción actual es el Raspberry PLC sin E/S locales: recibe la placa de radio maestra por USB y envía los datos por Ethernet o Wi-Fi.
- Función en este diseño
- Recibe la placa de radio maestra por USB, guarda los datos, los reenvía y genera los avisos
- Procesador
- Raspberry Pi 4, cuatro núcleos de 64 bits a 1,8 GHz, 2, 4 u 8 GB de RAM
- Puertos
- 1 Ethernet Gigabit y 1 Ethernet 10/100, Wi-Fi, Bluetooth LE, 2 USB 2.0, 2 USB 3.0, 2 RS-485
- Expansión
- Una placa opcional: CAN, LoRa o 4G (LTE-M/NB-IoT o LTE Cat 4)
- Software
- Debian 64 bits preinstalado; ejecuta Python, Node-RED y C/C++
- Alimentación y montaje
- De 12 a 24 Vdc, SAI con supercondensadores, reloj de tiempo real, carril DIN TS35, IP20, de 0 a 50 °C
El caso cita un Raspberry PLC y no publica el modelo. El CPU-Gateway FLEX es el Raspberry PLC sin E/S locales. Si quieres activar una baliza o una sirena en la fábrica desde el mismo PLC, el RASPBERRY PLC 21 FLEX añade 13 entradas y 8 salidas. Las placas de radio no forman parte del PLC.
OpenMote B (imagen del caso original)
Cada montaña tiene un OpenMote B en una caja eléctrica en su borde, con un sensor DS18B20, un adaptador de nivel y baterías. Otro OpenMote B, cerca de la fábrica, es el maestro que recibe todas las montañas.
- Sensor
- Sensor digital de temperatura DS18B20, enterrado en la base de la montaña
- Tensiones
- Sensor a 5 V, placa de radio a 3,3 V, adaptador de nivel entre ellos
- Radio
- 2,4 GHz u 868 MHz
- Ciclo
- Reposo, despertar cada hora, envío al maestro
- Alimentación
- Baterías, con una duración prevista de casi 2 años
OpenMote B ya no está en el catálogo de Industrial Shields. El patrón sigue siendo válido: nodos de radio de bajo consumo, un receptor y un PLC Linux. Cuéntanos tu explanada y tus montañas y te propondremos los nodos y la radio.
Preguntas sobre este caso
¿Por qué las montañas de remolacha se estropean por dentro?
Una remolacha cosechada sigue viva: respira, gasta su azúcar y desprende calor y agua. En el exterior de la montaña, el aire se lleva ese calor. En el interior, el calor y la humedad se quedan, y la remolacha está cada vez más caliente y más húmeda. En este caso, la remolacha del centro de la base de las montañas se estropeaba antes de retirarla para producir azúcar.
¿Dónde se coloca el sensor de temperatura en una montaña de remolacha?
En el punto donde empieza el problema. En este caso el sensor está enterrado en la base de la montaña, bajo el centro, para que los bulldozers que retiran la remolacha no lo alcancen. El sensor está a un máximo de 15 m de una caja eléctrica cerrada en el borde de la montaña, donde están el nodo de radio y las baterías.
¿Cada cuánto hay que medir una montaña de almacenamiento?
En este caso, una vez por hora. La remolacha no se estropea en minutos, así que una lectura por hora muestra la tendencia. Entre lecturas el nodo duerme, y por eso se espera que sus baterías duren casi 2 años. Un intervalo más corto da más puntos y menos duración de las baterías.
¿2,4 GHz u 868 MHz para nodos de sensores con baterías?
En este caso los nodos pueden usar cualquiera de las dos. 2,4 GHz da más velocidad de datos y menos alcance. 868 MHz da más alcance y menos velocidad de datos. Para pocos bytes por hora en una explanada grande, el alcance cuenta más que la velocidad. 868 MHz es una banda de uso libre en Europa; en Estados Unidos la banda parecida es la de 902 a 928 MHz. Prueba los enlaces en las posiciones reales, porque una montaña de remolacha y las máquinas cambian el camino de la radio.
¿El sistema también mide la humedad?
El caso vigila el calor y la humedad y envía un aviso cuando los dos son altos. El único sensor que cita es un DS18B20, que mide temperatura. Si necesitas la humedad dentro de la montaña, elige una sonda pensada para eso y comprueba cómo funciona en suelo húmedo antes de enterrarla.
¿Hay que programar los avisos?
Poco. Las reglas del Raspberry PLC son una lista corta: un límite, una subida por día y un temporizador para un nodo mudo. Puedes escribirlas en Node-RED con bloques de flujo, o en Python. Si lo prefieres, cuéntanos tus montañas y tus límites y un integrador o nuestro equipo las pueden configurar. Los nodos de radio llevan su propio firmware; te los podemos proponer y configurar.
Descarga el caso de estudio
PDF de 4 páginas con el reto, la lógica, la arquitectura y el hardware. Sin formularios.
¿Almacenas una cosecha al aire libre?
Cuéntanos tus montañas. Te responderá un ingeniero.
Dinos cuántas montañas tienes, a qué distancia están de la planta, qué quieres medir y adónde tienen que ir los datos. Te propondremos los sensores, la radio, el PLC y el software.
- Respuesta de nuestro equipo técnico
- Sensores, radio y PLC para tu explanada
- PLC basados en Arduino, ESP32 o Raspberry Pi