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Interoperabilidad en los sistemas de telecontrol de regadío

La transformación digital es una necesidad para mejorar la competitividad y sostenibilidad del sector agroalimentario. Es por ello que la Estrategia de Digitalización del Sector Agroalimentario y Forestal y del Medio Rural, publicada por el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación (MAPA), tiene como objetivos estratégicos la reducción de la brecha digital entre el medio urbano y el rural, promover el uso de datos en la agricultura y apoyar el desarrollo empresarial de nuevos modelos de negocio en el medio rural.

La digitalización de la agricultura es imprescindible para impulsar el crecimiento y la competitividad del sector agroalimentario, de suma importancia para la economía española al haber representado en 2020 cerca de un 10% del Producto Interior Bruto de nuestro país y ser España la octava potencia mundial agroalimentaria, tal y como se refleja en el Resumen Ejecutivo del PERTE Agroalimentario.

Disponer de soluciones tecnológicas, automatizar procesos, analizar los datos y contar con herramientas para tomar decisiones es clave también en el ámbito rural.

Sin embargo, el agricultor se encuentra, en ocasiones, con una gran cantidad de datos proporcionados por los diferentes productos destinados a la monitorización, control y gestión del regadío modernizado; datos que son incompatibles entre sí, lo que dificulta en gran medida el tratamiento de los mismos y una toma de decisiones adecuada. Esto es debido a la heterogeneidad entre las soluciones que el mercado ofrece, sobre todo en lo referente a tecnologías y funcionalidades.

Es por ello que desde el Comité de Normalización de UNE CTN318 “Riegos”, cuya Secretaría desempeña el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación a través del Centro Nacional de Tecnología de Regadíos (CENTER), se impulsó el desarrollo de una norma de interoperabilidad de los sistemas de telecontrol, norma que fue publicada el pasado año 2021 como norma UNE 318002-3: “Técnicas de riego. Telecontrol de zonas regables. Parte 3: Interoperabilidad”.

Norma UNE 318002-3 “Técnicas de riego. Telecontrol de zonas regables. Parte 3: Interoperabilidad”

El objetivo de esta norma es proporcionar los requisitos mínimos que ha de tener la estructura de datos transmitidos entre los diferentes equipos, dispositivos y sensores que se pueden instalar en una red de riego, aunque estos sean de diferentes empresas o utilicen softwares distintos, haciendo realidad una agricultura digital.

La interoperabilidad es definida como la capacidad de dos o más sistemas o componentes para intercambiar datos y utilizar la información intercambiada. La búsqueda de la interoperabilidad se puede abordar usando varias estrategias, siendo la más sencilla la que establece la interoperabilidad a nivel de sistema.

Un sistema de telecontrol de hidrantes es un conjunto de componentes software y hardware, diseñados para monitorizar y controlar hidrantes de riego, sistemas formados por múltiples componentes y con arquitecturas heterogéneas. Por ello, el desarrollo del estándar a nivel de sistema permite que esos componentes y arquitecturas no sean relevantes para el intercambio de datos.

La digitalización de la agricultura es imprescindible para impulsar el crecimiento y la competitividad del este sector agroalimentario

Trabajar a nivel de sistema permite que lo definido no afecte a componentes concretos, que seguirán funcionando tal y como se han diseñado, no entrando en la propiedad intelectual de los mismos. El alcance del estándar se limita a las capas superiores de su software, que siempre son más moldeables que las capas más bajas (firmware) y, sobre todo, que el hardware. Lo que ya existe no cambia y lo que se añade es una funcionalidad extra, por lo que la adaptación no es traumática al no afectar a las especificaciones de los sistemas.

Con este objetivo, la norma establece un mecanismo de acceso adicional a los datos que recogen del campo los sistemas de control, pudiendo acceder a ellos a través de cualquier herramienta de gestión que lo implemente. Esto permitirá que el usuario pueda obtener datos de diferentes sistemas de control en una misma herramienta de gestión, que los desarrolladores de sistemas de gestión sepan de antemano qué datos tienen disponibles para poder desarrollar nuevas funcionalidades y qué diferentes herramientas puedan usar datos intercambiables para realizar diferentes funciones, entre las que se pueden incluir la modelización hidráulica, facturación, gestión del agua y la energía, o la eficiencia de aplicación del riego.

La interoperabilidad es definida como la capacidad de los sistemas para intercambiar datos y utilizar la información intercambiada

También se define cómo integrar los datos de diferentes sistemas, con independencia de su origen y con mínimo impacto para el usuario. Para ello, establece fronteras y niveles que homogeneizan los datos intercambiables y también las funciones básicas que cualquier sistema debe soportar. De esta manera, el estándar establece requisitos de calidad para los productos del sector y facilita la integración de herramientas de gestión y sistemas de control.

El establecimiento de niveles facilita también el uso de herramientas de enrutamiento y transformación de mensajes, reduciendo las implementaciones necesarias y facilitando el uso de diferentes protocolos de comunicaciones. Los fabricantes y desarrolladores podrán elegir la tecnología que consideren más ventajosa para implementar la interoperabilidad y todas podrán integrarse. Además, un usuario podrá acceder a datos de sistemas que utilizan diferentes protocolos de comunicaciones sin que sea relevante para él.

Otro aspecto reseñable es que los datos que se intercambian son los típicos y comunes del riego: programas por tiempo o por volumen, volúmenes consumidos o presiones registradas en la red, entre otros. La norma se limita a verificar que todo sistema interoperable respeta su definición, pero no interfiere en cómo se transforman y envían a sus componentes las solicitudes de datos o las órdenes a ejecutar.

Cabe destacar, además, que disponer de sistemas y herramientas interoperables no obliga a su uso, pero el mecanismo estará disponible para cuando el usuario lo requiera, siendo, además, un valor añadido de los productos, al añadir una funcionalidad que ofrece muchas posibilidades a los usuarios.

Interoperabilidad. Aplicación práctica

Antes de publicar la norma, con el objetivo de dar robustez y fiabilidad a los contenidos incluidos en la misma, se consideró oportuno el despliegue de diferentes soluciones de mercado en una instalación de referencia, la finca experimental del CENTER, ubicada en la localidad de San Fernando de Henares (Madrid). El objetivo era realizar una nueva fase de pruebas y ensayos en una instalación real al completo, de forma que luego se pudieran extrapolar los resultados a una instalación de regadío compleja.

La finca experimental se compone de cuatro redes de riego diferenciadas por sus necesidades de presión, caudal y por el sistema de riego que emplean. El total de entidades de riego asciende a 75 unidades y, además, se añadieron dos nuevos puntos desde los que se monitorizan sensores que recogen propiedades relacionadas con el suelo (conductividad, humedad y temperatura).

La experiencia en el CENTER ha permitido comprobar que en una red de riego se puede implementar un sistema de telecontrol interoperable

Hasta el momento de la prueba, el control de las entidades de riego se hacía a través de 34 unidades remotas, actuando algunas de ellas sobre hasta cuatro de dichas entidades.

Para realizar estas pruebas, se sustituyeron un total de doce de las unidades remotas existentes por equipos de otros sistemas interoperables, lo que supone un 35% del total. Las nuevas remotas controlaban un total de diecisiete hidrantes de riego.

Todas las entidades de riego que no se sustituyeron por equipos nuevos, mantuvieron el sistema de telecontrol original, un sistema instalado en los años noventa, pero que también ha podido adaptarse para que fuera interoperable. Las principales características de los equipos instalados son:

  • Las remotas emplean diferentes tecnologías de comunicación, como GPRS y radiofrecuencia de banda libre, responden a diferentes arquitecturas, y con distintas tipologías (tipo árbol y en estrella).
  • En algunos casos, el software de control estaba instalado localmente y, en otros, en la nube del proveedor del sistema.

La integración de todos los sistemas de telecontrol se hizo a través de una herramienta de enrutamiento desarrollada para realizar funciones de bróker de mensajería en instalaciones de regadío. Un bróker es un mecanismo mediador de comunicación entre aplicaciones, que minimiza el grado de conocimiento mutuo entre aplicaciones para poder intercambiar mensajes, permitiendo su desacoplamiento. En la norma, esta herramienta recibe el nombre de bróker de coordinación.

El sistema se completa con una herramienta de gestión utilizada a día de hoy en diferentes comunidades de regantes y que permite monitorizar el estado y recoger datos de todos los hidrantes de la finca, así como de los puntos de control existentes, enviar diferentes tipos de programa de riego, monitorizar el resultado de los programas de riego ejecutados, revisando su duración, condición de finalización y consumo de agua asociado, recibir históricos de los datos, generando gráficas y tablas para revisión, sincronización de los valores registrados por la herramienta con los efectivamente registrados en campo y la recepción de eventos con las incidencias ocurridas en las entidades de riego.

Las pruebas se iniciaron en junio de 2019, después de la instalación de los nuevos equipos de control y todas las herramientas informáticas descritas. La primera campaña de riego finalizó a inicios del mes de noviembre. Para los dos años posteriores se establecieron las mismas fechas de inicio y fin como periodo de estudio.

Aunque el requisito principal era cubrir las necesidades hídricas de los cultivos implantados en la finca experimental del CENTER, adicionalmente se realizaron pruebas masivas para comprobar el funcionamiento de todos los componentes y de la arquitectura propuesta.

Tomando como referencia los cuatro meses de mayor actividad (junio – septiembre), el porcentaje medio de fallo en 2019 fue del 5,9% (148 errores sobre 2507 peticiones tramitadas), si bien se observa una tendencia a la baja en dicho porcentaje en los siguientes años, reduciéndose a un 5,5% en 2020 y a un 5,3% en 2021.

Conclusiones

La experiencia en el CENTER ha permitido comprobar que en una red de riego real se puede implementar un sistema de telecontrol totalmente interoperable, no solo en instalaciones nuevas, sino también en sistemas que ya están en funcionamiento.

La interoperabilidad favorece el desligamiento entre usuarios y fabricantes de sistemas de telecontrol, permitiendo la elección de la mejor solución, fomentando la competitividad y mejora de los productos ofertados, además de la apertura del mercado de prestación de servicios de explotación y mantenimiento, reducción del abandono de los sistemas y potenciación del uso de las informaciones que de ellos se puede extraer.

Trabajar a nivel de sistema permite que lo definido no afecte a componentes concretos, que seguirán funcionando tal y como se han diseñado

Además, hay que destacar que los sistemas interoperables facilitan el manejo y la gestión al usuario, ya que podrá adquirir datos de diferentes sistemas de control en una única herramienta de gestión, favoreciendo la toma de decisiones y el control de su instalación.

La interoperabilidad beneficia también a los fabricantes de sistemas de telecontrol al poder incluir una funcionalidad que ofrece muchas posibilidades a los usuarios.

Acabada la fase de desarrollo y pruebas y una vez publicada la norma, es importante que los fabricantes de sistemas de telecontrol y los desarrolladores de herramientas de gestión implementen el estándar en sus productos y que los promotores y proyectistas tengan en cuenta los criterios de interoperabilidad en la fase de diseño y desarrollo de proyectos relacionados con el control y la gestión de instalaciones de regadío.