A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

O que é a TELEMETRIA DE ÁGUA E ESGOTO com LoraWan?

Trata-se de um sistema eletrônico de automação, monitoração e controle dos reservatórios e estações elevatórias de água e esgoto, ETAs (Estações de Tratamento de Água), ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) e demais pontos de interesse como Boosters (Estações de Pressurização), VRPs (Válvulas Reguladoras de Pressão) e pontos de medição de pressão e vazão da rede de distribuição de água tratada. Todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação).

Por que implantar a telemetria com LoraWan?

Em um município sem sistema de telemetria, é a população que avisa a companhia de água e esgoto quando ocorre uma falha no abastecimento.

O sistema de automação e telemetria com LoraWan é necessário para:

  • Garantir o abastecimento da população;
  • Monitorar em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema;
  • Armazenar e apresentar dados históricos sobre a qualidade do abastecimento;
  • Alarmar vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões;
  • Prevenir e minimizar perdas;
  • Enfim, garantir a qualidade dos serviços prestados.

O que é a tecnologia LoraWan?

LoRa é uma tecnologia sem fio, assim como o Wi-Fi, LTE, NB-IoT, entre outras. Seu potencial é infinito e foi criado para sua aplicação em IoT. LoRa deriva de (Long Range wireless communication) – Comunicação sem fio de longo alcance. Entre muitas de suas vantagens está a ampla faixa de cobertura e o baixo consumo de energia que proporciona. É a opção perfeita para soluções que requerem baixa largura de banda de dados e operação autônoma de longa duração, como é o caso da telemetria do saneamento.

O que é LoraWAN?

LoraWAN é o protocolo de rede que utiliza a tecnologia Lora. Esse protocolo é a camada superior da comunicação LoRa, e utiliza Media Access Control (MAC). LoraWAN é a camada de software que define como os dispositivos conectados usam a tecnologia LoRa. LoraWAN define os formatos de mensagem e a forma como as mensagens são trocadas entre os componentes da rede.

Como funciona a telemetria do saneamento com a tecnologia LoraWan?

O sistema de telemetria é composto por unidades remotas e por um CCO (Centro de Controle e Operação.

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

A comunicação entre as unidades remotas e CCO se pela aplicação de gateways Lora que transmitem e recebem dados da nuvem LoraWAN, através de concentradores de comunicação públicos ou privados.

Unidade remota de telemetria de reservatório com LoraWan

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

Unidade remota de telemetria de elevatória com LoraWan

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 que 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.

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 tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

A figura acima apresenta uma topologia típica de uma elevatória de água tratada  de um sistema de distribuição de água tratada municipal. O diagrama mostra os componentes básicos de uma elevatória composta por dois conjuntos moto bomba, principal e reserva, e apresenta também o reservatório abastecido por essa elevatória, que pode estar distante quilômetros da elevatória.

Painel de telemetria com LoraWan

A figura a seguir mostra um exemplo de unidade remota de telemetria utilizada na automação da estação elevatória e reservatórios.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

RAK7431 – Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 - Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 – Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 WisNode Bridge Serial é um conversor RS485 para LoRaWAN projetado para aplicações industriais. O dispositivo retransmite dados ModBUS usando a rede LoRaWAN como meio de transmissão sem fio de e para os dispositivos finais.

O RAK7431 pode operar em todas as bandas LoRaWAN dentro dos parâmetros padrão definidos pela LoRa Alliance. Seu alcance em ambiente aberto é de mais de 15 km e em casos industriais, onde existem obstruções pesadas no caminho do sinal de RF, o desempenho é melhorado em comparação aos sistemas sem fio convencionais devido às características do LoRa como técnica de modulação. Isso permite uma qualidade de sinal consistentemente boa dentro dos limites de grandes fábricas, escritórios densamente povoados, armazéns, etc.

Estes dispositivos compatíveis com RS485 podem endereçar até 16 nós terminais de clientes. A conversão de e para estruturas LoRa é perfeita e permite controle e monitoramento em tempo real de vários dispositivos RS485, para acessar e controlar os nós terminais RS485.

Plataforma Eagle IoT industrial

Eagle - Plataforma IoT industrial

É um conjunto de soluções de hardware e software com a tecnologia Internet das Coisas (IoT) e foco na Gestão de Utilidades e Gestão de Ativos. A Plataforma Eagle IoT industrial foi desenvolvida para:

  • Redução de Custos Operacional;
  • Manutenção preventiva e preditiva;
  • Disponibilização de informações para a tomada de decisão.

A solução permite coletar informação em tempo real, a baixo custo e com agilidade e flexibilidade, para ganho de eficiência.

Áreas de aplicação da Plataforma Eagle IoT industrial

  • Grupos geradores;
  • Usinas solares;
  • Energia;
  • Iluminação;
  • Saneamento;
  • Climatização;
  • No-breaks;
  • Sistemas de aquecimento;
  • Gestão de utilidades.

Topologia da Plataforma Eagle IoT Industrial

Eagle - Plataforma IoT industrial

Gateways IG-8K e IG-9K

Eagle - Plataforma IoT industrialOs gateways Eagle são gateways WIFI/Ethernet/Celular para comunicação com equipamentos dotados de comunicação MODBUS e publicação dos dados coletados junto a eles a um broker MQTT.

Os mesmos podem operar, também, em modo Transparente (Bridge) em conjunto com sistemas on-premise, tornando bidirecional a comunicação no parque instalado, bem como coletar informações medidores de energia para posterior publicação.

Os gateways possuem FOTA (Firmware Over-The-Air ), possibilitando atualização remota sem necessidade de cabos e softwares de programação, auxiliando na manutenção à distância, de todos os gateways instalados em campo.

Conectividade

WiFi (802.11 b/g/n) – Utilizando antena externa 1, é possível estabelecer conexão sem fios à redes locais utilizando IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Fast Ethernet (100Mbps) – Através do conector RJ45, o gateway pode se conectar a uma rede Ethernet cabeada, obtendo IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Rede Celular (LTE, CAT-M1, NBIoT, 2G, 4G e pronto para o 5G) – IG-9k/M possui conexão com redes celulares, sendo capaz de utilizar os mesmos protocolos das redes WiFi e ETH.

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