junho 2019 - Alfacomp Automação Industrial

PLCs for municipal water distribution telemetry

This article about PLCs for wastewater telemetry is the seventh in the series
“All about municipal water supply telemetry“.

If you want to design and implement a telemetry system for water and wastewater reservoirs and pumping stations, water and wastewater treatment plants, pressure regulating stations, and macro-measurement points, you will find in this series of articles all the knowledge you need to design, build, and implement complete systems.

Along with the articles, links are provided to download complete electrical panel designs, as well as Ladder software for station automation and customizable SCADA software with screens for up to 10 tanks and 10 water lifts, all absolutely free of charge.

Read the article: ALL ABOUT MUNICIPAL WATER SUPPLY TELEMETRY

The solution we advocate and share for the construction of the telemetry system for municipal water distribution is the one based on PLCs. In this article we talk about:

Important factors when choosing a PLC
Telemetry panel architecture
PLC Sizing
Installation precautions

Factors to take into account when selecting the PLC

Technical support – The question is: when a question arises, do you have someone to call? When you call, does technical support help you think through and solve the problem? Look for brands with good technical support.
Cost-benefit – Do a good research and evaluate price x overall benefits of the product.
Cost of the programming tool– There are many brands that do not charge for the tool.
Processor performance – Look for the latest generation products with fast processors. Compare instruction execution times.
Real-time clock – It is important that the PLC has a real-time clock for collecting and storing data in historical tables.

Ability to simulate the program without having to connect to the PLC – This is a feature that only the most modern PLCs have, and they don’t necessarily cost more for this reason.
Communication ports – The number and type of communication ports is important, look for products that have the highest number of native communication ports.
Communication Protocols – For sanitation applications, we understand that the most important communication protocols are Modbus, TCP/IP, and Modbus TCP.
Remote programming capability – This is another key feature when you are looking to minimize maintenance costs because it allows you to diagnose and solve problems remotely, as well as perform software and firmware upgrades without the need to travel to the remote station.
Ease of maintenance – Detachable terminal blocks, easy replacement of modules, and good factory support are essential when choosing the brand of PLC that will be used for the municipal water distribution telemetry system.

Telemetry panel architecture

The PLC is the heart of the telemetry panel and the starting point of its design.

Components of the (remote) telemetry panel:

Power supply – Transforms alternating mains voltage to the usual DC voltages, usually 24 VDC, and manages the battery charge for operation in the absence of mains power;
CLP(Programmable Logic Controller) – Responsible for all local processing and automation of the remote;
Input Interfaces – Condition the field signals supplied by the sensors. They may be incorporated into the PLC or be external modules;
Output Interfaces – Condition the analog and digital signals produced by the PLC CLP for actuator control. They may be incorporated into the PLC or be external modules;
Radio modem – These can be radios spread spectrum. channeled or scrambled radios GPRS/GSM. They allow the remote to communicate with the CCOor with other remotes.

Example of a PLC installed in a telemetry panel.

PLC Sizing

One of the steps in defining an automation system is the PLC sizing. To do this, we must list the devices involved in the system and list for each one the number of analog and digital inputs and outputs needed for control and monitoring.

The table below is an example of how to format this information and get the input and output point totals. With these numbers, and adding a percentage of slack, usually between 10 and 20%, we can select the PLC model and modules that will compose it.Sizing of the treated water tank PLC

A typical tank can have the following sensors and actuators:

Reservoir level transmitter;
Macro flow meter;
Intrusion indicator;
Audible alarm.

The table of inputs and outputs of the PLC can be as follows:

The PLC for the tank automation panel that will serve this installation should have at least 3 analog inputs, 3 digital inputs, and 2 digital outputs. An RS232 or RS485 serial communication port is also required for radio communication with the CCO.

Selected setting for the example:

CPU Model Haiwell T16S0T: 8 DI + 8 SD + COM RS232 + COM RS485
Haiwell S04AI analog input module: 4 AI

Dimensioning the CLP of the treated water elevator

We consider in this example a lift station consisting of:

Pressure transmitter at the lift entrance;
Pressure transmitter at the outlet of the elevator (booster);
Two groups of direct start pumps;
Measurement of voltage, current, and power factor of the motor-pump groups by multimeters of electrical quantities, one per group, communicating by RS485 with the PLC;
Intrusion indicator;
Audible alarm.

Each pump drive panel provides the following digital signals for PLC control:

Drive command (digital output from the PLC);
Local Manual/Automatic switch (PLC digital input);
Confirmation that the pump is armed and running (digital input from the PLC).

Thus, the table of PLC inputs and outputs is as follows:The PLC for the tank automation panel that will serve this installation should have at least 3 analog inputs, 6 digital inputs, and 4 digital outputs. It also requires an RS232 serial communication port to communicate by radio with the CCO, and an RS485 port to communicate with the electrical quantities multimeters.

CPU Model Haiwell T16S0T: 8 DI + 8 SD + COM RS232 + COM RS485
Haiwell S04AI analog input module: 4 AI

Other Settings

Other station configurations, such as reservoir centers with more than one reservoir, pumping stations with more than two pump groups, motors driven by inverters or soft starters, boosters, macro measurement points, etc., follow the same PLC sizing idea. This article presents how to dimension the PLC and should not be understood in a limited way, but as a practical procedure to define the number of IOs and communication ports.

PLC installation precautions

The PLC must always be mounted on control panels, in our case it is the telemetry panel itself, properly grounded and protected against surges and installed in ventilated places and as far away from the corrosive vapors of gases such as chlorine used in water treatment.

Electrical grounding and protection systems are extensively covered by the NBR5410 standard, which is easily obtainable on the Internet.

Surge protection on AC power input

Surge Protective Devices must be installed on the AC power input of the telemetry panel. The module

S

W3300

is an example of an SPD designed to compose electrical command and automation panels and integrates the following functions:

Sectioning
Over-current protection by means of fuses
Over voltage protection by varistors
Bipolar socket with ground
Power-on Signaling

By including several functions in a single module, the device simplifies frame assembly and therefore contributes to more compact lay-outs.

Analog input protection against surges

Most of the 4 to 20 mA inputs of
PLC
s have a resistor of about 150 to 200 ohms at their input.

What happens when the sensor shorts out and supplies the 24 V, with no current limit, to the 4 to 20 mA analog input? The resistors used in the analog inputs of the
CLP
are not sized to support this power and will inevitably burn out.

O

circuit shown alongside

protects not only the analog channel, but also the 24 V supply that is provided to the field sensor. The protection is in three stages, by means of the three types of surge suppressors:

Gas spark gap;
Metal oxide varistor;
TVS diode.

Digital Output Protection

We always suggest using PLCs with transistor outputs and external isolator relays. Why do we suggest this? Because in the case of a current overload that can happen when you drive a solenoid or contactor coil in progress, this damages the relay. If the relay is internal to the PLC it will be necessary to change the digital output module, while if the relay is external to the PLC it will be sufficient to replace the relay.

If you are looking for a way to reduce the space taken up by relays in your automation panel, here is a simple, functional, and cost-effective solution.

This device

is designed to create 8 isolated relay outputs for use with 24 VDC transistor output PLCs. The vertical mounting of the isolator module allows us to have 8 relays on only 23 mm of DIN rail.

Surge protection on RF (radio frequency) connection

Always use surge protectors when connecting the antenna cable. Also called RF spark gaps, these devices protect the radio and make it easier to connect the panel to the external RF cable.

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CLPs para a telemetria da distribuição de água municipal

Artigo, Cursos, Saneamento, Tutoriais

Este artigo sobre CLPs para a telemetria do saneamento é o sétimo da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

Juntamente com os artigos, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

Leia o artigo: TUDO SOBRE A TELEMETRIA DO ABASTECIMENTO MUNICIPAL DE ÁGUA

A solução que defendemos e compartilhamos para a construção do sistema de telemetria da distribuição de água municipal é aquela baseada em CLPs. Neste artigo falamos sobre:

Fatores importantes na escolha do CLP
Arquitetura do painel de telemetria
Dimensionamento do CLP
Cuidados na instalação

Fatores a levar em conta na hora de selecionar o CLP

Suporte técnico – A pergunta é: quando surge uma dúvida, você tem para quem ligar? Quando você liga, o suporte técnico ajuda você a pensar e solucionar o problema? Busque marcas com um bom suporte técnico.
Custo-benefício – Faça uma boa pesquisa e avalie preço x benefícios globais do produto.
Custo da ferramenta de programação – Existem muitas marcas que não cobram pela ferramenta.
Desempenho do processador – Busque produtos de última geração com processadores rápidos. Compare tempos de execução de instruções.
Relógio de tempo real – É importante que o CLP possua relógio de tempo real para a coleta e o armazenamento de dados em tabelas históricas.

Capacidade de simulação do programa sem necessidade de conectar ao CLP – Este é um recurso que apenas os CLPs mais modernos possuem, e não necessariamente custam mais por essa razão.
Portas de comunicação – O número e tipo de portas de comunicação é importante, busque produtos que possuam o maior número de portas de comunicação nativas.
Protocolos de comunicação – Para aplicações no saneamento, entendemos que os protocolos de comunicação mais importantes são o Modbus, TCP/IP e Modbus TCP.
Capacidade de programação remota – Esta é mais uma característica fundamental quando se busca minimizar custos com manutenção pois permite diagnosticar e resolver problemas a distância, assim como fazer atualizações de software e firmware sem a necessidade de se deslocar até a estação remota.
Facilidade de manutenção – Bornes destacáveis, facilidade de substituição de módulos e um bom suporte de fábrica são essenciais na escolha da marca do CLP que será utilizado para o sistema de telemetria da distribuição de água municipal.

Arquitetura do painel de telemetria

O CLP é o coração do painel de telemetria e o ponto de partida do projeto do mesmo.

Elementos componentes do painel de telemetria (remota):

Fonte de alimentação – Transforma a tensão alternada da rede nas tensões CC usuais, geralmente 24 VCC e gerencia a carga da bateria para a operação na falta de energia da rede;
CLP (Controlador Lógico Programável) – Responsável por todo o processamento local e automatismo da remota;
Interfaces de entradas – Condicionam os sinais de campo fornecidos pelos sensores. Podem estar incorporadas ao CLP ou serem módulo externos ao mesmo;
Interfaces de saída – Condicionam os sinais analógicos e digitais produzidos pelo CLP para o comando dos atuadores. Podem estar incorporadas ao CLP ou serem módulos externos ao mesmo;
Rádio modem – Podem ser rádios spread spectrum, canalizados ou rádios GPRS/GSM. Permitem à remota comunicar com o CCO ou com outras remotas.

Exemplo de CLP instalado em um painel de telemetria.

Dimensionamento do CLP

Uma das etapas na definição de um sistema de automação é o dimensionamento do CLP. Para tanto, devemos relacionar os dispositivos envolvidos no sistema e listar para cada um o número de entradas e saídas analógicas e digitais necessárias para o comando e monitoração.

A tabela abaixo é um exemplo de como formatar essas informações e obter os totais de pontos de entrada e saída. De posse desses números, e adicionando um percentual de folga, usualmente entre 10 e 20%, podemos selecionar o modelo de CLP e módulos que o irão compor.Dimensionamento do CLP do reservatório de água tratada

Um reservatório típico pode ter os seguintes sensores e atuadores:

Transmissor de nível do reservatório;
Macro medidor de vazão;
Indicador de invasão;
Alarme sonoro.

A tabela de entradas e saídas do CLP pode ser como a seguir:

O CLP para o painel de automação do reservatório que irá atender esta instalação deverá ter, no mínimo, 3 entradas analógicas, 3 entradas digitais e 2 saídas digitais. É necessário também uma porta de comunicação serial RS232 ou RS485 para comunicar via rádio com o CCO.

Configuração selecionada para o exemplo:

CPU Modelo Haiwell T16S0T: 8 ED + 8 SD + COM RS232 + COM RS485
Módulo de entradas analógicas Haiwell S04AI: 4 EA

Dimensionamento do CLP da elevatória de água tratada

Consideramos neste exemplo uma estação elevatória constituída de:

Transmissor de pressão na entrada da elevatória;
Transmissor de pressão na saída da elevatória (recalque);
Dois grupos motobomba de partida direta;
Medição de tensão, corrente e fator de potência dos grupos motobomba por multimedidores de grandezas elétricas, um por grupo, comunicando por RS485 com o CLP;
Indicador de invasão;
Alarme sonoro.

Cada painel de acionamento de motobomba oferece os seguintes sinais digitais para o comando do CLP:

Comando de acionamento (saída digital do CLP);
Chave local Manual/Automático (entrada digital do CLP);
Confirmação de motobomba armado e funcionando (entrada digital do CLP).

Dessa forma, a tabela de entradas e saídas do CLP fica assim:O CLP para o painel de automação do reservatório que irá atender esta instalação deverá ter, no mínimo, 3 entradas analógicas, 6 entradas digitais e 4 saídas digitais. É necessário também uma porta de comunicação serial RS232 para comunicar via rádio com o CCO e uma porta RS485 para comunicar com os multimedidores de grandezas elétricas.

CPU Modelo Haiwell T16S0T: 8 ED + 8 SD + COM RS232 + COM RS485
Módulo de entradas analógicas Haiwell S04AI: 4 EA

Outras configurações

Outras configurações de estações, tais como centros de reservação com mais de um reservatório, estações elevatórias dotadas de mais de dois grupos motobomba, motores acionados por inversores ou soft starters, boosters, pontos de macro medição, etc., seguem a mesma ideia de dimensionamento do CLP. Este artigo apresenta a forma de dimensionar o CLP e não deve ser entendido de forma limitada, e sim como um procedimento prático para definirmos o número de IOs e portas de comunicação do mesmo.

Cuidados na instalação do CLP

O CLP deve ser sempre montado em quadros de comando, em nosso caso é o próprio painel de telemetria, devidamente aterrados e protegidos contra surtos e instalados em locais ventilados e o mais distante dos vapores corrosivos de gases como o cloro utilizado no tratamento d’água.

Os sistemas de aterramento e proteção elétrica são extensivamente cobertos pela norma NBR5410, facilmente obtenível na internet.

Proteção contra surtos na entrada de alimentação AC

Dispositivos Protetores Contra Surtos – DPS – devem ser instalados na entrada de alimentação AC do painel de telemetria. O módulo SW3300 é um exemplo de DPS projetado para compor painéis elétricos de comando e automação e integra as seguintes funções:

Seccionamento
Proteção contra sobre corrente por meio de fusíveis
Proteção contra sobre tensões por meio de varistores
Tomada bipolar com terra
Sinalização luminosa de energização

Por incluir diversas funções em um módulo único, o dispositivo simplifica a montagem do quadro e portanto contribui para lay-outs mais compactos.

Proteção de entradas analógicas contra surtos

A maioria das entrada 4 a 20 mA dos CLPs de mercado possuem um resistor de cerca de 150 a 200 ohms em sua entrada.

O que acontece quando o sensor entra em curto e fornece os 24 V, sem limite de corrente, à entrada analógica 4 a 20 mA? Os resistores utilizados nas entrada analógica dos CLP não são dimensionados para suportar essa potência e fatalmente queimam.

O circuito apresentado ao lado protege não só canal analógico, mas também a alimentação 24 V que é fornecida ao sensor de campo. A proteção se dá em três estágios, por meio dos três tipos de supressores de sobretensão:

Centelhador a gás;
Varistor de óxido metálico;
Diodo TVS.

Proteção de saídas digitais

Sugerimos sempre a utilização de CLPs com saídas a transistor e relés isoladores externos. Por que sugerimos isso? Porque no caso de uma sobrecarga de corrente que pode acontecer quando se aciona um solenoide ou bobina de contatora em curso, isso danifica o relé. Se o relé for interno ao CLP será necessário trocar o módulo de saída digital, enquanto que, se o relé for externo ao CLP, bastará substituir o relé.

Se você busca uma forma de reduzir o espaço ocupado pelos relés no painel de automação, apresentamos aqui uma solução simples, funcional e de excelente custo-benefício. Este dispositivo foi projetado para criar 8 saídas a relé isoladas para utilização com CLPs de saída a transistor em 24 VCC. A montagem vertical do módulo isolador permite termos 8 relés em apenas 23 mm do trilho DIN.

Proteção contra surtos na conexão de RF (rádio frequência)

Utilize sempre protetores contra surtos na conexão do cabo de antena. Também chamados de centelhadores de RF, esses dispositivos protegem o rádio e facilitam a conexão do painel com o cabo externo de RF.

Saiba mais sobre o CLP Haiwell

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Haiwell Cloud SCADA – Industrial Supervisory Software

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O software Haiwell Cloud SCADA permite a monitoração e controle de processos industriais. Também é o software utilizado para configurar a linha de IHMs. E o melhor de tudo, é grátis.

O software Haiwell Cloud SCADA é baseado em .NET Framework e permite a monitoração e controle de processos industriais. Também é o software utilizado para configurar a linha de IHMs (Interfaces Homem-Máquina) da Haiwell.

O Haiwell Cloud SCADA completo e sem limitações está disponível para download sem custos.

Diferenciais do SCADA Haiwell

Características de apresentação visual – Objetos visuais apresentam o estado das variáveis de campo na forma gráfica e numérica para o acompanhamento em tempo real do processo que está sendo monitorado.

Conectividade – O software se comunica com os mais diversos tipos de equipamentos de controle industrial, tais como CLPs, IHMs e inversores, utilizando diversos protocolos de comunicação, via comunicação serial e via Ethernet.

Utilização em rede – A operação em rede permite que diversos projetos possam ser clientes ou servidores de dados, compartilhando dados em redes distribuídas.

Diversas formas de alarme – As mensagens de alarme podem ser enviadas em diversos formatos, tais como imagens, mensagens de voz, SMS e-mail para os operadores pré-definidos.

Bando de dados – O software permite coletar e armazenar dados na forma de arquivos históricos. Os dados podem ser apresentados para análise na forma de tabelas numéricas e gráficos de tendência.

Linguagem de programação – O software permite criar trechos de programas scripts em JavaScript para o sequenciamento de ações coordenadas a partir do computador utilizado para monitorar e controlar o processo.

Segurança – Níveis de acesso pré-estabelecidos garantem a segurança do controle e operação dos processos de forma que os administradores, operadores e usuários tenham seu acesso restrito conforme as habilitações definidas durante a configuração do sistema de automação.

Simulação – O funcionamento do software Haiwell Cloud SCADA pode ser feito de forma simulada para testes ao longo do desenvolvimento, o que reduz o tempo de desenvolvimento e aumenta a segurança do processo de programação e configuração do sistema.

Requisitos de Hardware

CPU：1.2 GHz PC ou superior;
Memória RAM: 1GB mínimo;
HD livre: 500MB mínimo;
Resolução mínima: 800 x 600 colorido 16-bit ou superior, sugerido 1024 x 768 colorido 32-bit

Requisitos de Software

Sistema operacional: Windows XP ou superior;
Plataforma de operação: Net Framework 2.0/3.0/3.5;

Procedimento geral de desenvolvimento

Exemplo de projeto utilizando o CLP H60S2R:

Passo 1: Clique duplo em “Haiwell configuration software development environment“

Passo 2: Clique “New Project”, e confirme os parâmetros de projeto (settings).

Passo 3: Amplie o item “PLC node” e encontre o CLP. Ajuste os parâmetros e clique no botão “ADD”.

Passo 4: Selecione “Yes” na janela de aviso para adicionar a variável.

Passo 5: Quando um novo projeto é criado fica disponível a janela de trabalho. Nesta janela é possível criar as telas do supervisório. Arraste para dentro da janela os objetos gráficos desejados e faça a parametrização dos mesmos.

Passo 6: Clique em “Compile” na barra de tarefas. Isso faz surgir uma janela pop-up que permite salvar o projeto. Se for encontrado um erro ou aviso, fecha a janela e corrija a inconsistência. Clique em “Simulation run” na barra de tarefas e rode o software “run project”.

Suporte técnico

Se persistirem dúvidas, fale com nosso suporte técnico:

https://alfacomp.net/suporte/
(51)3029.7161
Whatasapp (51)99380.2956

Solicite informações adicionais sobre o Haiwell Cloud Scada

Haiwell Cloud SCADA – Software de supervisão industrial

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