Aplicación Smart Farming: Agricultura de Precisión con IoT para mejorar la Gestión del Agua

En Malasia la demanda de arroz pone las reservas de agua del país bajo presión. Una solución agrícola innovadora de IoT, utilizando la plataforma industrial KBox de Kontron, ayudó a los productores de arroz a impulsar los cultivos a la vez que redujo el consumo de agua.

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Los Inicios

Kontron está a la vanguardia en el desarrollo de soluciones de Internet de las cosas (IoT) a nivel mundial con el objetivo de conseguir una implementación de IoT en una amplia gama de sectores. En este caso de aplicación, Kontron en colaboración con la Universiti Sains Malaysia (USM) y otros proveedores de tecnología, participó en la creación del organismo para la investigación CREST (Collaborative Research in Engineering, Science and Technology Organización) y también en un laboratorio de desarrollo centrado en IoT.

CREST, con sede en Malasia, estuvo llevando a cabo una serie de iniciativas de prueba de concepto orientadas a IoT que incluían varios proyectos de agricultura de precisión. A través de esta conexión, Kontron se puso en contacto con Abbaco Controls, un empresa especialista en soluciones locales de IoT. Esto llevó a la utilización de la tecnología embedded de Kontron en un proyecto para aumentar la eficiencia en la producción de arroz, financiado por el Ministerio de Agricultura de Malasia (MOA).

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El Reto

Una iniciativa como ésta ofrece un enorme potencial en un país donde el arroz es un alimento básico de la dieta nacional. Alrededor del 70 por ciento de los recursos hídricos disponibles del país se consumen para la producción de arroz. Por lo tanto, era necesario que cualquier solución para aumentar el rendimiento de los cultivos también permitiera a los productores de arroz utilizar el agua de la manera más eficiente posible. Cualquier reducción en el uso permitiría que hubiese más agua disponible para otros lugares.

Al mismo tiempo, el sistema necesitaba mejorar el proceso de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA) establecido por el MOA, que controlaba las compuertas de agua del país para fines de suministro agrícola. Los criterios clave de funcionamiento se centrarían en mejoras mensurables en la precisión de los niveles de agua reales y previstos, la velocidad de los tiempos de respuesta, los costes operativos del sistema, el consumo de agua y, por supuesto, el rendimiento de los cultivos.

El sistema piloto se implementó en una de las zonas de cultivo de arroz más grandes de Malasia, a unos 70 kilómetros de Kuala Lumpur, y fue monitorizado y evaluado de cerca por el Ministerio de Agricultura y los agricultores involucrados durante un período de 12 meses.

Estación de control junto a canal

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La Solución

El sistema de gestión de suministro y demanda de agua fue diseñado e implementado por Abbaco Controls y está formado por un gateway IoT basado en la plataforma industrial KBox de Kontron. Para la adquisición de datos locales, este sistema fanless admite una amplia gama de interfaces industriales como 2x Gbit Ethernet, 2x USB 2.0, así como un bus CAN opcional y/o interfaz Profibus, mientras que los dispositivos más antiguos pueden comunicarse mediante dos interfaces serie (RS232/485).

Para una conexión inalámbrica a la nube o a la red local, el KBox de Kontron puede equiparse con comunicación LTE (4G) y GSM (2G/3G) o Wi-Fi. Tres conectores de antena externa permiten una alta calidad de señal.

La unidad de estado sólido (SSD) integrada ofrece capacidad de almacenamiento rápida y resistente para almacenar el sistema operativo y los datos, y un módulo de plataforma confiable (TPM) para una mayor seguridad de los datos, todo en un formato compacto.

KBox de Kontron

El sistema de gestión del agua fue diseñado para proporcionar a los agricultores y al personal del MOA información procesable obtenida a partir de múltiples sensores y dispositivos conectados a una serie de compuertas de agua. Los datos recopilados por los sensores que cubrían parámetros tales como nivel actual de agua, caudal de agua o temperatura y acidez se comunicaban en tiempo real a través del protocolo Modbus TCP a la plataforma informática industrial Kontron preparada para IoT que ejecuta el software previamente validado Intel® IoT Gateway.

Seguidamente se realizaba la gestión y agregación de datos necesaria antes de que la información se enviara de forma segura a través de una conexión TCP/IP a un servidor de nube privada para el procesamiento de datos mediante el software de análisis y extracción de Abbaco Control.

Posteriormente, los funcionarios del MOA podían ver los informes precisos y detallados en tiempo real en sus PC, que permitían monitorizar los niveles de agua actuales y previstos, mientras que los agricultores podían tomar medidas inmediatas a través de sus teléfonos inteligentes abriendo o cerrando remotamente las compuertas de agua en el momento óptimo. La solución también activó la notificación de alertas tempranas para permitir acciones preventivas en caso de que los niveles de agua subieran o bajaran demasiado.

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Los Beneficios

Los datos en tiempo real gestionados a través de la tecnología gateway de Kontron fueron fundamentales para las pruebas e implementación con éxito del sistema de riego de agua IoT de Abbaco. Sobre la base de esta experiencia, el Ministerio de Agricultura puso esta innovadora solución de IoT a disposición de los productores de arroz en todo el país con el objetivo final de duplicar el rendimiento de los cultivos.

Sensor de nivel de agua

El coste total de la solución demostró ser aproximadamente la mitad que el coste de un sistema SCADA equivalente con la ventaja añadida de escalabilidad y flexibilidad gracias a la capacidad del gateway de Kontron para soportar una multitud de dispositivos con la adición de módulos de E/S de otros proveedores.

Además, el robusto diseño del gateway IoT de Kontron, su compatibilidad con el protocolo de comunicaciones abierto ModBus y la mensajería MQTT estándar de la industria suposo un TCO (coste total propiedad) óptimo para la solución general gracias a la facilidad de configuración y los bajos requisitos de mantenimiento.

En comparación con el sistema SCADA, los usuarios podían monitorizar y controlar de forma remota y segura el suministro de agua desde cualquier lugar y en cualquier momento del día o de la noche. Anteriormente, se necesitaba personal autorizado para recorrer distancias considerables entre las compuertas de agua, lo que requería mucho tiempo, era costoso y dependía en gran medida de que los empleados estuvieran disponibles en el momento adecuado.

Gracias a la cantidad de información disponible, el personal del MOA y los agricultores pudieron realizar comparaciones de análisis de tendencias basadas en niveles históricos de lluvia, agua y temperatura para determinar con mayor precisión el nivel mínimo de riego requerido para producir el máximo rendimiento de los cultivos de arroz.

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Conclusión

La usabilidad de la arquitectura del sistema de riego por agua de Abbaco demostró su potencial para su implementación en otras aplicaciones de IoT agrícolas e industriales, como el reciclaje de agua, la gestión de inundaciones, la automatización de fábricas y la gestión energética de edificios.

Chang Yew Cheong, propietario y director ejecutivo de Abbaco Controls, ofreció una serie de interesantes conclusiones sobre el sistema: «Me ha impresionado mucho la potencia de procesamiento, la solidez, el cumplimiento de los estándares de la industria y la facilidad de configuración e implementación de Kontron KBox PC Gateway», afirmó. «A medida que nuestros requisitos crecen, la capacidad del KBox para escalar a través de la provisión de múltiples interfaces de E/S fue muy importante, al igual que sus bajos requisitos de mantenimiento, que garantizaron que los costos operativos generales del sistema se pudieran mantener al mínimo».

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