https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2021/02/Remota-Modbus-para-reservatorio.jpg?fit=4326%2C3243&ssl=132434326alfacompbrasilhttps://alfacomp.net/wp-content/uploads/2020/11/Alfalogo-sf-340.pngalfacompbrasil2023-07-14 15:46:112023-07-17 10:24:59Interface Modbus na telemetria de reservatório
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.
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:
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.
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.
Historyrecord: aqui você configura os registros históricos.
Datagroup: configuração de banco de dados.
Report: esta e a seção de relatórios.
Fontmanager: 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.
O “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.
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.
https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2021/02/Transmissor-ultrassonico-de-nivel-1.jpg?fit=1000%2C917&ssl=19171000alfacompbrasilhttps://alfacomp.net/wp-content/uploads/2020/11/Alfalogo-sf-340.pngalfacompbrasil2021-01-01 22:13:422022-07-20 15:12:35Medidor ultrassônico de nível – Como funciona e como aplicar
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 reservatóriosempre 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 Haiwellmodelo 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.
https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2020/12/Remota-de-resevatorio-1024x486-2.jpg?fit=1024%2C486&ssl=14861024alfacompbrasilhttps://alfacomp.net/wp-content/uploads/2020/11/Alfalogo-sf-340.pngalfacompbrasil2020-12-22 10:16:112022-07-20 15:03:49Projeto de automação e telemetria de um reservatório de água tratada
Juntamente 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
Software gratuito Haiwell Cloud SCADA
Software gratuito HaiwellHappy para a programação dos CLPs
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2020/12/0-e-book-sf.png?fit=1692%2C1541&ssl=115411692alfacompbrasilhttps://alfacomp.net/wp-content/uploads/2020/11/Alfalogo-sf-340.pngalfacompbrasil2020-12-21 12:10:422022-07-19 21:57:03e-book Projeto Completo de Telemetria da Distribuição Municipal de Água
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: x16+ x15 + 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 modemcomo 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.