El ISOBUS en los Tractores: ¿Qué es? ¿Qué elementos tiene? ¿Cómo funciona?
En este artículo hablaremos del sistema ISOBUS, explicado de una forma sencilla. Los tractores y el resto de máquinas agrícolas incorporan cada vez más elementos electrónicos y el ISOBUS se desarrolló para «poner orden» y facilitar su manejo.
Se trata de un sistema que llevan casi todos los tractores nuevos, que permite unificar el control del tractor y los aperos desde un solo terminal virtual (monitor, pantalla o panel de control). A continuación lo explicamos con todo detalle.
1. ¿Qué es el sistema ISOBUS?
Es el conjunto de líneas de comunicación que interconectan los sensores, los controladores y los actuadores, es decir, los distintos componentes o dispositivos del sistema de control electrónico del tractor.
El término ISOBUS es utilizado en la industria de maquinaria agrícola y forestal para referirse a una red de comunicaciones que cumple con el estándar ISO 11783, un sistema normalizado que debe tener características concretas y previamente determinadas.
1.1. ¿Para que sirve la normalización o estandarización y el estándar ISOBUS?
La normalización clasifica y caracteriza en grupos los distintos componentes, tecnologías o aplicaciones para que puedan ser utilizados o evaluados con el mismo criterio.
Con la normalización o estandarización en maquinaria agrícola se consigue:
- Normalizar las comunicaciones electrónicas en maquinaria agrícola
- Interconectar equipos electrónicos de diferentes fabricantes
- Simplificar el manejo y gestión de los equipos
- Conseguir sinergias y prestaciones más avanzadas
Otros ejemplos de normalización en el mundo de la maquinaria agrícola regulados por Normas ISO pueden ser:
- Enganche a los tres puntos: ISO 730, ISO 789, ISO 2332
- Conexiones hidráulicas: ISO 5676, ISO 17567
- Toma de fuerza: ISO 500
1.2. Fundamentos del sistema ISOBUS
Comunicación digital: El ISOBUS funciona mediante la transmisión de información mediante un código binario (1 y 0), que se transmiten a lo largo del cableado.
Bus: La conexión eléctrica entre dispositivos digitales, diseñado para transmitir la información en trenes de bits. Permite transportar gran cantidad de información.
Red: Conjunto de dispositivos interconectados.
2. El estándar ISOBUS
La norma ISO 11783 o ISOBUS garantiza la capacidad de intercambiar datos y funciones entre el tractor y sus equipos. Constituye el esqueleto de los futuros sistemas autónomos para los sistemas mecanizados. Además, es vital para la extensión de los sistemas de agricultura de precisión.
Es un término muy utilizado en la industria de la maquinaria agrícola y forestal para indicar una red de comunicaciones que cumpla con estándar ISO 11783.
Los fabricantes pueden instalar en sus máquinas o tractores una red propia y otra red ISOBUS.
Como se observa en la imagen el tractor John Deere con sistema ISOBUS con una sola pantalla permite controlar todos los aperos que quieras conectar. Sin embargo, un tractor sin sistema ISOBUS tendrá la necesidad de usar distintas unidades de control (pantallas) para cada uno de los diferentes aperos. El sistema ISOBUS permite utilizar una sola pantalla que controla:
- Tractores y aperos del mismo fabricante.
- Tractores y aperos de distinto fabricante.
- Aplicaciones de AMS que se conectan con productos distintos fabricantes.
- Verificación de compatibilidad y herramientas de diagnóstico para combinaciones de máquinas de diferentes fabricantes.
Gracias a la estandarización de las comunicaciones, se puede usar maquinaria de dos fabricantes diferentes y asegurar un buen funcionamiento y traspaso de datos.
Esta norma ISOBUS está integrada por trece documentos. Estos documentos engloban desde la definición del medio de transmisión o capa física, hasta la aplicación de todas las comunicaciones basadas en un sistema CAN (red de control de área). El CAN establece la transferencia de datos entre sensores, actuadores, controladores, sistemas de almacenamiento de la información y pantallas.
2.1. Ventajas de utilizar tractores y aperos con ISOBUS
El sistema ISOBUS presenta ciertas ventajas como la utilización compartida de elementos de control electrónico entre equipos, reduciéndose el coste de desarrollo. Dicha intervención automática de los equipos en el control del tractor, mejora la eficacia en el uso de maquinaria. Tanto para el agricultor como para el usuario de las máquinas agrícolas, la incorporación de un sistema normalizado da lugar a la posible combinación de equipos de distintos fabricantes.
Solo mediante un procedimiento de interconexión y generación de redes es posible llegar a sistemas autónomos en la maquinaria agrícola.
La práctica totalidad de fabricantes de tractores integran el sistema de ISOBUS y también muchos fabricantes de aperos . Aquí algunos ejemplos:
- Kverneland, uno de los principales fabricantes de aperos a nivel mundial.
- Tractor Xerion 4500 operando con el sistema ISOBUS de CLAAS.
- Fendt Variotronic.
- John Deere con GreenStar.
- Amazone CCI ISOBUS terminal.
- Kubota con Kubota K-Monitor PRO.
- Deutz-Fahr Serie 6 Agroton (Fase 4).
- Y muchos otros fabricantes.
3. Componentes de un sistema ISOBUS
Veamos cuales son los componentes de un sistema ISOBUS genérico, tal y como se especifica en la norma ISO11783.
3.1. La capa física
Es el conjunto de cables, conectores, terminadores y transductores que hacen posible la comunicación entre dos ECUs (Unidades de Control Electrónico). La capa física está formada por:
- Bus de comunicaciones.
- TBC (Terminating Bias Circuit).
- Nodos.
- Conectores.
- La Tractor ECU (Electronic Control Unit).
- Receptores-emisores (ECUs).
3.2. Bus de comunicaciones
Según el estándar ISO11783 o ISOBUS, el cableado o bus de comunicaciones está formado por:
- Líneas de comunicación que transmiten datos CAN_H (verde) /CAN_L (amarillo) por el BUS empleando un código binario (1 y 0)
- Alimentación desde los terminales de líneas mediante los cables TBC_PWR (rojo) / TBC_RTN (negro)
Este conjunto de cables es el CANBUS, que va desde la parte delantera a la trasera de la máquina. Así las unidades de control, como la del motor, sistema hidráulico y transmisión de la máquina se pueden comunicar entre sí.
Los mensajes a través del CANBUS permiten la comunicación entre tractor y el implemento como por ejemplo con un pulverizador se podría elegir la dosis adecuada que hay que aplicar según las necesidades en cada zona de la parcela.
3.3. Los terminadores
Los terminadores son resistencias por las que circula corriente, colocadas en los extremos de las líneas. Al llegar la señal, la absorben para que exista un equilibrio de voltaje. Los terminadores también pueden funcionar como conectores entre tractor y apero. Es decir, si no hay apero conectado funcionan como terminadores, si hubiese implemento conectado funcionarían como conectores entre ambos elementos, de manera que la línea continúa en ese punto.
3.4. Nodos
¿Qué son los nodos en ISOBUS? Los nodos son los puntos en que los diversos elementos de la red se conectan al bus. Es decir, son puntos de unión donde se acoplan dispositivos, actuadores, sensores… Por ejemplo, si tenemos la ECU del sistema de autoguiado del tractor, el punto en que se conecta al ISOBOUS es un nodo.
Tal y como se ha comentado, y podemos observar en la anterior imagen, el ISOBUS está dividido en al menos dos segmentos. El Bus del tractor es uno de ellos y permite la comunicación con el sistema de generación de potencia (motor), las transmisiones, el sistema hidráulico y el sistema eléctrico. El segundo segmento es el BUS de los equipos o implementos, que permite la comunicación de cada implemento con el tractor, así como de los distintos equipos entre sí.
Cada uno de los nodos debe permitir su conexión y desconexión durante la operación conjunta o en red.
3.5. Conectores ISOBUS
La conexión entre el BUS de accesorios y el BUS del tractor es mediante conectores estándar, al igual que los que se encuentran dentro del BUS del tractor. La forma y el tamaño de los enchufes están completamente definidos para el tractor y para el implemento o apero.
Tipos de conectores del BUS:
- En cabina: Para este conector se suele utilizar el término en inglés «in cab». Tiene 9 pines y va situado en la cabina del tractor.
- De Diagnóstico: analizan toda la información que pasa a través de ellos y obtienen información.
- Extensor del Bus: permite alargar la longitud del mismo.
- Aperos: esta situado en la parte trasera y algunos tractores también lo tienen frontal, para conectar aperos traseros y delanteros. El conector funciona como un terminador cuando no hay apero.
3.6. Las Unidades de Control Electrónico (ECUs)
La ECU (Electronic Control Unit) son los componentes en los que reside la inteligencia de la tecnología ISOBUS. Se podría decir que es la parte del sistema que «piensa y toma decisiones» de manera artificial. Como por ejemplo, para el control de la inyección.
Se encuentran dentro de cada tractor, y también en los implementos. Existen muchas ECU, cada una controla un subsistema en particular.
Las unidades de control electrónico o ECUs son conocidas comúnmente como «centralitas» disponen:
- De una unidad controladora del BUS (cable de comunicación digital) de comunicación CAN.
- Entrada y salidas (I/O) de sensores y actuadores.
- Micro-controlador.
- La memoria.
- Acondicionador de potencia interno de las ECU que también es alimentado desde el conector ISOBUS.
También son llamadas «controladores» ya que:
- Evalúan la señal electrónica que reciben de los sensores.
- Determinan el nivel de actuación sobre el sistema a controlar.
- Admiten entradas analógicas y digitales.
ISOBUS provee una línea de comunicación de 4 hilos, así como la alimentación tanto para las unidades de control y como para los actuadores de forma independiente . Con una sola manguera desde el tractor podemos dar a la vez corriente e información. Además, si se produce un cortocircuito en los actuadores, nunca se pierde la alimentación en la cajas de control. Por tanto, será posible realizar un diagnóstico del sistema de forma centralizada mediante el conector.
3.7. Tractor ECU o ECU del tractor
La tractor ECU o ECU del tractor se encuentra abordo del tractor y está conectada al BUS del tractor.
El fabricante del tractor puede utilizar cualquier tecnología para permitir que las ECUs del tractor se comuniquen entre sí. Entonces, para permitir la transferencia de información entre la red ISOBUS y el BUS del tractor, la presencia de la Tractor ECU actúa como una puerta de enlace entre dos redes.
Funciones de la Tractor ECU
Es la puerta de enlace estandarizado entre el tractor y apero. Sus funciones son:
- Transferencia de datos básicos del tractor al apero (velocidad de avance, velocidad de la toma de fuerza, elevador hidráulico, enganche a los tres puntos).
- Datos adicionales para los aperos (dirección, enganche a los tres puntos delanteros, toma de fuerza delantera).
- Permite que los aperos soliciten información (comunicación bidireccional tractor-apero, datos más detallados de hidráulica, dirección).
- Suministro de energía eléctrica a toda la red ISOBUS.
3.8. Virtual Terminal, pantalla o panel de control ISOBUS
El Virtual Terminal (VT) o Terminal Virtual se encuentra instalado en la cabina. Es una ECU especial, diferente a las demás porque incluye pantalla. Esta pantalla funciona de una forma muy similar a una tablet, funciona tanto con botones y mandos, como de manera táctil dependiendo del fabricante y el modelo.
Desde el Virtual Terminal podemos ver todo lo que ocurre en el ISOBUS y controlar diferentes elementos del tractor y los aperos, como por ejemplo:
- Control de los implementos mediante ISOBUS.
- Introducción de mapas para la caracterización de la parcela.
- Control del GPS.
- Ajuste de la suspensión.
- Memoria de revoluciones.
- Gestión de cabeceras.
- Control de la sensibilidad.
- Gestión del enganche tripuntal.
- Otras muchas aplicaciones.
Como hemos comentado anteriormente Fendt también ha unificado todos los controles del tractor, así como el control de aperos ISOBUS, y el sistema de autoguiado y documentación. Están integrados todos ellos en un único terminal, lo que facilita el funcionamiento.
Con el sistema de gestión de cabeceras Variotronic, podrás crear y guardar las secuencias de funcionamiento, durante la conducción y estando parado. Es posible definir los ajustes para el control del motor y de la transmisión, las válvulas hidráulicas y el elevador delantero y trasero. Así como los ajustes de las tomas de fuerza delantera y trasera. También es posible el sistema de guiado automático junto con sus funciones individuales para, después, acceder a ellos con facilidad.
4. La transmisión de datos en el sistema ISOBUS o capa de datos
Ya hemos visto los elementos que componen el sistema ISOBUS, pero esto no serviría de nada si no transmitimos los datos.
Esos datos son, por ejemplo, la temperatura del motor, la cantidad de semilla que queda en la sembradora que va acoplada al tractor o las boquillas del pulverizador que están funcionando.
¿Pero cómo se envía la información? A través del CAN High y el CAN Low que hemos mencionado anteriormente, transmitiendo una secuencia de 1 y 0, que se corresponden con diferencias de voltaje.
Permite el envío fiable de datos a través de la capa física.
Emplea el soporte CAN 2.OB con la conveniente sincronización, control de errores y de flujo.
Para la transmisión de los datos (por ejemplo, la temperatura del motor) existe un identificador que le sirve a la ECU para detectar el mensaje y su prioridad, y así obtener la información de manera adecuada. ¿Cómo se interpretan los mensajes? Pues sabiendo cuál es la información que se quiere transmitir y su prioridad con una serie de códigos. Empecemos a analizarlo:
- P-P-P :Es el inicio del mensaje, los tres primeros bits indican la prioridad del mensaje.
- R: Reservado.
- G: La paginación señala si el mensaje pertenece a un solo mensaje o varios mensajes.
- Tipo de mensaje.
- Dirección de destino.
- Dirección de origen.
4.1. ¿Qué es la prioridad de los mensajes en un sistema ISOBUS?
Como acabamos de comentar es importante la prioridad de los mensajes (3 primeros bits), por eso hablamos de la latencia de los mensajes. Cada mensaje tendrá 134 bit.
Por tanto, se tendrán mensajes de máxima prioridad, que no deben demorarse más de 0,5 milisegundos por mensaje, como por ejemplo la temperatura del motor. Esto último debe ser rápido porque si sube de un determinado valor el motor podría dañarse y sería muy caro de reparar, si es que fuese posible, o el nivel de aceite: si está muy bajo no hay lubricación y el motor también se dañaría gravemente.
Y también existen mensajes de baja prioridad. Estos deberán esperar hasta que se hayan mandado los anteriores. En este caso, algún ejemplo sería la velocidad de avance del tractor, o la climatización de la cabina.
5. Ejemplos de máquinas con tecnología ISOBUS
5.1. Aperos Kverneland con ISOBUS
El fabricante de aperos Kverneland oferta más de 50 implementos con electrónica ISOBUS.
Todos los implementos ISOBUS de Kverneland group son facilmente reconocibles por el logotipo ISOBUS Intelligence.
5.2. Equipos Amazone con ISOBUS
También Amazone apostó desde el principio por la tecnología ISOBUS. Se trata de una empresa muy reconocida como fabricante de sembradoras, abonadoras y pulverizadores. Gracias al sistema ISOBUS estos aperos pueden ser controlados desde cualquier tractor, a través de la pantalla, sin necesidad de hacer modificaciones. Amazone también ofrece sus propios monitores (terminales de control) en caso de que el tractor no disponga de ellos.
Con el terminal de control AMAPAD, AMAZONE ofrece una solución completa y de alta calidad para aplicaciones de GPS tales como el control de sección automático basado en GPS y aplicaciones agrícolas de precisión.
Todos estos sistemas son esenciales para la gestión de explotaciones agropecuarias que hacen uso de tecnologías de la información y comunicación. Con esto se permite conocer insumos a escala más pequeña (incluso permite dividir la parcela). Además mejoran la eficiencia y reducen el impacto ambiental.