Este artigo explica como implementar um circuito que permite ler até oito sinais analógicos de 4 a 20 mA na entrada digital de um CLP que não possui entradas analógicas. A solução apresentada possui excelente custo benefício.

Antes de apresentarmos o circuito, faremos algumas definições de base como segue.

O que são sinais analógicos

Um sinal analógico é qualquer sinal contínuo cuja variação no tempo representa a variação de uma grandeza física, fazendo assim uma analogia entre a grandeza e sua representação elétrica.IA2801 - Entrada analógica

Exemplo de grandezas físicas que podem ser representadas por sinais analógicos:

  • Temperatura;
  • Pressão;
  • Nível de um líquido ou reservatório.

Exemplo de sinais analógicos:

  • 0 a 10 V;
  • 4 a 20 mA.

Ou seja, podemos, por exemplo, definir que uma temperatura na faixa de 0 oC a 100 oC será representada por um sinal de 4 a 20 mA. Dessa forma, quando a temperatura for 0 oC o sinal terá 4 mA, quando a temperatura for 50 oC o sinal terá 12 mA e quando a temperatura for 100 oC o sinal analógico terá 20 mA.

IA2801 - Entrada analógica

Um exemplo de sensor de temperatura que opera nessa faixa é o PT100, e o circuito que produz o sinal de 4 a 20 mA é o transdutor de grandezas que converte o sinal do PT100 em sinal analógico.

O que é a entrada analógica do CLP

IA2801 - Entrada analógicaEntrada analógica de um CLP é a parte do circuito do CLP que lê um sinal analógico e o converte internamente em um valor binário que será armazenado em um ou mais bytes da memória do CLP. As entradas analógicas do CLP são especificadas pelo tipo de sinal (0 a 5 V, 0 a 10 V, 0 a 20 mA, 4 a 20 mA, PT100, termopar, etc.) As entradas analógicas também são especificadas pela sua resolução (8 bits, 10 bits, 12, bits, 16 bits). As entradas analógicas podem estar contidas na CPU principal ou em módulos de expansão.

Converta sinais analógicos 4 a 20 mA em pulsos para ler na entrada digital do CLP

O circuito a seguir consiste em um conversor multiplexado que permite adquirir 8 sinais analógicos de 4 a 20 mA em um sinal de pulsos para ser lido em uma entrada digital rápida de um CLP.

IA2820 - Esquemático

Descrição do funcionamento do conversor multiplexado de sinais analógicos

IA2820 - Entrada analógica

Condicionador de entrada – Cada sinal analógico de entrada é condicionado por este circuito. O termistor PTC funciona como um fusível rearmável que “abre” quando o sinal de 4 a 20 mA ultrapassa 50 mA, protegendo o circuito sensor. O diodo TVS protege contra sobre tensão. O resistor de 220 ohms é sensor de entrada e R9 e C1 funcionam como filtro passa baixa.

 

Chave analógica multiplexIA2820 - Entrada analógicaO circuito integrado CD4051 recebe os 8 sinais analógicos nas entradas X0 a X7 e repassa o sinal selecionado na saída X.

O sinal amostrado na saída X é aquele definido na seleção feita nas entradas A, B e C.

As entradas A, B e C são ligadas em saídas digitais do CLP.

 

Circuito amplificador  – Este circuito, formado por dois amplificadores operacionais do CI LM324, tem a função de amplificar e ajustar o ZERO (offset) do circuito.

IA2820 - Entrada analógicaConversor de tensão para pulsos – Esta parte do circuito tem a função de converter o sinal de 4 a 20 mA, previamente convertido em tensão, para pulsos. O ajuste de SPAN é feito no trimpot R39. O CI LM331 funciona como conversor de tensão para pulsos e o transistor BC327 converte o nível para pulsos em 24 VCC, adequado a entrada digital do CLP.

IA2820 - Entrada analógica

Lógica de funcionamento do conversor multiplex de sinais analógicos

O circuito é composto por uma chave analógica multiplex que seleciona uma entre 8 entradas analógicas. Esta seleção é feita nas três entradas SL0, SL1 e SL2. O canal selecionado fornece o sinal para o conversor de corrente para freqüência. O conversor de freqüência fornece na saída OUT um sinal pulsado de freqüência proporcional a corrente do canal selecionado. O sinal tem a amplitude da tensão de alimentação, normalmente 24V, e freqüência variando de 600Hz a 3000Hz. Na aplicação, o CLP deverá ser programado para selecionar sequencialmente os 8 canais, e contar os pulsos relativos a cada entrada analógica. Abaixo é mostrado o algoritmo sugerido.

  1. Canal = 0
  2. Aguarda 0,25 segundos
  3. Contador = 0
  4. Aguarda 0,25 segundos
  5. Leitura da Entrada (Canal) = (Contador – 250)
  6. Canal=Canal+1
  7. Se Canal > 7, então Canal = 0
  8. Volta para 2

Com o algoritmo acima, para cada entrada digital será lido um valor na faixa de 0 a 999, proporcional a corrente da entrada. E o ciclo total de varredura fica em 4 segundos.

Calibração do circuito

Siga o seguinte procedimento:

  1. Desligar as entradas SL0, SL1 e SL2
  2. Ligar a alimentação
  3. Ligar uma fonte de corrente à entrada EA0
  4. Ajustar a fonte de corrente para 20 mA
  5. Ajustar o trimpot SPAN para obter 3000 Hz na saída OUT
  6. Ajustar a fonte de corrente para 4 mA
  7. Ajustar o trimpot ZERO para obter 600 Hz na saída OUT
  8. Repetir os passos de 4 a 7 até completar a calibração

conversor analógico IA2820 constitui um conversor multiplexado de sinais. Tem a capacidade de converter até 8 sinais analógicos de corrente de 4 a 20mA gerando uma saída em pulsos, de frequência proporcional à entrada selecionada. Sua utilização destina-se às configurações de CLP que possuem entrada de contagem rápida, viabilizando aquisição de até 8 sinais analógicos por módulo IA2820 a um preço extremamente competitivo. Para cada entrada analógica, o módulo é dotado de conexão destacável com: 24V, Sinal e GND. Dessa forma, o módulo funciona também como borneira economizando espaço e tempo de montagem.

 


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Solução Elipse E3 monitora, em tempo real, um total de 31 estações remotas de saneamento, entre poços de captação, elevatórias de água tratada, captações, reservatórios e boosters no SAAE de Marechal Cândido Rondon (PR).

Necessidade do SAAE

O SAAE (Serviço Autônomo de Água e Esgoto) é uma autarquia municipal responsável por executar e explorar os serviços de água e esgoto no município de Marechal Cândido Rondon no Paraná. Para automatizar o sistema de abastecimento de água do município o SAAE decidiu utilizar o Elipse E3.

A grande facilidade com que permite realizar ajustes, melhorias e expansões foi o fator determinante para a escolha da solução desenvolvida pela Alfacomp utilizando o Elipse E3.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 1. Tela inicial da aplicação do E3 no SAAE

Solução buscada pelo SAAE

O E3 permite monitorar e executar comandos sobre as 31 unidades do sistema de abastecimento de água de Marechal Cândido Rondon. Para isto, disponibiliza uma tela destinada a cada unidade, na qual é possível supervisionar os níveis, vazões, pressões, tensões e correntes medidos e registrados pelos CLPs dos painéis de telemetria instalados em cada estação remota.

SAAE MCR - Telas do supervisórioFigura 2. Controle de uma das unidades que compõem a rede de abastecimento do SAAE

Na mesma tela, o E3 permite também acompanhar a condição de operação das moto bombas, informando, por exemplo, se há algum equipamento com defeito ou sob manutenção ou se a unidade já se encontra em operação naquele instante. Além disso, o software permite acompanhar ou resetar o período, em horas, de funcionamento das moto bombas.

Ainda relacionado às moto bombas, o E3 permite visualizar e ajustar as configurações padrões definidas para as suas tensões e correntes. As configurações padrões determinadas para as pressões com que as moto bombas bombeiam a água em cada unidade também podem ser monitoradas e ajustadas pelo software.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 3. Controle do funcionamento manual ou automático do poço de captação

O mesmo controle vale para as configurações dos níveis de água nos reservatórios, as quais podem ser ajustadas de forma que o sistema ligue ou desligue as moto bombas conforme seja necessário, contribuindo assim para garantir o abastecimento e redução de desperdícios. Neste contexto voltado ao uso mais racional de água e energia, o E3 também permite selecionar quais estações entrarão em funcionamento nos horários de ponta conforme a demanda.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 4. Tela que permite escolher quais estações serão acionadas nos horários de ponta

O E3 exibe ainda os níveis e volumes de água verificados no total e junto a cada reservatório, permitindo acessar as configurações padrões ajustáveis da altura da água em cada reservatório. As vazões mensuradas nas moto bombas localizadas entre os poços e reservatórios, tanto a total quanto a calculada por hora, também são monitoradas, assim como o tempo de varredura do sistema de automação em cada unidade.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 5. Controle do nível de água presente nos reservatórios

Por fim, a solução da Elipse permite emitir relatórios dos eventos, históricos e alarmes assinalados no período estipulado pelo usuário. Em relação aos alarmes, caso algum valor definido na configuração padrão não esteja sendo respeitado, por exemplo, haja uma subtensão muito abaixo da indicada, o E3 alerta os operadores via um sinal visual e sonoro.

Além dos relatórios, o software permite, que esta mesma análise de desempenho das unidades, seja realizada sob a forma de gráficos. Vale salientar que, tanto os relatórios quanto os gráficos podem ser exportados para PDF ou Excel, sendo instrumentos de extrema utilidade junto às auditorias de fiscalização.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 6. Gráfico de análise do nível de um reservatório

Benefícios para o SAAE

O Elipse E3 permite ao SAAE monitorar, em tempo real, as 31 unidades do sistema de abastecimento de água em Marechal Cândido Rondon (PR). Com isto, o operador é informado caso haja qualquer ocorrência via os alarmes, podendo agir com mais agilidade para solucioná-la. Uma manobra que, hoje, é feita em fração de segundos, antes, levava horas, uma vez que o monitoramento não era remoto, mas sim realizado de forma local.

Os relatórios e informações geradas pelo E3 nos permitem diagnosticar e solucionar problemas com mais agilidade, dispensando o envio das rondas até cada unidade simplesmente para monitoramento.

Este controle lhes possibilitou também verificar a necessidade de se elevar o fator de potência das moto bombas. Um benefício que vai direto ao encontro do objetivo central desta automação, ou seja, reduzir os desperdícios com água e, neste caso em particular, energia.

Confira abaixo outros benefícios proporcionados pelo software da Elipse ao SAAE:

  • Monitoramento, em tempo real, das variáveis de pressão, vazão e nível da água nos reservatórios;
  • Possibilidade de monitorar e ajustar as configurações padrões das tensões, correntes, pressões e níveis de água nos reservatórios;
  • Sistema de alarmes que alerta os operadores caso haja qualquer espécie de problema nas unidades;
  • Possibilidade de acompanhar ou resetar o tempo de funcionamento das moto bombas;
  • Monitoramento da condição de operação das moto bombas;
  • Emissão de relatórios dos eventos, históricos e alarmes, que podem ser exportados para Excel e PDF;
  • Emissão de gráficos de análise de desempenho das unidades, que, assim como os relatórios, também podem ser exportados para Excel e PDF.

Ficha Técnica

  • Cliente: SAAE
  • Integrador: Alfacomp Automação Industrial Ltda.
  • Pacote Elipse: Elipse E3
  • Plataforma: Windows 10 PRO
  • Número de cópias: 4 (1 E3 Server + 1 E3 Viewer Control + 1 E3 Viewer Only + 1 E3 Studio )
  • Pontos de I/O: 1500
  • Drivers de comunicação: MODBUS RTU e MODBUS TCP

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CLP – Controlador lógico programável

O Controlador Lógico Programável é um computador robusto projetado para o controle de processos industriais e, portanto, utilizado em automação industrial, em inglês: PLC – Programmable Logic Controller. Esses controladores podem automatizar processos específicos, máquinas, ou linhas de produção. O CLP monitora o estado dos dispositivos de entrada, toma decisões baseado no programa nele instalado e comanda o estado dos dispositivos por ele controlado. Exemplo de CLP: Haiwell. 

Praticamente, qualquer linha de produção, máquina ou processo podem ser grandemente melhorados pela utilização de CLPs. Dessa forma, entre os benefícios de se utilizar um CLP estão a capacidade de reprogramação, alteração de sequências, ampliação de linhas, criação de réplicas de máquinas e processos, tudo isso enquanto podemos coletar e comunicar informações vitais.

Como funciona o CLP

O CLP funciona recebendo informações de sensores e dispositivos de entrada, processando os dados e controlando atuadores e dispositivos de saída conforme programas previamente instalados.

CLP - Como funciona

Baseado nas leituras das entradas e saídas o CLP pode registrar dados em tempo real, tais como produtividade de uma máquina ou a temperatura de operação, automaticamente iniciar ou interromper um processo, gerar alarmes no caso de mal funcionamento e muito mais.

Linguagem Ladder

A linguagem Ladder é uma linguagem de programação de CLP que representa um programa por um diagrama gráfico baseado na lógica dos relés, ou seja, parece com o diagrama esquemático de um painel de relés. O nome é baseado no fato de que a representação gráfica do programa lembra o formato de uma escada (ladder em inglês).

Enquanto no início da história dos CLPs a linguagem Ladder era a única linguagem disponível para a programação de CLPs, atualmente outras formas de programação estão padronizadas dentro da norma IEC-61131-3. Entre as novas opções estão a lista de instruções e o diagrama de blocos.

Entradas do CLP

CLP - Controlador lógico programável

Entradas de um CLP são os pontos de conexão onde são ligados os sensores. Podem ser localizados em módulos, no caso de CLPs modulares, ou estar incorporados no gabinete único, no caso de CLPs compactos.

Exemplos de entradas digitais

  • 24 volts CC – tipo P ou N
  • 110 volts CA (triac) ou 220 volts CA (triac)
  • encoder ou contador rápido (5Vcc, 10Vcc ou 24Vcc)

Exemplos de entradas analógicas

  • 0 a 5V ou 0 a 10V
  • 0 a 20 mA ou 4 a 20mA
  • PT100 ou Termopar

Saídas do CLP

Ciclo de varredura do CLP

Saídas de um CLP são os pontos de conexão onde são ligados os atuadores. Podem ser localizados em módulos, no caso de CLPs modulares, ou estar incorporados no gabinete único, no caso de CLPs compactos.

Exemplos de saídas digitais

  • 24 VCC (transistor) – tipo P ou N
  • 110 VCA ou 220 VCA (triac)
  • Relé

Exemplos de saídas analógicas

  • 0 a 5V ou 0 a 10V
  • 0 a 20 mA ou 4 a 20mA

Ciclo de varredura do CLP

O funcionamento dos CLPs é um processo contínuo chamado de varredura. Em cada ciclo de varredura, o equipamento realiza as seguintes atividades:

  • Leitura das entradas
  • Execução das instruções do programa
  • Escrita (atualização) das saídas

A ordem de grandeza do tempo de varredura está entre 1ms e 100 ms, e depende do modelo do CLP e do tamanho do programa. O tempo de varredura cresce com o programa.

Curso de programação de CLP

Aprenda a programa um CLP de última geração investindo apenas o seu tempo. Para tanto, conheça o curso de automação industrial utilizando o CLP Haiwell. Baixe as aulas sem custo, faça o teste de conhecimentos e receba um certificado com seu índice de aproveitamento.

Conheça o CLP Haiwell seguindo este passo a passo

Haiwell – O CLP com melhor custo-benefício do mercado

O CLP Haiwell apresenta versatilidade e alto desempenho para as mais diversas aplicações industriais como injeção de plástico, empacotamento, tecelagem, fabricação de medicamentos assim como para aplicações em processos médico-hospitalares, meio-ambiente, saneamento, serviços municipais, gráficas, construção civil, automação predial, sistemas de condicionamento de ar, máquinas CNC, e outros campos do controle e automação. O CLP Haiwell tem sua capacidade expandida através de diversas interfaces que ampliam suas entradas digitais, saídas digitais, entradas analógicas, saídas analógicas, entradas de contagem rápida, saídas digitais de pulso de alta velocidade e portas de comunicação.

CLP Haiwell para automação industrialDiferenciais do CLP Haiwell

  • Suporte técnico Alfacomp
  • Ferramenta gratuita de programação com capacidade de simulação do programa sem necessidade de conectar ao CLP
  • Processador ARM de alto desempenho e relógio de tempo real
  • Portas RS232 e RS485 nativas com MODBUS mestre e escravo
  • Porta Ethernet opcional com MODBUS TCP
  • Bornes de conexão removíveis para facilidade de manutenção
  • Entradas e saídas digitais rápidas (200 KHz)

Características gerais

Ethernet

O CLP mestre e os módulos remotos suportam comunicação Ethernet e até 5 portas RS232 ou RS485 comunicando simultaneamente. Pela rede é possível comunicar, programar, monitorar e trocar dados com os CLPs. A porta Ethernet pode ser utilizada para intercomunicar CLPs, IHMs e computadores.

Atualização do firmware

Através deste recurso é possível alterar e atualizar o firmware dos CLPs. Desta forma, recursos novos podem ser adicionados a equipamentos anteriores na medida que forem desenvolvidos pela fabricante.

Poderosos recursos de comunicação

Os CLPs possuem duas portas seriais nativas, uma RS232 e uma RS485, que podem ser expandidas para até 5 portas. Cada porta pode ser utilizada tanto como mestre quanto como escravo na comunicação. A comunicação em rede pode ser 1:N, N:1 e N:N e uma grande variedade de interfaces IHM de mercado são suportadas, assim como inversores, medidores e periféricos diversos.

Suporte a múltiplos protocolos de comunicação

Os CLPs possuem instalados de forma nativa os protocolos de comunicação MODBUS RTU e ASCII, Free Communication Protocol e o Haiwellbus High-Speed Communication Protocol of Xiamen Haiwell Technology Co., Ltd. A composição de arquiteturas sofisticadas e complexas são facilitadas pois basta uma única instrução para estabelecer um modo de comunicação. Desta forma, problemas como conflitos de comunicação, colisões e problemas de handshaking são minimizados e até eliminados, sendo possível a coexistência simultânea de diversos protocolos diferentes.

Função de contagem de pulsos em alta velocidade

Os CLPs suportam até 8 canais duplex de alta velocidade (200 kHz) de contagem de pulsos. São possíveis 7 modos de funcionamento com as entradas de contagem rápida (pulso / direção 1 oitava, pulso / direção 2 oitavas, pulso direto / reverso 1 oitava, pulso direta / reverso 2 oitavas, fases A / B 1 oitava, fases A / B 2 oitavas, fases A / B 4 oitavas), e três tipos de comparação (comparação de uma etapa, comparação absoluta e comparação relativa), e ainda é possível a comparação de 8 valores fixos com função de self-learning.

Medição de frequência de pulsos de alta velocidade

São possíveis até 16 canais de 200 kHz de alta velocidade para a medição de frequência.

Saída de pulsos de alta velocidade

São possíveis até 8 canais duplex de pulsos de saída em 200 kHz. Desta forma, até 8 motores de passos podem ser controlados. Os CLPs possuem funções que permitem controlar aceleração e desaceleração, envelopes de múltiplos segmentos, um sinal de saída de sincronismo facilita a sincronização precisa dos motores. Usadas de forma independente, estão disponíveis até 16 saídas rápidas para funções de PWM, podendo controlar até 16 motores de passo ou servos.

Função de controle de movimentação

Os CLPs Haiwell suportam até 8 canais de 200 kHz para controle de movimentação que permitem interpolação linear, interpolação circular, pulso de saída de referência, endereço absoluto, endereço relativo, compensação de folga, retorno ao ponto de partida e definição de ponto de partida.

Função de controle PID

Até 32 malhas de controle PID são suportadas pelos CLPs Haiwell. Estão disponíveis a auto sintonia, o controle de temperatura por lógica Fuzzy, o controle de temperatura por curva TTC, o controle de válvulas e de outros dispositivos industrias.

Captura de bordas e interrupções

Os CLPs suportam até 8 canais para detecção de bodas de subida e descida de sinais para funções de interrupção. Todas entradas permitem a aplicação de filtros para a correta detecção dos sinais. Estão disponíveis 52 níveis de interrupção em tempo real.

Funções de processamento analógico de alto desempenho

Os registros AI das entradas analógicas podem ser acessados diretamente e estão disponíveis funções para conversão de unidades de engenharia, ajuste de frequência de amostragem e correção de zero. Os registros AQ das saídas analógicas podem ser convertidos para unidades de engenharia e podem ser configurados para manter seus valores.

Proteção por senha

Existem três níveis de senhas para garantir a proteção dos CLPs e do trabalho desenvolvido em sua programação: senha de proteção de programas, senha de proteção de blocos, senha de acesso ao hardware.

Características diversas

Além das características já citadas, os CLPs Haiwell também possuem função de autodiagnóstico, função de proteção contra falha de energia, relógio de tempo real, operações matemáticas em ponto flutuante, etc.

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Fonte: “O Verdadeiro Medidor Magnético de Vazão tipo Inserção” – GUSTAVO DE ARAÚJO LAMON – Belo Horizonte

Um pouco da história da medição de vazão

A vazão é considerada a variável de processo mais importante nas empresas de saneamento e uma das mais importantes em processos industriais. De acordo com a História, as primeiras medições de vazão de água foram realizadas pelos egípcios e romanos, cujas obras de adução de água ficaram famosas, tanto é que um texto do governador e engenheiro romano Julius Fontinus (40 – 103 d.C) traz referências claras sobre o assunto.

Por se tratar de uma variável importantíssima, a vazão acaba sendo uma das mais medidas em processos industriais mas, infelizmente, no Brasil, mesmo sabendo de sua importância, poucas empresas de saneamento dispõe de sistemas de medição de vazão e quando dispõe destes sistemas, nem sempre são confiáveis.

Devido ao status alcançado por essa variável de processo, nos dias de hoje a vazão é a variável que dispõe de recursos tecnológicos mais diversos para sua medição, além de requerer também um grande esforço para sua medida em determinadas aplicações. Pois, para medir a vazão corretamente foi sempre necessário muito conhecimento técnico, além do desenvolvimento das técnicas de medição já existentes em situações distintas de medição.

Com relação à seleção de um determinado tipo de medidor de vazão para uma aplicação em especial, desde que a necessidade do usuário seja a medição da vazão volumétrica de líquidos, o medidor de vazão magnético do tipo carretel ou inserção, baseado na lei de Faraday, pode atender satisfatoriamente a uma grande porcentagem de aplicações.

O princípio de funcionamento do medidor de vazão eletromagnético

Para explicarmos o princípio de funcionamento dos medidores de vazão eletromagnético, consideraremos neste momento os medidores do tipo carretel. Estes medidores utilizam um princípio de medição antigo, a Lei de Faraday, e muitos fabricantes de instrumentos continuam a desenvolver medidores de vazão baseados nesse princípio. O medidor de vazão eletromagnético carretel atende a um gigantesco número de aplicações como, por exemplo: medição de vazão de água, xaropes de glicose com alta concentração, leite, cerveja e derivados, polpa de celulose, polpa de minério, ácidos em geral, efluentes industriais, esgoto, lamas, pastas, etc.

Para que o mesmo possa ser indicado em uma aplicação basta que o líquido possua uma condutividade elétrica mínima, normalmente de 5uS/cm. Dependendo de sua pressão, temperatura e velocidade de escoamento na tubulação do processo, com certeza a vazão desse líquido poderá ser medida corretamente, conforme a necessidade do usuário.

A Lei de Faraday, demonstrada pela primeira vez em 1832 pelo cientista Michael Faraday, foi percussora do desenvolvimento de vários equipamentos que se baseiam em sua Lei e o medidor de vazão eletromagnético é um desses equipamentos.

O primeiro medidor de vazão eletromagnético carretel foi desenvolvido em 1932 por um cientista suíço. No entanto, esta tecnologia tornou-se consolidada no final dos anos 70.

Apesar deste medidor ser baseado num princípio antigo, ele continua sendo aperfeiçoado e customizado para determinadas aplicações por alguns fabricantes. A Lei de Faraday utilizada para medidores de vazão determina que o movimento do líquido através do campo magnético induz uma força eletromotriz que atravessa o líquido num sentido perpendicular ao campo magnético, sendo essa f.e.m. diretamente proporcional à sua velocidade de escoamento do liquido. É importante salientarmos que o líquido deverá possuir uma condutividade elétrica mínima admitida, normalmente de 5uS/cm.

Devido ao campo magnético empregado na indução, o material do tubo medidor deve ser de material não magnético, para não conduzir e nem modificar a direção do campo magnético gerado. Por meio de dois eletrodos inseridos em um plano perpendicular ao campo magnético, torna-se possível a medição da força eletromotriz induzida por meio de um milivoltímetro.

De qualquer forma, é preciso uma observação cuidadosa durante a engenharia de aplicação do medidor magnético, quanto aos limites de operação relativos à temperatura, pressão e velocidade de escoamento, além da condutividade elétrica mínima exigida do líquido a ser medido. No medidor de vazão magnético, o seu campo magnético poderá ser gerado por um ímã permanente ou por bobinas excitadas por corrente alternada ou contínua.

Essa força eletromotriz induzida (dada em microvolts), não é afetada pela temperatura, viscosidade, pressão, turbulência, densidades específica/relativa e condutividade elétrica do líquido medido, desde que a condutividade elétrica esteja acima do valor mínimo exigido.

Figura 1 – Representação do funcionamento do medidor magnético de vazão
A determinação da Força Eletromotriz Induzida é regida pela seguinte equação:
fem = Kg * B * L * v
Onde:

  • fem = Força Eletromotriz Induzida (tensão induzida nos eletrodos)
  • Kg = Constante Geométrica
  • B = Campo Magnético gerado pelas bobinas
  • L = Distância entre os eletrodos
  • v = Velocidade do fluído

Figura 2 – Representação do funcionamento do medidor magnético de vazão

Uma vez que temos Kg, B e L constantes podemos simplificar nossa equação sendo: fem = K * v

Podemos observar que a tensão induzida fem é diretamente proporcional à Velocidade de escoamento do fluído porem, notamos que há um fator multiplicador à velocidade denominado K. Este fator multiplicador é o famoso “Fator K” dos medidores eletromagnéticos. Este fator é imprescindível para o perfeito funcionamento do medidor e o seu levantamento, obrigatoriamente, deve ser realizado pelo fabricante após a fabricação do tubo medidor (sensor) e a única forma de determiná-lo, seria submetendo o sensor a uma calibração realizada em bancada apropriada.

Figura 3 – Representação da atuação do Fator K

Uma das principais qualidades de um medidor é que o mesmo seja repetitivo e esta é uma característica do medidor de vazão magnético. No entanto, a curva de resposta do medidor após sua fabricação não é linear.

Após a calibração realizada em bancada apropriada, o fabricante consegue determinar a constante deste medidor, ou ainda o seu “Fator K”, que transforma a curva de resposta do medidor em uma curva de resposta ideal.

E a vazão, como é determinada? Ora, uma vez que conhecemos a velocidade média de escoamento do fluído e conseguimos medi-la de forma exata com este sistema de medição quase perfeito, basta então multiplicá-la pela área da seção do medidor que pode ser determinada pela equação:  A =  π *D2 / 4
Onde:

  • A = área
  • π = 3,14159265
  • D = diâmetro

Logo temos: Q = fem * K * A
Onde:

  • Q = vazão
  • fem = Força Eletromotriz Induzida
  • K = Constante de Calibração determinado pelo fabricante
  • A = Área

Apesar de ser um medidor de vazão quase perfeito, o medidor eletromagnético tipo carretel tem como uma de suas desvantagens o aumento do custo do produto em razão do diâmetro, bem como o elevado custo de sua instalação em grandes diâmetros de rede, tornando-a às vezes, inviável economicamente. Em razão deste aspecto, ou seja, a inviabilidade econômica de instalação dos grandes medidores eletromagnéticos de vazão tipo carretel, fez com que alguns fabricantes de medidores eletromagnéticos partissem para o desenvolvimento dos medidores eletromagnéticos tipo inserção.

Figura 4 – Demonstração do aumento do custo do medidor magnético de vazão carretel em função do
diâmetro do tubo

Infelizmente a tecnologia eletromagnética de inserção não propicia o mesmo nível de exatidão do medidor eletromagnético do tipo carretel. Tipicamente, o medidor magnético do tipo carretel apresenta erro abaixo de 0,5% da leitura e o Verdadeiro Medidor Magnético de Inserção apresenta erro abaixo de 2% da leitura e dependendo do critério de sua instalação pode chegar a erro inferior a 1% da leitura. Dependendo da aplicação, a utilização de um Verdadeiro Medidor de Vazão Eletromagnético de Inserção pode ser utilizada e tratando-se de empresas de saneamento a aplicação desta tecnologia é totalmente viável.

O Princípio de medição de vazão eletromagnética tipo inserção

Os primeiros medidores eletromagnéticos de inserção começaram surgir no mercado na década de 90. Apesar de trabalhar com o mesmo princípio do medidor eletromagnético tipo carretel, infelizmente esta tecnologia não é tão perfeita quanto o medidor magnético carretel. Isso se dá em razão de uma variável denominada Perfil de Velocidade que quando não for conhecida e aplicada nos medidores magnéticos de inserção podem incorrer em altíssimos erros de medição.

O medidor de vazão magnético de inserção pode ser considerado um híbrido entre um medidor magnético do tipo carretel e o tubo de Pitot. Esta afirmativa é verdadeira em razão deste tipo de tecnologia utilizar os conceitos de ambas as tecnologias.

Diferentemente do medidor magnético carretel, a medição da velocidade no medidor magnético de inserção é pontual, ou seja, a Força Eletromotriz Induzida gerada é em razão do vetor velocidade que passa pela ponta do sensor no ponto de exato de sua inserção.

Figura 5 – Representação do campo magnético gerado pela medidor magnético de vazão carretel VS.
Inserção

Apesar de possuírem a mesma tecnologia, a medição da vazão utilizando o magnético de inserção, deve ser munida de alguns cuidados, se não vejamos:
A partir da equação: Q = fem * K * A
Onde:

  • Q = vazão
  • fem = Força Eletromotriz Induzida
  • K = Constante de Calibração determinado pelo fabricante
  • A = Área

Como a fem x K = Velocidade, simplificaremos a equação para: Q = v * A
Onde:

  • Q = vazão
  • v = Velocidade média
  • A = Área

Sabemos que em razão da viscosidade do fluído e da rugosidade do tubo, gera-se um atrito entre a parede do tubo e o fluído causando uma deformação nos infinitos vetores velocidade dentro do tubo gerando assim o que conhecemos como perfil de velocidade de escoamento fluídico dentro do tubo, que na condição turbulenta (Re>4000) e considerando um trecho reto adequado, obtemos um perfil similar a figura 6.

Figura 6 – Representação de um perfil de velocidade, em condição turbulenta, ideal.

Teoricamente, o vetor velocidade de maior módulo é encontrado no centro da tubulação e o vetor velocidade média é encontrado a 1/8 ou 7/8 do diâmetro do tubo. Infelizmente, em condição real nem sempre temos um perfil de velocidade uniforme como o ilustrado na figura 06, e por isso, nem sempre podemos afirmar que o vetor velocidade máxima esta exatamente no centro do tubo ou ainda que o vetor velocidade média encontra-se a 1/8 ou 7/8 do diâmetro. Como a vazão é obtida pela multiplicação da velocidade média pela área e o medidor é capaz de medir apenas a velocidade pontual, há a necessidade de ser inserido o primeiro fator de correção, aqui denominado como Kp, na equação de determinação da vazão para os medidores magnéticos de inserção, ou seja, um fator que irá transformar o vetor velocidade medido em um vetor que corresponderá à média de todos os vetores. Logo teremos: Q = A * v * Kp
Onde:

  • Q = Vazão
  • A = Área
  • V = velocidade pontual
  • Kp = Fator de Correção do Perfil

Agora que nossa velocidade foi corrigida, precisamos de nos atentar para outro fator de correção. Por se tratar de um medidor de inserção, a área da seção de medição não é mais determinada pela simples aplicação de formula. A área passa a ser a área do tubo menos a área de inserção e por isso, outro fator imprescindível nos medidores magnéticos de inserção é o que chamamos de Coeficiente de Inserção, aqui denominado como Ki.

Figura 7 – Representação da projeção da haste do sensor de vazão na tubulação

Podemos observar através da ilustração acima que a área da seção de medição é na verdade a área do tubo menos a área de inserção do sensor logo, a equação da medição da vazão regida pelos medidores de inserção passa para:  Q = A * Ki * v * Kp
Onde:

  • Q = Vazão
  • A = Área
  • Ki = Coeficiente de inserção
  • V = velocidade pontual
  • Kp = Fator de Correção do Perfil

Se expandirmos a equação acima para apresentar a fem, podemos observar que um medidor magnético de inserção necessita de no mínimo três tipos de constantes de correção, vejamos:

Q = A * Ki * fem * K * Kp 
Onde:

  • Q = Vazão
  • A = Área
  • Ki = Coeficiente de inserção
  • fem = Força Eletromotriz Induzida
  • K = Constante de Calibração determinado pelo fabricante
  • Kp = Fator de Correção do Perfil

Obs.: É importante ressaltarmos neste momento que a constante K, uma vez determinada pelo fabricante, não deve mais ser alterada. Caso o operador venha a realizar qualquer tipo de alteração nesta constante para realizar qualquer tipo de correção, a linearidade do medidor será afetada drasticamente e com certeza acarretará em resultados de medição inexatos.

Agora que temos conhecimento das constantes mínimas para o perfeito funcionamento de um medidor magnético de inserção, como fazemos para obtê-las?

1- A constante K, obrigatoriamente, deve ser determinada pelo fabricante e estampada no corpo do sensor e no conversor do instrumento deverá constar um campo específico para entrada deste valor;
2- A constante Ki é obtida através de uma equação que relaciona o diâmetro do tubo e as dimensões do sensor. Normalmente, os Verdadeiros Medidores Magnéticos de Inserção possuem as equações internas e ao informar o diâmetro do tubo a ser instalado e a posição de inserção do sensor, o Ki é calculado automaticamente;
3- A constante Kp, apesar de poder ser determinada automaticamente pelos Verdadeiros Magnéticos de Inserção levando em consideração um perfil de velocidade ideal, recomenda-se em situações práticas que a mesma seja levantada através da Pitometria ou ainda utilizando-se o próprio medidor e em seguida, o valor calculado deve ser digitado manualmente. O cálculo do Kp é muito simples, se não vejamos:

Kp = Vm / Vc
Onde:

  • Kp = Fator de Correção do Perfil
  • Vm = Velocidade Média
  • Vc = Velocidade Central

Exemplo de cálculo do Kp para instalação do sensor no centro de um tubo de 500mm.

Tabela 1 – Representação das Velocidades em diferentes pontos do tubo

Figura 8 – Representação do Perfil de Velocidade

Logo temos: Vm = (V1 +V2 + V3 + ……. + Vn)/n

  • Vc = Velocidade central na posição 6/11.
  • Kp = Vm/Vc
  • Vm = 0,837273
  • Vc = 0,91
  • Logo temos:
  • Kp = 0,92008

Obs.: Considerando a instalação a 1/8 ou 7/8, teoricamente, estes seriam os pontos aonde encontraríamos o vetor velocidade média e conseqüentemente, o Kp deveria ser igual 1. Como nem sempre isso é verdade, é importante que saibamos o valor desta velocidade média para compararmos com o valor obtido em 1/8 ou 7/8 para determinarmos a variação percentual do mesmo. Usando o exemplo acima, se ao posicionar o medidor a 1/8 do diâmetro, ou seja, 500/8=62,5mm e a velocidade de medição fosse de 0,87, poderíamos afirmar que o vetor velocidade média não se encontraria nesta posição. Caso o técnico decidisse permanecer com o sensor nesta posição e nenhuma correção fosse efetuada, o resultado da medição acarretaria em um erro de aproximadamente 4%. O correto neste caso seria o técnico inserir em Kp o valor de 0,96 para compensar esta diferença de 4%.

Figura 9 – Diferença de um perfil ideal para um perfil real

A figura acima ilustra bem a diferença que podemos encontrar nos perfis de velocidade.

Conclusão e Recomendações

Um Verdadeiro Medidor Magnético de Inserção deve possuir, obrigatoriamente, um conversor dedicado a este tipo de sensor e ter a possibilidade de inserir o diâmetro real da tubulação e da posição de inserção do sensor no conversor. Mediante estas informações o medidor deverá calcular automaticamente o fator de correção de inserção. O conversor deve possuir ainda o campo para inserir a correção do perfil de velocidade além do campo para informar a constante K do sensor determinado pelo fabricante. Assim como nos medidores magnéticos carretel, é desejável que o mesmo possua detecção de tubo vazio, diagnóstico automático do conjunto sensor-conversor, dentre outras características.

Procuramos neste artigo elucidar os pontos mais importantes para o perfeito funcionamento de um medidor magnético de inserção. Aqueles medidores que não possuírem no mínimo as correções apresentadas neste artigo, não poderão ser jamais classificados como medidores de vazão magnéticos de inserção. Estes equipamentos seriam classificados na instrumentação como chave de fluxo (pseudo medidores), ou seja, aqueles medidores que são capazes de medir algo e não são capazes de garantir o resultado de suas medições.

Há alguns fornecedores que estão ofertando para o mercado o que chamamos de chave de fluxo (pseudo medidor magnético de inserção). Por esta razão, em alguns casos, os resultados obtidos pelos clientes destes fornecedores não são satisfatórios. Infelizmente, isso faz com que esses clientes assumam esta péssima experiência como referência, colocando em descrédito a tecnologia do medidor magnético de inserção.

Apesar de parecer complexa, a instalação de um Verdadeiro Medidor Magnético de Inserção é extremamente simples. É muito importante que antes de se adquirir tal medidor, o cliente certifique-se que o fornecedor esteja ofertando um medidor que possua as condições mínimas acima mencionadas, bem como, um suporte técnico pós venda, apropriado para orientar os técnicos que irão instalar o produto.

Esperamos com este artigo poder contribuir com um pouco de conhecimento aos técnicos e engenheiros das diversas empresas que venham usufruir desta tecnologia para medir vazão e a partir desta leitura, estes possam refletir e buscar ainda mais informações a respeito deste assunto que muito fascina o autor deste artigo e que estes possam tomar suas próprias conclusões.

O fato do mercado comprador nem sempre possuir o conhecimento necessário para avaliar as opções oferecidas pelos fornecedores e tomar uma decisão consciente no momento da compra gerou a nossa preocupação e interesse em disseminar o conhecimento aplicável a estes tipos de medidores uma vez que acreditamos que somente através da educação técnica/elucidativa teremos condições de nos tornar profissionais cada vez mais qualificados.

Para finalizar, resumiríamos todo este artigo com a seguinte frase:
Jamais devemos medir por medir e tão pouco estimar, uma vez que erros nessas medições ou estimativas acarretará sempre em tomadas de decisões equivocadas podendo causar prejuízos imensuráveis.

Texto original: O Verdadeiro Medidor Magnético de Vazão tipo Inserção – GUSTAVO DE ARAÚJO LAMON – Belo Horizonte

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Os medidores de vazão eletromagnéticos utilizam a Lei de Faraday para detectar e medir a vazão. Dentro de um transmissor de vazão eletromagnético existe uma bobina que gera um campo magnético e eletrodos que capturam o campo elétrico resultante do movimento do líquido que está sob o campo magnético.
Segundo a Lei de Faraday, movendo líquidos condutivos dentro de um campo magnético, gera-se uma força eletromotriz (voltagem). Ou seja, a velocidade do fluxo do líquido movendo dentro do campo magnético gera um campo elétrico proporcional. O campo elétrico E é proporcional a V x B x D (velocidade x campo magnético x diâmetro).


Os transmissores de vazão eletromagnéticos apresentam as seguintes características:

  • Não são afetados por temperatura, pressão, densidade ou viscosidade do líquido;
  • Detectam a vazão também em líquidos contaminados por sólidos e bolhas;
  • Não causam perda de pressão;
  • Não utilizam partes móveis e por isso são mais confiáveis;

Não podem ser utilizados em líquidos que não sejam condutivos.
A condutividade expressa a facilidade com que o líquido permite a condução da corrente elétrica. A condutividade é medida em S/cm (siemens por centímetro).  A água comum da torneira tem condutividade média de 100 a 200 μS/cm, água mineral de 500 μS/cm ou mais, e água pura de 0.1 μS/cm ou menos.

O transmissor de vazão eletromagnético TVE20 permite a medição da vazão de líquidos em tubulações de 10 a 350 milímetros de diâmetro utilizando o princípio eletromagnético baseado na Lei de Faraday.

Características principais

  • Estrutura de múltiplos eletrodos;
  • Alta precisão;
  • Sem partes móveis;
  • Ampla faixa de medição;
  • Alimentação: 85 a 265 VCA ou 18 a 36 VCC;
  • Não obstrui o fluxo do líquido medido;
  • Diversas opções de flanges;
  • Diversas opções de frequências de operação;
  • Permite detectar a direção do líquido;
  • Eletrônica resistente a surtos elétricos;

Aplicações

  • Água e esgoto;
  • Indústria química;
  • Indústria de alimentos;
  • Agricultura;
  • Tratamento de efluentes.

Especificações técnicas do transmissor de vazão TVE20

  • Tamanho: DN10 a DN350
  • Meio: Líquidos condutivos
  • Temperatura do meio: Classe E∠60°C Grau CH∠180°C
  • Precisão: 0,25% a 0,5%
  • Repetibilidade: 0,1% a 0,17%
  • Pressão da tubulação: 0,6, 1,0, 1,6, 2,5, 4,0, 6,4 MPa (ou especificado pelo cliente)
  • Indicações do display: Vazão instantânea, totalização, velocidade, taxa de vazão
  • Sinais de saída: 4 a 20mA, pulsos, RS485, Hart
  • Alimentação: 85 a 265 VCA ou 18 a 36 VCC
  • Tipo de conversor: Integrativo
  • Proteção: IP65/IP68
  • A prova de explosão: Ex deibmb IIC T3 ~ 6
  • Velocidade: 0,05 a 12 m/s
  • Revestimento:   PU (DN25 a DN500) / F4 (PTFE) (DN25 a DN1600) / F46 (FEP) (DN10 a DN200) / PFA (DN10 a 30)
  • Direção do fluxo: Direto e reverso
  • Material do eletrodo:  316L, Pt, Ta, Ti, HB, HC, WC
  • Número de eletrodos: 3 a 6 unidades
  • Material do flange: SS/CS
  • Alarme (normalmente aberto): Vazio, excitação, limite superior e limite inferior
  • Temperatura ambiente: -30°C a 60°C
  • Protocolo de comunicação:  Modbus, Hart

Faixas de medição (m3/h)

DN (mm)

Faixa de medição

Precisão

DN (mm)

Faixa de medição

Precisão

DN10 0,014 a 3,39 0,08 a 2,82 DN300 12,7 a 3052 76 a 2543
DN15 0,03 a 7,63 0,19 a 6,35 DN350 17,3 a 4154 103 a 3461
DN20 0,06 a 13,56 0,33 a 11,34 DN400 22,6 a 5425 1355 a 4521
DN25 0,09 a 21,19 0,52 a 17,66 DN450 28,6 a 6867 171 a 5722
DN32 0,14 a 34,72 0,86 a 29,93 DN500 35,3 a 8478 211 a 7065
DN40 0,23 a 54,25 1,35 a 45,21 DN600 51 a 12208 305 a 10173
DN50 0,35 a 84,78 2,12 a 70,65 DN700 69 a 16616 415 a 13847
DN65 0,6 a 143 3,58 a 119 DN800 90 a 21703 542 a 18086
DN80 0,90 a 217 5,43 a 180 DN900 114 a 27468 686 a 22890
DN100 1,41 a 339 8,48 a 282 DN1000 141 s 33912 847 a 28260
DN125 2,21 a 529 13,25 a 441 DN1200 203 a 48833 1221 a 40694
DN150 3,18 a 763 19,08 a 635 DN1400 277 a 66467 1662 a 55389
DN200 5,65 a 1356 33,91 a 1130 DN1600 361 a 86814 2171 a 72345
DN250 8,83 a 2119 52,99 a 1766 DN1800 457 a 109874 2747 a 91562

Dimensões do transmissor de vazão eletromagnético TVE20 (mm)

DN

H

L

D1

D

n-fd1

C

Pressão

10 160 260 60 90 4-f14 14 PN4.0
15 265 65 95 4-f14 14
20 272 75 105 4-f14 16
25 280 85 115 4-f14 16
32 290 100 140 4-f18 18
40 200 305 110 150 4-f18 18
50 320 125 165 4-f18 20
65 335 145 185 4-f18 20 PN1.6
80 350 160 200 8-f18 20
100 250 370 180 220 8-f18 22
125 405 210 250 8-f18 22
150 300 435 240 285 8-f22 24
200 350 495 295 340 12-f22 24
250 400 545 350 395 12-f22 26 PN1.0
300 500 595 400 445 12-f22 26
350 630 460 505 16-f22 26
400 600 685 515 565 16-f26 26
450 735 565 615 20-f26 28
500 790 620 670 20-f26 28
600 900 725 780 20-f30 34
700 700 1035 840 895 24-f30 30
800 800 1140 950 1015 24-f33 32
900 900 1245 1050 1115 28-f33 34
1000 1000 135 1160 1230 28-f36 34
25 160 280 100 140 4-f18 24 PN6.4
32 290 110 155 4-f22 24
40 200 305 125 170 4-f22 26
50 320 135 180 4-f22 26
65 340 160 205 8-f22 26
80 350 170 215 8-f22 28
100 250 375 200 250 8-f26 30
125 415 240 295 8-f30 34
150 300 485 280 345 8-f30 36
200 350 520 345 415 12-f36 42
250 400 570 400 470 12-f36 46
300 500 625 460 530 16-f36 52
350 680 525 600 16-f39 56

Como selecionar o material do eletrodo

Eletrodo

Aplicação

Não adequado para

316L Água doméstica, água industrial, água bruta, esgoto doméstico, ácidos leves, alcalinos leves, água salgada. Ácidos fortes, alcalinos fortes.
Hastelloy alloy B Ácidos não oxidantes com concentração menor que 10%, hidróxido de Sódio com concentração menor que 50%, hidróxido de amônia, ácido fosfórico, ácidos orgânicos. Ácido nítrico.
Hastelloy C Ácidos compostos (como soluções de ácido de cromo e ácido sulfúrico), sais oxidantes (como água do mar, incluindo CU+++, Fe+++). Ácido hidro clorídrico.
Titânio Sais (como cloretos de sódio e de potássio, sais de amônia, hipoclorito sódico), hidróxido de potássio < 50%, hidróxido de amônia, hidróxido de bário, soluções alcalinas. Ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido hidro fluorídrico e outros ácidos redutores.
Tântalo Ácido hidro clorídrico < 40%, ácido sulfúrico, dióxido de cloro, cloreto de ferro, ácidos hipoclóricos, cloreto de sódio, acetato de chumbo, ácido nítrico. Soluções alcalinas, ácido hidro fluorídrico.
Ouro platina Praticamente todas as soluções alcalinas. Água régia, sal de amônia.

Como selecionar o material do revestimento

Selecionar de acordo com o líquido e a temperatura.

Revestimento

Símbolo

Desempenho

Temperatura

Aplicação

Borracha CR Resistência à altas concentrações sais ácidos e básicos. ≤70oC Água doméstica e industrial, água do mar.
PTFE PTFE Estável e resistente à líquidos em ebulição, ácidos, água régia e alcalinos concentrados. ≤150oC Ácidos corrosivos, soluções salinas.
Propileno etileno fluorado F46 ou FEP Propriedades químicas equivalentes as do F4, resistência a tração superior à do F4. ≤180oC Soluções corrosivas e salina, pressões negativas.
Poliuretano PU Alta resistência ao desgaste, não adequado para ácidos. ≤70oC Lama, polpas e outros abrasivos.

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Sensor de nível 4 estágios ID3018

O sensor de nível ID3018 permite ler o nível de reservatórios utilizando 5 eletrodos que ficam mergulhados na água.

ID3018 – Sensor de nível 4 estágiosFuncionamento do sensor de nível 

Os eletrodos devem ser conectados ao borne de Entradas.
O eletrodo GND deve ser posicionado na posição mais inferior do reservatório, preferencialmente sempre mergulhado no líquido.
Os eletrodos 25%, 50%, 75% e 100% devem ser posicionados nas alturas relativas aos níveis correspondentes.
As Saídas 25%, 50%, 75% e 100% constituem sinais digitais que assumem o valor de tensão igual à do VCC quando o nível de água atinge o eletrodo correspondente. Dessa forma, assumindo que o sensor está sendo alimentado com 24VCC, quando o nível de água atingir o eletrodo 25%, a saída 25% passará de 0VCC para 24VCC. Quando o nível de água atingir o eletrodo 50%, a saída 50% passará de 0VCC para 24VCC e assim por diante.
As saídas GND, 25%, 50%, 75% e 100% podem ser conectadas a 4 entradas digitais de um CLP para que o mesmo adquira a leitura em 4 estágios de nível.

Especificações do sensor de nível

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO SENSOR DE NÍVEL ID3018
Alimentação: 12 a 24VCC Corrente de consumo: 50 mA (típico)
Aplicação: medição de nível de água Número de estágios: 4
Dimensões: 71 x 83 x 37 mm Construção: gabinete em aço para fixação em trilho DIN
Indicação visual: 4 LEDs de nível + 1 LED de alimentação Conexão: Bornes elétricos

Aplicação típica do sensor de nível

ID3018 – Sensor de nível 4 estágios

Eletrodo indicado para o sensor de nível

Utilizar preferencialmente eletrodos apropriados para a detecção de nível de água, construídos em carcaça de plástico e elemento condutor em aço inox.

ID3018 – Sensor de nível 4 estágios

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Princípio de funcionamento do medidor ultrassônico de nível

Ultrassom é o som em frequência superior à que o ouvido humano pode escutar. O ouvido humano consegue escutar até 20 kHz, são consideradas ultrassônicas as frequências superiores aos 20 kHz.

Ondas ultrassônicas são utilizadas na indústria para medir o nível de líquidos e sólidos sem a necessidade de contato com o produto medido, sendo ideais para a medição de materiais corrosivos e de alta temperatura.
O ultrassom aplicado na medição de nível normalmente está na faixa de 40 a 200 kHz. O ultrassom detecta objetos pelo mesmo princípio do radar, ou seja, pulsos ultrassônicos são emitidos na direção do objeto e a distância é calculada pelo tempo que o som leva para ser refletido de volta. Morcegos utilizam o mesmo princípio para guiarem seu voo.
O nível é calculado com base no tempo medido entre a emissão do pulso e a recepção da onda refletida. Ao nível do mar em temperatura de 20° C a velocidade do som é 344 m/s.
No exemplo da figura, um transmissor de nível ultrassônico é fixado no topo de um tanque parcialmente cheio de líquido. O nível de referência para todas as medições é o fundo do tanque. O nível medido será o da superfície do líquido que está a uma certa distância do sensor ultrassônico de nível. Sinais de pulso ultrassônicos são transmitidos pelo transmissor e refletidos de volta para o sensor. O tempo de viagem do pulso ultrassônico do sensor até a superfície do líquido e de volta para o sensor é calculado e dividido por dois Conhecendo a velocidade do som para as condições de temperatura e pressão, o equipamento transmissor de nível calcula o nível. O resultado final da unidade de medição pode ser centímetros, pés, polegadas, etc.

Distância do sensor ao líquido = Velocidade do som x Tempo de transito / 2

Problemas práticos de projeto do transmissor ultrassônico de nível

O princípio de medição acima parece bastante simples e direto na teoria. Na prática, existem algumas dificuldades técnicas a serem consideradas para se obter uma leitura correta do nível.

  • A velocidade do som muda devido à variação da temperatura do ar. É necessário um sensor de temperatura integrado para compensar alterações na velocidade do som devido a variações de temperatura.
  • Alguns ecos de interferência desenvolvidos por bordas e superfícies refletoras, causam erro na medição. Isso pode ser resolvido pelo software do transmissor, normalmente denominado supressão de eco de interferência.
  • A calibração do transmissor é crucial. A precisão da medição depende da precisão da calibração. A distância vazia e o intervalo de medição devem ser determinados corretamente na instalação e ajuste do transmissor.
  • O trânsito do sinal ultrassônico não permite medição precisa em distância muito curta. Por isso, considere a distância de bloqueio indicada pelo fabricante do equipamento. Esta distância não deve nunca ser ultrapassada pelo líquido medido.

Estrutura básica de um transdutor ultrassônico


Sensor ultrassônico é o coração do instrumento transmissor de nível ultrassônico.
Este sensor converterá energia elétrica em ondas de ultrassom. Cristais piezoelétricos são usados ​​para esse processo de conversão.
Os cristais piezoelétricos oscilarão em altas frequências quando energia elétrica é aplicada a ele.
O contrário também é verdade. Esses cristais piezoelétricos gerarão sinais elétricos no recebimento do ultrassom. Esses sensores são capazes de enviar ultra-som para um objeto e receber o eco desenvolvido pelo objeto.
O eco é convertido em energia elétrica para processamento posterior pelo circuito de controle.

Diagrama em blocos do transmissor ultrassônico de nível típico


Observe o bloco diagrama da figura. Um circuito de controle baseado em microcontrolador monitora todas as atividades do transmissor ultrassônico de nível.
Existem dois circuitos, uma para transmitir os pulsos e outro para receber os pulsos refletidos. Os pulsos gerados pelo  transmissor são convertido em pulsos de ultrassom pelo transdutor ultrassônico (transmissor) e direcionado para o objeto. Os pulsos de ultrassom são refletidos de volta como um sinal de eco no sensor ultrassônico (receptor). O receptor converte esse pulso ultrassônico em um pulso de sinal elétrico através do circuito receptor de pulsos.
O tempo decorrido ou o tempo de reflexão é medido pelo contador. Esse tempo decorrido é proporcional a distância do sensor de nível ao objeto. Esse tempo decorrido é convertido em nível pelo circuito de controle. Existe um circuito gerador de temporização que é usado para sincronizar todas as funções no sistema de medição de nível ultrassônico.
O nível é finalmente convertido em sinal 4 a 20mA, sendo o valor de 4mA indicador do nível mínimo e o 20mA indicador do nível máximo.

Vantagens do transmissor ultrassônico de nível

O transmissor de nível ultrassônico não possui partes móveis e pode medir o nível sem fazer contato físico com o objeto. Essa característica típica do transmissor é útil para medir níveis em tanques com produtos químicos corrosivos, perigosos e em alta temperatura. A precisão da leitura permanece inalterada mesmo após alterações na composição química ou na constante dielétrica dos materiais nos fluidos do processo.

Limitações do transmissor ultrassônico de nível

Os transmissores de nível ultrassônico são os melhores dispositivos de medição de nível em que o eco recebido do ultrassom é de qualidade aceitável. Não é tão conveniente se a profundidade do tanque for alta ou se o eco for absorvido ou disperso. O objeto não deve ser do tipo absorvente de som. Também não é adequado para tanques com muita fumaça ou umidade de alta densidade.

Instalação

  • O transmissor ultrassônico é instalado no topo do reservatório, acima do nível máximo do líquido. Os pulsos ultrassônicos são emitidos pelo transmissor e refletidos pela superfície do líquido.
  • O líquido não pode tocar no instrumento.
  • Instale o instrumento perpendicular à superfície do líquido medido.
  • A sonda deve manter uma certa distância da parede do tubo (mais de 30 cm).
  • Evite que o sinal seja refletido por objetos e superfícies que provoquem leituras falsas do nível.

Utilizando um tubo para guiar o sinal


Se houver intensa interferência de eco no local (como objetos e superfícies refletoras no percurso do sinal ultrassônico) ou ainda espumas em líquidos, recomenda-se tubos de canos de PVC com diâmetro maiores que 100 mm que servirão como guias de ondas.
Observações:

  • É necessário ter um orifício de ar no topo para a equalização da pressão. O orifício deve ser liso. É ideal ter chanfros a 45 °.
  • A parede interna do tubo do guia de ondas deve ser lisa (sem solda e costuras).
  • Para garantir que não haja partículas aderentes à parede interna do tubo do guia de ondas, é necessário executar a limpeza regularmente.

Exemplo: Transmissor ultrassônico de nível TUN21-R

Característica importantes

  • Estão disponíveis quatro taxas de ajuste para ler com precisão o nível médio do líquido, mesmo na presença de flutuação drástica do nível do líquido.
  • Seis modos de exibição estão disponíveis para apresentar a forma de onda do eco e a curva histórica.
  • O sensor de temperatura integrado internamente fornece compensação de temperatura em tempo real para a velocidade do som.
  • Display em cristal líquido facilita operação local.
  • Diagnóstico instantâneo do sinal 4 a 20 mA.
  • Detecção e supressão automática de interferências eletromagnéticas.
  • Conexões protegidas contra surtos elétricos.
  • Saída indicadora de alarme.
  • A medição sem contato permite uma longa vida de uso e operação.
ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO TRANSMISSOR ULTRASSÔNICO DE NÍVEL TUN21-R
Faixas de medição: 5, 10, 15 e 20 metros Distância de bloqueio de leitura: 35 a 60 cm
Precisão: 0.3% fundo de escala Resolução: +/- 2 mm
Alimentação: 12 a 24VCC ou 85 a 264 VCA Corrente de consumo: 50 a 100 mA
Ripple máximo admitido: 200 mV Carga admitida máxima: 500 ohms
Interface digital de saída: Modbus RTU por RS485 Material do invólucro: ABS
Temperatura de operação: -10 a +60 °C Classe de proteção: IP65
Pressão de operação: 0.8 a 3 bar ou 0.08 a 0.3Mbar Máximo comprimento de cabo: 200 metros

Dimensões

Nota: O instrumento é fixado por uma porca plástica (diâmetro externo 88 mm). Se o instrumento estiver permanentemente em ambiente úmido, é recomendável uma boa selagem dos condutores e da tampa do visor.

Conexões

O transmissor ultrassônico de nível utiliza sinais eletrônicos de baixa amplitude e, por isso, é necessário um bom aterramento. O CLP conectado ao instrumento deve estar afastado de inversores de frequência e de motores de alta potência para evitar interferências eletromagnéticas.

Vantagens do transmissor ultrassônico de nível

O transmissor de nível ultrassônico não possui partes móveis e pode medir o nível sem fazer contato físico com o objeto. Essa característica típica do transmissor é útil para medir níveis em tanques com produtos químicos corrosivos, perigosos ou em alta temperatura. A precisão da leitura permanece inalterada mesmo após alterações na composição química ou na constante dielétrica dos materiais nos fluidos do processo.

Limitações do transmissor ultrassônico de nível

Os transmissores de nível ultrassônico são os melhores dispositivos de medição de nível em que o eco recebido do ultrassom é de qualidade aceitável. Não são tão convenientes se a profundidade do tanque for alta ou se o eco for absorvido ou disperso por superfícies refletoras. O objeto não deve ser do tipo absorvente de som. Também não é adequado para tanques com muita fumaça ou umidade de alta densidade.

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Este artigo é o terceiro 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.

Lógica de funcionamento de reservatórios e elevatórias de água tratada

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.

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.

A figura acima apresenta uma tela típica de uma elevatória de água em um sistema de automação e telemetria da distribuição de água do município. A tela apresenta 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.

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.

Papel fundamental da telemetria

Perceba que a única informação importante que deve ser transmitida do reservatório para a elevatória é a informação de nível.
Para tanto, existe um centro de controle que está sempre lendo dados de todas as estações e enviando os dados importantes para o funcionamento do sistema para as estações que deles precisam. O nome dessa comunicação sistemática e eterna é pooling e normalmente se dá me intervalos de 1 segundo por estação. Ou seja, a cada segundo, uma estação envia e recebe dados para central. Isso será visto mais detalhadamente quando falarmos sobre o CCO – Centro de Controle e Operação.

Funcionamento da elevatória de água

Para controlar o funcionamento da estação elevatória, o CLP local monitora os seguintes parâmetros locais e remotos:
  • Nível do reservatório (remoto): enviado pelo CCO;
  • Alarme de perda da informação do nível;
  • Pressão de sucção: pressão na entrada das bombas, o bombeamento não pode acontecer se não houver pressão mínima;
  • Pressão de recalque: pressão na saída das bombas;
  • Tensão da rede: as bombas não podem operar se a tensão estiver fora dos mínimos e máximos definidos;
  • Corrente elétrica das bombas: deve ser monitorada para garantir a segurança das bombas e para detectar desgastes preventivamente;
  • Fato de potência: deve ser monitorado para garantir esse controle de consumo;
  • Temperatura e vibração dos mancais dos motores: visa detectar e prevenir desgastes dos motores;
  • Sinais digitais de motores desarmados;
  • Sinais digitais de chaves de comando manual/automático e local/remoto.

Diagrama básico do sistema de controle da elevatória

Exemplo de painel de telemetria

O painel a seguir é genérico e pode ser utilizado tanto em reservatórios como em elevatórias de água tratada.

  • IHM 4,3″ monocromática – TP300
  • Comunicação por rádio modem RM2060
  • Fonte carregadora com bateria e autonomia de 12 horas
  • 08 entradas analógicas em 4 a 20 mA protegidas contra surtos
  • 02 saídas 4 a 20mA com módulos Alfacomp IA2801
  • 24 entradas digitais em 24V livres
  • 16 saídas digitais, sendo 08 isoladas a réle pelo módulo ID2908
  • Módulo iluminador 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
  • Altura 60 x Largura 40 x Profundidade 20 cm

Falaremos mais sobre os painéis de telemetria em artigo próximo.

Operação da estação elevatória de água

Para que o sistema opere corretamente, as chaves seletoras das bombas e das válvulas devem estar na posição AUTOMÁTICO (comandadas pelo CLP). O sistema funciona automaticamente após a energização do quadro e ligando a chave GERAL.

Operação manual

No Funcionamento Manual o painel de automação não atua sobre o comando das bombas. Em Manual, as bombas são comandas pelo operador diretamente nos quadros de comando respectivos. Durante a operação manual, o painel de automação lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central, e monitora entradas digitais. Neste modo de funcionamento, um operador pode ligar e desligar as bombas localmente nos respectivos quadros de acionamento das mesmas (comando manual). SEMPRE QUE UMA OPERAÇÃO DE MANUTENÇÃO FOR SER REALIZADA, A PRIMEIRA AÇÃO DEVERÁ SER A DE COLOCAR O SISTEMA EM MANUAL. ISTO É FEITO POSICIONANDO A CHAVE SELETORA NA POSIÇÃO MANUAL.

Para desativar o sistema e operar manualmente as bombas e válvulas é necessário:

  • Girar as seletora A/M para a posição MANUAL;
  • Aguardar que os grupos sejam desativados. Esta operação se dá sequencialmente;
  • Operar manualmente os grupos pelas chaves localizadas no painel frontal.

Operação automática

Neste modo o acionamento das bombas se dá de acordo com o nível do reservatório de recalque e monitora as condições de operação. Lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central e monitora entradas e saídas digitais.

Para selecionar o sistema para controle automático, é necessário:

  • Girar as seletora A/M para a posição AUTOMÁTICO.
  • Aguardar a parada dos equipamentos.
  • Aguardar a entrada seqüencial dos grupos.

Comando via telemetria

Quando em automático, a estação pode ser comandada via central de telemetria. É possível desativar e reativar o funcionamento da elevatória, ligar e desligar grupos e alterar a seleção de grupo principal.

Comandos de ativação e desativação da elevatória de água

Bloqueio – A elevatória é desativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints diferente de zero. Isto faz com que o CLP desative os grupos sequencialmente. Este modo de operação é chamado Manual Remoto.

Desbloqueio – A elevatória é ativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints igual a zero. Isto permite que o CLP opere automaticamente.

Comandos remotos enviados pelo CCO

Comandos remotos podem ser enviados a elevatória pelo CCO. Isto é feito enviando códigos à memória M400 ( posição 0 da tabela de setpoints).

A tabela a seguir lista os comando e ações correspondentes.

Comando                 Ação

  • 1                       Passa o sistema para Manual Remoto ( CCO comanda a estação )
  • 2                       Volta o sistema para Automático ( clp roda automaticamente )
  • 3                       Liga grupo 1
  • 4                       Desliga grupo 1
  • 5                       Liga grupo 2
  • 6                       Desliga grupo 2
  • 7                       Zera horímetro do grupo 1
  • 8                       Zera horímetro do grupo 2
  • 9                       Zera falhas do grupo 1
  • 10                     Zera falhas do grupo

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Este artigo é o quarto da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água.

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CCO – Centro de Controle e Operação – O que é

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 foto abaixo apresenta um exemplo de CCO.

Foto: Giuliano Miranda – DCS/SAAE de Indaiatuba/SP

Diagrama geral do sistema de telemetria comandado pelo CCO

A figura a seguir mostra um exemplo didático de sistema de telemetria do abastecimento de água municipal composto por:

  • 1 CCO – Centro de Controle e Operação;
  • 4 elevatórias  de água tratada;
  • 4 reservatórios de água;
  • 1 VRP – Válvula reguladora de pressão;
  • 1 macromedidor de vazão.

Todas as estações são dotadas de rádios modem. O CCO é dotado de antena omnidirecional e as estações de antenas direcionais. Quando necessário, repetidoras de rádio são utilizadas para que a comunicação alcance estações mais distantes ou que não possuam visada direta com o CCO.

Equipamentos componentes de um CCO

No exemplo a seguir, o Centro de Controle Operacional do sistema de abastecimento de água municipal é dotado dos seguintes equipamentos:

  • 1 computador rodando o software supervisório SCADA servidor;
  • 2 computadores rodando cópias de visualização (viewers) do SCADA;
  • Rede Ethernet;
  • 1 impressora;
  • Painel de rádio modem;
  • Antena omni direcional.


O computador onde está instalado a licença SCADA servidor é responsável pela comunicação do sistema. A intervalos de tempo definidos, comunica com todas as estações remotas, buscando e enviando dados. O mesmo pode ser configurado para alimentar os bancos de dados onde são armazenados dados históricos de alarmes, leituras e eventos.
Os computadores que rodam cópias viewer podem ser configurados para apenas supervisionar ou também controlar o sistema.

O painel do rádio modem pode ser instalado próximo ao microcomputador servidor e conectado ao mesmo por cabo serial em RS232.

O rádio modem pode também ser instalado junto à antena omni no ponto mais elevado do prédio do CCO. Nessa condição, o rádio será conectado ao painel via cabo de rede CAT5. O cabo irá conduzir a alimentação e a comunicação. A comunicação entre o rádio e o painel se dará em RS485. Este cabo pode ter até 100 metros de comprimento sem necessidade de condutores adicionais.

Painel do CCO

O painel abriga uma fonte de alimentação e um conversor serial RS232/RS485. A utilização principal para a qual a solução foi concebida, é a interligação do computador ao um rádio modem. O rádio modem estará instalado próximo à antena, utilizando-se o KIT RPE, e será alimentado pela fonte de alimentação do painel PT5200.

Instalação do rádio junto a antena

O rádio modem pode ser instalado próximo à antena. Com esta solução, as perdas no cabo de RF são minimizadas e podemos instalar o rádio afastado do computador e interligado por cabo de rede CAT5. A alimentação do rádio e a comunicação em RS485 são transportadas pelo cabo em distâncias de até 100 metros. O gabinete utilizado tem IP67 e pode ficar ao tempo.

Os painéis com rádio em ponto elevado possuem o conversor CS485-V ao invés do rádio. Esta solução é indicada quando a melhor posição da antena está a mais de 10 metros do rádio ou quando o sinal de rádio é fraco.

Softwares do CCO

O software central de controle de um CCO é o software supervisório, também chamado SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Este software permite visualizar na forma de telas gráficas o processo que está sendo supervisionado e controlado, no caso, o sistema de distribuição de água tratada do município. O software supervisório, normalmente está organizado em módulos e licenças, sendo que os principais são:

  • Servidor: responsável pela aquisição de dados e processamento de scripts;
  • Visualizador: responsável pela visualização gráfica e interface com o usuário.

Um mesmo computador pode rodar um dos módulos ou ambos.
Exemplo de tela configurada no SCADA:

Iremos detalhar o SCADA e sua operação no artigo sobre este assunto.

Protocolo de comunicação

O protocolo de comunicação mais utilizado na telemetria de água e esgoto é o Modbus.

Modbus é um protocolo de comunicação serial desenvolvido e publicado pela empresa Modicon (hoje uma empresa do grupo Schneider Electric) em 1979 pra uso em seus CLPs (Controladores Lógicos Programáveis). O protocolo Modbus se transformou no protocolo mais difundido para comunicação entres dispositivos de controle e automação industrial. Os motivos principais para o uso do Modbus em ambiente industrial são:

  • Foi desenvolvido especialmente para aplicações industriais;
  • Domínio público e sem cobrança de direitos autorais;
  • Fácil de utilizar e manter;
  • Comunicação de bits e words entre dispositivos de diferentes fabricantes sem restrições.

Saiba mais sobre o protocolo Modbus: https://alfacompbrasil.com/2019/02/27/protocolo-modbus/

Comunicação via rádio

A comunicação de dados por rádios modem é possível em faixas canalizadas, sendo que cada estação tem de ser licenciada pela Anatel, e também em faixas destinadas à operação de transceptores que utilizam a técnica do espalhamento espectral, ou spread spectrum. Esses últimos estão dispensados de licenciamento dentro de certas condições. Os enlaces diretos, sem repetidoras, utilizando transceptores dotados de modems, são possíveis em distâncias desde alguns poucos metros até mais de 30 km. Utilizando repetidoras, as distâncias podem ser estendias a centenas de quilômetros. Obstruções devidas a relevo e edificações são fatores determinantes na viabilidade dos enlaces.

[img_text_aside style=”2″ image=”https://alfacompbrasil.com/wp-content/uploads/2013/05/rc3a1dio-modem-rm2060.jpg&#8221; image_alignment=”left” headline=”Exemplo%20de%20r%C3%A1dio%20modem” alignment=”left”]

O transceptor RM2060 consiste em uma solução de alto desempenho e baixo custo para comunicação wireless utilizando tecnologia Spread Spectrum na faixa dos 900 MHz podendo substituir milhares de metros de cabos de comunicação em ambientes industriais ruidosos. Utilizando comprovada tecnologia FHSS, que dispensa licença de operação junto a Anatel, o transceptor RM2060 estabelece comunicação entre computadores, CLPs e instrumentos diversos que possuem porta serial em padrão RS232 ou RS485 com taxas de 1200 a 115.200 bps. Para aumentar a segurança e integridade das comunicações, os transceptores RM2060 permitem a encriptação dos dados. Alcance de até 32 km com visada.

Saiba mais

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Este artigo é o quinto 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.

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O que são remotas de telemetria?

Remotas de telemetria são, por definição, dispositivos microprocessados que permitem monitorar e controlar objetos físicos a distância, conectando sensores e atuadores a um sistema SCADA de tele supervisão e controle. Outros nomes para remota de telemetria são:

  • UTR – Unidade Terminal Remota;
  • URT – Unidade Remota de Telemetria;
  • RTURemote Telemetry Unit ou Remote Telecontrol Unit.

No âmbito da telemetria da distribuição de água municipal, uma designação que se tornou bastante popular para a remota de telemetria é o “Painel de telemetria“.

Composição das remotas de telemetria

A figura abaixo apresenta uma composição típica de uma remota de telemetria. No exemplo mostrado, a remota de telemetria é composta por:

  • 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.

Exemplos de componentes utilizados na remota de telemetria

A figura a seguir mostra uma possível configuração utilizando os seguinte módulos:

  • Fonte com bateria modelo 2061;
  • Rádio modem RM2060;
  • CLP Haiwell modelo T48S0P com 28 ED e 20 SD;
  • Interface IA2820 com 8 entradas em 4 a 20 mA;
  • Interface ID2908 com 8 saídas isoladas a relé.

Painel de telemetria PT5520

[img_text_aside style=”2″ image=”https://alfacompbrasil.com/wp-content/uploads/2018/08/PT5520-sem-fundo-215×300.png&#8221; image_alignment=”left” headline=”” alignment=”left”]O painel de telemetria PT5520 é indicado para uso na automação e telemetria das seguintes estações:

  • Elevatórias de água e esgoto
  • Reservatórios
  • Boosters
  • Macro-medidores

[/img_text_aside]

Baseado no CLP Haiwell modelo C48S0P, 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.

Lista de peças do painel PT5520


[file_download style=”1″][download title=”PT5520%20-%20Projeto%20completo%20-%20Download” icon=”style1-Zip-64×64.png” file=”https://alfacompbrasil.com/wp-content/uploads/2019/05/PT5520-Projeto-completo.zip&#8221; package=”” level=”” new_window=””]Manual%20e%20esquem%C3%A1tico%20el%C3%A9trico%20do%20painel%20de%20telemetria%20PT5520.%20Arquivo%20compactado%20.ZIP.[/download][/file_download]

Painel de telemetria PT5420 – Opção econômica

[img_text_aside style=”2″ image=”https://alfacompbrasil.com/wp-content/uploads/2019/05/PT5420-6-sf.jpg&#8221; image_alignment=”left” headline=”” alignment=”left”]

O painel de telemetria PT5420 é indicado para uso na automação e telemetria das seguintes estações:

  • Elevatórias de água e esgoto
  • Reservatórios
  • Boosters
  • Macro-medidores

[/img_text_aside]

Baseado no CLP Haiwell modelo C16S0P, o painel constitui uma versão econômica ou para estações de menor porte. 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.

Lista de peças do PT5420


[file_download style=”1″][download title=”PT5420%20-%20Projeto%20completo%20-%20Download” icon=”style1-Zip-64×64.png” file=”https://alfacompbrasil.com/wp-content/uploads/2019/05/PT5420-Projeto-completo.zip&#8221; package=”” level=”” new_window=””]Manual%20e%20esquem%C3%A1tico%20el%C3%A9trico%20do%20painel%20de%20telemetria%20PT5420.%20Arquivo%20compactado%20.ZIP.[/download][/file_download]

Programação em Ladder das remotas de telemetria

Os programas em Ladder completos para a automação de reservatórios, elevatórias e demais estações componentes do sistema de distribuição de água municipal serão apresentados no artigo que irá tratar deste assunto. Se você tiver interesse ou necessidade de antecipar essa informação, solicite ao comercial@alfacomp.ind.br.

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Este artigo é o quarto 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.

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O que é a telemetria via rádio da distribuição de água tratada

O sistema de distribuição de água tratada é composto de reservatório e elevatórias de água tratada, válvulas reguladoras de pressão, pontos de macromedição de vazão, booster e estações de tratamento entre outros pontos de interesse. Para que o CCO – Centro de Controle e Operação – possa se comunicar com todos essas estações remotas, é necessário um sistema de comunicação. O meio de melhor custo-benefício para implementar essa comunicação é o que chamamos de telemetria via rádio, e o rádio mais utilizado para esse serviço é o rádio modem spread spectrum. Na faixa dos 900 MHz. Este artigo ensina como dimensionar e instalar o sistema de rádio para a telemetria da distribuição de água do município.

O que é um rádio modem

Os rádios transceptores ditos analógicos são compostos de um bloco transmissor e um bloco receptor. Popularmente chamados de rádio voz, possuem, em suas conexões, os seguintes sinais básicos:

  • TX – sinal de áudio que será transmitido pelo bloco transmissor;
  • RX – sinal de áudio recebido pelo bloco receptor;
  • PTTPush to talk (aperte para falar), que é o sinal que coloca o transceptor em modo de transmissão;
  • CDCarrrier Detected (portadora detectada), que é o sinal que indica que o rádio está recebendo o sinal emitido por um transmissor.

Em comunicação de voz, o TX é conectado a um amplificador de áudio que aciona um alto-falante e ao RX é ligado um microfone. Ao PTT é ligada uma chave para acionar a transmissão. Em comunicação digital, esses sinais são ligados a sinais correspondentes de um modem.

Rádio Modem é o nome dado aos equipamentos que unem um rádio e um modem e têm a capacidade de transmitir e receber dados digitais por rádio. A palavra MODEM deriva de modulator demodulator, equipamento capaz de converter informação serial digital em analógica e vice-versa.

São os seguintes os sinais básicos na interface serial de um rádio modem:

  • TXD – sinal serial a ser transmitido
  • RXD – sinal serial recebido
  • RTS – Request to Send (pedido para transmitir) indica para o rádio modem que o equipamento conectado solicita transmissão
  • CTS – Clear to Send (pronto para transmitir) indica para o equipamento conectado que o rádio modem está pronto para receber os dados a serem transmitidos
  • CD – Carrrier Detected (portadora detectada), que é o sinal que indica que o rádio está recebendo o sinal emitido por um transmissor

O que é um rádio modem spread spectrum

O FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) ou Espalhamento Espectral por Saltos em Frequência foi inventado pela atriz Hedy Lamarr e pelo compositor George Antheil em 1941 e desenvolvido pelas forças armadas americanas a partir da Segunda Guerra Mundial, com a intenção de criar um sistema de comunicação por rádio mais protegido contra interceptações. As primeiras idéias sobre essa tecnologia, entretanto, datam das décadas de 20 e 30.

A técnica de spread spectrum consiste em espalhar a transmissão no espectro de frequências ocupando uma banda maior, mas com densidade de potência pequena.

Os rádios spread spectrum utilizam as faixas de frequências livres adotadas por vários países, inclusive o Brasil, denominadas como bandas ISM (Instrumentation, Scientific & Medical) definidas em 900 MHz, 2,4 GHz e 5,8 GHz.

Frequency hoppingO sinal transmitido é comutado rapidamente entre diferentes frequências dentro de uma faixa do espectro de forma pseudo-aleatória e o receptor “sabe” de antemão onde encontrar o sinal a cada novo salto.

No Brasil, a legislação que regula o uso da tecnologia spread spectrum foi inicialmente definida pela ANATEL através da Norma 02/93, posteriormente pela Norma 012/96 (resolução 209 de Jan/2000) e atualmente pela resolução 305 de Jul/2002 – Regulamento sobre Equipamentos de Radiocomunicação de Radiação Restrita.

As faixas de frequências estabelecidas para uso por equipamentos de radiocomunicação empregando a técnica de spread spectrum, para aplicações Ponto a Ponto e Ponto Multiponto, estão assim definidas: 902 a 928 MHz, 2400 a 2483,5 MHz e 5725 a 5850 MHz. Dessa forma, os sistemas que utilizam a tecnologia de spread spectrum não necessitam da licença ANATEL para a sua instalação e operação, desde que sejam atendidos os requisitos das Resoluções 209 e 305.

A regulamentação vigente estabelece as condições de operação para os sistemas que operam por Saltos de Frequência, para os sistemas que operam em Sequência Direta e para os Sistemas Híbridos. Nas faixas de 900 MHz a potência de pico máxima de saída do transmissor não deve ser superior à 1 Watt para sistemas que empreguem no mínimo 50 canais de salto e 0,25 Watt para sistemas empregando menos de 50 canais de salto. Sistemas operando nas faixas de 2,4 GHz e 5,8 GHz devem trabalhar com potência de pico máxima de saída do transmissor não superior à 1 Watt.

O que é um rádio enlace

Podemos definir como rádio enlace o conjunto de equipamentos necessários para estabelecer comunicação por rádio entre dois pontos.


Os elementos básicos para a implementação de um rádio enlace são:

  • Rádio transmissor;
  • Linha de transmissão da estação transmissora;
  • Antena transmissora;
  • Meio de propagação;
  • Antena receptora;
  • Linha de transmissão da estação receptora;
  • Rádio receptor;

Comunicação ponto-a-ponto

Na comunicação ponto-a-ponto a existem apenas pares de estações que se comunicam entre si como no exemplo didático abaixo. Normalmente, se utilizam apenas antenas direcionais nesse tipo do topologia.

Comunicação ponto-multiponto

Na comunicação ponto-multiponto uma estação central, ou mestra, irá comunica com diversas estações remotas como no exemplo abaixo. Normalmente, a estação central possui uma antena omnidirecional, enquanto as estações remotas são dotadas de antenas direcionais. Esse tipo de topologia é o mais utilizado na telemetria da distribuição de água municipal.

Topologia do sistema de rádio

A topologia do sistema de rádio diz respeito à definição dos enlaces de rádio. É como um mapa que determina qual estação se comunica com qual. Veja um exemplo prático real abaixo.

Projeto de rádio

O projeto de rádio define todos os enlaces, equipamentos e considerações necessárias para projetar e implementar o sistema de comunicação via rádio da telemetria da distribuição de água do município. Para realizar o projeto de rádio é necessário:

  • Listar as coordenadas geográficas de todos os pontos de interesse (remotas, repetidoras, CCO);
  • Levantamento dos perfis de terreno em cada enlace;
  • Avaliação da necessidade de pontos de repetição quando existem obstruções ou grandes distâncias;
  • Cálculo de rádio enlace para cada enlace do sistema. O cálculo de rádio enlace irá definir o tipo de rádio, antenas e ganhos de antenas, inclinação e azimute para a instalação da antena, tipo de cabo de RF, comprimento máximo de cabo de RF, potência e sensibilidade dos rádios.

Mapa dos enlaces de rádio

De posse dos cálculos de rádio enlace podemos mapear os enlaces com a ajuda de softwares como o Google Earth. Veja o exemplo abaixo.

Planilha de cálculo do rádio enlace

De posse das coordenadas geográficas e do levantamento do perfil do terreno entre os dois pontos, podemos planilhar os dados e calcular o enlace com a ajuda de software e planilhas de cálculo.

A planilha abaixo apresenta um exemplo de cálculo de rádio enlace utilizando a planilha desenvolvida pela Alfacomp e que está disponível para download.

 

Cálculo de rádio enlace

Uma abordagem prática voltada para sistemas de automação, telemetria e SCADA

O cálculo de rádio enlace avalia a viabilidade de comunicação entre dois pontos. Se você já teve que interligar equipamentos seriais que comunicam via RS232 ou RS485 em distâncias ou situações em que cabos seriais eram inviáveis, este artigo é para você. Utilizar rádio modem para comunicar equipamentos que se comunicam serialmente é mais fácil do que parece. Veja como calcular o enlace de rádio.

Componentes básicos de um rádio enlace

Podemos definir como rádio enlace o conjunto de equipamentos necessários para estabelecer comunicação por rádio entre dois pontos. Os elementos básicos para a implementação de um rádio enlace são:

  • Rádio transmissor;
  • Linha de transmissão da estação transmissora;
  • Antena transmissora;
  • Meio de propagação;
  • Antena receptora;
  • Linha de transmissão da estação receptora;
  • Rádio receptor;

Comportamento da energia ao logo do percurso

Desde a saída do transmissor até a chegada no receptor, o sinal sofre atenuações e ganhos. O gráfico ao lado representa a variação da intensidade do sinal ao longo do percurso. A intensidade do sinal sofre as seguintes alterações:

  • Perda no cabo do transmissor;
  • Ganho na antena transmissora;
  • Perda no espaço livre;
  • Ganho na antena receptora;
  • Perda no cabo do receptor.

As intensidades, perdas e ganhos são representados em decibel (dB).

A escala logarítmica

O dB é uma escala utilizada para representar a relação entre duas potências. São as seguintes as unidades de referência usuais nos sistemas de rádio:

  • dBW – relação entre uma dada potência e a unidade de 1W;
  • dBm – relação entre uma dada potência e a unidade de 1mW;
  • dBi – relação entre o ganho de uma antena e o ganho do irradiador isotrópico (antena teórica com diagrama de irradiação esférico).

O cálculo da relação entre duas potências é dado pela fórmula abaixo.

Exemplo: Seja uma potência de 0,001 mW, sua intensidade dada em dBm é calculada como:

10 log (0,001 mW / 1 mW) = – 30 dBm

Cálculo de Rádio Enlace

Dizemos que um enlace é viável se a intensidade calculada do sinal recebido é maior do que o nível de sensibilidade do receptor, guardada a margem de segurança. O cálculo da intensidade de sinal recebido é dado pela fórmula abaixo:

Onde:

  • Tx – Potência de saída do rádio transmissor (dBm);
  • Pt – Perda por atenuação no cabo da antena transmissora (dB);
  • Gt – Ganho na antena transmissora (dBi);
  • Ao – Atenuação no espaço livre (dB);
  • Gr – Ganho da antena receptora (dBi);
  • Pr – Perda por atenuação no cabo da antena receptora (dB);
  • RX – Sinal recebido (dBm).

Atenuação no Espaço Livre

Uma onda eletromagnética propagando-se no espaço sofre uma atenuação contínua. A intensidade é inversamente proporcional ao quadrado da distância, ou seja, quando a distância dobra, o sinal diminui para um quarto do valor. A atenuação no espaço livre pode ser calculada pela fórmula abaixo.

Onde:

  • D = distância em metros;
  • λ = Comprimento de onda (m) = 300 / freqüência (MHz);
  • Ao = Atenuação do espaço livre (dB).

Ou, utilizando a frequência (f) em MHz:

Cálculo da Potência Efetivamente Irradiada (ERP)

A Potência Efetivamente Irradiada (ERP) por uma estação transmissora pode ser calculada pela fórmula abaixo.

O valor da ERP é importante na análise para enquadramento das estações às normas da Anatel.

Perda por Obstrução da Primeira Zona de Fresnel

A energia transportada de uma antena transmissora até uma antena receptora é contida em elipsóides concêntricos chamados zonas de Fresnel. Dizemos que não existe perda por obstrução quando não há obstáculos dentro da primeira zona. Essa avaliação é feita levantando-se o perfil do terreno entre as duas estações com a ajuda de mapas cartográficos e calculando-se o raio da zona ao longo do percurso.

O cálculo do raio de Fresnel é apresentado abaixo.

Perdas ocasionadas por obstruções conhecidas como  gume de faca são calculadas com base no percentual de liberação da primeira zona de Fresnel e seguem a fórmula abaixo.

Onde v é o índice de liberação do raio de Fresnel dado por:

Ondas Eletromagnéticas

A energia enviada pelas antenas transmissoras e captada pelas antenas receptoras é transportada por ondas eletromagnéticas. Seu nome origina-se do fato de que são compostas por campos elétricos e magnéticos variáveis e se propagam no vácuo à velocidade de 300.000 quilômetros por segundo.

A maneira como os campos elétrico e magnético se orientam no espaço é chamada polarização. Se o campo elétrico é paralelo à superfície da Terra, dizemos que a polarização é horizontal; se o campo elétrico está em plano perpendicular à superfície da Terra, a polarização é vertical.

Podemos orientar antenas verticalmente ou horizontalmente.

Conceito: OEM é uma perturbação física composta por um campo elétrico (E) e um campo magnético (H) variáveis no tempo, perpendiculares entre si, capazes de se propagar no espaço.

Frequência: número de oscilações por unidade de tempo (Hz).

Comprimento de onda: distância percorrida pela onda durante um ciclo. É definido pela velocidade de propagação dividida pela frequência. Ver fórmula ao lado.

Antenas

Antenas são dispositivos capazes de transmitir e captar ondas eletromagnéticas nas faixas de radiofrequência. São compostas de componentes metálicos nas mais variadas configurações. Os comprimentos e a disposição dos elementos irão depender das frequências em que se deseja operar. Alguns tipos de antenas são listados abaixo.

  • Yagi;
  • Painel Setorial;
  • Omnidirecional;
  • Antenas Patch;
  • Log – Periódica;

As antenas de interesse principal em telemetria são a Yagi e a omnidirecional.

Antena Yagi – Uda

Normalmente conhecida apenas por antena Yagi, foi concebida em 1926 por Shintaro Uda da Universidade Tohoku do Japão com a colaboração de Hidetsugu Yagi, que teve seu nome associado à antena quando publicou o primeiro artigo em inglês descrevendo a mesma. Conceitualmente, a antena Yagi é composta por um Refletor, um dipolo simples ou dobrado e um ou mais diretores. A antena da figura é apresentada na posição de polarização vertical que é normalmente utilizada em telemetria e apresenta ganhos que vão de 3 até mais de 20 dBi.

Antena Omnidirecional

Normalmente construídas com a concepção colinear, essas antenas, como sugere o nome, irradiam com a mesma intensidade em todas as direções do plano horizontal. Sua polarização é naturalmente vertical e apresenta ganhos na faixa de 2 a 10 dBi.

Polarização de Antenas

A figura a seguir apresenta a irradiação resultante de um dipolo simples polarizado verticalmente. Em polarização vertical, o plano elétrico é perpendicular à superfície da Terra, enquanto o plano magnético é paralelo à superfície da Terra.

Diagrama de Irradiação

O diagrama de irradiação é a representação gráfica da forma como a energia eletromagnética se distribui no espaço.

O diagrama pode ser obtido tanto pelo deslocamento de uma antena de prova em torno da antena que se está medindo, como pela rotação dessa em torno do seu eixo, enviando os sinais recebidos a um receptor capaz de discriminar com precisão a freqüência e a potência recebidas.

Os resultados obtidos são geralmente normalizados. Ao máximo sinal recebido é dado o valor de 0 dB, facilitando a interpretação dos lóbulos secundários e a relação frente-costas.

A curva em azul representa a energia irradiada em cada direção em torno da antena.

Ângulo de Meia Potência

Os ângulos de meia potência são definidos pelos pontos no diagrama onde a potência irradiada equivale à metade da irradiada na direção principal. Esses ângulos definem a abertura da antena no plano horizontal e no plano vertical.

OBS: -3 dB = 50% Potência

No exemplo ao lado temos: Ângulo de –3dB = 55°

Diretividade

É a relação entre o campo irradiado pela antena na direção de máxima irradiação e o campo que seria gerado por uma antena isotrópica que recebesse a mesma potência. A diretividade de uma antena define sua capacidade de concentrar a energia irradiada numa determinada direção.

          E máx = Energia da antena em estudo.

          E isso = Energia da antena isotrópica.

Ganho

O ganho pode ser entendido como o resultado da diretividade menos as perdas. Matematicamente, é o resultado do produto da eficiência pela diretividade.

G = Ganho

D = Diretividade

η = Eficiência

A eficiência de uma antena diz respeito ao seu projeto eletromagnético como um todo, ou seja, são todas as perdas envolvidas (descasamento de impedância, perdas em dielétricos, lóbulos secundários…). Normalmente, está na faixa de 90% a 95%.

Cabos

Linha de transmissão é uma linha com dois ou mais condutores isolados por um dielétrico que tem por finalidade fazer com que uma OEM se propague de modo guiado. Essa propagação deve ocorrer com a menor perda possível. As linhas de transmissão podem ser construídas de diversas maneiras: cabos paralelos, pares trançados, microstrip, cabos coaxiais, guias de onda, etc.

Os cabos coaxiais são as linhas de transmissão mais utilizadas em aplicações de telemetria.

Conectores e Protetores Contra Surto

A tabela a seguir apresenta alguns dos conectores mais utilizados nas aplicações de Telemetria.

 

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Este artigo sobre SCADA – Software de supervisão, controle e aquisição de dados – para a telemetria do saneamento é o oitavo 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.

[button_2 align=”center” href=”https://alfacompbrasil.com/2019/04/12/telemetria-de-agua/”%5DLeia o artigo: TUDO SOBRE A TELEMETRIA DO ABASTECIMENTO MUNICIPAL DE ÁGUA[/button_2]

Neste artigo apresentamos um template de software supervisório genérico para um sistema de automação e telemetria de 10 reservatórios e 10 elevatórias de água tratada.

Ao longo do artigo iremos apresentar e descrever:

[bullet_block style=”size-16″ small_icon=”1.png” width=”” alignment=”center”]

  • Arquitetura do sistema SCADA de telemetria
  • As telas e suas funcionalidades
  • As telas de reservatórios e seus ajustes
  • As telas de elevatórias e seus ajustes
  • Históricos e seus ajustes
  • Alarmes e seus ajustes
  • Telas de macromedidores
  • Operação automática, manual remota e manual local
  • Telas de comunicações e seus ajustes
  • O template completo e como obtê-lo
  • O software Haiwell Cloud SCADA e como obtê-lo

[/bullet_block]

Seguindo os tutoriais e contando com ajuda de nosso suporte (https://alfacompbrasil.com/suporte/ – Whataspp (51)99380-2956), você irá baixar o software gratuito Haiwell Cloud SCADA, irá também baixar o template da aplicação pronto para uso.

[video_player type=”youtube” youtube_auto_play=”Y” style=”1″ dimensions=”560×315″ width=”560″ height=”315″ align=”center” margin_top=”0″ margin_bottom=”20″ ipad_color=”black”]aHR0cHM6Ly95b3V0dS5iZS9oamp6M1ZFbjJkdw==[/video_player]

Aprendendo a configurar o SCADA, você irá customizar o template para a realidade de sua cidade, tudo isso sem custo.

Arquitetura do sistema SCADA de telemetria

O sistema de automação funciona em protocolo mestre-escravo. A centralização de todas as comunicações se dá no microcomputador do CCO (Centro de Controle e Operação) localizado na [nome do local]. A água tratada na ETA é bombeada para os reservatórios por uma rede de estações elevatórias. Os níveis e parâmetros remotos necessários para o funcionamento de cada estação são lidos e repassados pelo computador do CCO a cada UR (Unidade Remota), ou seja, a informação de nível do reservatório para o qual uma determinada elevatória recalca água é lida do reservatório e enviada para a elevatória.

O operador do sistema supervisório pode efetuar comandos para as estações tais como: bloquear o funcionamento, alterar parâmetros de setpoints do grupo motobomba, ajustar setpoint de controle PID, ligar e desligar os grupos entre outros comandos que serão comentados a seguir.

Todas as comunicações partem da CCO que é dotada de uma antena omni direcional.

Software supervisório SCADA

Este tópico é ilustrativo e demonstra as linhas gerais que orientarão o desenvolvimento do software supervisório.

O software é configurado com HAIWELL SCADA e gravado no disco rígido do microcomputador da central, contendo todas as condições operacionais e controles tais como, por exemplo, níveis de reservatório e comando de motores.

Neste software o operador tem a possibilidade de especificar as condições de setpoints para ligamento e desligamento de bombas, pressão mínima de sucção, além de comandar manualmente os motores e visualizar todas as medições de grandezas elétricas e hidráulicas.

O software contém telas ilustradas artisticamente, com desenhos de reservatórios e motores, com diferentes cores para identificar diferentes estados de funcionamento dos motores. Além disso, fornece relatórios periódicos e online de todas as leituras do sistema. Nas telas também aparecem os alarmes de pane do sistema de maneira visual e sonora.

São registradas em arquivos armazenados no disco rígido do microcomputador, as informações dos últimos xx meses.

Neste item são dadas instruções genéricas e são feitas observações sobre os padrões de representação adotados na configuração do software supervisório.

Tela de abertura

É a tela que surge quando o software é iniciado. Todas as telas são organizadas com uma barra de Menu no topo. A barra de Menu é composta de uma caixa de seleção que dá acesso às diversas telas do aplicativo e de botões para acesso direto às janelas de históricos, alarmes, comunicações, macromedidores, reservatórios e teclas que permitem avançar para a próxima estação ou retroceder para a anterior.

Tela de login

A tecla de Login permite registrar os usuários e dar acesso às funcionalidades do sistema conforme as permissões de cada um.

Tela de reservatórios

Esta tela mostra os reservatórios, apresentando os níveis em metros de coluna d’água, porcentagem e volume cúbico de cada reservatório.


A tela específica de cada reservatório é ativada clicando sobre o desenho do mesmo.

  • A tela de reservatório apresenta o valor do nível em metros, metros cúbicos e em percentual.
  • O indicador de vazão apresenta a leitura instantânea da vazão em litros por segundo.
  • O quadro de GERAL sinaliza a alimentação pela bateria, a porta do painel aberta, invasão, o alarme sonoro ativado.
  • Clicando sobre o botão CALA ALARME SONORO é possível silenciar o alarme sonoro.
  • Clicando sobre o botão ZERA TOTALIZADOR é possível zerar o totalizador de vazão do macromedidor.

Sempre que um botão é clicado, um comando é enviado para o reservatório e aparece a mensagem Comando enviado. Quando a estação receber este comando, responderá com a mensagem Comando Recebido.

Janela de ajustes dos reservatórios

Clicando no botão Parâmetros Ajustáveis presente na tela dos reservatórios, faz surgir à janela de ajuste de parâmetros ajustáveis dos reservatórios. Essa tela permite ajustar para cada reservatório, os seguintes parâmetros:

  • Máximo – valor máximo de altura útil do reservatório;
  • Alarme baixo – valor do nível para indicação do alarme por nível baixo do reservatório;
  • Alarme alto – valor do nível para indicação do alarme por nível de extravasão do reservatório;
  • Volume – valor máximo do volume em metros cúbicos do reservatório.

Tela de macromedidores

Esta tela apresenta os valores do acumulador de volume e as vazões instantâneas lidas pelos macromedidores.

Para o zeramento do totalizador de vazão, acesse a tela do respectivo reservatório e clique no botão Zera Totalizador.

Tela de elevatórias

As telas de elevatória são funcionalmente semelhantes à tela abaixo. Permitem visualizar e atuar sobre o funcionamento da elevatória sendo mostrada.

O quadro Grandezas Elétricas indica as tensões, correntes e fator de potência na entrada dos CCMs dos motores. As Condições de Operação da estação indicam os alarmes que bloqueiam o funcionamento da elevatória, caso algum indicador esteja piscante deverá ser verifica a causa para que seja possível religar o grupo selecionado. As condições gerais da estação são mostradas na indicação Geral.

No quadro ao lado, temos as indicações do grupo selecionado, indicador do motivo de parada da motobomba e Comandos Gerais, os botões que enviam comandos para a estação, sendo respectivamente de cima para baixo, bloqueia o funcionamento automático, libera o funcionamento automático e cala alarme sonoro.

Quando na situação Bloqueado pelo CCO, é possível ligar ou desligar cada grupo individualmente, conforme disposição da chave de seleção de grupo. Isto é feito clicando nos botões que estão localizados abaixo do grupo motobomba.

Sempre que um botão é clicado, um comando é enviado para a elevatória e aparece a mensagem Comando enviado. Quando a estação receber este comando, responderá com a mensagem Comando Recebido.

Lógica de Funcionamento de Estações Elevatória

Os equipamentos e softwares integrantes do sistema de automação das remotas foram projetados e desenvolvidos visando à padronização das estações. O software foi escrito obedecendo aos conceitos de programação estruturada e orientação a objeto.

O sistema de automação das elevatórias tem por objetivo acionar os grupos motores bomba de maneira a manter o nível dos reservatórios abastecidos pelas elevatórias, dentro de valores programados. A informação de nível de cada reservatório é enviada à elevatória respectiva pelo microcomputador localizado no CCO.

O bombeamento somente é acionado se as condições básicas de operação estão satisfeitas. A elevatória é impedida de bombear por:

  • Chave local em manual
  • Bloqueado pela ETA
  • Subtensão na rede
  • Sobretensão na rede
  • Pressão baixa na sucção
  • Reservatório cheio
  • Perda da leitura do nível
  • Grupo selecionado em falha

O sistema de automação é composto por um CLP abrigado em quadro elétrico juntamente com os demais dispositivos.

Operação Manual Local

No Modo Manual o painel de automação não atua sobre o comando das bombas, neste modo, as bombas são comandas pelo operador diretamente nos quadros de comando respectivos e o painel de automação somente lê os sinais disponíveis e prove comunicação com o concentrador de comunicação localizado no CCO, tais como as grandezas elétricas, hidráulicas e entradas digitais.

SEMPRE QUE UMA OPERAÇÃO DE MANUTENÇÃO FOR REALIZADA, A PRIMEIRA AÇÃO DEVERÁ SER A DE COLOCAR O SISTEMA EM MODO MANUAL. ISTO É FEITO POSICIONANDO A CHAVE SELETORA NA POSIÇÃO MANUAL.

Para operar o sistema manualmente é necessário:

  • Girar as seletoras A/M para a posição MANUAL.
  • Aguardar que os grupos sejam desligados.
  • Operar manualmente os grupos pelas chaves localizadas nos painéis de acionamentos existentes.

Operação Automática

No Modo Automático o comando das bombas se dá integralmente através do painel de automação, com base no programa aplicativo carregado no CLP e de acordo com o nível do reservatório de recalque, seguindo o já descrito nessa seção, e executando as funções de leitura e comunicação descritas no Modo Manual.

Para operar o sistema automaticamente é necessário:

  • Desligar os grupos;
  • Girar a seletora A/M para a posição AUTOMÁTICO;
  • Aguardar a entrada dos grupos.

Operação Manual Remoto

No Modo Via Telemetria, a estação pode ser comandada via central de operação, sendo possível realizar todas ações previstas para cada elevatória, sempre a critério e responsabilidade do operador sem interferência do programa aplicativo carregado no CLP, exceto as que envolvam segurança operacional e de monitoração, tais ações, como ativação e desativação da elevatória, ligar e desligar grupos e alterar a seleção de grupo principal e etc.  A operação via telemetria é executada por comandos chamados Ativação e Desativação.

Para operar o sistema via telemetria é necessário selecionar a tela da estação desejada e:

  • Selecionar BLOQUEIO PELO CCO;
  • Comandar os GRUPOS pelos respectivos botões de Liga e Desliga;
  • Aguardar a entrada dos grupos.

Janela de parâmetros ajustáveis das elevatórias

Ao clicar no botão Parâmetros Ajustáveis, mostrará a tela de ajustes dos parâmetros ajustáveis das estações elevatórias. Nesta tela de parâmetros ajustáveis, são alterados os valores de set points de ligamento e desligamento do grupo motobomba, valores de proteção do motor, sendo subtensão, sobretensão, subcorrente e sobrecorrente, também possui proteção por pressão mínima na sucção e desligamento automático da motobomba por tempo de falta de comunicação do reservatório com a elevatória.

Tela de comunicações

Cada estação está representada pela figura de um rádio. Os rádios possuem um indicador numérico que mostra o tempo, em segundos, desde a última comunicação bem-sucedida. A cada nova comunicação, o mostrador é zerado e a cor muda para amarelo. Se o tempo desde a última comunicação exceder 120 segundos, o mostrador muda para cor vermelha.

Para habilitar a comunicação com cada estação, clique no botão Menu no canto esquerdo inferior da tela, em seguida clique no botão Devices management, que abrirá uma tela com todos os dispositivos configurados para comunicação com o supervisório. Para habilitar ou desabilitar um dispositivo, clique na caixa da coluna Enable da respectiva estação.

Esta tela permite habilitar e desabilitar a comunicação de cada estação de forma que estações não operantes não prejudiquem o desempenho do sistema.

Tela de históricos

A tela de histórico mostra na forma de tabela os valores armazenados no arquivo histórico.

Para configurar a pesquisa no histórico, selecione a estação desejada na caixa de seleção e ajuste as datas de início e fim da pesquisa, assim como os horários iniciais e finais. Após ajustado, clicar no botão Generate report.

  • Para exportar o relatório histórico clicar no botão Export.
  • Para imprimir, clicar no botão Print.

Gráfico histórico

Para visualizar os dados históricos em forma gráfica, clique sobre o botão Gráfico. Isso faz abrir uma janela de configuração do gráfico histórico selecionado. Para configurar a pesquisa no gráfico histórico, ajuste as datas de início e fim da pesquisa, assim como os horários iniciais e finais clicando no botão Select time interval. Após ajustado, clicar no botão Refresh.

O gráfico mostrará os valores das variáveis em formato percentual, desta maneira, podemos observar em uma única escala valores de diferentes fundos de escala.

Tela de alarmes ativos

Ao clicar no botão localizado na parte inferior da tela com o símbolo  “i”  ou este “46” que mostra a quantidade de alarme ativos.

Permitirá visualizar na forma de tabela, os alarmes ocorridos e registrados no arquivo de alarmes. Podemos reconhecer os alarmes ativos e verificar quais alarmes retornaram ao seu valor normal de operação, para reconhecer os alarmes clique no botão Confirm the alarm para confirmar somente um alarme selecionado, ou clique no botão Confirm all alarm para confirmar todos os alarmes ativos.

Na aba History alarm podemos pesquisar todos os alarmes históricos desde a inicialização do supervisório, mas somente podemos visualizar sem ações de exportação ou impressão.

Tela de alarmes históricos

Esta tela permite visualizar na forma de tabela, os alarmes ocorridos e registrados no arquivo de alarmes em histórico.

Para configurar a pesquisa dos alarmes, selecione a estação desejada na caixa de seleção e ajuste as datas de início e fim da pesquisa, assim como os horários iniciais e finais. Após ajustado, clicar no botão Generate report.

Os alarmes são registrados no momento que ocorre a mudança do bit de alarme de false para true e vice-versa. No entanto, o relatório salva o momento da mudança do bit, representando-o com o valor “zero” no momento da ocorrência, como pode ser visto na tela abaixo.

  • Para exportar o relatório de alarmes clicar no botão Export.
  • Para imprimir, clicar no botão Print.

Início e Fim de Operação

O aplicativo é ativado através do ícone do Haiwell Scada Runtime localizado na área de trabalho do computador, para iniciar o sistema deve-se clicar duas vezes sobre o ícone.

Isso faz surgir uma janela onde se pode abrir o projeto localizado no computador local, utilizando o botão Run local project ou localizado na rede clicando no botão Run network Project. Encontre o arquivo com a extensão “hwrun” e execute o programa aplicativo.

Para fechar o programa utilize a sequência de teclas do Windows ALT+F4 ou clique no botão Menu localizado no canto inferior esquerdo da tela e clique em Quit.

Botões

Os botões podem ter, entre outras, as seguintes funções:

  • Trocar ou ativar telas;
  • Ativar funções. Ex: ligar motor, zerar horímetro, etc,
  • Fechar uma janela.

Programação de parâmetros

Algumas telas possuem campos para a entrada de valores (setpoints). Para entrar com um valor, clique com o mouse sobre o campo desejado, digite o valor e pressione a tecla OK do teclado. Cada campo possui valores mínimos e máximos permitidos. Valores fora dos limites são rejeitados.

Janelas de confirmação

Janelas de confirmação surgem quando clicamos em alguns objetos ou botões, solicitando a confirmação ou não daquela atitude. Veja exemplo abaixo.

Solicite o template completo e sem custo aqui


 

Haiwell Cloud SCADA

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.

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Haiwell Cloud SCADA

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Projeto de automação e telemetria de uma estação elevatória de água tratada

Este artigo contendo o Projeto de automação e telemetria de uma elevatória de água tratada é o nono 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.

[button_2 align=”center” href=”https://alfacompbrasil.com/2019/04/12/telemetria-de-agua/”%5DLeia o artigo: TUDO SOBRE A TELEMETRIA DO ABASTECIMENTO MUNICIPAL DE ÁGUA[/button_2]

Neste artigo apresentamos o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de uma estação elevatória de água tratada.

O link abaixo contém o arquivo compactado contendo o projeto completo.

[file_download style=”1″][download title=”Projeto%20de%20automa%C3%A7%C3%A3o%20da%20elevat%C3%B3ria” icon=”style2-thumb-dl-pdf.png” file=”https://alfacompbrasil.com/wp-content/uploads/2019/08/Projeto-de-automação-da-elevatória.zip&#8221; package=”” level=”” new_window=””]Projeto%20completo%20de%20automa%C3%A7%C3%A3o%20e%20telemetria%20de%20uma%20elevat%C3%B3ria%20de%20%C3%A1gua%20tratada%20contendo%20esquem%C3%A1tico%2C%20software%20Ladder%20e%20o%20Manual%20de%20Projeto%20e%20Utiliza%C3%A7%C3%A3o.[/download][/file_download]

Descrição geral do funcionamento da elevatória de água tratada

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.

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 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.

Para controlar o funcionamento da estação elevatória, o CLP local monitora os seguintes parâmetros locais e remotos:

  • Nível do reservatório (remoto): enviado pelo CCO;
  • Alarme de perda da informação do nível;
  • Pressão de sucção: pressão na entrada das bombas, o bombeamento não pode acontecer se não houver pressão mínima;
  • Pressão de recalque: pressão na saída das bombas;
  • Tensão da rede: as bombas não podem operar se a tensão estiver fora dos mínimos e máximos definidos;
  • Corrente elétrica das bombas: deve ser monitorada para garantir a segurança das bombas e para detectar desgastes preventivamente;
  • Fator de potência: deve ser monitorado para garantir o controle de consumo elétrico;
  • Temperatura e vibração dos mancais dos motores: visa detectar e prevenir desgastes dos motores;
  • Sinais digitais de motores desarmados;
  • Sinais digitais de chaves de comando manual/automático e local/remoto. 

Operação da estação elevatória de água

Para que o sistema opere corretamente, as chaves seletoras das bombas e das válvulas devem estar na posição AUTOMÁTICO (comandadas pelo CLP). O sistema funciona automaticamente após a energização do quadro e ligando a chave GERAL.

Operação manual

No Funcionamento Manual o painel de automação não atua sobre o comando das bombas. Em Manual, as bombas são comandas pelo operador diretamente nos quadros de comando respectivos. Durante a operação manual, o painel de automação lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central, e monitora entradas digitais. Nesse modo de funcionamento, um operador pode ligar e desligar as bombas localmente nos respectivos quadros de acionamento das mesmas (comando manual).

SEMPRE QUE UMA OPERAÇÃO DE MANUTENÇÃO FOR SER REALIZADA, A PRIMEIRA AÇÃO DEVERÁ SER A DE COLOCAR O SISTEMA EM MANUAL. ISTO É FEITO POSICIONANDO A CHAVE SELETORA NA POSIÇÃO MANUAL.
Para desativar o sistema e operar manualmente as bombas e válvulas é necessário:

  • Girar as seletoras A/M para a posição MANUAL;
  • Aguardar que os grupos sejam desativados. Esta operação se dá sequencialmente;
  • Operar manualmente os grupos pelas chaves localizadas no painel frontal.

Operação automática

Neste modo, o acionamento das bombas se dá de acordo com o nível do reservatório de recalque e monitora as condições de operação. Lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central e monitora entradas e saídas digitais.

Para selecionar o sistema para controle automático, é necessário:

  • Girar as seletoras A/M para a posição AUTOMÁTICO.
  • Aguardar a parada dos equipamentos.
  • Aguardar a entrada sequencial dos grupos.

Comando via telemetria

Quando em automático, a estação pode ser comandada via central de telemetria. É possível desativar e reativar o funcionamento da elevatória, ligar e desligar grupos e alterar a seleção de grupo principal.

Comandos de ativação e desativação da elevatória de água

Bloqueio – A elevatória é desativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints diferente de zero. Isto faz com que o CLP desative os grupos sequencialmente. Este modo de operação é chamado Manual Remoto.

Desbloqueio – A elevatória é ativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints igual a zero. Isto permite que o CLP opere automaticamente.

Composição da remota de telemetria

A figura a seguir mostra o bloco diagrama da remota de telemetria utilizada na automação da estação elevatória:

  • Fonte com bateria modelo 2061;
  • Rádio modem RM2060;
  • CLP Haiwell modelo T48S0P com 28 ED e 20 SD;
  • Interface IA2820 com 8 entradas em 4 a 20 mA;
  • Interface ID2908 com 8 saídas isoladas a relé.

Painel de telemetria PT5520

Baseado no CLP Haiwell modelo C48S0P, 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 CLP com duas portas seriais comunica por protocolo MODBUS RTU mestre e escravo e está programado para controlar e monitorar:

  • Pressões de sucção e recalque:
  • Operação de grupos motobomba;
  • Multimedidores de grandezas elétricas;
  • Invasão;
  • Falta de energia;
  • Painel aberto;

Características técnicas do painel de telemetria

CLP Haiwell C48S0P 28ED 20SD
IHM IHM 4,3″ monocromática – TP300
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
Saídas analógicas 02 saídas 4 a 20mA com módulos Alfacomp IA2801
Entradas digitais 24 entradas digitais em 24V livres
Saídas digitais 16 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 60 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 C48S0P CLP com 28 entradas digitais, 20 saídas digitais, porta serial RS232 e RS485, e porta Ethernet
1 IHM TP300 IHM 4,3″ monocromática, 4 linhas x 24 colunas
1 Elemento de Comunicação Rádio modem RM2060
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
2 Alfacomp – IA2801 Interface analógica com 1 saída 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-6040-20 Quadro de comando metálico
1 Cemar – BT-7 VD Barra de terra
3 Porta fusível Borne porta fusível
24 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 elevatória

Software de controle da estação elevatória

A programação do CLP que controla a estação elevatória 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 Pressão de recalque 250 a 1250 0 a 100,0 mca V40
E1 Pressão de sucção 250 a 1250 0 a 100,0 mca 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

CLP – C48S0P
Entrada Descrição Memória
X0 Pulsos do módulo IA2820 X0
X1 Indicação de CA presente X1
X2 Intrusão no painel X2
X3 Chave do painel de telemetria em MANUAL / AUTOMATICO X3
X4 Invasão na estação X4
X5 X5
X6 MB01 em manual X6
X7 MB01 em automático X7
X8 MB02 em manual X8
X9 MB02 em automático X9
X10 X10
X11 X11
X12 Confirmação da MB01 X12
X13 Confirmação da MB02 X13
X14 X14
X15 Grupo selecionado X15
X16 X16
X17 X17
X18 X18
X19 X19
X20 X20
X21 X21
X22 X22
X23 X23
X24 X24
X25 X25
X26 X26
X27 X27

Saídas digitais

CLP – C48S0P
Saída Descrição Memória
Y0 Alarme sonoro Y0
Y1 Y1
Y2 Comando liga/desliga MB01 Y2
Y3 Comando liga/desliga MB02 Y3
Y4 Y4
Y5 Y5
Y6 Y6
Y7 Y7
Y8 Y8
Y9 Y9
Y10 Y10
Y11 Y11
Y12 Y12
Y13 Pulsos para atualização do módulo IA2801 Y13
Y14 Pulsos para atualização do módulo IA2801 Y14
Y15 Sinal SL0 de seleção de canal do módulo IA2820 Y15
Y16 Sinal SL1 de seleção de canal do módulo IA2820 Y16
Y17 Sinal SL2 de seleção de canal do módulo IA2820 Y17

Mapa de memórias do CLP

Memória Descrição Tipo Tag Sub-rotina
Memórias internas não retentivas – M0 a M28
M0 BOOL
M1 BOOL
M2 BOOL
M3 BOOL
M4 Subtensão na rede BOOL SUB_V1 PGB:ANALISE_EAT1
M5 Sobretensão na rede BOOL SOBRE_V1 PGB:ANALISE_EAT1
M6 Nível remoto cheio BOOL NR_CHEIO PGB:ANALISE_EAT1
M7 Subcorrente dos motores BOOL SUB_I1 PGB:ANALISE_EAT1
M8 Sobrecorrente dos motores BOOL SOBRE_I1 PGB:ANALISE_EAT1
M9 BOOL
M10 Automático bloqueado pelo CCO BOOL BLOQ_AUT1 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:CMD    PGB:GRP_EAT1
M11 BOOL
M12 Pressão mínima na sucção BOOL PS1_MIN PGB:ANALISE_EAT1
M13 MB01 desativada BOOL EAT1_1_OFF PGB:ANALISE_EAT1
M14 MB02 desativada BOOL EAT1_2_OFF PGB:ANALISE_EAT1
M15 BOOL BLOQ_AUT1
M16 Falha dos motores BOOL FALHA1 PGB:ANALISE_EAT1
M17 Ativa alarme sonoro BOOL ALR ON PGB:ALARME
M18 Funcionamento OK da elevatória BOOL EAT1_OK PGB:GRP_EAT1
M19 Nível remoto baixo BOOL NR_BAIXO PGB:GRP_EAT1
M20 BOOL
M21 BOOL
M22 Liga/desliga MB01 – modo bloqueado BOOL MB01_1 PGB:CMD  PGB:GRP_EAT1
M23 Liga/desliga MB02 – modo bloqueado BOOL MB02_1 PGB:CMD  PGB:GRP_EAT1
M24 Desativa/reseta alarme sonoro BOOL RST ALR REMOTO PGB:ALARME PGB:CMD
M25 BOOL
M26 BOOL
M27 Nível remoto atualizado BOOL NR ATUALIZADO PGB:ANALISE_EAT1
M28 Nível remoto perdido BOOL NR PERDIDO PGB:ANALISE_EAT1
Memórias internas especiais – SM0 a SM5
SM0 Ligado enquanto CLP em modo RUN BOOL On during Running
SM2 Ligado durante a primeira varredura BOOL On during the first
SM5 Pulso a cada 1 segundo BOOL 1s clock pulse
Timers – T0 a T15
T0 TIMER
T1 TIMER
T2 Aguarda 30s para alarmar subtensão TIMER SUBV PGB:ANALISE_EAT1
T3 Aguarda 30s para alarmar sobretensão TIMER SOBREV PGB:ANALISE_EAT1
T4 Aguarda 30s para alarmar nível remoto cheio TIMER NR_CHEIO PGB:ANALISE_EAT1
T5 Aguarda 60s para alarmar subcorrente TIMER SUB_SOBRE_I PGB:ANALISE_EAT1
T6 Aguarda 60s para alarmar nível remoto perdido TIMER NR_PERDIDO PGB:ANALISE_EAT1
T7 Aguarda 30s para alarmar pressão de sucção baixa TIMER PS1_MIN PGB:ANALISE_EAT1
T8 Aguarda 30s para alarmar MB01 desarmou TIMER MB01_1_DESARMOU PGB:ANALISE_EAT1
T9 Aguarda 30s para alarmar MB02 desarmou TIMER MB02_1_DESARMOU PGB:ANALISE_EAT1
T10 Aguarda 10s para ligar MB01 TIMER LIGA_MB01_1 PGB:GRP_EAT1
T11 Aguarda 10s para desligar MB01 TIMER DESL_MB01_1 PGB:GRP_EAT1
T12 Aguarda 10s para ligar MB02 TIMER LIGA_MB02_1 PGB:GRP_EAT1
T13 Aguarda 10s para desligar MB02 TIMER DESL_MB02_1 PGB:GRP_EAT1
T14 Debounce de 3s para acionar alarme sonoro TIMER DEBOUNCE ALR PGB:ALARME
T15 Rearma remotamente alarme sonoro após 10min TIMER DEBOUNCE ALR2 PGB:ALARME
Contadores 16bits – C0 a C3
C0 CTU
C1 CTU
C2 Contador do horímetro da MB01 CTU CONT_HORIM1 PGB:GRP_EAT1
C3 Contador do horímetro da MB02 CTU CONT_HORIM2 PGB:GRP_EAT1
Registradores retentivos – V0 a V209
V0 Pressão de recalque WORD Pressao1 PGB:ESCALA_PRESSAO PGB:IHM_TP300
V1 Pressão de sucção WORD Pressao2 PGB:ESCALA_PRESSAO PGB:ANALISE_EAT1
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 Condições de operação da elevatória WORD Cond_Op1 PGB:ANALISE_EAT1

 

Memória Descrição Tipo Tag Sub-rotina
V6 Motivo de parada da elevatória WORD Parada1 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:GRP_EAT1
V7 Tensão da fase R WORD VR1 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V8 Tensão da fase S WORD VS1 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V9 Tensão da fase T WORD VT1 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V10 Corrente da fase R WORD IR1 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V11 Fator de potência WORD Fator1 PGB:MULT_MEDIDOR
V12 Horímetro da MB01 WORD Horim1_MB01 PGB:CMD   PGB:GRP_EAT1
V13 Horímetro da MB02 WORD Horim2_MB02 PGB:CMD   PGB:GRP_EAT1
V14 Estado da MB01 WORD Estado1 PGB:BITS_STATUS
V15 Estado da MB02 WORD Estado2 PGB:BITS_STATUS
V16 Falha da MB01 WORD Falha1 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:CMD
V17 Falha da MB02 WORD Falha2 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:CMD
V18 Corrente da fase S WORD IS1 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V19 Corrente da fase T WORD IT1 PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
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_PRESSAO
V41 Valor da entrada analógica E1 – 0 a 1250 WORD EA1 PGB:IA2820
PGB:ESCALA_PRESSAO
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
V52 Preset do fundo de escala do sensor de pressão1 WORD Preset pressao1 PGB:INICIALIZACAO PGB:ESCALA_PRESSAO PGB:IHM_TP300
V53 Preset do fundo de escala do sensor de pressão2 WORD Pulsos pressao2 PGB:INICIALIZACAO PGB:ESCALA_PRESSAO PGB:IHM_TP300
V58 Variável para cálculo em ponto flutuante WORD Rascunho_Float1 SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE
SUB:CONV_FATOR
V59 Variável para cálculo em ponto flutuante WORD Rascunho_Float2 SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE
SUB:CONV_FATOR
V60 Variável para cálculo em ponto flutuante WORD Rascunho_Float3 SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE
SUB:CONV_FATOR
V61 Variável para cálculo em ponto flutuante WORD Rascunho_Float4 SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE
SUB:CONV_FATOR
V62 Variável para cálculo em ponto flutuante WORD Rascunho_Float5 SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE
SUB:CONV_FATOR
V63 Variável para cálculo em ponto flutuante WORD Rascunho_Float6 SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE
SUB:CONV_FATOR
V72 Identifica o grupo selecionado WORD GRP_SEL PGB:BITS_STATUS PGB:IHM_TP300
V73 Acumulador da contagem de tempo do nível remoto WORD TEMPO_AC PGB:ANALISE_EAT1
V74 Cópia do valor do nível remoto enviado do CCO WORD NR1_TEMP PGB:ANALISE_EAT1
V100 Comando enviado pelo CCO WORD Cmd PGB:CMD
V101 Preset de subtensão na rede WORD Subi_V1 PGB:ANALISE_EAT1
V102 Preset de sobretensão na rede WORD Sobre_V1 PGB:ANALISE_EAT1
V103 Preset de subcorrente dos motores WORD Subi_I1 PGB:ANALISE_EAT1
V104 Preset de sobrecorrente dos motores WORD Sobre_I1 PGB:ANALISE_EAT1
V105 Preset de nível de liga motor WORD NL1 PGB:GRP_EAT1 PGB:IHM_TP300
V106 Preset de nível de desliga motor WORD ND1 PGB:ANALISE_EAT1
V107 Preset de pressão mínima de sucção WORD PS1_min PGB:ANALISE_EAT1
V108 Preset de tempo para desligar por falta de envio do nível remoto WORD TEMPO_D1 PGB:ANALISE_EAT1

 

Memória Descrição Tipo Tag Sub-rotina
V109 Nível remoto WORD NR1 PGB:ANALISE_EAT1
V200 Valor de tensão da fase R lida do multimedidor WORD VR_MULT PGB:Main PGB:MULT_MEDIDOR
V201 Valor de tensão da fase S lida do multimedidor WORD VS_MULT PGB:MULT_MEDIDOR
V202 Valor de tensão da fase T lida do multimedidor WORD VT_MULT PGB:MULT_MEDIDOR
V203 Valor da corrente R lida do multimedidor WORD IR_MULT PGB:Main PGB:MULT_MEDIDOR
V204 Valor da corrente S lida do multimedidor WORD IS_MULT PGB:MULT_MEDIDOR
V205 Valor da corrente T lida do multimedidor WORD IT_MULT PGB:MULT_MEDIDOR
V206 WORD
V207 WORD
V208 WORD
V209 Valor do fator de potência lida do multimedidor WORD FATOR_MULT PGB:MULT_MEDIDOR

ICOM – Interface de comunicação

O mapeamento de memória utilizado para leitura e escrita do mestre de comunicação Modbus RTU chamamos de ICOM. As tabela abaixo agrupam as variáveis de leitura e escrita da ICOM.

  • Bloco de Memória de Monitoração (V0 a V19)
  • Bloco de Memória de Setpoints (V100 a V109)

Bloco de memória de monitoração (V0 a V19)

Este é o bloco de dados lidos pelo CCO.

Posição Tag Descrição Memória
00 Pressao1 Pressão de recalque V0
01 Pressao2 Pressão de sucção 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 Cond_Op1 Condições de operação da elevatória V5
06 Parada1 Motivo de parada da elevatória V6
07 VR1 Tensão da fase R V7
08 VS1 Tensão da fase S V8
09 VT1 Tensão da fase T V9
10 IR1 Corrente da fase R V10
11 Fator1 Fator de potência V11
12 Horim1_MB01 Horímetro da MB01 V12
13 Horim2_MB02 Horímetro da MB02 V13
14 Estado1 Estado da MB01 V14
15 Estado2 Estado da MB02 V15
16 Falha1 Falha da MB01 V16
17 Falha2 Falha da MB02 V17
18 IS1 Corrente da fase S V18
19 IT1 Corrente da fase T V19

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(painel em manual),     =1(painel em automático)
  • Bit 3 =0(invasão sim),     =1(invasão não)
  • Bit 4 =0(alarme sonoro desligado),     =1(alarme sonoro ligado)
  • Bit 5  =0(seleção MB01),     =1( seleção MB02)

Descrição da memória de monitoramento – Cond_Op1

A memória Cond_Op1 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(normal),     =1(bloqueado pelo CCO)
  • Bit 1 =1(normal),     =1(subtensão)
  • Bit 2 =0(normal),     =1(sobretensão)
  • Bit 3 =0(normal),     =1(pressão de sucção baixa)
  • Bit 4 =0(normal),     =1(nível remoto cheio)
  • Bit 5 =0(normal),     =1(nível remoto perdido)
  • Bit 6 =0(normal),     =1(falha no grupo selecionado)
  • Bit 7 =0(normal),     =1(MB01 em manual)
  • Bit 8 =0(normal),     =1(MB01 desativada)
  • Bit 9 =0(normal),     =1(MB01 em automático)
  • Bit 10 =0(normal),    =1(MB02 em manual)
  • Bit 11 =0(normal),    =1(MB02 desativada)
  • Bit 12 =0(normal),    =1(MB02 em automático)

Descrição da memória de monitoramento – Parada1

A memória Parada1 é responsável por informar para o CCO o motivo da parada do grupo motobomba em funcionamento.

  • 00 = sem motivo
  • 01 = painel de telemetria em manual
  • 02 = bloqueado pelo CCO
  • 03 = subtensão na rede
  • 04 = sobretensão na rede
  • 05 = pressão de sucção baixa
  • 06 = nível remoto cheio
  • 07 = nível remoto perdido
  • 08 = grupo selecionado em falha
  • 09 = grupo selecionado em manual
  • 10 = grupo selecionado desativado

Descrição da memória de monitoramento – Estado1 / Estado2

As memórias Estado1 e Estado2 são responsáveis por informar para o CCO o status das bombas.

  • 00 = bomba desligada
  • 01 = bomba ligada

Descrição da memória de monitoramento – Falha1 / Falha2

As memórias Falha1 e Falha2 são responsáveis por informar para o CCO os códigos de falha das bombas.

  • 00 = sem falha
  • 01 = subcorrente
  • 02 = sobrecorrente
  • 03 = não utilizado
  • 04 = grupo desarmou

Bloco de memória de setpoints (V100 a V109)

Este é o bloco de parâmetros enviados pelo CCO.

Posição Tag Descrição Memória
00 Cmd Comando enviado pelo CCO V100
01 Subi_V1 Preset de subtensão na rede V101
02 Sobre_V1 Preset de sobretensão na rede V102
03 Subi_I1 Preset de subcorrente dos motores V103
04 Sobre_I1 Preset de sobrecorrente dos motores V104
05 NL1 Preset de nível de liga motor V105
06 ND1 Preset de nível de desliga motor V106
07 PS1_min Preset de pressão mínima de sucção V107
08 TEMPO_D1 Preset de tempo para desligar por falta de envio do nível remoto V108
09 NR1 Nível remoto V109

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 = não utilizado
  • 02 = não utilizado
  • 03 = bloqueia funcionamento automático
  • 04 = libera funcionamento automático
  • 05 = cala alarme sonoro
  • 06 = liga MB01
  • 07 = desliga MB01
  • 08 = liga MB02
  • 09 = desliga MB02
  • 10 = não utilizado
  • 11 = não utilizado
  • 12 = não utilizado
  • 13 = não utilizado
  • 14 = não utilizado
  • 15 = não utilizado
  • 16 = não utilizado
  • 17 = não utilizado
  • 18 = zera horímetro da MB01
  • 19 = zera horímetro da MB02
  • 20 = não utilizado
  • 21 = não utilizado
  • 22 = não utilizado
  • 23 = não utilizado
  • 24 = zera falha da MB01
  • 25 = zera falha da MB02

Operação da IHM

O IHM (Interface Homem Máquina) TP300 é composto de:

  • Monocromático de 4 linhas por 24 caracteres;
  • Display de 4,3”;
  • Resolução de 192 x 64 pixels;
  • Backlight;
  • Ajuste de contraste;
  • Portas de comunicação RS232 e RS485;
  • Possui 19 teclas que podem ser definidas como teclas de função;
  • Protocolos de comunicação para SIEMENS, Mitsubishi, OMRON, Schneider, Facon, entre outros fabricantes;
  • Possui protocolo Modbus RTU;

Teclas de Edição e Navegação

  • Para navegar entre as telas da IHM, pressione a seta para cima ou seta para baixo.
  • Nas telas que permitem edição, pressione SET para selecionar o campo de edição, quando selecionado ficará com o fundo branco.
  • Quando estiver em um campo de edição e precisar apagar o seu valor, pressionar CLR.
  • Para acessar um campo de edição ou confirmar o novo valor digitado, pressionar a tecla ENT.
  • Para sair de um campo de edição sem alterar o seu valor, pressione a tecla ESC.

Telas configuradas

Este item descreve as telas configuradas no projeto. Para navegar pelas telas, utilize as teclas de seta para cima e seta para baixo.

Tela 01 – Tela de apresentação

Tela de apresentação com nome da empresa contratante do sistema e com o nome da empresa que desenvolveu o software.

Tela 02 – Nível remoto

Apresenta o valor do nível do reservatório em percentual para o qual a elevatória bombeia a água tratada e o nível de liga e o nível de desliga.

Tela 03 – Pressão

Apresenta a pressão de recalque e sucção da elevatória.

Tela 04 – Rede CA

Apresenta o valor da tensão e corrente das fases R, S, T e o fator de potência da elevatória.

Tela 05 – Grupo selecionado

Apresenta o grupo selecionado na chave seletora do painel de acionamento do CCM da elevatória.

Tela 06 – Status da elevatória

Apresenta status da motobombas, motivo de parada do grupo e horímetros.

Tela 07 – Escala dos transmissores

Ajuste da escala dos transmissores de pressão de recalque e sucção da elevatória.

Multimedidor – ST9250R

As grandezas elétricas como corrente, tensão e fator de potência, são adquiridas pelo multimedidor de grandezas elétricas modelo ST9250R que se comunica com o CLP pela porta RS485 do CLP em protocolo MODBUS. Nesta porta, o CLP está configurado como endereço 1, 19200 bps, 8 bits, 1 stop bits e sem paridade. O multimedidor assume o endereço 1.

O manual do multimedidor pode ser baixado diretamente do site da Alfacomp no link: https://www.alfacomp.ind.br/medidores-e-indicadores/multimedidor-de-grandezas-eletricas.

Os registradores de grandezas elétricas ST9250R atuam como poderosos sistemas de monitoramento de energia elétrica, avaliando de forma contínua e em tempo real a tensão e a corrente nas três fases pelo método True RMS, permitindo o cálculo preciso de todos os itens de interesse.

Os parâmetros do registrador podem ser ajustados no próprio equipamento, através de uma interface amigável ou via interface serial padrão elétrico RS-485, pelo protocolo MODBUS-RTU.

Cálculo I

Para o cálculo do fator de potência.

  • Se valor entre 65536 e 64511, sinal indutivo (-) Fp = (65536 – VALOR) / 1024
  • Se valor entre 1024 e 0, sinal capacitivo (+) Fp = valor / 1024

Cálculo II

Para o cálculo de corrente, potência ativa, aparente, reativa, falta de Kvar e excesso de Kvar.

  • Variável = valor lido * (valor do TC / 5) / 1000

A resposta é uma variável quantizada (Qx) de acordo com a tabela de variáveis.
Definição do tamanho das variáveis

  • Int = Inteiros de 2 Bytes
  • Long = Inteiros de 4 Bytes
  • Variáveis em Q1, dividir por 2 para obter a parte inteira e a decimal
  • Variáveis em Q2, dividir por 4 para obter a parte inteira e a decimal
  • Variáveis em Q3, dividir por 8 para obter a parte inteira e a decimal
  • Variáveis em Q5, dividir por 32 para obter a parte inteira e a decimal
  • Variáveis em Q6, dividir por 64 para obter a parte inteira e a decimal
  • Variáveis em Q10, dividir por 1024 para obter a parte inteira e a decimal

Esquemas elétricos de ligações

As figuras a seguir mostram os esquemas de ligação para a instalação dos registradores ST9250R.

Observações importantes na instalação do equipamento

  • O transformador de corrente (TC) deve medir a corrente total a ser monitorada.
  • Deve-se colocar um TC específico para a medição de corrente (sempre na relação de transformação XXXX/5A). Caso já exista um instrumento de medição, a medição de corrente pode aproveitar o TC do instrumento, desde que a corrente do secundário do TC seja sempre ligada em série com a do medidor.
  • Deve-se colocar um TC específico para a medição de corrente (sempre na relação de transformação XXXX/5A). Caso já exista um instrumento de medição, a medição de corrente pode aproveitar o TC do instrumento, desde que a corrente do secundário do TC seja sempre ligada em série com a do medidor.

Endereços de memória do multimedidor

São os seguintes os parâmetros básicos de leitura Modbus do multimedidor, utilizando a função 0x04 (read input registers).

Endereço Variável Tipo Descrição
01 Vr Int Tensão da fase R (Q6)
02 Vs Int Tensão da fase S (Q6)
03 Vt Int Tensão da fase T (Q6)
04 Cr Int Corrente da fase R (Q3) – ver cálculo II
05 Cs Int Corrente da fase S (Q3) – ver cálculo II
06 Ct Int Corrente da fase T (Q3) – ver cálculo II
07 FPr Int Fator de potência da fase R – ver cálculo I
08 FPs Int Fator de potência da fase S – ver cálculo I
09 FPt Int Fator de potência da fase T – ver cálculo I
10 FPtt Int Fator de potência total – ver cálculo I
11 Pr Int Potência ativa da fase R (Q5) – ver cálculo II
12 Ps Int Potência ativa da fase S (Q5) – ver cálculo II
13 Pt Int Potência ativa da fase T (Q5) – ver cálculo II
14 HPtt High-Long Potência ativa total – ver cálculo II
15 LPtt Low-Long Potência ativa total – ver cálculo II
16 Qr Int Potência reativa da fase R (Q5) – ver cálculo II
17 Qs Int Potência reativa da fase S (Q5) – ver cálculo II
18 Qt Int Potência reativa da fase T (Q5) – ver cálculo II
19 HQtt High-Long Potência reativa total – ver cálculo II
20 LQtt Low-Long Potência reativa total – ver cálculo II
21 Sr Int Potência aparente da fase R (Q5) – ver cálculo II
22 Ss Int Potência aparente da fase S (Q5) – ver cálculo II
23 St Int Potência aparente da fase T (Q5) – ver cálculo II
24 HStt High-Long Potência aparente total – ver cálculo II
25 LStt Low-Long Potência aparente total – ver cálculo II
26 Freq Int Frequência (Q2)
27 HEat High-Long Energia ativa – ver cálculo II
28 LEat Low-Long Energia ativa – ver cálculo II
29 Demat Int Demanda ativa – ver cálculo II
30 H-Ereat High-Long Energia reativa – ver cálculo II
31 L-Ereat Low-Long Energia reativa – ver cálculo II
32 Demreat Int Demanda reativa – ver cálculo II
33 Dematm Int Demanda ativa média – ver cálculo II
34 Dematac Int Demanda ativa acumulada – ver cálculo II
35 Demapm Int Demanda aparente média – ver cálculo II
36 Demapac Int Demanda aparente acumulada – ver cálculo II
37 Kvaflt Int Valor de Kvars faltando – ver cálculo II
38 Kvaexce Int Valor de Kvars excedentes – ver cálculo II
39 Dematant Int Demanda ativa máxima do mês anterior – ver cálculo II
40 Demapant Int Demanda aparente máxima do mês anterior – ver cálculo II
41 Tensao rs Int Tensão entre fase R e S (Q6)
42 Tensao st Int Tensão entre fase T e S (Q6)
43 Tensao rt Int Tensão entre fase R e T (Q6)
44 TP rs Int Tensão no primário entre fase R e S (Q6)
45 TP st Int Tensão no primário entre fase T e S (Q6)
46 TP rt Int Tensão no primário entre fase R e T (Q6)
47 Ttri Int Tensão trifásica (Q6)
48 Ctri Int Corrente trifásica (Q3)

Download do projeto completo

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Suporte para a implantação

Para mais informações ou ajuda técnica, conte com nosso suporte.
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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.
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Neste artigo apresentamos o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de um reservatório de água tratada.
O link abaixo contém o arquivo compactado contendo o projeto completo de automação e telemetria da estação contendo esquemático, software Ladder e o Manual de Projeto e Utilização.
[file_download style=”1″][download title=”Projeto%20de%20automa%C3%A7%C3%A3o%20do%20reservat%C3%B3rio” icon=”style2-thumb-dl-pdf.png” file=”https://alfacompbrasil.com/wp-content/uploads/2019/09/Projeto-de-automação-do-reservatório.zip&#8221; package=”” level=”” new_window=””]Projeto%20completo%20de%20automa%C3%A7%C3%A3o%20e%20telemetria%20de%20um%20reservat%C3%B3rio%20de%20%C3%A1gua%20tratada%20contendo%20esquem%C3%A1tico%2C%20software%20Ladder%20e%20o%20Manual%20de%20Projeto%20e%20Utiliza%C3%A7%C3%A3o.[/download][/file_download]

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 motobomba 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 motobomba 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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Monte sua remota de telemetria de reservatório com baixo custo e resultados excelentes utilizando as interfaces Modbus IM2020.

Telemetria de reservatório com a interface Modbus IM2020

Veja como monitorar o nível e a vazão do reservatório de forma simples e com baixo custo. Utilizando este kit você economiza e fica proprietário do seu sistema.
O módulo SW3300 tem as funções de seccionamento, proteção contra surtos e tomada. A fonte de alimentação S-25-24 fornece 24 VCC para a interface Modbus e para o rádio modem. A interface Modbus IM2020 possui duas entradas analógicas e duas entradas digitais onde podemos conectar o transmissor de nível, o transmissor de vazão e ainda um detector de invasão. A interface Modbus se comunica com a central de telemetria por intermédio do rádio modem RM2060.
Remota Modbus para reservatório

Composição da remota

A remota é composta pelos seguinte módulos:

  • SW3300 – DPS, seccionador e tomada;
  • S-25-24 – Fonte de alimentação de 25 W e 24 VCC;
  • IM2020 – Interface Modbus com 2 entradas analógicas e 2 entradas digitais;
  • RM2060 – Rádio modem 900 MHz 1 W
Preço do conjunto de módulos: R$ 2.740,00 (preço válido em Outubro de 2019).

A figura a seguir ilustra o espaço ocupado pelos módulos que compõem a solução.

Materiais acessórios

  • CF914 – Antena Yagi 900 MHz 14 dBi;
  • CN3203 – Centelhador de RF;
  • Cabo interno de RF RG58 com conectores;
  • Cabo externo RGC213 com conectores.

Interface Modbus IM2020

A interface IM2020 funciona como uma remota de I/O distribuído dotada de 2 entradas analógicas e duas entradas digitais com as seguintes características principais:

  • Protocolo de comunicação: Modbus RTU;
  • Seleção de endereço por DIP switch;
  • Alimentação: 10 a 30 VCC;
  • Consumo máximo de 200 mA.

Interface Modbus IM2020

Rádio Modem RM2060

O transceptor RM2060 permite a comunicação wireless utilizando tecnologia Spread Spectrum na faixa dos 900 MHz podendo substituir milhares de metros de cabos de comunicação em ambientes industriais ruidosos. Utilizando comprovada tecnologia FHSS, que dispensa licença de operação junto a Anatel, o transceptor RM2060 estabelece comunicação entre computadores, CLPs e instrumentos diversos que possuem porta serial em padrão RS232 ou RS485 com taxas de 1200 a 115.200 bps.  Alcance de até 32 km com visada.

SW3300 – DPS, seccionador e tomada


O módulo SW3300 foi 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 padrão ABNT
  • Sinalização luminosa de energização

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

Solicite informações adicionais ou uma cotação

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Este e-book foi feito para você que deseja saber tudo sobre como criar o sistema de telemetria de água e esgoto para a sua cidade.  O e-book contém um projeto completo para você desenvolver e implantar um sistema de automação, controle e tele supervisão de reservatórios, elevatórias e estações de tratamento de água e esgoto.
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Juntamente com os conteúdos, são fornecidos, absolutamente sem custo, links para download de:
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  • Projetos elétricos completos dos painéis elétricos
  • Softwares Ladder para automação das estações
  • Um template de software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água
  • Software gratuito Haiwell Cloud SCADA
  • Software gratuito HaiwellHappy para a programação dos CLPs

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Funcionamento geral do abastecimento de água

Apresentamos a topologia básica dos sistemas municipais de água com suas estações de captação de água bruta, estações de tratamento, estações elevatórias, reservatórios, boosters e demais pontos de controle e monitoração.
Baixe o e-book clicando aqui.

Lógica de funcionamento de reservatórios e elevatórias de água tratada

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.
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CCO – Centro de Controle e Operação da telemetria de água e esgoto

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 de interesse na distribuição de água. Toda a comunicação se dá via rádio.
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Telemetria via rádio da distribuição de água tratada

Para que o CCO – Centro de Controle e Operação – possa se comunicar com as estações remotas, é necessário um sistema de comunicação. O meio de melhor custo-benefício para implementar essa comunicação é o que chamamos de telemetria via rádio, e o rádio mais utilizado para esse serviço é o rádio modem spread spectrum na faixa dos 900 MHz. O e-book ensina como dimensionar e instalar o sistema de rádio para a telemetria da distribuição de água do município.
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Remotas de telemetria utilizadas no saneamento

Remotas de telemetria são, por definição, dispositivos microprocessados que permitem monitorar e controlar objetos físicos a distância, conectando sensores e atuadores a um sistema SCADA de tele supervisão e controle. Outros nomes para remota de telemetria são:

  • UTR – Unidade Terminal Remota;
  • URT – Unidade Remota de Telemetria;
  • RTU – Remote Telemetry Unit ou Remote Telecontrol Unit.
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Transmissores e sensores utilizados na telemetria do saneamento

Sensores são dispositivos capazes de transformar grandezas físicas em grandezas elétricas, também são chamados de transdutores porque traduzem uma grandeza de uma natureza em outra, no caso em grandeza elétrica. Outro nome frequentemente utilizado em instrumentação é o transmissor. É comum nos referirmos aos medidores de pressão, por exemplo, como transmissores de pressão, até porque o valor da pressão medida é transmitida por cabos elétricos à distância.

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SCADA – Software de supervisão, controle e aquisição de dados

O e-book apresenta um template de software supervisório genérico para um sistema de automação e telemetria de 10 reservatórios e 10 elevatórias de água tratada. O template completo e gratuito está disponível para download.
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Projeto de automação e telemetria de uma elevatória de água

O e-book apresenta o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de uma estação elevatória de água tratada contendo esquemático, software Ladder e o Manual de Projeto e Utilização.
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Projeto de automação e telemetria de um reservatório de água tratada

O e-book apresenta o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de um reservatório de água tratada contendo esquemático, software Ladder e o Manual de Projeto e Utilização.
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Solução Elipse E3 monitora, em tempo real, um total de 20 Estações de Armazenagem de Água e 60 motobombas controladas pelo SAEMAS em Sertãozinho (SP)

FONTE: https://www.elipse.com.br/case/elipse-e3-permite-ao-saemas-diagnosticar-e-solucionar-problemas-em-fracao-de-segundos/

Necessidade

O SAEMAS (Serviço Autônomo de Água, Esgoto e Meio Ambiente de Sertãozinho) é uma autarquia municipal responsável por executar e explorar os serviços de água e esgoto em Sertãozinho, interior de São Paulo. Para automatizar o sistema de abastecimento de água em Sertãozinho, o SAEMAS decidiu utilizar o Elipse E3.

A grande facilidade com que permite realizar ajustes, melhorias e expansões foi o fator determinante para a escolha da solução desenvolvida pela Alfacomp utilizando o Elipse E3.

SAEMAS
Figura 1. Tela inicial da aplicação do E3 no SAEMAS

Solução

O E3 permite monitorar e executar comandos sobre as 20 unidades do sistema de abastecimento de água de Sertãozinho, cada uma delas composta de um reservatório e três motobombas. Para isto, disponibiliza uma tela destinada a cada unidade, na qual é possível supervisionar as vazões, pressões, tensões e correntes assinaladas junto às motobombas, assim como os níveis de água nos reservatórios.


Figura 2. Controle de uma das unidades que compõem a rede de abastecimento de Sertãozinho

Na mesma tela, o E3 permite também acompanhar a condição de operação das motobombas, informando, por exemplo, se há algum equipamento com defeito ou sob manutenção ou se a unidade já se encontra em operação naquele instante. Além disso, o software permite acompanhar ou resetar o período, em horas, de funcionamento das motobombas.

Ainda relacionado às motobombas, o E3 permite visualizar e ajustar as configurações padrões definidas para as suas tensões e correntes. As configurações padrões determinadas para as pressões com que as motobombas bombeiam a água em cada unidade também podem ser monitoradas e ajustadas pelo software.


Figura 3. Controle das configurações de tensão e corrente na motobomba entre o poço e o reservatório da unidade

O mesmo controle vale para as configurações dos níveis de água nos reservatórios, as quais podem ser ajustadas de forma que o sistema ligue ou desligue as motobombas conforme seja necessário, contribuindo assim para garantir o abastecimento e redução de desperdícios. Neste contexto voltado ao uso mais racional de água e energia, o E3 também permite selecionar quais estações entrarão em funcionamento nos horários de ponta conforme a demanda.


Figura 4. Tela que permite escolher quais estações serão acionadas nos horários de ponta

O E3 exibe ainda os níveis e volumes de água verificados no total e junto a cada reservatório, permitindo acessar as configurações padrões ajustáveis da altura da água em cada reservatório. As vazões mensuradas nas motobombas localizadas entre os poços e reservatórios, tanto a total quanto a calculada por hora, também são monitoradas, assim como o tempo de varredura do sistema de automação em cada unidade.


Figura 5. Controle do nível de água presente nos reservatórios

Por fim, a solução da Elipse permite emitir relatórios dos eventos, históricos e alarmes assinalados no período estipulado pelo usuário. Em relação aos alarmes, caso algum valor definido na configuração padrão não esteja sendo respeitado, por exemplo, haja uma subtensão muito abaixo da indicada, o E3 alerta os operadores via um sinal visual e sonoro.

Além dos relatórios, o software permite, que esta mesma análise de desempenho das unidades, seja realizada sob a forma de gráficos. Vale salientar que, tanto os relatórios quanto os gráficos podem ser exportados para PDF ou Excel, sendo instrumentos de extrema utilidade junto às auditorias de fiscalização.


Figura 6. Gráfico de análise das variáveis elétricas das motobombas de uma unidade

Benefícios

O Elipse E3 permite ao SAEMAS monitorar, em tempo real, as 20 unidades do sistema de abastecimento de água em Sertãozinho. Com isto, o operador é informado caso haja qualquer ocorrência via os alarmes, podendo agir com mais agilidade para solucioná-la. Uma manobra que, hoje, é feita em fração de segundos, antes, levava horas, uma vez que o monitoramento não era remoto, mas sim realizado de forma local.

“Os relatórios e informações geradas pelo E3 nos permitem diagnosticar e solucionar problemas com mais agilidade, dispensando o envio das rondas até cada unidade simplesmente para monitoramento”, disse Leandro Espinoza, Químico do SAEMAS.

Segundo Espinoza, este controle lhes possibilitou também verificar a necessidade de se elevar o fator de potência das motobombas. Um benefício que vai direto ao encontro do objetivo central desta automação, ou seja, reduzir os desperdícios com água e, neste caso em particular, energia.

“Graças ao E3, conseguimos verificar a necessidade de corrigirmos o fator de potência das motobombas e, a partir desta observação, podermos tomar, futuramente, as medidas mais indicadas para executar esta correção que, acreditamos, representará uma economia de energia na ordem de R$ 20 mil por mês”, revelou.

Confira abaixo outros benefícios proporcionados pelo software da Elipse ao SAEMAS:

  • Monitoramento, em tempo real, das variáveis de pressão, vazão e nível da água nos reservatórios;
  • Possibilidade de monitorar e ajustar as configurações padrões das tensões, correntes, pressões e níveis de água nos reservatórios;
  • Sistema de alarmes que alerta os operadores caso haja qualquer espécie de problema nas unidades;
  • Possibilidade de acompanhar ou resetar o tempo de funcionamento das motobombas;
  • Monitoramento da condição de operação das motobombas;
  • Emissão de relatórios dos eventos, históricos e alarmes, que podem ser exportados para Excel e PDF;
  • Emissão de gráficos de análise de desempenho das unidades, que, assim como os relatórios, também podem ser exportados para Excel e PDF.

Ficha Técnica

  • Cliente: SAEMAS
  • Integrador: Alfacomp Automação Industrial Ltda.
  • Pacote Elipse: Elipse E3
  • Plataforma: Windows Server 2012
  • Número de cópias: 4 (1 E3 Server + 3 E3 Viewer Control)
  • Pontos de I/O: 1500
  • Drivers de comunicação: MODBUS RTU

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Por que a telemetria de água e esgoto é importante? Se você reside em um dos 5.570 municípios brasileiros este assunto é importante para você. Quando em uma cidade a população é quem avisa a empresa de águas do município sobre a falta de água, isso provavelmente se dá pelo fato de o município não possuir um sistema de telemetria de água e esgoto.

E o que é a Telemetria de Água e Esgoto?

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).
Telemetria de Água e Esgoto

Como funciona o CCO (Centro de Controle e Operação)?

Telemetria no SAAE de Indaiatuba

Foto: Giuliano Miranda – DCS/SAAE.

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.

10 motivos para implantar a Telemetria de Água e Esgoto em sua cidade

Motivo 1 – Garantir o abastecimento

Falta d'água
Em uma cidade que não possui o sistema de telemetria de água e esgoto, é a população que avisa a companhia de saneamento quando falta água em um bairro. A população percebe que faltou água quando a caixa d’água da casa esgota o conteúdo. Contudo, muito antes disso o reservatório do bairro secou porque a estação elevatória parou de bombear ou a adutora rompeu. Se existisse um sistema de telemetria no município, o problema na elevatória ou na adutora seriam alarmados imediatamente, dando tempo para a equipe de manutenção restabelecer o abastecimento antes mesmo que a população perceba a falta d’água.

Motivo 2 – Antecipar situações de falha

Manutenção preventivaO sistema de telemetria pode detectar problemas em motores, como vibração excessiva, sobre-temperatura e consumo anormal de energia. O sistema pode também perceber vazamentos que antecedem rupturas de adutoras pela diferença de vazões e por quedas em pressão, ou mesmo pela curva de enchimento e esvaziamento de reservatórios. Estas são algumas das formas de detectar problemas e antecipar a manutenção, minimizando custos e evitando situações de desabastecimento.

Motivo 3 – Minimizar perdas

HidrômetroMuitas cidades brasileiras apresentam perdas que vão de 20% a mais de 50%. Digamos que em uma cidade a perda seja de 50%, isto significa que para cada dois litros de água tratados apenas um é recebido pela população e faturado pela empresa de saneamento. As perdas podem ser reais ou aparentes. Perda real é aquela devida a vazamentos. Perda aparente é aquela devida a medições errôneas ou furto de água. A setorização da distribuição e utilização de macro medidores de vazão auxilia na busca das perdas. O valor macro medido é comparado com a medição dos hidrômetros e o trabalho de “caça” às perdas é priorizado nos bairros onde a perda é maior. Os macro medidores de vazão podem e devem fazer parte do sistema de telemetria.

Motivos 4 – Detectar rupturas de adutoras

Ruptura de adutoraPela medição de pressão da rede é possível perceber quando um vazamento de adutora acontece. No monitor do CCO (Centro de Controle e Operação) a queda da pressão é imediatamente alarmada e os valores da pressão são registrados em gráficos históricos para posterior investigação das causas da ruptura.
 

Motivo 5 – Equilibrar a distribuição de água

Reservatórios
Não são poucos os municípios que sofrem do problema de abastecimento por baixa produção de água tratada. Isso acontece quando os mananciais estão acusando baixos níveis ou quando acontecem chuvas que aumentam as partículas em suspensão e dificultam o tratamento nas ETAs (Estações de Tratamento de Água). Quando o consumo é maior que a produção é necessário equilibrar a distribuição, desviando água de bairros mais abastecidos para regiões mais desabastecidas. Isso é feito monitorando níveis de reservatório e pressões de rede, e desligando elevatórias que abastecem reservatório que estão mais abastecidos de forma a sobrar mais água para os mais críticos.

Motivo 6 – Minimizar custos com energia elétrica

Horo sazonalO sistema de telemetria permite controlar as elevatórias de água e esgoto de forma a minimizar ou interromper o funcionamento das mesmas durante o horário de ponta. Com isso pode-se contratar regimes de fornecimento de energia com bandeiras tarifárias econômicas resultando em minimização do custo com energia elétrica. Outro fator que contribui para a diminuição do custo da energia elétrica é a diminuição das perdas reais. Quando as perdas são minimizadas, a produção de água pode ser diminuída, e menos água é bombeada, resultando em menor consumo elétrico.

Motivo 7 – Minimizar custos com pessoas

Não é incomum, ainda hoje, encontrarmos municípios em que o nível dos reservatórios é mantido por funcionários residentes ou em regime de turnos nas estações elevatórias e reservatórios. Existem também as situações em que o nível dos reservatórios é mantido por um funcionário que visita cada um para medir o nível, e liga ou desliga a elevatória correspondente. Em cidades que possuem sistemas de telemetria de água e esgoto, pode-se minimizar o número de pessoas envolvidas na operação da distribuição de água pois todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação) com uma equipe reduzida.

Motivo 8 – Minimizar custos com insumos químicos

Produtos químicos para tratamento de águaNo momento em que as perdas são minimizadas, menos água é produzida para um mesmo consumo do município. Menor produção de água resulta em menor consumo de produtos químicos.
 

Motivo 9 – Detectar invasões e roubo

RouboA instalação de painéis de telemetria em cada elevatória e cada reservatório permite acoplar detectores de presença e switches em portas e janelas das instalações. Com este tipo de recurso a tentativa de invasão é imediatamente detectada e providências podem ser tomadas para impedir o sucesso dos ladrões.

Motivo 10 – Detectar falta de energia

Falta de energiaMuito antes das empresas de energia tomarem conhecimento pela população sobre um problema de interrupção no fornecimento, o sistema de telemetria detecta a situação pois os painéis de telemetria normalmente são dotados de sistemas ininterruptos de energia (no-break) que sustenta o funcionamento do painel por alguma horas. Durante a falta de energia a unidade remota continua monitorando parâmetros hidráulicos e elétricos e transmitindo as leitura para o CCO. A falta de energia é reportada à concessionária de distribuição de energia elétrica para que providências sejam tomadas no sentido do restabelecimento do fornecimento.

Conclusão

O Sistema de Telemetria de Água e Esgoto monitora em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema, armazena e apresenta dados históricos sobre a qualidade do abastecimento, alarma vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões, previne e minimiza perdas. Enfim, garante a qualidade dos serviços prestados pela empresa de saneamento do município. Os primeiros sistemas de telemetria foram implantados há mais de 20 anos. Nos municípios onde o sistema existe, a sua necessidade passa a ser percebida como imprescindível. Por outro lado, ainda são muitas a cidades desprovidas desta tecnologia. Isso se deve principalmente à falta de conhecimento sobre os benefícios do sistema.

Conheça a telemetria implantada em São Leopoldo – RS

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Uma abordagem prática voltada para sistemas de automação, telemetria e SCADA

Cálculo de rádio enlace

O cálculo de rádio enlace avalia a viabilidade de comunicação entre dois pontos. Se você já teve que interligar equipamentos seriais que comunicam via RS232 ou RS485 em distâncias ou situações em que cabos seriais eram inviáveis, este artigo é para você. Utilizar rádio modem para comunicar equipamentos que se comunicam serialmente é mais fácil do que parece. Veja como calcular o enlace de rádio.

Componentes básicos de um rádio enlace

Cálculo de rádio enlace
Podemos definir como rádio enlace o conjunto de equipamentos necessários para estabelecer comunicação por rádio entre dois pontos. Os elementos básicos para a implementação de um rádio enlace são:

  • Rádio transmissor;
  • Linha de transmissão da estação transmissora;
  • Antena transmissora;
  • Meio de propagação;
  • Antena receptora;
  • Linha de transmissão da estação receptora;
  • Rádio receptor;

Comportamento da energia ao logo do percurso

Cálculo de rádio enlace

Desde a saída do transmissor até a chegada no receptor, o sinal sofre atenuações e ganhos. O gráfico ao lado representa a variação da intensidade do sinal ao longo do percurso. A intensidade do sinal sofre as seguintes alterações:

  • Perda no cabo do transmissor;
  • Ganho na antena transmissora;
  • Perda no espaço livre;
  • Ganho na antena receptora;
  • Perda no cabo do receptor.

As intensidades, perdas e ganhos são representados em decibel (dB).

A escala logarítmica

O dB é uma escala utilizada para representar a relação entre duas potências. São as seguintes as unidades de referência usuais nos sistemas de rádio:

  • dBW – relação entre uma dada potência e a unidade de 1W;
  • dBm – relação entre uma dada potência e a unidade de 1mW;
  • dBi – relação entre o ganho de uma antena e o ganho do irradiador isotrópico (antena teórica com diagrama de irradiação esférico).

O cálculo da relação entre duas potências é dado pela fórmula abaixo.

Exemplo: Seja uma potência de 0,001 mW, sua intensidade dada em dBm é calculada como:
10 log (0,001 mW / 1 mW) = – 30 dBm

Cálculo de Rádio Enlace

Dizemos que um enlace é viável se a intensidade calculada do sinal recebido é maior do que o nível de sensibilidade do receptor, guardada a margem de segurança. O cálculo da intensidade de sinal recebido é dado pela fórmula abaixo:


Onde:

  • Tx – Potência de saída do rádio transmissor (dBm);
  • Pt – Perda por atenuação no cabo da antena transmissora (dB);
  • Gt – Ganho na antena transmissora (dBi);
  • Ao – Atenuação no espaço livre (dB);
  • Gr – Ganho da antena receptora (dBi);
  • Pr – Perda por atenuação no cabo da antena receptora (dB);
  • RX – Sinal recebido (dBm).

Atenuação no Espaço Livre

Cálculo de rádio enlace
Uma onda eletromagnética propagando-se no espaço sofre uma atenuação contínua. A intensidade é inversamente proporcional ao quadrado da distância, ou seja, quando a distância dobra, o sinal diminui para um quarto do valor. A atenuação no espaço livre pode ser calculada pela fórmula abaixo.

Onde:

  • D = distância em metros;
  • λ = Comprimento de onda (m) = 300 / freqüência (MHz);
  • Ao = Atenuação do espaço livre (dB).

Ou, utilizando a freqüência (f) em MHz:

Cálculo da Potência Efetivamente Irradiada (ERP)

A Potência Efetivamente Irradiada (ERP) por uma estação transmissora pode ser calculada pela fórmula abaixo.

O valor da ERP é importante na análise para enquadramento das estações às normas da Anatel.

Perda por Obstrução da Primeira Zona de Fresnel

A energia transportada de uma antena transmissora até uma antena receptora é contida em elipsóides concêntricos chamados zonas de Fresnel. Dizemos que não existe perda por obstrução quando não há obstáculos dentro da primeira zona. Essa avaliação é feita levantando-se o perfil do terreno entre as duas estações com a ajuda de mapas cartográficos e calculando-se o raio da zona ao longo do percurso.
O cálculo do raio de Fresnel é apresentado abaixo.
Cálculo de rádio enlace
Perdas ocasionadas por obstruções conhecidas como  gume de faca são calculadas com base no percentual de liberação da primeira zona de Fresnel e seguem a fórmula abaixo.
Cálculo de rádio enlace
Onde v é o índice de liberação do raio de Fresnel dado por:
Cálculo de rádio enlace

Cálculo de rádio enlace

Ondas Eletromagnéticas

Cálculo de rádio enlace

A energia enviada pelas antenas transmissoras e captada pelas antenas receptoras é transportada por ondas eletromagnéticas. Seu nome origina-se do fato de que são compostas por campos elétricos e magnéticos variáveis e se propagam no vácuo à velocidade de 300.000 quilômetros por segundo.

A maneira como os campos elétrico e magnético se orientam no espaço é chamada polarização. Se o campo elétrico é paralelo à superfície da Terra, dizemos que a polarização é horizontal; se o campo elétrico está em plano perpendicular à superfície da Terra, a polarização é vertical.

Cálculo de rádio enlace

Podemos orientar antenas verticalmente ou horizontalmente.

Conceito: OEM é uma perturbação física composta por um campo elétrico (E) e um campo magnético (H) variáveis no tempo, perpendiculares entre si, capazes de se propagar no espaço.

Frequência: número de oscilações por unidade de tempo (Hz).

Comprimento de onda: distância percorrida pela onda durante um ciclo. É definido pela velocidade de propagação dividida pela freqüência. Ver fórmula ao lado.

Antenas

Antenas são dispositivos capazes de transmitir e captar ondas eletromagnéticas nas faixas de radiofrequência. São compostas de componentes metálicos nas mais variadas configurações. Os comprimentos e a disposição dos elementos irão depender das frequências em que se deseja operar. Alguns tipos de antenas são listados abaixo.

  • Yagi;
  • Painel Setorial;
  • Omnidirecional;
  • Antenas Patch;
  • Log – Periódica;

As antenas de interesse principal em telemetria são a Yagi e a omnidirecional.

Antena Yagi – Uda

Normalmente conhecida apenas por antena Yagi, foi concebida em 1926 por Shintaro Uda da Universidade Tohoku do Japão com a colaboração de Hidetsugu Yagi, que teve seu nome associado à antena quando publicou o primeiro artigo em inglês descrevendo a mesma. Conceitualmente, a antena Yagi é composta por um Refletor, um dipolo simples ou dobrado e um ou mais diretores. A antena da figura é apresentada na posição de polarização vertical que é normalmente utilizada em telemetria e apresenta ganhos que vão de 3 até mais de 20 dBi.
Cálculo de rádio enlace
 
 
 
 
 

Antena Omnidirecional

Normalmente construídas com a concepção colinear, essas antenas, como sugere o nome, irradiam com a mesma intensidade em todas as direções do plano horizontal. Sua polarização é naturalmente vertical e apresenta ganhos na faixa de 2 a 10 dBi.Cálculo de rádio enlace

 
 
 
 
 
 
 
 

Polarização de Antenas

A figura a seguir apresenta a irradiação resultante de um dipolo simples polarizado verticalmente. Em polarização vertical, o plano elétrico é perpendicular à superfície da Terra, enquanto o plano magnético é paralelo à superfície da Terra.

Cálculo de rádio enlace

Diagrama de Irradiação

O diagrama de irradiação é a representação gráfica da forma como a energia eletromagnética se distribui no espaço.

Cálculo de rádio enlace

O diagrama pode ser obtido tanto pelo deslocamento de uma antena de prova em torno da antena que se está medindo, como pela rotação dessa em torno do seu eixo, enviando os sinais recebidos a um receptor capaz de discriminar com precisão a freqüência e a potência recebidas.

Os resultados obtidos são geralmente normalizados. Ao máximo sinal recebido é dado o valor de 0 dB, facilitando a interpretação dos lóbulos secundários e a relação frente-costas.

A curva em azul representa a energia irradiada em cada direção em torno da antena.

Ângulo de Meia Potência

Cálculo de rádio enlace

Os ângulos de meia potência são definidos pelos pontos no diagrama onde a potência irradiada equivale à metade da irradiada na direção principal. Esses ângulos definem a abertura da antena no plano horizontal e no plano vertical.

OBS: -3 dB = 50% Potência

No exemplo ao lado temos: Ângulo de –3dB = 55°

 

Diretividade

É a relação entre o campo irradiado pela antena na direção de máxima irradiação e o campo que seria gerado por uma antena isotrópica que recebesse a mesma potência. A diretividade de uma antena define sua capacidade de concentrar a energia irradiada numa determinada direção.
          Cálculo de rádio enlaceE máx = Energia da antena em estudo.
          E isso = Energia da antena isotrópica.
 

Ganho

O ganho pode ser entendido como o resultado da diretividade menos as perdas. Matematicamente, é o resultado do produto da eficiência pela diretividade.
Cálculo de rádio enlaceG = Ganho
D = Diretividade
η = Eficiência
A eficiência de uma antena diz respeito ao seu projeto eletromagnético como um todo, ou seja, são todas as perdas envolvidas (descasamento de impedância, perdas em dielétricos, lóbulos secundários…). Normalmente, está na faixa de 90% a 95%.

Cabos

Linha de transmissão é uma linha com dois ou mais condutores isolados por um dielétrico que tem por finalidade fazer com que uma OEM se propague de modo guiado. Essa propagação deve ocorrer com a menor perda possível. As linhas de transmissão podem ser construídas de diversas maneiras: cabos paralelos, pares trançados, microstrip, cabos coaxiais, guias de onda, etc.
Os cabos coaxiais são as linhas de transmissão mais utilizadas em aplicações de telemetria.
Cálculo de rádio enlace
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Conectores e Protetores Contra Surto

A tabela a seguir apresenta alguns dos conectores mais utilizados nas aplicações de Telemetria.
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Exemplo de rádio modem utilizado em telemetria, automação e SCADA

Rádio modem RM2060O transceptor RM2060 consiste em uma solução de alto desempenho e baixo custo para comunicação wireless utilizando tecnologia Spread Spectrum na faixa dos 900 MHz podendo substituir milhares de metros de cabos de comunicação em ambientes industriais ruidosos. Utilizando comprovada tecnologia FHSS, que dispensa licença de operação junto a Anatel, o transceptor RM2060 estabelece comunicação entre computadores, CLPs e instrumentos diversos que possuem porta serial em padrão RS232 ou RS485 com taxas de 1200 a 115.200 bps. Para aumentar a segurança e integridade das comunicações, os transceptores RM2060 permitem a encriptação dos dados.

 
 
 

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Modbus é um protocolo de comunicação serial desenvolvido e publicado pela empresa Modicon (hoje uma empresa do grupo Schneider Electric) em 1979 pra uso em seus CLPs (Controladores Lógicos Programáveis). O protocolo Modbus se transformou no protocolo mais difundido para comunicação entres dispositivos de controle e automação industrial. Os motivos principais para o uso do Modbus em ambiente industrial são:

  • Foi desenvolvido especialmente para aplicações industriais;
  • Domínio público e sem cobrança de direitos autorais;
  • Fácil de utilizar e manter;
  • Comunicação de bits e words entre dispositivos de diferentes fabricantes sem restrições.

O Modbus permite a comunicação entre diversos dispositivos conectados a mesma rede, por exemplo, um sistema que mede temperatura e umidade e envia os dados lidos a um computador. O Modbus é frequentemente utilizado para interligar um computador rodando um software supervisório SCADA com as unidades remotas (RTU). No Modbus, muitos dos dados comunicados recebem o nome de dispositivos usuais nas linguagens Ladder de programação de CLPs, por exemplo, uma saída física binária é chamada coil (bobina), e uma entrada física é chamada contact (contato).

A manutenção do protocolo Modbus é feita pela entidade Modbus Organization desde abril de 2004, quando a Schneider Electric transferiu os direitos para essa organização. A Modbus Organization é uma associação de usuários e fabricantes de dispositivos compatíveis com o protocolo Modbus que defendem a continuidade da utilização do protocolo.

A tabela a seguir apresenta as variáveis fornecidas por um dispositivo escravo para um dispositivo mestre.

Principais versões do protocolo Modbus

Modbus RTU

O Modbus RTU é utilizado em comunicação serial e utiliza uma versão binária compacta dos dados. Os bytes de comando e dados são seguidos por um código de checagem cíclica redundante (CRC) para garantir a confiabilidade dos dados. O Modbus RTU é a implementação mais utilizada do protocolo Modbus. Os frames de comunicação são transmitidos de forma contínua sem espaços de tempo entre os bytes.

Modbus ASCII

Esta versão do protocolo utiliza caracteres ASCII na comunicação. O Modbus ASCII utiliza o Longitudinal Redundancy Checksum. Os frames de comunicação iniciam por “:” e terminam por “CR/LF”.

Modbus TCP/IP ou Modbus TCP 

Esta versão do Modbus é utilizada para comunicação utilizando redes TCP/IP, conectando pela porta 502. O Modbus TCP não requer um cálculo de checksum, isso porque o TCP/IP já garante a integridade dos dados.

Comunicação e dispositivos

Cada dispositivo da rede Modbus recebe um endereço único. Em redes seriais apenas os dispositivos mestre podem iniciar uma comunicação (comando). Em redes Ethernet, qualquer dispositivo pode enviar um comando Modbus, contudo, normalmente, apenas um dispositivo será mestre e enviará comandos. Os comandos Modbus contém em seu frame o endereço do dispositivo alvo da comunicação (entre 1 e 247). Apenas o dispositivo endereçado irá aceitar e processar o comando. Existe, contudo, o endereço zero (0) utilizado para o mestre comunicar com todos os dispositivos, comandos broadcast, sendo que esses comandos não são respondidos com uma mensagem de acknoledgement. Todos os comandos Modbus contém a informação de checksum para permitir aos dispositivos detectar falhas na comunicação. Os comandos básicos Modbus podem instruir um dispositivo a alterar o valor em um registro, controlar ou ler uma porta de I/O, e solicitar que um dispositivo envie um ou mais valores contidos em seus registros.

Muitos modems, rádios modem e gateways suportam o Modbus. Alguns desses dispositivos de comunicação são, inclusive, projetados para trabalhar com o protocolo Modbus. Na utilização do Modbus em aplicações wireless um cuidado especial deve ser tomado em relação a latência dos sistemas, fazendo com que os atrasos nas respostas aos comandos Modbus sejam maiores do que os tempos observados em redes cabeadas.

O frame de comunicação Modbus
Um frame de comunicação no protocolo Modbus é composto de:

  • Endereço
  • Função de comando
  • Dados
  • Checksum

Formato do frame Modbus RTU


Observações sobre CRC:

  • Polinômio: x16x15 + x2 + 1 (CRC-16-ANSI também conhecido como CRC-16-IBM, polinômio algébrico normal hexadecimal 8005 e invertido A001).
  • Valor inicial: 65,535.
  • Exemplo de frame em hexadecimal: 01 04   02   FF   FF   B8   80 (CRC-16-ANSI calculado de 01 a FF, resultando 80B8, sendo transmitido o Byte menos significativo primeiro e depois o Byte mais significativo.

Formato do frame Modbus ASCII

Endereço, função, dados e LRC são todos pares de caracteres ASCII que representam valores hexadecimais. Por exemplo, o valor 122 (7 x 16 + 10) será representado por “7A”.

LRC é calculado como a soma dos valores de 8 bits, negado (complemento de dois) e codificado como um valor de 8 bits. Exemplo: se o endereço, função e dados são 247, 3, 19, 137, 0 e 10, a soma é 416. O complemento de dois é (-416), reduzido em 8 bits é 96, que será representado por 60 em hexadecimal. O frame resulta: F7031389000A60<CR><LR>

Formato do frame Modbus TCP

O identificador da unidade é utilizado em redes com diversos dispositivos Modbus, como em sistemas com gateways. Nesse caso, o identificador de unidade informa o endereço do dispositivo por trás do gateway. Em modo nativo, os dispositivos Modbus TCP normalmente ignoram o identificador de unidade.

Os valores nos dados do frame Modbus são ordenados de forma que o byte mais significativo é transmitido primeiro.

Códigos de função Modbus


As funções 3 e 16 são as mais utilizadas quando utilizamos rádios modem como meio de comunicação pois agrupando os registros diminuímos o tempo total de varredura da comunicação.

Exemplo de interface Modbus


As Interfaces Modbus Alfacomp são uma família de módulos de entradas e saídas analógicas e digitais que comunicam pelo protocolo Modbus.

  • Protocolo de comunicação: Modbus RTU
  • Modbus mestre e escravo
  • Seleção de endereço por DIP switch
  • Alimentação: 10 a 30 VCC
  • Consumo máximo de 200 mA

Protocolo Modbus – Download em PDF

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