Tutorial – Treinamento básico no Haiwell Cloud SCADA

Este Tutorial serve como apoio ao Módulo de Treinamento para execução e programação do Haiwell Cloud SCADA. Com ele, você acompanhará o conteúdo do curso. No Treinamento é apresentado um estudo de caso que simula uma aplicação real, um sistema de supervisão e controle.

Distribuidor exclusivo Haiwell no Brasil

A sequência de aprendizado disposta neste treinamento é a base que a Alfacomp com toda sua experiência em desenvolvimento de softwares e soluções, considera como práticas comuns para criação de aplicações de supervisão e controle. O roteiro deste tutorial apresenta uma aplicação exemplo com os recursos e ferramentas mais importantes do sistema. Essa aplicação não cobre todas as possibilidades oferecidas pela ferramenta, no entanto as informações aqui apresentadas neste primeiro contato serão suficientes para que o usuário se torne autônomo para criar suas próprias aplicações.

Suporte técnico

Ante de começarmos, queremos que você saiba que pode contar com nosso suporte:

Vídeo aulas

Aplicação do tutorial

No Treinamento é apresentado um estudo de caso que simula uma aplicação real, um sistema de supervisão e controle. Neste caso, iremos monitorar o nível de um reservatório, e o status de uma bomba, incluindo alarmes e relatórios.

Topologia do sistema de automação do exemplo dado no tutorial

A topologia do sistema, irá simular a leitura de dados de um CLP em MODBUS, e o controle do mesmo para acionar as bombas.

Instalando o Haiwell Cloud Scada

O primeiro passo é baixar o software no link (https://contato.site/c99271594b/maquina-inicial/haiwell-cloud-scada). Feito isso você receberá um arquivo compactado, que deve ser extraído para obter o executável e assim iniciar a instalação.

Feita a extração do arquivo na mesma pasta, você irá identificar o executável HaiwellSCADA3_Setup(3.X.X.XX). De um duplo clique no arquivo e inicie a instalação. Vá clicando em Next até finalizar.

Na última etapa da instalação o instalador irá perguntar se você deseja executar o develop, deixe marcado se você for iniciar o treinamento.

 

Após a conclusão da instalação você terá 3 aplicativos instalados em seu computador:

  • Haiwell Cloud HMI Manager: Este App serve para configurar os parâmetros de uma IHM sem a necessidade de carregar um software. Você pode alinhar a tela, atualizar e verificar firmware e verificar versões de software
  • Haiwell Cloud SCADA Develop: Este App serve para o desenvolvimento de aplicações propriamente, nele você cria, testa, edita e grava suas criações nos produtos Haiwell, como IHM, PC industrial, CBOX ou mesmo um PC.
  • Haiwell Cloud SCADA Runtime: Este App serve para rodar a aplicação, você tem a opção de registrar e instalar apenas este software no cliente para que ele use a criação do desenvolvedor.

A função runtime está disponível 2 horas sem registro, depois disso é necessário se registrar, o mesmo é GRATUITO.

Registrando o Haiwell Cloud Scada

Neste capítulo vamos registrar o software, o registro é grátis, e por este motivo é recomendado, para que as simulações em runtime não sejam limitadas como mencionado anteriormente. Após instalar e abrir o app develop, procure o menu help e register the software.

Abrirá uma janela para você preencher com o código, como não temos, vamos solicitar preenchendo o cadastro.

Clicando no item 2, você será direcionado a uma página, onde irá fornecer seus dados e principalmente seu e-mail para receber o código de registro. Informe se você é desenvolvedor ou usuário e preencha os outros dados marcados pelo “*”.

Feito isso, clique ao fim da página em “SUBMIT” e você receberá um aviso de sucesso.

Aguarde receber um e-mail com o código para concluir a instalação, isso pode levar 24 horas devido ao fuso horário da China em relação a nós no Brasil.

No e-mail você receberá o “registration code”, com 24 dígitos, copie e acesse o menu “help / register the software” novamente, e cole o código recebido no campo dedicado, por último clique em “register”. Abrirá uma aba confirmando seu registro.

Project Browser

O Project browser é o navegador rápido do Haiwell Cloud Scada. O Project browser concentra todas as informações e partes da sua aplicação, por ela você pode verificar as telas, dispositivos, alarmes e todo o sistema que você criar.

  • Project configuration: neste momento você pode alterar as propriedades iniciais da sua aplicação criada no início do seu projeto. Falaremos disso ao criar um exemplo mais à frente no tutorial.
  • Device: Aqui é o gerenciador dos seus dispositivos, você pode cadastrar, editar e excluir dispositivos, além de cadastrar variáveis em cada um.
  • Variable: Esta é a aba das variáveis, neste ponto você pode ver todas as variáveis existentes no sistema, divididas em variáveis internas, externas e do sistema.
  • Display: Neste setor você irá encontrar todas as telas criadas, você pode criar, editar e excluir as telas.
  • Task: São as tarefas do SCADA, você pode criar scripts para serem executados em sua aplicação.
  • Event: São eventos a serem criados e executados enquanto roda a aplicação.
  • User Security: Gerenciador de usuários, é possível editar, criar ou excluir usuários e grupos, além de inserir senhas de acesso.
  • Recipe: receitas para serem inseridas nas aplicações onde pode haver repetição.
  • Alarm: são os alarmes que aqui podem ser criados, editados e excluídos.
  • History record: aqui você configura os registros históricos.
  • Data group: configuração de banco de dados.
  • Report: esta e a seção de relatórios.
  • Font manager: este é o gerenciador de fontes do sistema.
  • Font language center: gerenciador de linguagem das abas automáticas e outros setores do sistema.
  • Peripheral: neste item você configura as câmeras que fazem parte dos produtos Haiwell.
  • Data reporting server: este é o banco de dados em nuvem, que pode ser usado MQTT ou o gerenciador Cloud center.

Project Profile

No perfil de projeto você tem um caminho rápido e fácil para configurar o seu sistema, você pode ativar a demonstração desta aba no menu view/Project Profile.

Graphics Library

A biblioteca contém todos os objetos disponíveis para incluir nas aplicações. Para utilizá-los basta clicar e arrastar para a tela e soltar onde desejar.

Start Page

Ao abrir o SCADA Develop pela primeira vez, será exibido esta página, para que você selecione abrir um novo projeto, um projeto em andamento ou apenas rodar a aplicação para testes.

Criando uma aplicação

Aqui vamos criar uma aplicação com o intuito de entender os parâmetros básicos de configuração do sistema.

Project Profile

Ao abrir o SCADA e selecionar “Create a new Project…”, aparecerá essa aba:

Preencha com os dados que desejar, como o nome do projeto, descrição, se desejar bloquear por senha.

ATENTE-SE QUE A SENHA É DE SUA EXCLUSIVA PROPRIEDADE, A HAIWELL E A ALFACOMP NÃO TEM ACESSO A ELA, CASO VOCÊ SE ESQUEÇA, PERDERÁ O PROJETO!!

Em Layout Info você deve selecionar em Runtime platform em qual plataforma você vai rodar a sua aplicação, seja no PC, IHM, PC industrial ou CBOX.

Dica: Sempre comece uma aplicação com a plataforma que vai utilizar, é possível converter depois, mas você terá problemas de resolução ao fazer isso.

Device

Neste ponto vamos configurar os dispositivos que irão se comunicar com o HCS. Para isso vamos no Project browser, clicamos em device com o botão direito e em add device. Irá abrir uma aba de opções para selecionarmos o tipo de comunicação, o dispositivo, e suas configurações. Para os nossos testes iremos usar um PLC Haiwell comunicando pela porta serial COM1 na configuração padrão “19200 8 N 2”.

Nota: todo o treinamento será baseado em testes offline, ou seja, sem a necessidade de possuir um dispositivo físico em mãos.

Ao concluir as configurações e escolher o CLP desejado, o sistema irá perguntar se você deseja adicionar as variáveis dele, vamos fazer isso agora, mas poderia ser feito posteriormente indo no campo variable, device ou mesmo pelo Project profile no centro da tela selecionando o dispositivo cadastrado.

 

Abrirá o configurador como aparece na figura abaixo.

Vamos preencher alguns campos:

  • Variable name: nome da variável que irá ajudar a encontrá-la depois.
  • Variable Categorie: categoria da variável, se houver.
  • Register type: tipo de variável. Conforme a figura:
  • Address format: formato do endereço, por conveniência usa-se decimal.
  • Register address: endereço numérico da variável que será lida no CLP. No exemplo estaremos utilizando um clp Haiwell, que comunica modbus com o sistema, portanto, ele se ajusta aos endereços, você pode escolher diretamente o “X0”, “Y0” e etc.. ao invés de escolher um endereço 1542 por exemplo.
  • Address lenght: comprimento do endereço, 1 word = 16 bits, 2 words = Double Word = 32 bits.
  • Data type: Tipo de dado, pode ser do tipo inteiro, string e etc, este item se ajusta conforme a variável escolhida, caso não aconteça selecione corretamente, caso contrário irá apresentar erro.
  • The mode of Reading and writing: o modo de leitura e escrita e escrita, se ela é só leitura ou só escrita, ou as duas. Este item se auto configura similar ao anterior.

  • Collect frequency: frequência da leitura do dado, pode ser rápido, lento, normal, ou ajustável.
  • Variable description: Descrição da variável, um texto ajuda para reconhecê-la.
  • Minimum/maximum value: valor mínimo e máximo escalar para a variável.
  • Current value of device: Valor atual lido no dispositivo.
  • Operation: modo como a variável vai operar no sistema. neste item vamos fazer alguns ajustes, para poder usar a variável em modo simulação:

Ative a opção “Offline simulation randonly”, para ativar a simulação randômica desta variável, e vamos ajustar o valor máximo e mínimo para 0 a 100. Ao clicar edit, aparecerá um aviso, “save success”.

Display

Aqui serão adicionadas, editadas e configuradas as telas do sistema, vamos ver como adicionar planos de fundo e objetos.

Editando a tela

Vamos alterar as configurações da tela, e colocar um plano de fundo. Vá em Display > 1:Main Display > botão direito > Display Properties.

Em background Picture vamos adicionar uma imagem de fundo selecionando do PC, e depois vamos alterar o Picture name para Tela_Principal e clicamos em ok.

Adicionando objetos

Agora vamos acessar esta tela e aprender a adicionar objetos. Na aba display, do Project Browser, identifique a tela que criamos, e clique em cima. Vamos começar adicionando o objeto texto:

  • Clique no objeto texto na barra de ferramentas simbolizado por “TEXT”.
  • Depois clique na área da tela onde deseja adicionar este texto.
  • Clique com o botão direito em cima do texto>properties para editar como desejar, conforme a figura abaixo. Clique em OK para salvar e sair.

Agora vamos adicionar o objeto Picture operation, que se encontra na barra de ferramentas em acesso rápido, ou pela biblioteca.

Ao soltar o objeto na tela, vamos clicar em cima com o botão direito>properties, para acessar as propriedades do objeto.


Em Setting > function, note que ele apresenta opções de como operar por entre as telas “Jump to the specify display” vamos pedir para ele pular para uma tela específica. Mas antes disso, precisamos adicionar a segunda tela do nosso projeto. Clique em OK para sair e salvar. Depois vamos retornar para estas configurações.

Para criar um nova tela, clique com o botão direito em display, e em add display na janela que abrirá:

Com a nova tela, insira um plano de fundo e a cópia dos botões (objeto Picture operation) da tela principal no menu superior, para obter um menu de navegação. Agora selecione objetos na biblioteca para manipularmos em modo simulação, para adicionar basta ir na biblioteca, escolher os itens e clicar em cima, depois clique na tela e ajuste como quiser.


Insira um cursor e um motor com ventilador animado. Vamos usar a variável V0 adicionada no device (CLP Haiwell) para o cursor mostrar o nível deste reservatório, se tiver dúvidas quanto adicionar dispositivos, volte ao item 4.2. Aproveite e insira mais um item do tipo X, no endereço 0, para usarmos como indicador de bomba ligada, abaixo properties do indicador usado na figura acima.

Conforme a figura, clique em read variable, e selecione na lista a variável Nível_TQ1 para este objeto, deixe o valor máximo em 100 e o mínimo em 0, para que o reservatório varie nos mostrando no cursor, mude o fill color para a cor azul para que faça alusão a água.


Da mesma forma com a bomba, depois de adicionar, acesse as propriedades e marque a opção enable rotation, e em rotation variable selecione a variável B01, criada logo acima, do tipo X. Agora temos duas telas e alguns objetos. Vamos criar mais duas telas, para alarmes e histórico. 

Alarmes

Nesta etapa vamos aprender a configurar e visualizar os alarmes. Para inserir uma variável de alarme, vamos no Project browser e entramos na opção alarme. Nela vamos clicar em “add / edit variables”.


Irá abrir a tela como na figura acima, podemos selecionar uma ou várias variáveis ao mesmo tempo, basta ir marcando a caixa de seleção. Neste caso vamos selecionar a B01 para monitorar se a bomba ligou. Após selecionar, clique em “confirm” e iremos ter a lista de alarmes:

Vamos editar o “alarm condition” para bomba desligada, que irá indicar de forma clara o que houve com a variável.

Em “alarm configuration” podemos definir os graus de urgência ou criar grupos de alarme, isso é simples e no momento não nos interessa, então deixamos em branco, ou seja, sem grupo.

“alarm level” pode ficar o padrão, pois também não vamos ter inúmeras variáveis para priorizar uma ou outra.

Se quiser que o alarme apareça em forma de “screen push” em todas as telas, marque a opção “alarm screen push”, e marque opção “whether to remote upload” para que ele seja visto também no app e em todas as plataformas (função disponível apenas para usuários de produtos Haiwell).

Agora na tela alarme, vamos inserir o objeto tabela alarme Graphics library > Advanced Controls > Alarm table.

Nessa figura podemos ver os três passos:

  • a figura por adicionar;
  • a figura adicionada na tela em tamanho ajustável;
  • as propriedades da tabela.

Nas propriedades, você consegue configurar os alarmes como histórico ou tempo real, vamos deixar histórico, para não precisar ficar na tela.

Relatórios

Neste capítulo veremos como criar e visualizar um histórico. Vamos no Project browser > data group.

Ao clicar em record setting, abrirá a aba conforme a imagem acima. Iremos então configurar algumas coisas:

  • Ative a opção “control enable” e deixe marcado a opção “local storage”, selecione a nossa variável B01 em “control enable” nas reticências e após isso clique em “apply”. Nossa variável está pronta para o relatório. Clique ok e vamos agora adicionar uma visualização em uma tela.

Conforme a imagem acima, adicionamos o objeto “Historical data report table” análogo a configuração na tela alarme. Clicando nas reticencias, adicionamos o histórico de acionamento configurado acima nomeado de Bomba 1.

Vamos salvar localmente (udisk) e auto atualizar a cada 5s. Lembrando que deixamos configurado histórico a cada 5 minutos.

Exercícios

Seguindo o tutorial acima, realize uma aplicação nova:

  • Configure o SCADA para executar no PC (“runtime platform”);
  • Adicione um novo dispositivo CLP Haiwell;
  • Crie duas variáveis, uma de feedback da bomba e outra word (V) para ler um nível de 0 a 100;
  • Crie 4 telas, sendo a primeira a apresentação do sistema, a segunda a tela principal, a terceira para alarme e a quarta para relatórios;
  • Em cada tela adicione botões para o usuário navegar entre elas;
  • Insira fundo de tela em todas elas;
  • Na tela de apresentação escreva em letras grandes: Tutorial do “Seu nome aqui”;
  • Na segunda tela crie os objetos tanque e bomba com as devidas animações e atividades randômicas para que ele simule o funcionamento do tanque e da bomba.
  • Na tela alarme, configure o alarme para mostrar o status da bomba (ligada ou desligada);
  • Na tela relatório, configure para armazenar a mesma variável bomba;
  • Compile e salve seu projeto renomeando o para seu nome completo, e envie o arquivo .hwdev  pela página do suporte (https://alfacomp.net/suporte/) para solicitar seu certificado. O arquivo será avaliado e você receberá o resultado em seguida.

Até a próxima e bons estudos!

Autor do tutorial: Moisés Juliano Schmidt.

 

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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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TELEMETRIA DO SANEAMENTO – Solução completa para o controle da água e esgoto do seu município.

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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.

Neste artigo apresentamos o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de um reservatório de água tratada.

Descrição geral do funcionamento do reservatório de água tratada

Normalmente, um reservatório tem por finalidade abastecer por gravidade um bairro ou região do município. Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.
As unidades remotas de reservatório têm por objetivo ler os sinais de nível e vazão e reportá-los ao CCO. A informação de nível de cada reservatório é repassada à sua respectiva estação elevatória pelo sistema da comunicação via rádio, centralizado no CCO.
Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:

  • Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto bomba deve ser ligado.
  • Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto bomba deve ser desligado.

A figura a seguir apresenta a topologia simplificada de uma estação de reservatório.

Painel de telemetria PT5420

Baseado no CLP Haiwell modelo C16SOP, o painel apresenta alto índice de integração, modularidade, facilidade de manutenção e protocolo MODBUS RTU mestre e escravo, resultando em uma montagem de alto desempenho e baixo custo. O quadro está programado para controlar e monitorar:

  • Vazões de saída de água;
  • Nível de reservatório;
  • Invasão;
  • Falta de energia;
  • Painel aberto;

Características técnicas do painel de telemetria

CLP Haiwell C16SOP com 8ED 8SD
Elemento de comunicação Rádio modem RM2060
Alimentação Fonte carregadora com bateria e autonomia de 12 horas
Entradas analógicas 08 entradas analógicas em 4 a 20 mA protegidas contra surtos
Entradas digitais 7 entradas digitais em 24V livres
Saídas digitais 8 saídas digitais, sendo 08 isoladas a réle pelo módulo ID2908
Iluminação Módulo SW3301 com 12 LEDs brancos de alta intensidade
Indicação de porta aberta Sensor de porta aberta conectado ao CLP
Indicação de alimentação Sensor indica alimentação pela rede ou pela bateria
Dimensões Altura 40 x Largura 40 x Profundidade 20 cm
Grau de Proteção IP54 (*consulte outros modelos)
Proteção da alimentação DPS SW3300

Componentes do painel de telemetria

Qtd. Modelo Descrição
1 Haiwell C16SOP CLP com 08 entradas digitais, 08 saídas digitais, porta serial RS232 e RS485
1 Elemento de Comunicação De acordo com modelo escolhido
1 Alfacomp 2061 Fonte de alimentação com bateria
1 Alfacomp – SW3300 Seccionador e protetor com tomada
1 Alfacomp – SW3301 Iluminador de painel com chave fim de curso
1 Alfacomp – IA2820 Interface analógica multiplexada para 8 entradas em 4 a 20mA
1 Alfacomp – ID2908 Isolador a relés para 8 saídas digitais
1 Alfacomp – CN3203 Protetor contra surtos para cabo de RF com conexões N-fêmea (se o elemento de comunicação for rádio)
1 Alfacomp – CB3100 Cabo interno de RF (se o elemento de comunicação for rádio)
1 Cemar – CS-4040-20 Quadro de comando metálico
1 Cemar – BT-7 VD Barra de terra
3 Porta fusível Borne porta fusível
10 Borne Borne Modular 2,5 mm
9 Poste Poste Clip Fix 35-5

Materiais diversos utilizados na instalação da remota de telemetria

Qtd. Descrição
1 Antenas conforme definido no projeto de rádio
2 Conector N macho para cabo RGC 213
1 Cabo externo de RF RGC213
1 Mastro de antena conforme definido no projeto de rádio
1 Materiais diversos de montagem de campo

Esquema elétrico do quadro de automação – Remota de reservatório

Software de controle do reservatório

A programação do CLP que controla e monitora o reservatório é feita em Ladder.
A figura a seguir apresenta os módulos de rotinas que compõe a programação da estação.

Lista de entradas e saídas

Entradas analógicas

Entrada Descrição Escala Faixa de medição Memória
E0 Nível do reservatório 250 a 1250 0 a 10,0 m V40
E1 Vazão instantânea 250 a 1250 0 a 200,0 l/s V41
E2 250 a 1250 V42
E3 250 a 1250 V43
E4 250 a 1250 V44
E5 250 a 1250 V45
E6 250 a 1250 V46
E7 250 a 1250 V47

Entradas digitais

Entrada Descrição Memória
X0 Pulsos do módulo IA2820 X0
X1 Indicação de CA presente X1
X2 Intrusão no painel X2
X3 Invasão na estação X3
X4 Pulso do acumulador de volume X4
X5 X5
X6 X6
X7 X7

Saídas digitais

Saída Descrição Memória
Y0 Alarme sonoro Y0
Y1 Y1
Y2 Y2
Y3 Y3
Y4 Y4
Y5 Sinal SL0 de seleção de canal do módulo IA2820 Y5
Y6 Sinal SL1 de seleção de canal do módulo IA2820 Y6
Y7 Sinal SL2 de seleção de canal do módulo IA2820 Y7

Mapa de memórias do CLP

Memória Descrição Tipo Tag Sub-rotina
Memórias internas não retentivas – M0 a M3
M0 Ativa alarme sonoro BOOL ALR ON PGB:ALARME
M1 Desativa/reseta alarme sonoro BOOL RST ALR REMOTO PGB:ALARME PGB:CMD
M2 Identifica nível baixo BOOL Nível baixo PGB:BITS_STATUS
M3 Identifica nível alto BOOL Nível alto PGB:BITS_STATUS
Memórias internas especiais – SM0 a SM5
SM0 Ligado enquanto CLP em modo RUN BOOL On during Running
SM5 Pulso a cada 1 segundo BOOL 1s clock pulse
Timers – T0 a T3
T0 Debounce de 3s para acionar alarme sonoro TIMER DEBOUNCE ALR PGB:ALARME
T1 Rearma remotamente alarme sonoro após 10min TIMER DEBOUNCE ALR2 PGB:ALARME
T2 Aguarda 5s para alarmar nível baixo TIMER NIVEL BAIXO PGB:BITS_STATUS
T3 Aguarda 5s para alarmar nível alto TIMER NIVEL ALTO PGB:BITS_STATUS
Contadores 16bits – C0
C0 Acumulador de pulsos do totalizador de vazão CTU Pulso Tot1 PGB:TOTALIZADOR
Registradores retentivos – V0 a V104
V0 Nível do reservatório WORD Nivel1 PGB:BITS_STATUS PGB:ESCALA_NIVEL
V1 Vazão instantânea WORD Vazao1 PGB:ESCALA_VAZAO
V2 Cópia do comando enviado pelo CCO WORD Cmd_RX PGB:CMD
V3 Segundos de 0 a 59s WORD Segundeiro PGB:MAIN
V4 Bit de status WORD Status PGB:BITS_STATUS
V5 Acumulador de volume TOT1_L – parte baixa WORD Tot1_L PGB:CMD PGB:TOTALIZADOR
V6 Acumulador de volume TOT1_H – parte alta WORD Tot1_H PGB:CMD PGB:TOTALIZADOR
V38 Contador das saídas digitais para multiplexagem WORD Count Multiplex PGB:IA2820
V39 Contador de pulsos da IA2820 WORD Pulsos IA2820 PGB:IA2820 INT:LE_IA2820
V40 Valor da entrada analógica E0 – 0 a 1250 WORD EA0 PGB:IA2820 PGB:ESCALA_NIVEL
V41 Valor da entrada analógica E1 – 0 a 1250 WORD EA1 PGB:IA2820
PGB:ESCALA_VAZAO
V42 Valor da entrada analógica E2 – 0 a 1250 WORD EA2 PGB:IA2820
V43 Valor da entrada analógica E3 – 0 a 1250 WORD EA3 PGB:IA2820
V44 Valor da entrada analógica E4 – 0 a 1250 WORD EA4 PGB:IA2820
V45 Valor da entrada analógica E5 – 0 a 1250 WORD EA5 PGB:IA2820
V46 Valor da entrada analógica E6 – 0 a 1250 WORD EA6 PGB:IA2820
V47 Valor da entrada analógica E7 – 0 a 1250 WORD EA7 PGB:IA2820
V50 Preset do fundo de escala do sensor de nível WORD Preset nivel1 PGB:ESCALA_NIVEL
V51 Preset do fundo de escala do sensor de vazão WORD Preset vazao1 PGB:ESCALA_VAZAO
V52 Preset da quantidade de pulsos para totalizar 1 metro cúbico WORD Pulsos Tot1 PGB:TOTALIZADOR
V100 Comando enviado pelo CCO WORD Cmd PGB:CMD
V101 Preset de nível máximo de lâmina d’água WORD Nivel Max
V102 Preset de nível baixo para alarme de nível WORD Nivel Baixo PGB:BITS_STATUS
V103 Preset de nível alto para alarme de nível WORD Nivel Alto PGB:BITS_STATUS
V104 Preset de volume máximo em metros cúbicos do reservatório WORD Volume Max

ICOM – Interface de comunicação

O mapeamento de memória utilizado para leitura e escrita do mestre de comunicação Modbus RTU chamamos de ICOM. A tabela abaixo referência quais são os endereços de memória utilizados.

  • Bloco de Memória de Monitoração (V0 a V6)
  • Bloco de Memória de Setpoints (V100 a V104)

Bloco de memória de monitoração (V0 a V6)

Este é o bloco de dados lidos pelo CCO.

Posição Tag Descrição Memória
00 Nivel1 Nível do reservatório V0
01 Vazao1 Vazão instantânea V1
02 Cmd_RX Cópia do comando enviado pelo CCO V2
03 Segundeiro Segundos de 0 a 59s V3
04 Status Bit de status V4
05 Tot1_L Acumulador de volume TOT1_L – parte baixa V5
06 Tot1_H Acumulador de volume TOT1_H – parte alta V6

Descrição da memória de monitoramento – STATUS

A memória Status contém 16 bits que são utilizados como status de funcionamento da estação, cada bit identifica uma ocorrência, sendo 0=false e 1=true.

Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0
  • Bit 0 =0(bateria), =1(rede CA)
  • Bit 1 =0(porta fechada), =1(porta aberta)
  • Bit 2 =0(invasão sim), =1(invasão não)
  • Bit 3 =0(alarme sonoro desligado), =1(alarme sonoro ligado)
  • Bit 4 =0(nível normal), =1(nível baixo)
  • Bit 5 =0(nível normal), =1(nível alto)

Bloco de memória de setpoints (V100 a V105)

Este é o bloco de parâmetros enviados pelo CCO.

Posição Tag Descrição Memória
00 Cmd Comando enviado pelo CCO V100
01 Nivel Max Preset de nível máximo de lâmina d’água V101
02 Nivel Baixo Preset de nível baixo para alarme de nível V102
03 Nivel Alto Preset de nível alto para alarme de nível V103
04 Volume Max Preset de volume máximo em metros cúbicos do reservatório V104

Descrição da memória de setpoint – Cmd

A memória Cmd é responsável por receber valores do CCO e executar comandos, que estão listados a seguir.

  • 00 = sem comando
  • 01 = zera totalizador de vazão parte alta e parte baixa do registrador (V5 e V6)
  • 02 = cala alarme sonoro

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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.

Telemetria de reservatório

Telemetria de reservatório

Composição da remota para telemetria de reservatório

A remota é composta pelos seguinte módulos:

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.

Telemetria de reservatório

Remota para Telemetria de reservatório

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 na telemetria de reservatório

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 com 2 entradas analógicas e 2 entradas digitais – IM2020

Rádio Modem RM2060 para telemetria de reservatório

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 para telemetria de reservatório

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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E-book Projeto Completo e Gratuito de Sistema de Telemetria da Distribuição Municipal de ÁguaJuntamente com os conteúdos, são fornecidos, absolutamente sem custo, links para download de:

  • 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
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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 dispositivo