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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.

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.

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.

CCO do SAAE de Indaiatuba - SP

CCO do 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;
  • 2 elevatórias  de água tratada;
  • 2 reservatórios de água;
  • 1 VRP – Válvula reguladora de pressão;
  • 1 macro medidor 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.
Topologia de um CCO

Topologia de um CCO

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.

Painel de telemetria do COO

Painel de telemetria do COO

Instalação do rádio junto a antena

KIT RPE – Rádio em ponto elevado

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.

KIT RPE – Rádio em ponto elevadoSoftwares 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:

Tela típica de uma estação de bombeamento e reservação

Tela típica de uma estação de bombeamento e reservação

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://alfacomp.net/2020/12/17/protocolo-modbus-saiba-mais-sobre-o-procolo-de-comunicacao-mais-utilizado-na-automacao-industrial/

Comunicação via rádio

Rádio modem RM2060

Rádio modem RM2060

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.

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

 

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

O controle da água e esgoto na ponta dos dedos

O painel de telemetria CCO Touch substitui com vantagens de preço e espaço um computador rodando software supervisório em um CCO (Centro de Controle e Operação). 
Telemetria com CCO TOUCH

Características

– IHM touch screen de 10” 
– Rádio modem spread spectrum em 900 MHz 
– Fonte de alimentação com bateria 
– Espaço para instalar IOs locais 
– Proteções contra surto 
– Iluminador de painel a LED 


Rápido de configurar e instalar, o painel CCO Touch possui a capacidade de comunicar via rádio com todos os reservatórios, elevatórias, pontos de macro medição de vazão e pressão, ETAs e ETEs do município. Na eventualidade da falta de energia, o painel é alimentado pela bateria interna. A comunicação se dá por MODBUS RTU, mantendo a compatibilidade com a quase totalidade de CLPs e remotas do mercado.

CCO TOUCH Layout

Funcionamento

A CPU do CCO Touch centraliza todas as comunicações e repassa as informações de nível dos reservatórios às suas respectivas elevatórias. Nas telas configuráveis do display é possível visualizar e comandar todas as estações do sistema de distribuição e abastecimento de água do município.

Família CCO Touch

Disponível com IHM de 4,3″, 7″ e 10″, a família de painéis de telemetria CCO Touch constitui a melhor relação custo benefício para iniciar a telemetria de água e esgoto de sua cidade.

  • CCO Touch com IHM 10″
  • CCO Mini Touch com IHM de 7″
  • CCO Micro Touch com IHM de 4,3″

Paineis Touch

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