Projeto de automação e telemetria de um reservatório de água tratada
Este artigo contendo o Projeto de automação e telemetria de um reservatório de água tratada é o décimo 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.
Neste artigo apresentamos o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de um reservatório de água tratada.
Descrição geral do funcionamento do reservatório de água tratada
Normalmente, um reservatório tem por finalidade abastecer por gravidade um bairro ou região do município. Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.
As unidades remotas de reservatório têm por objetivo ler os sinais de nível e vazão e reportá-los ao CCO. A informação de nível de cada reservatório é repassada à sua respectiva estação elevatória pelo sistema da comunicação via rádio, centralizado no CCO.
Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:
- Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto bomba deve ser ligado.
- Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto bomba deve ser desligado.
A figura a seguir apresenta a topologia simplificada de uma estação de reservatório.
Painel de telemetria PT5420
Baseado no CLP Haiwell modelo C16SOP, o painel apresenta alto índice de integração, modularidade, facilidade de manutenção e protocolo MODBUS RTU mestre e escravo, resultando em uma montagem de alto desempenho e baixo custo. O quadro está programado para controlar e monitorar:
- Vazões de saída de água;
- Nível de reservatório;
- Invasão;
- Falta de energia;
- Painel aberto;
Características técnicas do painel de telemetria
CLP | Haiwell C16SOP com 8ED 8SD |
Elemento de comunicação | Rádio modem RM2060 |
Alimentação | Fonte carregadora com bateria e autonomia de 12 horas |
Entradas analógicas | 08 entradas analógicas em 4 a 20 mA protegidas contra surtos |
Entradas digitais | 7 entradas digitais em 24V livres |
Saídas digitais | 8 saídas digitais, sendo 08 isoladas a réle pelo módulo ID2908 |
Iluminação | Módulo SW3301 com 12 LEDs brancos de alta intensidade |
Indicação de porta aberta | Sensor de porta aberta conectado ao CLP |
Indicação de alimentação | Sensor indica alimentação pela rede ou pela bateria |
Dimensões | Altura 40 x Largura 40 x Profundidade 20 cm |
Grau de Proteção | IP54 (*consulte outros modelos) |
Proteção da alimentação | DPS SW3300 |
Componentes do painel de telemetria
Qtd. | Modelo | Descrição |
1 | Haiwell C16SOP | CLP com 08 entradas digitais, 08 saídas digitais, porta serial RS232 e RS485 |
1 | Elemento de Comunicação | De acordo com modelo escolhido |
1 | Alfacomp 2061 | Fonte de alimentação com bateria |
1 | Alfacomp – SW3300 | Seccionador e protetor com tomada |
1 | Alfacomp – SW3301 | Iluminador de painel com chave fim de curso |
1 | Alfacomp – IA2820 | Interface analógica multiplexada para 8 entradas em 4 a 20mA |
1 | Alfacomp – ID2908 | Isolador a relés para 8 saídas digitais |
1 | Alfacomp – CN3203 | Protetor contra surtos para cabo de RF com conexões N-fêmea (se o elemento de comunicação for rádio) |
1 | Alfacomp – CB3100 | Cabo interno de RF (se o elemento de comunicação for rádio) |
1 | Cemar – CS-4040-20 | Quadro de comando metálico |
1 | Cemar – BT-7 VD | Barra de terra |
3 | Porta fusível | Borne porta fusível |
10 | Borne | Borne Modular 2,5 mm |
9 | Poste | Poste Clip Fix 35-5 |
Materiais diversos utilizados na instalação da remota de telemetria
Qtd. | Descrição |
1 | Antenas conforme definido no projeto de rádio |
2 | Conector N macho para cabo RGC 213 |
1 | Cabo externo de RF RGC213 |
1 | Mastro de antena conforme definido no projeto de rádio |
1 | Materiais diversos de montagem de campo |
Esquema elétrico do quadro de automação – Remota de reservatório
Software de controle do reservatório
A programação do CLP que controla e monitora o reservatório é feita em Ladder.
A figura a seguir apresenta os módulos de rotinas que compõe a programação da estação.
Lista de entradas e saídas
Entradas analógicas
Entrada | Descrição | Escala | Faixa de medição | Memória |
E0 | Nível do reservatório | 250 a 1250 | 0 a 10,0 m | V40 |
E1 | Vazão instantânea | 250 a 1250 | 0 a 200,0 l/s | V41 |
E2 | 250 a 1250 | V42 | ||
E3 | 250 a 1250 | V43 | ||
E4 | 250 a 1250 | V44 | ||
E5 | 250 a 1250 | V45 | ||
E6 | 250 a 1250 | V46 | ||
E7 | 250 a 1250 | V47 |
Entradas digitais
Entrada | Descrição | Memória |
X0 | Pulsos do módulo IA2820 | X0 |
X1 | Indicação de CA presente | X1 |
X2 | Intrusão no painel | X2 |
X3 | Invasão na estação | X3 |
X4 | Pulso do acumulador de volume | X4 |
X5 | X5 | |
X6 | X6 | |
X7 | X7 |
Saídas digitais
Saída | Descrição | Memória |
Y0 | Alarme sonoro | Y0 |
Y1 | Y1 | |
Y2 | Y2 | |
Y3 | Y3 | |
Y4 | Y4 | |
Y5 | Sinal SL0 de seleção de canal do módulo IA2820 | Y5 |
Y6 | Sinal SL1 de seleção de canal do módulo IA2820 | Y6 |
Y7 | Sinal SL2 de seleção de canal do módulo IA2820 | Y7 |
Mapa de memórias do CLP
Memória | Descrição | Tipo | Tag | Sub-rotina |
Memórias internas não retentivas – M0 a M3 | ||||
M0 | Ativa alarme sonoro | BOOL | ALR ON | PGB:ALARME |
M1 | Desativa/reseta alarme sonoro | BOOL | RST ALR REMOTO | PGB:ALARME PGB:CMD |
M2 | Identifica nível baixo | BOOL | Nível baixo | PGB:BITS_STATUS |
M3 | Identifica nível alto | BOOL | Nível alto | PGB:BITS_STATUS |
Memórias internas especiais – SM0 a SM5 | ||||
SM0 | Ligado enquanto CLP em modo RUN | BOOL | On during Running | |
SM5 | Pulso a cada 1 segundo | BOOL | 1s clock pulse | |
Timers – T0 a T3 | ||||
T0 | Debounce de 3s para acionar alarme sonoro | TIMER | DEBOUNCE ALR | PGB:ALARME |
T1 | Rearma remotamente alarme sonoro após 10min | TIMER | DEBOUNCE ALR2 | PGB:ALARME |
T2 | Aguarda 5s para alarmar nível baixo | TIMER | NIVEL BAIXO | PGB:BITS_STATUS |
T3 | Aguarda 5s para alarmar nível alto | TIMER | NIVEL ALTO | PGB:BITS_STATUS |
Contadores 16bits – C0 | ||||
C0 | Acumulador de pulsos do totalizador de vazão | CTU | Pulso Tot1 | PGB:TOTALIZADOR |
Registradores retentivos – V0 a V104 | ||||
V0 | Nível do reservatório | WORD | Nivel1 | PGB:BITS_STATUS PGB:ESCALA_NIVEL |
V1 | Vazão instantânea | WORD | Vazao1 | PGB:ESCALA_VAZAO |
V2 | Cópia do comando enviado pelo CCO | WORD | Cmd_RX | PGB:CMD |
V3 | Segundos de 0 a 59s | WORD | Segundeiro | PGB:MAIN |
V4 | Bit de status | WORD | Status | PGB:BITS_STATUS |
V5 | Acumulador de volume TOT1_L – parte baixa | WORD | Tot1_L | PGB:CMD PGB:TOTALIZADOR |
V6 | Acumulador de volume TOT1_H – parte alta | WORD | Tot1_H | PGB:CMD PGB:TOTALIZADOR |
– | – | – | – | – |
V38 | Contador das saídas digitais para multiplexagem | WORD | Count Multiplex | PGB:IA2820 |
V39 | Contador de pulsos da IA2820 | WORD | Pulsos IA2820 | PGB:IA2820 INT:LE_IA2820 |
V40 | Valor da entrada analógica E0 – 0 a 1250 | WORD | EA0 | PGB:IA2820 PGB:ESCALA_NIVEL |
V41 | Valor da entrada analógica E1 – 0 a 1250 | WORD | EA1 | PGB:IA2820 PGB:ESCALA_VAZAO |
V42 | Valor da entrada analógica E2 – 0 a 1250 | WORD | EA2 | PGB:IA2820 |
V43 | Valor da entrada analógica E3 – 0 a 1250 | WORD | EA3 | PGB:IA2820 |
V44 | Valor da entrada analógica E4 – 0 a 1250 | WORD | EA4 | PGB:IA2820 |
V45 | Valor da entrada analógica E5 – 0 a 1250 | WORD | EA5 | PGB:IA2820 |
V46 | Valor da entrada analógica E6 – 0 a 1250 | WORD | EA6 | PGB:IA2820 |
V47 | Valor da entrada analógica E7 – 0 a 1250 | WORD | EA7 | PGB:IA2820 |
– | – | – | – | – |
V50 | Preset do fundo de escala do sensor de nível | WORD | Preset nivel1 | PGB:ESCALA_NIVEL |
V51 | Preset do fundo de escala do sensor de vazão | WORD | Preset vazao1 | PGB:ESCALA_VAZAO |
V52 | Preset da quantidade de pulsos para totalizar 1 metro cúbico | WORD | Pulsos Tot1 | PGB:TOTALIZADOR |
– | – | – | – | – |
V100 | Comando enviado pelo CCO | WORD | Cmd | PGB:CMD |
V101 | Preset de nível máximo de lâmina d’água | WORD | Nivel Max | |
V102 | Preset de nível baixo para alarme de nível | WORD | Nivel Baixo | PGB:BITS_STATUS |
V103 | Preset de nível alto para alarme de nível | WORD | Nivel Alto | PGB:BITS_STATUS |
V104 | Preset de volume máximo em metros cúbicos do reservatório | WORD | Volume Max |
ICOM – Interface de comunicação
O mapeamento de memória utilizado para leitura e escrita do mestre de comunicação Modbus RTU chamamos de ICOM. A tabela abaixo referência quais são os endereços de memória utilizados.
- Bloco de Memória de Monitoração (V0 a V6)
- Bloco de Memória de Setpoints (V100 a V104)
Bloco de memória de monitoração (V0 a V6)
Este é o bloco de dados lidos pelo CCO.
Posição | Tag | Descrição | Memória |
00 | Nivel1 | Nível do reservatório | V0 |
01 | Vazao1 | Vazão instantânea | V1 |
02 | Cmd_RX | Cópia do comando enviado pelo CCO | V2 |
03 | Segundeiro | Segundos de 0 a 59s | V3 |
04 | Status | Bit de status | V4 |
05 | Tot1_L | Acumulador de volume TOT1_L – parte baixa | V5 |
06 | Tot1_H | Acumulador de volume TOT1_H – parte alta | V6 |
Descrição da memória de monitoramento – STATUS
A memória Status contém 16 bits que são utilizados como status de funcionamento da estação, cada bit identifica uma ocorrência, sendo 0=false e 1=true.
Bit 15 | Bit 14 | Bit 13 | Bit 12 | Bit 11 | Bit 10 | Bit 9 | Bit 8 | Bit 7 | Bit 6 | Bit 5 | Bit 4 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 |
- Bit 0 =0(bateria), =1(rede CA)
- Bit 1 =0(porta fechada), =1(porta aberta)
- Bit 2 =0(invasão sim), =1(invasão não)
- Bit 3 =0(alarme sonoro desligado), =1(alarme sonoro ligado)
- Bit 4 =0(nível normal), =1(nível baixo)
- Bit 5 =0(nível normal), =1(nível alto)
Bloco de memória de setpoints (V100 a V105)
Este é o bloco de parâmetros enviados pelo CCO.
Posição | Tag | Descrição | Memória |
00 | Cmd | Comando enviado pelo CCO | V100 |
01 | Nivel Max | Preset de nível máximo de lâmina d’água | V101 |
02 | Nivel Baixo | Preset de nível baixo para alarme de nível | V102 |
03 | Nivel Alto | Preset de nível alto para alarme de nível | V103 |
04 | Volume Max | Preset de volume máximo em metros cúbicos do reservatório | V104 |
Descrição da memória de setpoint – Cmd
A memória Cmd é responsável por receber valores do CCO e executar comandos, que estão listados a seguir.
- 00 = sem comando
- 01 = zera totalizador de vazão parte alta e parte baixa do registrador (V5 e V6)
- 02 = cala alarme sonoro
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