Fundamentos de controlo e programação
robótica
8
Adriano A. Santos Departamento de Engenharia Mecânica Politécnico do Porto
AUTOMAÇÃO E CONTROLO
3.ª Parte
PROGRAMAÇÃO DE SISTEMAS Quando se desenvolve um qualquer sistema de controlo, algumas perguntas básicas deverão ser colocadas. Assim, e se nos referirmos, por exemplo, à rega de um espaço verde ou de um campo de cultivo ou mesmo ao processo de enchimento de um reservatório estas questões poderiam ser: quando regar e que quantidade de água ou que ações a tomar nos vários níveis do reservatório e como controlar os débitos, por exemplo. No que diz respeito aos sistemas de rega, uma informação importante para a programação dos mesmos tem a ver com a relação solo-água-planta. Esta relação comporta os processos de transpiração da planta e a vaporização da água do solo para a atmosfera, ou seja, o fenómeno de evapotranspiração. Para além de estes dois fenómenos, fatores como a escorrência superficial e profunda das águas bem como a quantidade armazenada no solo tornam-se fatores preponderantes na definição da frequência de regas, quer seja baixa (intervalos superiores a 3 dias) quer seja alta (intervalos inferiores a 3 dias). Outros fatores como o estado da planta, as condições atmosféricas circundantes (temperatura ambiente, humidade relativa, entre outras) irão também influenciar, significativamente, o desenho final do sistema de controlo. Objetivos da programação Toda a informação recolhida dos estados do sistema será utilizada para o desenvolvimento de uma série de rotinas que poderão ser executadas manualmente (através de uma série de ações a executar por um agente) ou automaticamente (sistema com algoritmos de controlo) ou de forma mista, combinação de uma série de ações automáticas com ações de cariz manual. Assim sendo, podemos encarar os objetivos de uma qualquer programação segundos fins técnicos e fins económicos ou por uma combinação de ambos. No que se refere ao critério técnico, e usando como exemplo um sistema de rega, há que determinar o volume e o período de rega para que se possa maximizar a produção. Por outro lado, a combinação dos 2 critérios visará a máxima eficiência do uso da água, o que quererá dizer que se deve procurar obter a máxima produção por volume de água fornecida, de modo que o benefício empresarial se possa obter quando o custo da última unidade de água aplicada iguala o benefício que produz. Neste sentido devemos considerar uma série de etapas de programação que se traduzem na recolha de dados, análise dos dados e execução das rotinas de programação que, mediante correções interativas, se vão corrigindo e adaptando às variações das condições locais de acordo com o esquema apresentado na Figura 10. Métodos de programação Considerando ainda os sistemas de rega, podem ser definidos 3 métodos principais de programação. Em primeiro lugar poderá
Sensores de campo (sensor de humidade, dendrómetro, estação agroclimática, …) Informação adicional (textura, experiência de rega, …)
Informação clima-solo-planta-água Modelos funcionais de produção; Modelos de balanço de água no solo; Modelos de balanço de água na planta; Modelos de balanço de água solo-planta-atmosfera; Dados do solo (medidas locais, análises, …); Dados da planta (medidas locais, análises, …); Dados climáticos.
Tempo de rega Doses de água Intervalo de rega
Rega manual Rega automática
Figura 10. Etapas de tomada de decisão para a programação de um sistema de rega.
ser programado em função do estado hídrico do solo (controlo da reserva de água no solo ou o nível de esgotamento admissível). A segunda possibilidade será baseada no estado hídrico da cultura em que o controlo recairia sobre o estado fisiológico das plantas, tendo em conta a temperatura das folhas, o diâmetro de alguns órgãos da planta, do potencial hídrico do caule e fluxo de seiva, entre outros. Por último, o balanço hídrico do conjunto solo-planta-atmosfera, tendo em conta as necessidades hídricas das culturas e as variações climáticas bem como o balanço hídrico do solo.
PROGRAMAÇÃO CONSIDERANDO O ESTADO HÍDRICO DO SOLO Estes métodos proporcionam uma informação pontual sobre algumas variáveis do estado do solo, como a humidade e a componente do potencial hídrico. O solo atua como reservatório de água enquanto que a planta, dispondo de uma dada quantidade de água, atua como o diferencial entre a capacidade de campo e o ponto de turgidez permanente. Neste contexto, a quantidade de água do solo poderá ser determinada por diferentes metodologias (sensores TDR – Time Domain Reflectometry, sensores FDR – Frequency Domain Reflectometry, entre outros). Do mesmo modo, o potencial hídrico pode ser estimado mediante medidas de condutividade elétrica (CE), obtendo-se o potencial osmótico ou medindo-se o potencial matricial mediante tensiómetros (Figura 11).